CN102807902A - 焦炉煤气的二次净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焦炉煤气的二次净化方法，包括初滤、冷却、吸附、精滤和加热步骤，首先将焦炉煤气通过焦炭过滤得到第一煤气；将第一煤气进行压缩后冷却至40~50℃得到第二煤气；将第二煤气通过多孔性固体吸附剂吸附洗脱得到第三煤气；将第三煤气经过预处理步骤，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；将第四煤气加热至70~80℃得到净化煤气。解决了焦炉煤气净化不完全，导致燃气轮机易腐蚀，使用寿命短的技术问题。

Description

焦炉煤气的二次净化方法

技术领域

本发明涉及焦炉煤气领域，特别地，涉及一种焦炉煤气的二次净化方法。

背景技术

焦炉煤气是一种可燃工业废气,以往通常被排放到空气中，这样不仅造成能源浪费，还严重污染了空气环境。燃气轮机能利用焦炉煤气进行发电和供热，对焦炉煤气进行二次利用，但是焦炉煤气中含有杂质较多，影响了燃气轮机的使用寿命。

为了提高燃气轮机的使用寿命，通常对焦炉煤气进行净化处理。现有技术中，大部分采用初冷、洗氨、终冷、洗苯的煤气净化或称煤气回收工艺。但是按照上述煤气净化工艺只能满足普通燃烧用气的要求，煤气还含有大量未被净化粉尘、焦油、金属和非金属离子等杂质，这些杂质容易使燃气轮机产生腐蚀，影响使用寿命。

目前运行的焦炉煤气发电项目中，只在压缩前和进燃气轮机前设置了简单过滤器。该过滤器的滤芯由不锈钢丝网加工而成，存在过滤精度不高的问题，只能去除气体中的大颗粒的粉尘，不能去除焦炉煤气中的焦油、硫化氢等杂质，仍然存在燃气轮机叶片腐蚀严重，运行寿命短的问题。对于焦炉煤气的二次净化，国内目前没有现成的技术和净化装置可以使用，而国外燃气轮机发电一般都用天然气，对焦炉煤气的深度净化研究较少。

发明内容

本发明目的在于提供一种焦炉煤气的二次净化方法，以解决现有技术中焦炉煤气净化不完全，导致燃气轮机易腐蚀，使用寿命短的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种焦炉煤气的二次净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）初滤：将焦炉煤气通过焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气进行压缩后冷却至40~50℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过多孔性固体吸附剂吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气经过预处理步骤，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至70~80℃得到净化煤气。

进一步地，初滤步骤中焦炭为粒径25~30mm的颗粒。

进一步地，焦炭可通入150℃的蒸汽20~40天进行再生。

进一步地，吸附步骤中多孔性固体吸附剂为硅胶、活性氧化铝、活性炭、活性焦、碳纤维中的一种或多种。

进一步地，多孔性固体吸附剂可通入150℃的蒸汽或者150℃的净化煤气15~20天进行再生。

进一步地，精滤步骤中预处理步骤为将第三煤气在1~2m/s流速下进行沉降分离。

进一步地，第四煤气中≥10um的颗粒残留率≤1％，≥15um的颗粒残留率为0％。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的焦炉煤气的二次净化方法，对于粒径大于10μm颗粒的截留率≥99％；对于粒径大于15μm颗粒的截留率≥100％，能有效去除焦炉煤气中的粉尘、萘、焦油等无机或有机杂质，能有效减缓燃气轮机中叶轮的腐蚀作用，延长燃气轮机的使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

一种焦炉煤气的二次净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）初滤：将焦炉煤气通过焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至40~50℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过多孔性固体吸附剂吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气经过预处理步骤，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至70~80℃得到净化煤气。

