焦?fàn)t氣凈化分析解析課件

1、焦?fàn)t煤氣凈化分析 王寶君焦?fàn)t煤氣凈化綜述焦?fàn)t氣組成名稱H2COCO2N2CH4CnHm O2組成（vol%）54-595.5-71.2-2.53-523-281.5-3.20.6-1.0雜質(zhì)單位含量苯氨硫化氫焦油萘焦?fàn)t氣雜質(zhì)(各地不同)其他Mg/Nm3Mg/Nm3Mg/Nm3Mg/Nm3Mg/Nm3Mg/Nm3100 20050微量微量焦?fàn)t煤氣凈化的目的和意義從氣化爐出來的粗煤氣中，幾乎都含有灰塵粒子，焦油蒸汽，水蒸氣，硫化物，氰化物以及二氧化碳等雜質(zhì)。不同氣化工藝所生產(chǎn)的粗煤氣的雜質(zhì)組成和含量各不相同，且具有各自的特點(diǎn)，焦?fàn)t煤氣中同樣含有硫化氫和氰化氫等有害物質(zhì)，它們腐蝕生產(chǎn)回收設(shè)備及煤氣儲(chǔ)

2、存輸送設(shè)施，并污染廠區(qū)環(huán)境。煤氣凈化的目的就是根據(jù)各種煤氣的特點(diǎn)和用途，清除粗煤氣中的有害雜質(zhì)，使其符合用戶的要求，并盡可能回收其顯熱及有價(jià)值的副產(chǎn)品。根據(jù)用戶對(duì)煤氣凈化的程度和到達(dá)用戶時(shí)溫度的要求，可分為熱煤氣系統(tǒng)和冷潔煤氣系統(tǒng)，熱煤氣系統(tǒng)一般對(duì)煤氣凈化程度要求較低，往往僅除去煤氣中的塵粒，而冷潔煤氣系統(tǒng)則需考慮煤氣的冷凝，冷卻，廢熱回收及脫除煤氣中的塵粒，焦油，氨，硫化氫，氰化物等。脫硫的主要方法和分類干法濕法煤氣脫硫方法氧化鐵法，分子篩法，活性炭法，氧化鋅法等化學(xué)吸收物理吸收物理，化學(xué)吸收中和法氧化法熱碳酸鹽法醇胺法有機(jī)堿法低濃度氨水法萘醌法苦味酸法蒽醌法，栲膠法砷堿法氨水液相催化氧化法

3、低溫甲醇法聚乙二醇二甲醚法環(huán)丁砜法焦?fàn)t氣凈化主要工藝單元簡介冷凝鼓風(fēng)煤氣終冷煤氣脫硫脫氰氨的脫除TSA凈化TSA精制工序主要目的是脫除焦油，萘和硫化物。TSA精制工序的工藝采用變溫吸附，蒸汽再生方案工序中包括兩臺(tái)TSA精制塔，一臺(tái)換熱器。其中一臺(tái)處于吸附脫油，脫萘和脫硫狀態(tài)，另一臺(tái)處于再生狀態(tài)，240h切換一次。吸附劑常用活性炭，分子篩等。精制塔加壓緩沖罐加熱再生調(diào)壓至2KPa再生氣去管網(wǎng)原料氣蒸汽凈化氣主要操作參數(shù)序號(hào)設(shè)備名稱控制項(xiàng)目規(guī)定值1234TSA精制塔吸附溫度吸附壓力再生溫度再生壓力040C6.0KPa20200C0.1MPa加熱器蒸汽進(jìn)口溫度蒸汽進(jìn)口壓力200C0.7MPa壓縮機(jī)進(jìn)

