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1、第六章 煤气的净化,6-1 概述,6-2固体颗粒的清除-除尘,6-3 脱硫,6-4 城市煤气,2020/8/6,煤炭气化工艺,掌握煤气除硫的原理及方法,熟悉煤气的除尘,了解我国城市煤气,知识目标,2020/8/6,煤炭气化工艺,能掌握煤气的除硫原理、方法、效果等,会流利的讲述常用煤气的除硫、除尘的工艺流程,会解释一些实际操作过程常出现的问题及会分析影响操作的因素,能力目标,2020/8/6,煤炭气化工艺,6-1 概述,1煤气的 主要成分,煤气的主要成分随生产方法的不同而有差别： 以空气和水蒸气为气化剂的半水煤气，其主要成分有：H2、N2、CO、CO2、CH4、未反应的H2O 以水蒸气-氧气为气
2、化剂时，其主要成分有：H2、CO、CO2、CH4、未反应的水蒸气等。,一、 煤气中的杂质及其危害,2020/8/6,煤炭气化工艺,一、 煤气中的杂质及其危害,2 煤气杂质成分和杂质含量,煤气杂质成分和杂质含量因生产方法的区别而有所不同，但主要是矿尘、各种硫的化合物、煤焦油等。,硫：硫大部分转变成了H2S(约占总量的95)，但也有极少量COS、SO2以及各种硫醇(C2H5SH)和噻吩(C4H4S)。 煤气中的含硫量与燃料中的硫含量以及加工方法有关。 以含硫较高的焦炭或无烟煤为原料制得的煤气中硫化氢可达46gm3，有机硫O.50.8g m3 ； 以低硫煤或焦为原料时，硫化氢一般为12g m3 ，有
3、机硫为O.050.2g m3 。 天然气中硫化氢含量因煤产地不同而有很大差异，约在0.515g m3范围内变动。 重油、轻油中的硫含量亦因石油产地不同而有很大差别。,氮：煤中的氮以NH、HCN和各种硫氰酸盐(酯)的形式出现在气体中。 卤素：各种卤素转化成它们相应的酸或盐， 其它元素：煤中还有一些被认为具有潜在危险的元素如镀、砷、硒、镉、汞和铅。,2020/8/6,煤炭气化工艺,一、 煤气中的杂质及其危害,3 、危害,固体杂质会堵塞管道、设备等，从而造成系统阻力增大，甚至使整个生产无法进行。,硫化氧及其燃烧产物(SO2)会造成人体中毒，在空气中含有0.1%的硫化氢就能致人死命。 硫化物的存在还会
4、腐蚀管道和设备，而且给后工序的生产带来危害，如造成催化剂中毒、使产品成分不纯或色泽较差等,2020/8/6,煤炭气化工艺,二、煤气中杂质的脱除方法,煤气的净化包括固体颗粒的清除和气体杂质的净化一般分为预净化和净化两个阶段。 固体颗粒的清除：水洗急冷 气体杂质的净化：物理溶剂法 化学法,2020/8/6,煤炭气化工艺,一、 除尘的原理及方法,气流床气化的粗煤气中固体颗粒的清除,固定床气化的粗煤气中固体颗粒的清除,2020/8/6,煤炭气化工艺,气流床气化的粗煤气中固体颗粒的清除,气流床气化的粗煤气温度高，固体颗粒含量也高。如K-T法中炉气出口温度约为1816，并稍具正压。这时直接用水来使气体急冷
5、以使其挟带的熔渣微滴固化，然后使气体通过废热锅炉产生蒸汽，同时降低煤气自身温度到177左右。气体再经两级文氏洗涤器洗涤净化和冷却，温度降至35，然后进去脱硫。K-T法除尘净化的工艺流程如图6-1所示。,2020/8/6,煤炭气化工艺,固定床-连续式气化的粗煤气中固体颗粒的清除（鲁奇(Lurgi)气化法）,鲁奇(Lurgi)气化过程为加压操作且气体中含焦油和油，粗煤气的预净化比较复杂。从气化炉出来的粗煤气温度为427437，气体首先通过急冷冷却器，而后通过废热锅炉，离开时温度约为154 。焦油、油和冷凝液在此处收集予以分离。 重质焦油(大部分颗粒物质积聚在此焦油内)返回到气化炉。接着进行两级气体
