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发布时间:2018-08-10 16:38

焦油是煤气化过程中不可避免的副产物,它不仅严重影响燃气品质,也对下游燃气贮存、输送和燃烧设备带来腐蚀问题,同时燃气净化排放的废液也因焦油有严重的环境污染性。因此,煤气化过程中焦油的脱除是十分必要的。

焦油的脱除方法林林总总,但大致可分为两类:物理法和热化学法。物理法虽然能有效除去焦油,但焦油只是经历了相转换并没有真正除去,如不能解决焦油的二次污染问题,环境污染不可避免;而热化学法不仅能将焦油从根本上除去,而且还能增加原料的转化率,对焦油的去除非常有效,是目前世界各国研究的热点。

一、物理法

1、吸附法

吸附法是用固体吸附剂吸附处理燃气中有害气体的一种方法,属于干法除焦油。吸附剂应具备表面积大、容易吸附和脱附、来源容易、价格较低等特点。常用的去除焦油吸附剂有粉碎的玉米芯、木屑、谷壳、陶瓷和金属过滤器等。实践表明,吸附法除焦油效率较低,大量的焦油还保留在气相中,通过过滤器后也没有完全截留下来,远远不能达到要求,而且操作费用高、安放的设备一般体积较大,占地面积大。目前仍因其技术简单、操作简便广泛应用在农村或企业小型气

化系统燃气的净化处理过程中。

2、水洗法

水洗法是使水与焦油之间发生碰撞、拦截和凝聚,焦油随液滴降落下来的除焦方法,属于湿法除焦油,通常通过冷却/洗涤塔的喷淋装置实现。

冷却/洗涤塔通常是在旋风分离器后面的第一个湿洗单元。在这里所有的重质焦油能够被完全冷凝下来。但是一般意义上的焦油液滴和气态/液态烟雾却能被气流带走。冷却/洗涤塔仅是表面上将冷凝下来的焦油除去了,液滴和烟雾还不能有效去除,所以在冷却塔的后面通常跟有文丘里洗涤塔。

文丘里洗涤塔根据压力突变的原理,可以将气态中较重物质除去。采用冷却/洗涤塔与文丘里洗涤塔出口固体和焦油液滴的体积含量低于10mL/m³。有时也在喷淋水中加一定的NaOH,成为稀碱溶液,对去除有机酸、焦油及其他有机物有较好的效果。从目前技术来看,水洗法是一种非常有效的焦油去除方法,它能将焦油冷凝在气相产品中。但值得注意的是这种方法会产生大量的废水,造成能源浪费。而且把焦油从燃气里去除的过程中,燃气的热值减少,气化过程的整体效率降低。焦油洗涤产生的废水包括大量的有机物不溶物、无机酸、NH3 和金属等,因而不能随意排放,而起其后续处理过程非常繁琐,操作费用较高。所以要使水洗除焦法得到更为广泛的应用,必须找到合适的废水处理方法。

3、电捕焦油法

电捕焦油器是利用高压电场使气体发生电离,焦油微粒绝大部分带上负电荷且沿电力线方向吸附于沉淀极的表面,放出电荷而成为中型的油粒,油雾粒子在极板表面不断凝聚,颗粒增大,最后成为油滴重力沿沉淀极表面流淌至设备底部,经排污口排出。常用的有管式、套筒式和蜂窝式电捕焦油器。

此种方法除焦油效率高,基本达95%以上,有的可以达98-99%。理论及技术成熟,但是设备价格昂贵,不利于普及。

二、热化学法

热化学法除焦油就是使焦油在一定的反应条件下发生一系列的化学反应,使大分子的焦油转化成小分子的有用气体。热化学法除焦油不仅能从根本上去除焦油,消除了焦油对设备的破坏和对环境污染的隐患,而且有效的回收了能量。

另外,焦油通过化学反应后大部分也转化成了同气化反应产生的气体相类似的无机气体和小分子烃化合物,增加了生物质的转化率,提高了原料的利用率。热化学除焦法主要有热裂解法和催化裂解法两种。