本发明采用的焦炉煤气二次净化方法为将焦炉煤气经过初次净化后再进行二次净化，初次净化的方法包括初冷、洗氨、终冷、洗苯步骤；二次净化包括初滤、冷却、吸附、精滤和加热步骤。初滤步骤采用焦炭过滤器对焦炉煤气进行初步过滤，焦炭具有一定的孔径，能除去大颗粒的粉尘，同时焦炭对高沸点的焦油组分有较好的吸附效果，能吸附焦炉煤气中部分萘和焦油。由于焦炉煤气中含有部分水分，水分将影响后续吸附和精滤步骤，本发明采用冷却步骤去除第一煤气中的水分。水在煤气中存在的蒸汽压力和温度之间的对应关系，通过降低焦炉煤气的温度，使气体中的水蒸气在低温下过饱和而被冷凝下来，达到分离的目的；当温度达到40~50℃时，可以使焦炉煤气中达到气液分离；同时焦炉煤气中的萘在降温过程中由气态变为固态，从而去除气体中的水份和萘杂质。经过冷却步骤的第二煤气中还存在少量不能被焦炭处理的有机和无机杂质，多孔性固体吸附剂可以根据焦炉煤气中的成分选择性吸附气体中各种有机和无机杂质，除去焦炉煤气中的焦油、硫化氢、萘、碱金属等有机和无机杂质，达到净化的目的。经过吸附处理后的第三煤气中还存在不被吸附和过滤的粉尘和焦油，本发明首先对焦炉煤气进行预处理，除去粒径为100μm以上的杂质，防止杂质粒径过大，导致后续精滤步骤容易堵塞；然后将预处理后的焦炉煤气通过中空纤维滤料除去5μm以上的细微粉尘和部分焦油，对焦炉煤气中的粒径较小的杂质进行进一步净化。由于焦炉煤气需要进行燃烧发电，若煤气中含有液态水则严重影响了焦炉煤气的燃烧效率，同时也容易导致燃气轮机腐蚀；为了彻底除去焦炉煤气中的液态水，本发明将第四煤气加热至70~80℃，使焦炉煤气的温度高于露点温度20℃以上，保证焦炉煤气充分干燥。本发明采用的焦炉煤气净化方法包括初滤、冷却、吸附、精滤和加热步骤对焦炉煤气进行深层净化，彻底除去了焦炉煤气中的水份、粉尘、焦油、萘、硫化氢、碱金属等杂质，保证了燃气轮机的使用寿命。同时为了保证各设备的正常运行，冷却步骤以后所有管道及设备均进行保温处理，防止温度低于露点温度，影响设备运行。

初滤步骤采用的是焦炭过滤器对焦炉煤气进行过滤吸附，在焦炭过滤器中填有直径25~30mm左右大小的焦炭颗粒，对高沸点的焦油组分有较好的吸附效果，其吸附效率达到40％以上，同时，焦炭可以除去焦炉煤气中的粉尘，对萘也有一定的吸附作用。

进一步地，焦炭在的使用时间可达到10~12个月，当焦炭吸附达到饱和后，则需对焦炭进行再生。焦炭的再生方法为通入150℃的蒸汽或者150℃净化煤气，再生周期为20~40天，焦炭再生后还具有吸附效果，可以重复利用，节约了生产成本，减少了废渣的排放，更加节能环保。上述的净化煤气为焦炉煤气经过二次净化后的煤气。

同时本发明在净化工艺的设计过程中，使用了两个焦炭过滤装置，一个处于使用状态，另外一个作为备用；当处于使用状态的焦炭过滤装置吸附饱和后，可以马上转入备用状态的焦炭过滤装置，免去拆卸，填充等不必要的步骤，延误生产。而使用状态的焦炭过滤装置，可以利用燃气轮机发电后的余热产生的蒸汽进行再生，或者将经过二次净化后的净化煤气对焦炭过滤装置进行再生，使生产的废气充分利用，保证能源可循环利用，更加节能环保。

焦炭过滤装置为实用新型专利ZL200920266004.9所公布的焦炭过滤装置。

吸附步骤是根据吸附原理，选择某些多孔性固体吸附剂吸附气体中的水蒸气和各种有机和无机气体。其中硅胶、活性氧化铝和分子筛可以起到脱水，除去无机物的作用；而活性炭、活性焦和碳纤维可以除去焦炉煤气中的有机物。吸附前后吸附后的气体均通过丝网除沫器，去除气体中的液体及大颗粒的固体颗粒物，是吸附更完全，净化更彻底。丝网除沫器的过滤网为不锈钢金属丝。

多孔性固体吸附剂进一步地，多孔性固体吸附剂的使用时间可达到6~12个月。当多孔性固体吸附剂达到饱和后，可以通入150℃的蒸汽或是净化煤气进行再生，再生周期为15~20天，多孔性固体吸附物质再生后还具有吸附效果，可以重复利用，节约了生产成本，减少了废渣的排放，更加节能环保。上述的净化煤气为焦炉煤气经过二次净化后的煤气。

当焦炉燃料气经过冷却、分离、吸附等处理后，送入燃料气净化成套装置进行精滤步骤，通过重力沉降分离步骤进行预处理，然后再进入高效气体过滤器中进行进一步净化处理。高效气体过滤器采用具有强吸附能力的中空纤维作为滤料，将滤料由上至下按密度逐步从疏松到致密排布，这种排布使较大的尘粒在上层的较粗的滤料得到截留，而较小的尘粒在下层的较密的滤料得到捕集，即粉尘在多层滤料中呈立体分布，其捕集效率可大于99.99％。高效气体过滤器的纳污量是滤芯式过滤器1000倍。在捕集相同数量的杂质后，高效气体过滤器是中空纤维滤料具有很大的空隙率，阻力相对滤芯式过滤器来说小得多，因此高效气体过滤器可以确保长期稳定运行而不用检修。高效气体过滤器同时兼有高效率、低阻力、运行稳定可靠、高纳污量、高耐受性，滤料不会因受压而损坏等优点。精滤步骤中，对≥10μm的颗粒的截留率≥99％；≥15μm颗粒的截留率≥100％，使第四煤气中的固态物中不含有粒径≥15um的颗粒，而粒径≥10um的颗粒残留率仅为≤1％，高于燃气轮机对气体中粉尘含量的要求。

