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脫除焦油的幾種方法
分類：
科研動態
發布時間：
2023-01-03 09:55
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焦油是煤氣化過程中不可避免的副產物，它不僅嚴重影響燃氣品質，也對下游燃氣貯存、輸送和燃燒設備帶來腐蝕問題，同時燃氣凈化排放的廢液也因焦油有嚴重的環境污染性。因此，煤氣化過程中焦油的脫除是十分必要的。
焦油的脫除方法林林總總，但大致可分為兩類：物理法和熱化學法。物理法雖然能有效除去焦油，但焦油只是經歷了相轉換并沒有真正除去，如不能解決焦油的二次污染問題，環境污染不可避免；而熱化學法不僅能將焦油從根本上除去，而且還能增加原料的轉化率，對焦油的去除非常有效，是目前世界各國研究的熱點。
一、物理法
1、吸附法
吸附法是用固體吸附劑吸附處理燃氣中有害氣體的一種方法，屬于干法除焦油。吸附劑應具備表面積大、容易吸附和脫附、來源容易、價格較低等特點。常用的去除焦油吸附劑有粉碎的玉米芯、木屑、谷殼、陶瓷和金屬過濾器等。實踐表明，吸附法除焦油效率較低，大量的焦油還保留在氣相中，通過過濾器后也沒有完全截留下來，遠遠不能達到要求，而且操作費用高、安放的設備一般體積較大，占地面積大。目前仍因其技術簡單、操作簡便廣泛應用在農村或企業小型氣化系統燃氣的凈化處理過程中。
2、水洗法
水洗法是使水與焦油之間發生碰撞、攔截和凝聚，焦油隨液滴降落下來的除焦方法，屬于濕法除焦油，通常通過冷卻/洗滌塔的噴淋裝置實現。
冷卻/洗滌塔通常是在旋風分離器后面的第一個濕洗單元。在這里所有的重質焦油能夠被完全冷凝下來。但是一般意義上的焦油液滴和氣態/液態煙霧卻能被氣流帶走。冷卻/洗滌塔僅是表面上將冷凝下來的焦油除去了，液滴和煙霧還不能有效去除，所以在冷卻塔的后面通常跟有文丘里洗滌塔。
文丘里洗滌塔根據壓力突變的原理，可以將氣態中較重物質除去。采用冷卻/洗滌塔與文丘里洗滌塔出口固體和焦油液滴的體積含量低于10mL/m³。有時也在噴淋水中加一定的NaOH，成為稀堿溶液，對去除有機酸、焦油及其他有機物有較好的效果。從目前技術來看，水洗法是一種非常有效的焦油去除方法，它能將焦油冷凝在氣相產品中。但值得注意的是這種方法會產生大量的廢水，造成能源浪費。而且把焦油從燃氣里去除的過程中，燃氣的熱值減少，氣化過程的整體效率降低。焦油洗滌產生的廢水包括大量的有機物不溶物、無機酸、NH3 和金屬等，因而不能隨意排放，而且其后續處理過程非常繁瑣，操作費用較高。所以要使水洗除焦法得到更為廣泛的應用，必須找到合適的廢水處理方法。
3、電捕焦油法
電捕焦油器是利用高壓電場使氣體發生電離，焦油微粒絕大部分帶上負電荷且沿電力線方向吸附于沉淀極的表面，放出電荷而成為中型的油粒，油霧粒子在極板表面不斷凝聚，顆粒增大，最后成為油滴重力沿沉淀極表面流淌至設備底部，經排污口排出。常用的有管式、套筒式和蜂窩式電捕焦油器。此種方法除焦油效率高，基本達95%以上，有的可以達98-99%。理論及技術成熟，但是設備價格昂貴，不利于普及。
二、熱化學法
熱化學法除焦油就是使焦油在一定的反應條件下發生一系列的化學反應，使大分子的焦油轉化成小分子的有用氣體。熱化學法除焦油不僅能從根本上去除焦油，消除了焦油對設備的破壞和對環境污染的隱患，而且有效的回收了能量。另外，焦油通過化學反應后大部分也轉化成了同氣化反應產生的氣體相類似的無機氣體和小分子烴化合物，增加了生物質的轉化率，提高了原料的利用率。熱化學除焦法主要有熱裂解法和催化裂解法兩種。
