煤氣高壓放電淨化轉化工藝和裝置的製作方法

2023-04-30 13:26:36

專利名稱：煤氣高壓放電淨化轉化工藝和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於使煤氣中部分一氧化碳轉化為無毒可燃氣體，同時脫除煤氣中硫化氫等雜質的煤氣淨化、轉化工藝及其裝置。
目前，一般水煤氣爐和兩段水煤氣都含有粉塵、焦油和硫化氫等雜質，並且一氧化碳含量高達30％。為使其潔淨程度及一氧化碳含量達到國家城市煤氣設計規範要求供城鎮居民直接使用，必須對煤氣進行淨化、轉化處理。為此目前普遍採用的煤氣淨化、轉化工藝流程見

圖1，煤氣除焦油、粉塵、脫硫及甲烷化分別在不同裝置中進行，煤氣甲烷化還採用含有鎳等貴金屬的催化劑，淨化、轉化工藝流程長，投資大。
本發明的目的是提供一種新的降低煤氣中一氧化碳含量，脫硫(硫化氫、二氧化硫)，除焦油，粉塵的方法及其實施該工藝的裝置，簡化煤氣淨化轉化工藝流程。
為達到上述目的，本發明採用了煤氣放電淨化轉化工藝，將水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經水洗初步淨化，降溫處理後，通入多功能放電反應裝置內，在常壓、低溫(∠150℃)，空速1-100h-1、輸入電壓大於8KV的條件下，粗煤氣中一氧化碳、氫、硫化氫分別發生化學反應。其化學反應機理如下
式中※表示活性自由基。
首先，電埸加速低能電子變為高能電子，高能電子與分子碰撞，使分子激發，生成活性自由基，然後進行化學反應。
一氧化碳和氫的放電化學反應，在反應開始進行的最低輸入電壓或最低電埸強度時，當輸入電壓低於最低輸入電壓時，則反應不能進行。
在低輸入電壓或低電埸強度範圍內，低能電子變為高能電子為反應的控制步驟，反應為零級反應，因此，一氧化碳轉化反應速度常數與輸入電壓或電埸強度關係為K＝mln U/Uc＝mln E/Ec式中K為速度常數，U為輸入電壓，Uc為反應開始進行所需最低電壓，E為電埸強度，Ec為反應開始進行所需最低電埸強度，m為經驗常數。
上述K-U關係式能很好擬合一氧化碳、氫氣放電化學反應數據，從K-U關係式看出，當輸入電壓U等於或小於Uc時，則速度常數K＝0或負值，即反應不能進行，在反應能夠進行時，其輸入電壓的高低，氣體流量的大小，對一氧化碳轉化率及一氧化碳濃度的影響隨輸入電壓升高，氣體流量減少，煤氣一氧化碳轉化率增加，一氧化碳濃度降低(見圖2、圖3)。
本發明還可以用於不含有氫或含氫量低的發生爐煤氣或煙道氣的淨化，並可以同時脫除煤氣中的焦油、粉塵和硫化氫或二氧化硫，其焦油粉塵脫除率和除硫率不小於95％。
為實施該工藝，我們採用的多功能放電反應裝置。該裝置與普通的電捕焦油器結構相似，為管式或板式放電反應裝置，在內外電極間有絕緣材料構成的絕緣層。該絕緣層厚度主要根據輸入電壓及絕緣材料性能等因素確定，絕緣層緊貼外電極的內側。反應氣體從內電極與絕緣層之間的間隙通過。在向該裝置輸入電壓時，就會在內外電極間及氣體間隙內形成很強的電埸，在這樣的強電埸中當含有一氧化碳、氫和硫化氫的氣體通過電埸區時，電埸中的高能電子與氫氣、一氧化碳和硫化氫分子發生碰撞，使氫、一氧化碳和硫化氫分子激發，電離生成自由基，離子發生化學反應。一氧化碳和氫反應生成甲烷、丙烯等可燃有機物和少量固體聚合物，硫化氫分解為單質硫，沉積在電極上，煤氣中的焦油、粉塵吸附離子電子，在電埸中定向運動，沉積在電極表面。從而達到脫除煤氣中硫化氫、焦油和粉塵，降低煤氣一氧化碳含量的目的。
本發明與現有技術相比具有如下優點1、由於採用了多功能放電反應裝置使煤氣中一氧化碳的轉化、脫硫、除焦油、粉塵在一個裝置中進行，簡化縮短了煤氣淨化、轉化工藝流程。