4、口壓力出口壓力1.0KPa1.0MPa緩沖罐進(jìn)口壓力出口壓力1.0MPa1.0MPa可調(diào)吸附塔再生過程與機(jī)理（a）吸附塔降壓 吸附塔逆著吸附方向，即朝著入口端卸壓，氣體排至煤氣管網(wǎng)。 （b）加熱脫附 用凈化后的煤氣經(jīng)加熱至150后，逆著吸附方向吹掃吸附床層,使被吸附的物質(zhì)在加溫下得以完全脫附，再生后的解吸氣送回焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)。 （C）冷卻吸附劑 脫附完畢后，停止加熱再生氣，繼續(xù)用常溫再生氣逆著進(jìn)氣方向吹掃吸附床層，使之冷卻至吸附溫度。冷吹后的解吸氣也送回焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)。 （d）吸附塔升壓 用凈化后的煤氣逆著吸附方向?qū)⑽剿訅褐廖綁毫?，至此吸附塔就又可以進(jìn)行下一次吸附了。 兩個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上

5、的吸附，再生操作，即可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。再生過程吸附機(jī)理吸附機(jī)理主要包括：吸附作用，催化氧化作用，催化轉(zhuǎn)化作用。吸附主要是物理吸附，焦?fàn)t煤氣脫硫效率可達(dá)到70%。催化氧化主要是在氨的存在下發(fā)生的一系列氧化反應(yīng)。如下2COS+O22CO2+2SCOS+2O2+2NH3+H2O CO2+(NH4)2SO4CS2+2O2+2NH3+H2O CO2+(NH4)2S2O34RSH+O2 2RSSR+2H2加氫脫硫處理工藝化合物分子式熱解溫度/化合物分子式熱解溫度/正丁硫醇異丁硫醇己硫醇苯硫醇二苯硫醚n-C4H9SH150乙硫醚(C2H5)S400i-C4H9SH225250己苯硫醚C6H11SH

6、C6H5SH(C6H5)2S200200450噻吩2,5-二甲基噻吩C6H5SC6H11C4H4S(CH3)2C4H2S450500475加氫的有機(jī)硫的種類和熱解溫度已經(jīng)開發(fā)和并在工業(yè)化應(yīng)用推廣的干法凈化工藝：兩級(jí)加氫工藝：“一級(jí)加氫+粗脫+二級(jí)加氫+精脫”。一級(jí)加氫工藝：“一級(jí)加氫+粗吸收+精吸收”。兩段加氫流程圖加氫催化劑的選擇關(guān)于氧脫除催化劑的問題： 由于焦?fàn)t煤氣的特殊性，含有約0.6%1.0%氧，2%3.2%的烯烴及焦油等，氧在鐵鉬加氫催化劑上的反應(yīng)一是加氫反應(yīng)，二是氧化反應(yīng)，其加氫反應(yīng)及氧化反應(yīng)是脫氧的基本反應(yīng)原理，加氫反應(yīng)及氧化反應(yīng)屬強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此，在任何一個(gè)催化劑上必然產(chǎn)生溫升

7、，使反應(yīng)床層產(chǎn)生熱量積蓄及溫度疊加而產(chǎn)生一定的溫升，焦油及其他微量雜質(zhì)附著在催化劑上引起結(jié)炭而堵塞孔道，加之氧對(duì)硫化態(tài)催化劑氧化作用而導(dǎo)致活性下降，現(xiàn)有的脫氧劑均不適宜在焦?fàn)t氣氛圍下使用，鐵鉬預(yù)加反應(yīng)器的設(shè)置很有必要，已工業(yè)運(yùn)行的裝置中的鐵鉬預(yù)加氫JT-8鐵鉬加氫催化劑對(duì)氧脫除率基本在80%，使用壽命6個(gè)月。工業(yè)實(shí)踐中已經(jīng)證明，兩段加氫均采用鐵鉬加氫催化劑，對(duì)有些有機(jī)硫的脫除不夠理想，這主要由于其對(duì)硫的加氫轉(zhuǎn)化能力所限。因此應(yīng)該采取鎳鈷鉬型加氫催化劑才能滿足要求。關(guān)于粗脫硫的催化劑問題： 適合于不同凈化要求及不同硫含量焦?fàn)t煤氣的凈化工藝，對(duì)鐵鉬加氫催化劑及粗脫硫劑，氧化鋅脫硫劑等有一個(gè)適宜的匹