1、熱裂解法
熱裂解法是在較高的溫度水平下（1000℃~1200℃）使氣體中的焦油發生深度裂化，較大分子的化合物通過斷鍵脫氫、脫烷基以及其他一些自由基反應而轉變為較小分子的化合物。高溫有利于焦油發生裂解和水蒸氣轉化反應，所以焦油含量隨溫度升高而減少。升高溫度在提高了焦油裂解的轉化率的同時，還改變了裂解產物的組成。這是由于溫度升高，有利于焦油進行縮聚反應，使焦油轉變成焦，在高溫下，焦油結焦是焦油裂解的主要反應。熱裂解要想達到較高的效率需要很高的溫度，這樣，不僅對設備自身材質要求很高，而且要求有良好的保溫設備。在這樣的條件下進行裂解需要很大的能耗，所以想通過單純提高溫度的方法來增強焦油裂解反應是不切實際的。
2、催化裂解法
焦油在裂解過程中需要很高的能量，所以單純熱裂解過程需要很高的溫度。催化裂解法利用催化劑來降低焦油轉化所需活化能，使其能在較低的溫度下進一步裂解。
在800℃~850℃，焦油裂解平均在40%左右；在900℃，焦油的裂解率也只有60%左右。為達到同樣的焦油轉化率，采用特定催化劑的催化裂解反應比單純熱裂解反應所需溫度大為降低。催化裂解不僅降低了反應溫度（700℃~900℃），還提高了焦油的轉化效率，可達90%以上。因此，催化裂解是一種非常具有潛力的焦油脫除方法。
催化裂解的核心是催化劑的選擇，研究表明，與不用催化劑相比，使用后氫氣產率與濃度能提高10%左右。不管應用何種類型的反應器和何種反應條件，對催化劑的基本要求大體是一致的：
-必須有效脫除焦油
-應具有一定的抵抗因積碳或燒結而失活的能力
-應較容易的再生
-應具有足夠的強度
-價格低廉
催化劑種類很多，常用的有鎳基催化劑、煅燒白云石、菱鎂礦、橄欖石和鐵催化劑等，大致可分為三大類：碳酸鹽催化劑、鎳基催化劑和復合催化劑。
三、其他除焦法
1、臭氧氧化法
臭氧為已知最強的氧化劑之一，可以氧化大多數化合物。有研究表明臭氧與含有不飽和碳碳鍵的有機物反應速率相當快，利用臭氧的強氧化性，打斷焦油分子中不飽和碳碳鍵，從而將較大的焦油顆粒氧化生成分子量較小的小顆粒。臭氧可以以空氣中的氧氣作為原料，很容易的由臭氧發生器制備。需要注意以下兩點：
首先，要對臭氧與焦油成分反應的環境溫度進行控制：焦油主要成分萘和菲的沸點分別為218℃和340℃，要防止焦油阻塞管道需在氣態下將其去除，當溫度達到270℃高溫時，臭氧易轉為氧氣，達不到氧化去除的效果。
其次，要考慮去除對象的主要成分，生物質氣化有效產物主要是H2 和CO，臭氧的氧化性可能將主要產品CO 氧化，而且臭氧分解后產生的氧氣和H2 和CO 混合達到爆炸極限后可能引發爆炸。
2、靜電旋風除焦油法
靜電旋風除焦器是在“旋風加靜電”的設想上，將結構簡單、體積小、應用廣泛的旋風除塵器改造成小型電收塵器。它利用慣性力和靜電力的作用提高收塵效率。靜電除塵器能將粉塵荷電的性質完全利用到除焦問題上來，以旋風除塵器外筒體作為集塵極，并在筒體內布置電極。在對旋風除塵器結構不作根本性改動的前提下可顯著改善其除塵性能。其優點如下：
-除焦效率和電除塵器相仿，對于去除少量的焦油效果更為明顯；
-靜電旋風除塵器技術成熟，與前幾種除焦方法相比，造價較低；
-靜電旋風除塵器結構簡單、占地面積小、維修方便且沒有二次污染。
-靜電旋風除塵器是集靜電除塵器的高性能及旋風除塵器的結構簡單、造價低廉為一身的新型設備。
以上就是脫除煤氣化過程中燃氣脫焦油的幾種常見方法，僅供參考！同時因以上除焦方法各有其優缺點，企業可根據具體的工藝狀況和自身經濟條件選擇合適的除焦方法。
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