6、间接冷却，在第一级即中间收集余下的焦油、油和水。在第二级，气体被冷却到3038 此处只收集油和水。最后为了脱除轻质油，用洗油对气体进行逆流洗涤。制取高热质煤气时，需在废热锅炉后的工序中加入变换炉。这种配置方式可使气体的冷却和再加热都简化到最低程度。另外，重质油在变换催化剂上部脱硫，同时COS和CS2转变成H2S和CO2。,2020/8/6,煤炭气化工艺,固定床-间歇式气化制半水煤气或水煤气的中固体颗粒的清除,从煤气炉出来的半水煤气先经过燃烧蓄热室，再经过废热锅炉回收废热后，去洗气塔5后进煤气柜6，煤气柜体积很大，不仅可以起到储存气体的作用，同时还可以起到重力除尘的作用。从煤气柜中出来的气体再进
7、去电除尘器最后除尘。间歇式气化制半水煤气或水煤气时，废热回收和固体颗粒的净化工艺流程如图6-3所示。,2020/8/6,煤炭气化工艺,煤气中矿尘清除 的主要设备，按 清除原理可分为,旋风分离器：离心力,沉降室：重力沉降，如煤气柜和废热锅炉就相当于重力沉降室,电除尘器：依靠高压静电场,文氏洗涤器：水,水膜除尘器：水,洗涤塔：水,二、 除尘的主要设备,2020/8/6,煤炭气化工艺,电除尘器,电除尘器的主要特点,除尘效率高；设备生产能力范围较大，即适应性较强；流体阻力小,电除尘器的分类,干式电除尘器：科尘返搅 湿式电除尘器：操作连续、稳定，但只能在较低温度下使用,2020/8/6,煤炭气化工艺,湿
8、式电除尘器,湿式电除尘器的结构：它由除尘室和高压供电两部分组成,湿式电除尘器的工作原理： 在电晕电极上电场强度特别大，使导线上产生电晕放电，在电晕电极线周围的气体在高电场强度的作用下发生电离，带负电的离子充满整个电场的有效空间。带负电的离子在电场的作用下，从电晕电极向沉淀电极移动，与粉尘相遇时，炉气中的分散粉尘颗粒将其吸附，从而带电。带电的粉尘在电场作用下移向沉淀电极在电极上放电，使粉尘成为中性并聚集在沉淀电极上，干式经振打、湿式可用水或其他液体冲洗进收尘斗中而被清除。通常电晕极供以负电因为阴离子比阳离子话跃，阴极电晕比阳极稳定。,2020/8/6,煤炭气化工艺,6-3 脱 硫,一、 煤气脱硫
9、方法分类,活性炭法 离子变换树脂法 加氢转化法 氧化铁法 氧化锰法 氧化锌法 水解转化法 分子筛法,干法,湿法,化学吸收法 中和法 湿式氧化法 物理吸收法 物理化学吸收法,2020/8/6,煤炭气化工艺,二、化学吸收法脱硫,(一)湿式氧化法,湿式氧化法是将气体中的硫化氢吸收至溶液中，以催化剂作为载氧体，使其氧化成单质硫，从而达到脱硫的目的。 其化学反应可用下式表示： 硫化氢为酸性气体，吸收剂必须为碱性物质一般常用碳酸钠(过去曾用碳酸钾)、氨水等。 根据所选载氧体的不同，常见的湿式氧化法有改良ADA法、萘醌法、氨水催化法、改良砷碱法、络合铁法、栲胶法等。,2020/8/6,煤炭气化工艺,1、改良
10、ADA法(亦称蒽醌二磺酸钠法),(1)基本原理：该脱硫法的反应机理可分为四个阶段。,在pH8.59.2范围，在脱硫塔内稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物,在液相中，硫氢化物被偏钒酸钠迅速氧化成硫。而偏钒酸钠被还原成焦钒酸钠。,还原性的焦钒酸钠与氧化态的ADA反应，生成还原态的ADA，而焦钒酸钠则被ADA氧化，再生成偏钒酸钠盐。,还原态ADA被空气中的氧氧化成氧化态的ADA，恢复了ADA的氧化性能。消耗的碳酸钠由生成的氢氧化钠得到T补偿。恢复活性后的溶液循环使用。,2020/8/6,煤炭气化工艺,副反应,当气体中含有二氧化碳、氧、氰化氢时，尚有下列副反应发生,气体中混有这些杂质是不可避免的。可见，总有
11、一些碳酸钠消耗在副反应上，因而在进行物料平衡计算时，应把这些反应计入。,2020/8/6,煤炭气化工艺,影响溶液对硫化氢吸收速度的因素,溶液的组分,包括总碱度、碳酸钠浓度、溶液的pH值及其他组分,溶液的总碱度和碳酸钠浓度,气体的净化度、溶液的硫容量及气相总传质系数，都随碳酸钠浓度的增加而增大。但浓度太高，超过了反应的需要，将更多地按式(6-6)的反应生戚碳酸氢钠。碳酸氢钠的溶解度较小，易析出结晶，影响生产。同时浓度太高生成硫代硫酸钠的反应亦加剧。因此，碳酸钠的浓度应根据气体中硫化氢的含量来决定。在满足净化要求的情况下，碳酸钠的浓度应尽量取低些。目前国内在净化低硫原料气时多采用总碱度为0.4mo