2、由於該裝置利用高壓放電化學反應原理，因而在淨化轉化過程中不使用含有鎳等貴金屬的催化劑和昂貴的脫硫劑。脫硫過程不對環境造成二次汙染，直接生成單質硫。
3、多功能放電反應裝置結構簡單，在常壓低溫(∠150℃)下操作對設備材料要求低，易於加工製造。
圖1、水煤氣爐或兩段水煤氣爐生產城市煤氣工藝流程圖；圖2、多功能放電反應裝置輸入電壓對一氧化碳轉化率、濃度的影響；圖3、氣體流量對一氧化碳轉化率、濃度的影響；圖4、多功能放電反應裝置結構示意圖。
下面結合附圖對本發明做進一步的描述。
圖4為本發明的多功能放電反應裝置示意圖，裝置的外殼是密封的立柱式圓柱體，外電極2裝在圓柱體的內部，由數根無縫鋼管制成。內電極3懸掛在吊架6上位於外電極2的中心，內電極的下端為內電極下圈7，兩個內外電極間有絕緣材料構成的絕緣層1，絕緣層緊貼外電極的內側。高壓油箱4，高壓瓷瓶5和高壓電纜接口8在裝置的頂部，與之配套的高壓電源為直流、交流或中、高頻電源均可，反應氣體從內電極與絕緣層之間的間隙通過。
當煤氣中一氧化碳含量為29％，氫含量為50％，氮加二氧化碳為20％時，經多功能放電反應裝置，在輸入電壓大於9.5KV，空速1-100h-1，溫度小於150℃，壓力1.0-1.3atm的條件下處理後，煤氣中一氧化碳含量小於16％。
當煤氣中一氧化碳為30％，硫化氫為0.8％，氫含量約50％，氮加二氧化碳為19％時，經多功能放電反應裝置，在輸入電壓大於9.5KV，空速1-100h-1，溫度小於150℃，壓力1.0-1.3atm條件下處理後，煤氣中一氧化碳含量小於17％，硫化氫小於等於20mg/m3。煤氣中一氧化碳、硫化氫濃度均達到城市煤氣設計規範要求。
多功能放電反應裝置的有效熱效率※大於80％。
※(有效熱效率＝產品氣熱值/原料氣熱值×100％)
權利要求
1.一種煤氣高壓放電淨化、轉化工藝，其特徵在於從水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經水洗初步淨化降溫處理後，在低溫(∠150℃)、常壓條件下，通入輸入電壓大於8KV的多功能放電反應裝置，反應後得到煤氣中一氧化碳濃度小於20％，硫化氫小於20mg/m3，一氧化碳轉化反應速度常數與輸入電壓或電埸強度關係為K＝mln U/Uc＝mln E/Ec式中K為速度常數；U為輸入電壓；Uc為反應開始所需最低電壓；E為電埸強度；Ec為反應開始進行所需最低電埸強度；m為經驗常數。
2.根據權利要求1所述的煤氣高壓放電淨化、轉化工藝，其特徵在於還可以處理發生爐煤氣或煙道氣，使脫硫(硫化氫，二氧化硫)、除塵同時進行。
3.一種用於權利要求1工藝的多功能放電反應裝置，與普通的電捕焦油器結構相似，為管式或板式放電反應裝置，其特徵在於在內、外電極間有絕緣材料構成的絕緣層(1)，絕緣層緊貼外電極(2)內側，反應氣體從內電極(3)與絕緣層之間的間隙通過。
全文摘要
本發明提供了一種新的降低煤氣中一氧化碳含量、脫硫(硫化氫、二氧化硫)、除焦油、粉塵的方法，簡化了煤氣淨化、轉化工藝流程。並發明了一種多功能放電反應裝置，由於該裝置的特殊結構，使從水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經水洗、初步淨化降溫處理後，通入多功能放電反應裝置內，在一定工藝條件下，使煤氣中一氧化碳轉化，硫化氫脫除和焦油、粉塵脫除同時進行，並且煤氣中一氧化碳濃度、硫化氫含量均達到國家城市煤氣設計規範質量要求，焦油、粉塵脫除率大於95％。
文檔編號C10K1/00GK1140750SQ95107490
公開日1997年1月22日 申請日期1995年7月17日 優先權日1995年7月17日
發明者張文輝, 戴和武, 謝可玉, 逄進, 鄧一英, 陳慶 申請人:煤炭科學研究總院北京煤化學研究所