8、配，鐵錳脫硫劑及氧化鐵脫硫劑在焦?fàn)t氣凈化上作為粗脫硫劑均有應(yīng)用，在工業(yè)上使用各有利弊，共同之處是作為廉價(jià)的脫硫劑在投資上是經(jīng)濟(jì)的，但這兩種類型的脫硫劑在工業(yè)使用中：一是要還原，還原條件較為苛刻，氧化鐵脫硫劑還原時(shí)相對(duì)鐵錳脫硫劑要緩和一些，二是在實(shí)際使用中均未達(dá)到所稱的硫容，更換教頻繁，而氧化鐵脫硫劑對(duì)氧更敏感一些，鐵錳脫硫劑的使用效果相對(duì)好一些。也可以使用氧化鋅替代粗脫硫劑，其原因主要有3點(diǎn):(1)裝填時(shí)間少，省去還原步驟，從而增加有效時(shí)間(2)使用過程中不會(huì)產(chǎn)生放硫情況，對(duì)氧不敏感，增加了生產(chǎn)穩(wěn)定性，減少正常產(chǎn)量的損失，(3)裝量少，床層阻力減少，動(dòng)力消耗降低，可以減少費(fèi)用。結(jié)論： 在總有機(jī)

9、硫含量小于200ppm的情況下，使用JT-1加氫催化劑+氧化鋅即可滿足凈化要求，在總含硫量較高時(shí)采用JT-8鐵鉬型催化劑+粗脫硫(氧化鋅)+JT-1鈷鉬型加氫催化劑+精脫硫(氧化鋅)的兩級(jí)加氫，兩級(jí)吸收工藝即可滿足要求。（JT為西北化工研究院所研制）PSA分類變壓吸附平衡分離型速度分離型等壓型非等壓型減壓，沖洗解吸減壓，抽空解吸快速變壓吸附平衡分離型是按照氣體在吸附劑上的平衡吸附性能進(jìn)行選擇性吸附的原理進(jìn)行氣體混合物的分離。利用吸附劑對(duì)不同吸附質(zhì)的選擇吸附特性和吸附能力隨著壓力變化而呈現(xiàn)差異特性，實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離和吸附劑再生，一般來講，氣體非典越高，吸附能力越強(qiáng)。例如變換氣提氫。速度分離型

10、是根據(jù)吸附劑對(duì)各組分的吸附速度的差別來實(shí)現(xiàn)氣體分離的，它利用吸附劑微孔擴(kuò)散分子直徑大小的不同，導(dǎo)致混合物中不同氣體組分?jǐn)U散速度不同而實(shí)現(xiàn)的。例如空氣提氮。廣泛應(yīng)用的是等壓型。PSA凈化PSA凈化吸附原理 變壓吸附(簡稱PSA)技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新興的氣體分離與凈化技術(shù)。20世紀(jì)60年代初，美國聯(lián)合碳化物公司首先實(shí)現(xiàn)了變壓吸附四床工藝技術(shù)的工業(yè)化。 變壓吸附氣體分離過程是利用吸附劑的兩個(gè)基本性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的：一是對(duì)不同組分的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓不同而有顯著變化。利用吸附劑的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其他組分得以提純。通過吸附

11、劑在低溫，高壓下吸附而在高溫，低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。 根據(jù)吸附劑的第二性質(zhì)可知，在壓力一定時(shí)，隨著溫度的升高，吸附容量逐漸增大。變壓吸附過程正是利用吸附劑的特性來實(shí)現(xiàn)吸附與解吸的。吸附劑在常溫高壓下，大量吸附原料氣中的某些雜質(zhì)組分，然后降低雜質(zhì)的分壓，使雜質(zhì)得以解吸。PSA的吸附劑選擇 吸附劑是吸附工藝的基礎(chǔ)和核心,在對(duì)原料氣進(jìn)行分離提純之前首先要選擇合適的吸附劑,吸附法制氫所用的吸附劑必須滿足以下3個(gè)條件:(1)吸附容量大。(2)吸附選擇性高。(3)吸附劑再生容易。 在焦?fàn)t煤氣制氫的吸附分離中,常用的吸附劑有活性炭、沸石分子篩、活性氧化鋁和硅