12、lL、碳酸钠为0.1molL的稀溶液。随原料气中硫化氢含量的增加，可相应提高溶液浓度，直到采用总碱度为1.0molL，碳酸钠为0.4mol/L的浓溶液。,溶液的pH值,对硫化氢与ADA钒酸盐溶液的反应，溶液的pH值高对反应有利。而氧同还原态ADA钒酸盐反应，溶液pH值低对反应有利。在实际生产中应综合考虑,2020/8/6,煤炭气化工艺,影响溶液对硫化氢吸收速度的因素,溶液中其他组分,偏钒酸盐与硫化氢反应相当快。但当出现硫化氢局部过浓时，会形成“钒-氧-硫”黑色沉淀。添加少量酒石酸钠钾可防止生成“钒-氧硫”沉淀。酒石酸钠钾的用量应与钒浓度有一定比例，酒石酸钠钾的浓度一般是偏钒酸钠钾的一半左右。
13、溶度中的杂质对脱硫有很大影响，例如硫代硫酸钠，硫氰化钠以及原料气中夹带的焦油、苯、萘等对脱硫都有害,温度,吸收和再生过程对温度均无严格要求。温度在1560C范围内均可正常操作。但温度太低，一方面会引起碳酸钠、ADA、偏钒酸钠盐等沉淀；另一方面，温度低吸收速度慢，溶液再生不好。温度太高时，会使生成硫代硫酸钠的副反应加速。通常溶液温度需维持在4045C。这时生成的硫磺粒度也较大。,压力,脱硫过程对压力无特殊要求，由常压至6865MPa(表压)范围内，吸收过程均能正常进行。吸收压力取决于原料气的压力。加压操作对二氧化碳含量高的原料气有更好的适应性。,2020/8/6,煤炭气化工艺,常压改良ADA法脱
14、硫的生产流程：,2020/8/6,煤炭气化工艺,加压ADA法脱硫工艺流程,2020/8/6,煤炭气化工艺,2 萘醌法脱硫,本法是一种高效湿式氧化脱硫法，它由湿法脱硫及脱硫废液处理两部分组成。本法采用氨水作碱性吸收剂，添加少量1,4-萘醌2-磺酸铵(NQ)作催化剂。,（1）原理,2020/8/6,煤炭气化工艺,（2）影响因素,若采用填料再生塔以增加空气和吸收液的接触程度，将有助于再生反应速度的提高,再生后的吸收液回吸收塔循环过程中，吸收液 逐渐积累了上述反应生成的硫磺、酸铵、硫代硫酸铵和硫酸铵等物质。为使这些化合物在吸收液中的浓度保持一定，必须提取部分吸收液作脱硫废液送往废液处理装置予以处理。,
15、煤气的停留时间越长，吸收效果越好,据生产实际资料，入塔煤气中NH3H2S 0.5(质量比)时，脱硫效率有下降趋势，为使脱硫效率保持在90%以上此比值需保持在0.7以上。,同催化剂维度的平方根值及再生气体中氧的浓度成正比关系，与温度成反 比关系。,2020/8/6,煤炭气化工艺,（3）优点,本法以焦炉煤气中的氨作为碱源，降低了成本; 在脱硫操作中，可把再生塔内硫磺的生成量限制在硫氰酸铵生成反应所需要的量范围，过剩的硫则氧化成硫代硫酸盐和硫酸盐。这样，由于再生吸收液中不含固体硫，不仅改善了再生设备的操作，而且防止了吸收液起泡，减少丁脱硫塔内的压力损失，避免了气阻现象的发生。,2020/8/6,煤炭
16、气化工艺,3、栲胶法,改良ADA脱硫方法在操作中易发生堵塞，而且ADA药品价格十分昂贵。用栲胶取代ADA的栲胶法脱硫，则克服了这两项缺点。 (1)栲胶法工艺的特点 栲胶法具有改良ADA法的几乎所有优点。 栲胶既是氧化剂又是钒的络合剂，脱硫剂组成比改良ADA法简单。 我国栲胶资源丰富、价廉易得，因而脱硫装置运行费用比改良ADA法少。 栲胶法脱硫没有硫磺堵塔问题。 栲胶需要一个复杂的预处理过程才能添加到系统中去，否则会造成溶液严重发泡而使生产无法正常进行。但近年来研制出的新产品P型和V型栲胶，可以直接加入系统。,2020/8/6,煤炭气化工艺,(2)栲胶及其水溶液的性质,栲胶来自含单宁的树皮(如栲树、落叶松)、根和茎(如坚本、栗木)、叶(如漆树)和果壳。栲胶的主要成分为单宁，约占66。栲胶可以无限制地溶于水中，直到最后成为糊状。温度升高，溶解度增大。 栲胶水溶液在空气中易被氧化。单宁中较活泼的羟基易被空气中的氧氧化，生成醌态结构物。因单宁具有与ADA类似的氧化还原性质。故栲胶法原理与改良ADA法相似，可以把改良ADA脱硫工艺改成栲胶法。 单宁能与多
