專利名稱：煤氣高壓放電凈化轉(zhuǎn)化工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于使煤氣中部分一氧化碳轉(zhuǎn)化為無毒可燃?xì)怏w，同時(shí)脫除煤氣中硫化氫等雜質(zhì)的煤氣凈化、轉(zhuǎn)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(zhì)，并且一氧化碳含量高達(dá)30％。為使其潔凈程度及一氧化碳含量達(dá)到國(guó)家城市煤氣設(shè)計(jì)規(guī)范要求供城鎮(zhèn)居民直接使用，必須對(duì)煤氣進(jìn)行凈化、轉(zhuǎn)化處理。為此目前普遍采用的煤氣凈化、轉(zhuǎn)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(jìn)行，煤氣甲烷化還采用含有鎳等貴金屬的催化劑，凈化、轉(zhuǎn)化工藝流程長(zhǎng)，投資大。
本發(fā)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(shí)施該工藝的裝置，簡(jiǎn)化煤氣凈化轉(zhuǎn)化工藝流程。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了煤氣放電凈化轉(zhuǎn)化工藝，將水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經(jīng)水洗初步凈化，降溫處理后，通入多功能放電反應(yīng)裝置內(nèi)，在常壓、低溫(∠150℃)，空速1-100h-1、輸入電壓大于8KV的條件下，粗煤氣中一氧化碳、氫、硫化氫分別發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下
式中※表示活性自由基。
首先，電埸加速低能電子變?yōu)楦吣茈娮?，高能電子與分子碰撞，使分子激發(fā)，生成活性自由基，然后進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
一氧化碳和氫的放電化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)開始進(jìn)行的最低輸入電壓或最低電埸強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)輸入電壓低于最低輸入電壓時(shí)，則反應(yīng)不能進(jìn)行。
在低輸入電壓或低電埸強(qiáng)度范圍內(nèi)，低能電子變?yōu)楦吣茈娮訛榉磻?yīng)的控制步驟，反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)，因此，一氧化碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度常數(shù)與輸入電壓或電埸強(qiáng)度關(guān)系為K＝mln U/Uc＝mln E/Ec式中K為速度常數(shù)，U為輸入電壓，Uc為反應(yīng)開始進(jìn)行所需最低電壓，E為電埸強(qiáng)度，Ec為反應(yīng)開始進(jìn)行所需最低電埸強(qiáng)度，m為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。
上述K-U關(guān)系式能很好擬合一氧化碳、氫氣放電化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)，從K-U關(guān)系式看出，當(dāng)輸入電壓U等于或小于Uc時(shí)，則速度常數(shù)K＝0或負(fù)值，即反應(yīng)不能進(jìn)行，在反應(yīng)能夠進(jìn)行時(shí)，其輸入電壓的高低，氣體流量的大小，對(duì)一氧化碳轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率增加，一氧化碳濃度降低(見圖2、圖3)。
本發(fā)明還可以用于不含有氫或含氫量低的發(fā)生爐煤氣或煙道氣的凈化，并可以同時(shí)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于95％。
為實(shí)施該工藝，我們采用的多功能放電反應(yīng)裝置。該裝置與普通的電捕焦油器結(jié)構(gòu)相似，為管式或板式放電反應(yīng)裝置，在內(nèi)外電極間有絕緣材料構(gòu)成的絕緣層。該絕緣層厚度主要根據(jù)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(nèi)側(cè)。反應(yīng)氣體從內(nèi)電極與絕緣層之間的間隙通過。在向該裝置輸入電壓時(shí)，就會(huì)在內(nèi)外電極間及氣體間隙內(nèi)形成很強(qiáng)的電埸，在這樣的強(qiáng)電埸中當(dāng)含有一氧化碳、氫和硫化氫的氣體通過電埸區(qū)時(shí)，電埸中的高能電子與氫氣、一氧化碳和硫化氫分子發(fā)生碰撞，使氫、一氧化碳和硫化氫分子激發(fā)，電離生成自由基，離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一氧化碳和氫反應(yīng)生成甲烷、丙烯等可燃有機(jī)物和少量固體聚合物，硫化氫分解為單質(zhì)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(yùn)動(dòng)，沉積在電極表面。從而達(dá)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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用了多功能放電反應(yīng)裝置使煤氣中一氧化碳的轉(zhuǎn)化、脫硫、除焦油、粉塵在一個(gè)裝置中進(jìn)行，簡(jiǎn)化縮短了煤氣凈化、轉(zhuǎn)化工藝流程。
