等离子体气化焦炉荒煤气的方法技术

本发明专利技术等离子体气化焦炉荒煤气的方法公开了一种高温炼焦荒煤气在等离子体辅助下制合成气的方法，其特征在于炼焦炉生成含有大量水蒸气、焦油蒸汽的荒煤气不经过冷却处理，直接进入等离子气化反应器与等离子发生器产生的等离子体相作用，生成以Ｈ↓［２］、ＣＯ为主的合成气、还原气、燃气。本发明专利技术适用于煤化工领域与等离子化工领域。该工艺流程短、方法操作简单、热效率高，环境污染小，同时克服了传统工艺需要催化剂，催化剂易发生析碳，硫、卤素、砷中毒的难题，为焦炉荒煤气综合利用开辟了新的途径。

【技术实现步骤摘要】
等离子体气化焦炉荒煤气的方法
本专利技术等离子体气化焦炉荒煤气的方法涉及一种炼焦荒煤气在等离子辅助下制以H2、CO为主的合成气、还原气、燃气的方法，属于煤化工及等离子化工范畴。技术背景处理焦炉荒煤气的常规方法是：650℃～850℃的荒煤气在桥管、集气管喷淋氨水冷却到80℃～85℃，在煤气初冷工段再冷却到25℃～35℃，其间荒煤气大量的显热和其中大量的水蒸汽、焦油蒸汽的潜热被白白浪费，同时还需要消耗大量的冷却水和氨，初冷后的煤气还要经过电捕焦油、除氨、脱萘、洗苯、脱硫等工序，得到的净化煤气才能作为原料生产合成气。在每一工段都有焦化废水产生，此外还有焦油渣、酸焦油和洗油再生残渣生成。大量能量被浪费的同时，造成很大环境污染。我国今年焦炭产量将接近2亿吨，荒煤气产量将超过1000亿m3。仅山西省去年炼焦8000万吨，产生焦炉煤气约304亿立方米，是国家西气东输工程年输气量的2.53倍，够山西城乡居民燃用8年，但是焦炉煤气合理利用率仅为8.86％，其余的直接排放大量浪费，相当于每年损失约2000万吨煤，造成经济损失上百亿元。随着“西气东输”工程的进展，焦炉气将很快退出城市燃气领域，必将造成焦炉气的大量过剩，如何合理、有效地利用大量焦炉气，是解决资源-->浪费，环境污染，与社会经济发展密切相关的一个大课题。目前，以焦炉煤气为原料生产合成气来合成氨、甲醇、二甲醚被认为是一条很好的出路。由焦炉煤气生产合成气的路线大致有三条，一是部分氧化工艺，二是水蒸汽重整，三是二氧化碳重整，三条工艺路线都需要催化系统。不管哪一条线路都需要将荒煤气净化，使净化后煤气中硫化物、卤素化合物、焦油等降至相等低的水平。以防止催化剂发生析碳，硫、卤素、砷中毒。净焦炉煤气合成气合成甲醇f＝(H2-CO)/(CO+CO2)高于合成甲醇的理想条件为f＝2.10，荒煤气中焦油蒸气和低碳烃在等离子作用下可转化为CO可得到合理的f值。此外，无论那种工艺均存在工艺流程长，设备投资大，操作费用高、能量利用效率低的缺点。本专利技术等离子体气化焦炉荒煤气的方法，不仅可以利用直接利用650℃～850℃的荒煤气的显热和其中蒸汽潜热，而且富含大量高能量的活性粒子(离子、电子、原子、激发态的分子等)参与化学反应，可以获得化学燃烧更高的温度、加热速率和气化速率，生成CO/H2比合适的合成气。因此本专利技术具有能量集中、气化速率快、气化强度高、流程短、设备紧凑、易于实现高度自动化、且污染小、没有液体废物产生，不需要催化剂，常压操作等特点。
技术实现思路
本专利技术等离子体气化焦炉荒煤气的方法的目的在于克服现有技术的不足，提高焦炉煤气的能量利用效率，解决现有煤制合成气技术需要高压、催化剂且催化剂易积碳、中毒等问题。公开了一种利-->用等离子体将荒煤气高效、洁净、方便地转化为合成气的方法。由炼焦炉炭化室炉顶空间经上升管出来的荒煤气主要组成(质量百分比)为：焦油蒸汽9％～14％、水蒸汽30％～36％、粗苯2.5％～4.3％、氨气0.7％～1.1％，H24％～10％、CH4 17％～31％、CO7％～12％、N21％～10％、CO22％～7％。从中可以看出荒煤气中含有大量的水蒸汽，从热力学的角度分析，650～850℃荒煤气中的水蒸汽和甲烷、低碳烃、焦油蒸汽具有生成较高浓度合成气的能力；从动力学的角度说，反应速率很慢。