预处理步骤为将第三煤气进入沉降室，使气体流速为1~2m/s，这时大颗粒杂质如粒径为100um以上的颗粒由于沉降效应被分离出来，使精滤步骤效果更好，效率更高。

本发明所用的燃料气净化成套装置可通过市售可得。

实施例

以下实施例中所用的材料为市售，所述的装置为现有技术。

实施例1

1）初滤：将焦炉煤气通过直径28mm的焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至45℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过活性碳吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气在1m/s气体流速下进行沉降分离，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至75℃得到净化煤气。

实施例2

1）初滤：将焦炉煤气通过直径25mm的焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至40℃左右得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过碳纤维吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气在1.5m/s气体流速下进行沉降分离，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至70℃得到净化煤气。

实施例3

1）初滤：将焦炉煤气通过直径28mm的焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至45℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过活性氧化铝吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气在2m/s气体流速下进行沉降分离，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至80℃得到净化煤气。

实施例4

1）初滤：将焦炉煤气通过直径28mm的焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至45℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过硅胶吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气在2m/s气体流速下进行沉降分离，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至80℃得到净化煤气。

实施例5

1）初滤：将焦炉煤气通过直径28mm的焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将第一煤气冷却至45℃得到第二煤气；

3）吸附：将第二煤气通过活性焦吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将第三煤气在2m/s气体流速下进行沉降分离，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将第四煤气加热至80℃得到净化煤气。

将实施例1~5中的净化煤气进行粉尘、萘、焦油、硫化氢等杂质的残留量进行检测，检测结果列于表1中。

焦炉煤气中焦油、尘，硫化氢、萘的检测是根据GB/T12208-2008《人工煤气组分与杂质测定方法》及GB/T601-2002《化学试剂标准滴定溶液的制备》标准检测；碱金属含量按照JY-T020-1996《离子色谱分析方法通则》标准检测。当净化煤气中焦油、尘含量≤5mg/Nm3；硫化氢含量≤50mg/Nm3；萘含量≤100mg/Nm3时，碱金属中P、Zn、Li、V含量≤0.1mg/Kg；Na、K、Ca+Mg、F+Cl+Br+I≤1mg/Kg时，则认为煤气净化完全，可用于燃气轮机发电。

检测温度为20℃，检测湿度为60％。

表1杂质残留量检测结果表

从表1的检测结果可知，实施例1~5中的焦油、碱金属、尘、硫化氢和萘含量均达到煤气净化标准，证明采用本发明实施例1~5的二次净化方法，能有效除去煤气中的粉尘和杂质，净化效果良好，得到的净化煤气能完全满足燃气轮机的发电要求。其中实施例1中的杂质残留量最少，净化效果最好，为本发明最优实施例。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种焦炉煤气的二次净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）初滤：将焦炉煤气通过焦炭过滤得到第一煤气；

2）冷却：将所述第一煤气进行压缩后冷却至40~50℃得到第二煤气；

3）吸附：将所述第二煤气通过多孔性固体吸附剂吸附洗脱得到第三煤气；

4）精滤：将所述第三煤气经过预处理步骤，然后通过中空纤维滤料过滤得到第四煤气；

5）加热：将所述第四煤气加热至70~80℃得到净化煤气。

2.根据权利要求1所述的二次净化方法，其特征在于，所述初滤步骤中所述焦炭为粒径25~30mm的颗粒。

3.根据权利要求2所述的二次净化方法，其特征在于，所述焦炭可通入150℃的蒸汽20~40天进行再生。

4.根据权利要求1所述的二次净化方法，其特征在于，所述吸附步骤中所述多孔性固体吸附剂为硅胶、活性氧化铝、活性炭、活性焦、碳纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的二次净化方法，其特征在于，所述多孔性固体吸附剂可通入150℃的蒸汽或者150℃的净化煤气15~20天进行再生。

6.根据权利要求1所述的二次净化方法，其特征在于，所述精滤步骤中所述预处理步骤为将所述第三煤气在1~2m/s流速下进行沉降分离。

7.根据权利要求1所述的二次净化方法，其特征在于，所述第四煤气中≥10um的颗粒残留率≤1％，≥15um的颗粒残留率为0％。

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