12、膠。吸附器中一般設(shè)3層不同的吸附劑,氣體由下而上流動(dòng),按流動(dòng)方向依次為活性氧化鋁或硅膠、活性碳、分子篩,這是因?yàn)榛钚匝趸X或硅膠主要用于吸附焦?fàn)t煤氣中的水分和大分子的烴類,從而對(duì)后面的活性炭或分子篩等主要吸附劑起保護(hù)作用。PSA凈化流程四床層的PSA凈化流程圖時(shí)間 A床 B床 C床 D床0400430800830120012301600吸附吸附吸附吸附均壓降順向放壓逆向放壓沖洗均壓升最終升壓均壓升均壓升均壓升均壓降均壓降均壓降順向放壓順向放壓順向放壓逆向放壓逆向放壓逆向放壓沖洗沖洗沖洗最終升壓最終升壓最終升壓四床變壓吸附制氫工藝步驟時(shí)序表十床層的PSA凈化流程圖影響PSA操作的主要工藝參數(shù)進(jìn)料

13、氣的壓力：吸附壓力一般控制在1.23.0MPa,高于3.0MPa氫回收率將不在提高。排氣壓力：排氣壓力對(duì)回收率影響較大，壓力越低，回收率越高，進(jìn)氣/排氣最小不小于4：1進(jìn)料氣體組成：雜質(zhì)含量高，吸收熱大，收率下降氫氣純度：產(chǎn)品氣的品質(zhì)要求越高，其投資的幅度增加越大。PSA操作中的關(guān)鍵設(shè)備程控閥：每個(gè)吸附塔都有7個(gè)程控閥，由于切換次數(shù)頻繁，故要求這些閥門具有良好的密封性，雙向流動(dòng)性，以及快速啟閉能力。國內(nèi)的程控閥分兩種：氣動(dòng)，液壓。要求無泄漏壽命在100萬次以上?？刂葡到y(tǒng)：應(yīng)具備根據(jù)閥位控制線路，雜質(zhì)超標(biāo)等問題，能自動(dòng)切塔與恢復(fù)，對(duì)均壓和沖洗過程精確程控調(diào)節(jié)及平穩(wěn)操作。根據(jù)進(jìn)料量的大小和產(chǎn)品氫純

14、度變化進(jìn)行吸附時(shí)間參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整等，這些都通過DCS完成。煤氣的甲烷化反應(yīng)基本原理主反應(yīng)：CO+3H2CH4+H2O H=-219.3kJ/molCO+H2O CO2+H2 H=-38.4kJ/molCO2+4H2 CH4+2H2O H=-162.8kJ/mol副反應(yīng)：2CO CO2+C H=-173.3kJ/molC+2H2 CH4 H=-84.3kJ/mol甲烷化反應(yīng)的催化劑周期表中第族的所有金屬元素都能不同程度的催化一氧化碳加氫生成甲烷的反應(yīng)，對(duì)于甲烷化催化劑的開發(fā)和研究表明，鎳是良好的金屬催化劑。其他金屬通常僅作為助催化劑。對(duì)于甲烷化催化劑常用的反應(yīng)溫度約為280500，壓力22.5MPa或更高，在如此劇烈的反應(yīng)條件下，它應(yīng)有足夠大而穩(wěn)定的比表面積，為了獲得壽命長和活性均勻的甲烷化催化劑，日前較傾向于使用含鎳約為2530%，含堿性氧化物為36%以及穩(wěn)定性好的硅酸鋁催化劑。鎳催化劑對(duì)于硫化物，如硫化氫和硫氧化碳等的抗毒能力較差。原料氣中總硫含量應(yīng)限制在0.1ppm以下。在鎳催化劑中加入其他金屬（鎢，鋇）或氧化物（氧化鉬，三氧化二鉻，氧化鋅）能明顯的改善鎳