水蒸汽和甲烷、低碳烃、焦油蒸汽在富含活性粒子的等离子体作用下，和水蒸气等含氧气化剂反应的活化能大幅度降低，气化反应以极快的速率进行，生成高浓度的H2、CO。基于以上思路，荒煤气经上升管、桥管、集气管进入等离子气化反应器。等离子发生器采用空气、氧气、氮气、水蒸汽等气体或它们的混合气体作为工作气体，也可以将荒煤气直接作为工作气体，工作时首先向等离子发生器及等离子气化反应器内供入冷却水、工作气体、气化剂(水蒸汽、含氧气体)和荒煤气，等离子发生器的工作气体是H2、Ar、O2、N2、空气等气体及其混合气，或只供荒煤气和冷却水，然后点燃电弧，便形成了具有高能活性粒子的高温等离子体，荒煤气中的成分和等离子体作用，在等离子气化反应器内被活化，在常压下瞬间反应气化生成H2、CO。同时气体温度上升到1500℃以上，合成气热量由废热锅炉回收。上述等离子发生器产生的等离子体为电弧等离子体。-->上述等离子体是移动型电弧等离子体或非移动型电弧等离子体。上述等离子体是直流电弧等离子体或交流电弧等离子体。。上述等离子发生器的工作气体是H2、Ar、O2、N2、空气等气体及其混合气。具体实施方式实施方式1将压缩空气和冷却水送至等离子发生器，启动等离子发生器点燃电弧，荒煤气由炭化室经上升管、桥管、集气管(管路外覆保温材料)进入等离子气化反应器，荒煤气中的碳氢化合物、装煤过程进入上升管的煤尘及水蒸气与空气等离子体接触活化，快速反应生成CO、H2，及少量的N2、CO2等气体的混合物。混合气体温度在1500℃，然后进入废热锅炉回收热量，产生的高压蒸气，一部分供给工厂动力系统使用，一部分也可以进入等离子气化系统作为气化剂使用。实施方式2荒煤气经过一系列管路沿反应器切线进入等离子气化反应器，同时沿反应器切线方向通入高压蒸气(废热锅炉产生)，然后点燃等离子电弧，在等离子气化反应器外部放置一个电磁线圈，对等离子电弧压缩和控制，使等离子电弧以一定频率以气流同方向旋转。其加强了等离子体与反应物的作用，加快了反应速率，生成了高质量的合成气。2500℃的合成气进入废热锅炉，产生高压水蒸气，供给-->工厂动力系统使用。一部分也可以进入等离子气化系统作为气化剂使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体气化焦炉荒煤气的方法，其特征在于是一种炼焦炉生成的含有大量水蒸气、焦油蒸汽的荒煤气不经过冷却处理，直接进入等离子气化反应器与等离子发生器产生的等离子体相作用，生成以Ｈ↓［２］、ＣＯ为主的合成气、还原气、燃气的方法。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体气化焦炉荒煤气的方法，其特征在于是一种炼焦炉生成的含有大量水蒸气、焦油蒸汽的荒煤气不经过冷却处理，直接进入等离子气化反应器与等离子发生器产生的等离子体相作用，生成以H2、CO为主的合成气、还原气、燃气的方法。2.根据权利要求1所提供的一种等离子体气化焦炉荒煤气的方法，其特征在于所述的荒煤气，温度为650℃～850℃，主要组成(质量百分比)为：、焦油蒸汽9％～14％、水蒸汽30％～36％、粗苯2.5％～4.3％、氨气0.7％～1.1％，H24％～10％、CH417％～31％、CO7％～12％、N21％～10％、CO22％～7％。3.根据权利要求1所提供的一种等离子体气化焦炉荒煤气的方法，其特征在于炭化室产生的荒煤气经过上升管、桥管、集气管到达等离子气化反应器，或同时送入由废热锅炉产生的水蒸汽和含氧气体作...

【专利技术属性】
技术研发人员：申曙光，鲍卫仁，吕永康，曹青，叶峻岭，赵彦生，谢克昌，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]