1、热裂解法

热裂解法是在较高的温度水平下(1000~1200℃)使气体中的焦油发生深度裂化,较大分子的化合物通过断键脱氢、脱烷基以及其他一些自由基反应而转变为较小分子的化合物。高温有利于焦油发生裂解和水蒸气转化反应,所以焦油含量随温度升高而减少。升高温度在提高了焦油裂解的转化率的同时,还改变了裂解产物的组成。这是由于温度升高,有利于焦油进行缩聚反应,使焦油转变成焦,在高温下,焦油结焦是焦油裂解的主要反应。热裂解要想达到较高的效率需要很高的温度,这样,不仅对设备自身材质要求很高,而且要求有良好的保温设备。在这样的条件下进行裂解需要很大的能耗,所以想通过单纯提高温度的方法来增强焦油裂解反应是不切实际的。

2、催化裂解法

焦油在裂解过程中需要很高的能量,所以单纯热裂解过程需要很高的温度。催化裂解法利用催化剂来降低焦油转化所需活化能,使其能在较低的温度下进一步裂解。

800℃~850℃,焦油裂解平均在40%左右;在900℃,焦油的裂解率也只有60%左右。为达到同样的焦油转化率,采用特定催化剂的催化裂解反应比单纯热裂解反应所需温度大为降低。催化裂解不仅降低了反应温度(700℃~900℃),还提高了焦油的转化效率,可达90%以上。因此,催化裂解是一种非常具有潜力的焦油脱除方法。

催化裂解的核心是催化剂的选择,研究表明,与不用催化剂相比,使用后氢气产率与浓度能提高10%左右。不管应用何种类型的反应器和何种反应条件,对催化剂的基本要求大体是一致的:

-必须有效脱除焦油

-应具有一定的抵抗因积碳或烧结而失活的能力

-应较容易的再生

-应具有足够的强度

-价格低廉

催化剂种类很多,常用的有镍基催化剂、煅烧白云石、菱镁矿、橄榄石和铁催化剂等,大致可分为三大类:碳酸盐催化剂、镍基催化剂和复合催化剂。

三、其他除焦法

1、臭氧氧化法

臭氧为已知最强的氧化剂之一,可以氧化大多数化合物。有研究表明臭氧与含有不饱和碳碳键的有机物反应速率相当快,利用臭氧的强氧化性,打断焦油分子中不饱和碳碳键,从而将较大的焦油颗粒氧化生成分子量较小的小颗粒。臭氧可以以空气中的氧气作为原料,很容易的由臭氧发生器制备。需要注意以下两点:

首先,要对臭氧与焦油成分反应的环境温度进行控制:焦油主要成分萘和菲的沸点分别为218℃340℃,要防止焦油阻塞管道需在气态下将其去除,当温度达到270℃高温时,臭氧易转为氧气,达不到氧化去除的效果。

其次,要考虑去除对象的主要成分,生物质气化有效产物主要是H2 CO,臭氧的氧化性可能将主要产品CO 氧化,而且臭氧分解后产生的氧气和H2 CO 混合达到爆炸极限后可能引发爆炸。

2、静电旋风除焦油法

静电旋风除焦器是在“旋风加静电”的设想上,将结构简单、体积小、应用广泛的旋风除尘器改造成小型电收尘器。它利用惯性力和静电力的作用提高收尘效率。静电除尘器能将粉尘荷电的性质完

全利用到除焦问题上来,以旋风除尘器外筒体作为集尘极,并在筒体内布置电极。在对旋风除尘器结构不作根本性改动的前提下可显著改善其除尘性能。其优点如下:

-除焦效率和电除尘器相仿,对于去除少量的焦油效果更为明显;

-静电旋风除尘器技术成熟,与前几种除焦方法相比,造价较低;

-静电旋风除尘器结构简单、占地面积小、维修方便且没有二次污染。

-静电旋风除尘器是集静电除尘器的高性能及旋风除尘器的结构简单、造价低廉为一身的新型设备。

以上就是脱除煤气化过程中燃气脱焦油的几种常见方法,仅供参考!同时因以上除焦方法各有其优缺点,企业可根据具体的工艺状况和自身经济条件选择合适的除焦方法。


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