2、由于該裝置利用高壓放電化學(xué)反應(yīng)原理，因而在凈化轉(zhuǎn)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(duì)環(huán)境造成二次污染，直接生成單質(zhì)硫。
3、多功能放電反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在常壓低溫(∠150℃)下操作對(duì)設(shè)備材料要求低，易于加工制造。
圖1、水煤氣爐或兩段水煤氣爐生產(chǎn)城市煤氣工藝流程圖；圖2、多功能放電反應(yīng)裝置輸入電壓對(duì)一氧化碳轉(zhuǎn)化率、濃度的影響；圖3、氣體流量對(duì)一氧化碳轉(zhuǎn)化率、濃度的影響；圖4、多功能放電反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
圖4為本發(fā)明的多功能放電反應(yīng)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(nèi)部，由數(shù)根無縫鋼管制成。內(nèi)電極3懸掛在吊架6上位于外電極2的中心，內(nèi)電極的下端為內(nèi)電極下圈7，兩個(gè)內(nèi)外電極間有絕緣材料構(gòu)成的絕緣層1，絕緣層緊貼外電極的內(nèi)側(cè)。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(yīng)氣體從內(nèi)電極與絕緣層之間的間隙通過。
當(dāng)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(shí)，經(jīng)多功能放電反應(yīng)裝置，在輸入電壓大于9.5KV，空速1-100h-1，溫度小于150℃，壓力1.0-1.3atm的條件下處理后，煤氣中一氧化碳含量小于16％。
當(dāng)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(shí)，經(jīng)多功能放電反應(yīng)裝置，在輸入電壓大于9.5KV，空速1-100h-1，溫度小于150℃，壓力1.0-1.3atm條件下處理后，煤氣中一氧化碳含量小于17％，硫化氫小于等于20mg/m3。煤氣中一氧化碳、硫化氫濃度均達(dá)到城市煤氣設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
多功能放電反應(yīng)裝置的有效熱效率※大于80％。
※(有效熱效率＝產(chǎn)品氣熱值/原料氣熱值×100％)
權(quán)利要求
1.一種煤氣高壓放電凈化、轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于從水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經(jīng)水洗初步凈化降溫處理后，在低溫(∠150℃)、常壓條件下，通入輸入電壓大于8KV的多功能放電反應(yīng)裝置，反應(yīng)后得到煤氣中一氧化碳濃度小于20％，硫化氫小于20mg/m3，一氧化碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度常數(shù)與輸入電壓或電埸強(qiáng)度關(guān)系為K＝mln U/Uc＝mln E/Ec式中K為速度常數(shù)；U為輸入電壓；Uc為反應(yīng)開始所需最低電壓；E為電埸強(qiáng)度；Ec為反應(yīng)開始進(jìn)行所需最低電埸強(qiáng)度；m為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣高壓放電凈化、轉(zhuǎn)化工藝，其特征在于還可以處理發(fā)生爐煤氣或煙道氣，使脫硫(硫化氫，二氧化硫)、除塵同時(shí)進(jìn)行。
3.一種用于權(quán)利要求1工藝的多功能放電反應(yīng)裝置，與普通的電捕焦油器結(jié)構(gòu)相似，為管式或板式放電反應(yīng)裝置，其特征在于在內(nèi)、外電極間有絕緣材料構(gòu)成的絕緣層(1)，絕緣層緊貼外電極(2)內(nèi)側(cè)，反應(yīng)氣體從內(nèi)電極(3)與絕緣層之間的間隙通過。
全文摘要
本發(fā)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(jiǎn)化了煤氣凈化、轉(zhuǎn)化工藝流程。并發(fā)明了一種多功能放電反應(yīng)裝置，由于該裝置的特殊結(jié)構(gòu)，使從水煤氣爐或兩段水煤氣爐出口出來的粗煤氣，經(jīng)水洗、初步凈化降溫處理后，通入多功能放電反應(yīng)裝置內(nèi)，在一定工藝條件下，使煤氣中一氧化碳轉(zhuǎn)化，硫化氫脫除和焦油、粉塵脫除同時(shí)進(jìn)行，并且煤氣中一氧化碳濃度、硫化氫含量均達(dá)到國(guó)家城市煤氣設(shè)計(jì)規(guī)范質(zhì)量要求，焦油、粉塵脫除率大于95％。
文檔編號(hào)C10K1/00GK1140750SQ95107490
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1995年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月17日
發(fā)明者張文輝, 戴和武, 謝可玉, 逄進(jìn), 鄧一英, 陳慶 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所