第3章 燃气净化

二、焦油雾的清除
粗煤气经过初级冷却除尘，大量粉尘和焦油渣被洗涤清除。 煤气流中绝大部分焦油蒸气已冷凝下来，有的结成了较大的
液滴，被循环水冲洗后也和煤气分离，但仍有一部分焦油以 内充煤气的焦油气泡状态或极细的焦油滴(1~17m)存在于煤 气中。 清除焦油雾的设备有: 1)离心式捕焦油器 2)文丘里管式捕焦油器 3)蜂窝式捕焦油器 4)电捕焦油器（静电除尘器）等。 工业上采用较多、效果比较理想的焦油雾分离设备是静电除 尘器。
§3.1 燃气净化的基本概念
二、燃气的净化工艺的选择(5)
不同燃气的净化工艺的选择见下表
干馏煤气 气化煤气 油制气天ຫໍສະໝຸດ 气脱焦油、洗萘、洗苯及脱硫
因其不存在或只存在少量的粗苯、萘、氨等杂质， 只进行冷却除尘、脱焦油和脱硫。
脱焦油、洗萘、洗苯及脱硫，由于其含氨量及少， 不做单独处理
除在井场分离固态及液态杂质满足集输要求外， 还需进一步脱水及硫化氢和有机硫化物，对于凝 析气田及石油伴生气还需要脱除凝析油。
负压吸收：应用于全负压煤气净化系统 活性炭吸附法
深冷凝结法 富油——吸收了煤气中苯族烃的洗油。 富油的脱苯中按富油加热方式分为：
1）蒸汽加热富油的脱苯法 2）管式炉加热富油的脱苯法
各国多采用管式炉加热富油的常压水蒸气蒸馏法。
§3.4 苯的回收与萘的脱除
一、粗苯的回收（1）
1.粗苯的组成、性质和质量 粗苯主要含有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃，此外
负压操作的优点： (1) 煤气风机设置在流程的后边，不存在正压流程中煤气经风机
压缩后温度升高再终冷的问题，使整个回收系统维持在初冷 后的低温下操作，有利硫化氢、氨和苯族烃等的脱除及回收。 (2) 由于不再设置煤气终冷等系统，因而降低了设备及基建投资， 简化了工艺流程，降低了煤气系统的阻力，减少低温水用量 和系统总的能耗。 (3) 利用风机后较高余压进行深度脱硫及除萘，并直接送往附近 用户不需二次加压，煤气经压缩后升温，使煤气的相对湿度 降低，远距离输送时，冷凝液甚少，减轻了管道腐蚀。 负压操作的缺点： (1) 负压状态下，煤气体积增大，设备及管道尺寸均相应增大。 (2) 在较大的负压下，煤气中硫化氢、氨和苯族烃的分压也随之 降低，减少了吸收推动力。
§3.3 氨的脱除
三、用磷酸吸收煤气中的氨（2）
2. 工艺流程 0.1g/Nm3
除酸器
吸收塔
§3.4 苯的回收与萘的脱除
干馏煤气中一般含有25～40g/Nm3苯族烃，因其不溶于水， 在回收氨之后仍以气态存在于煤气中。回收苯族烃方法有：
加压吸收：800~1200kPa，强化吸收 洗油吸收法 常压吸收：略高于大气压，各国普遍采用
直接冷却: 在直接冷凝塔内，煤气与冷却水直接接触。水污 染应引起重视。
间、直冷却结合: 两种方式的结合，分高温和低温段操作， 高温采用间接，低温采用直接。
§3.2 煤气的冷却与除尘
一、煤气的冷却（3）
2. 煤气初冷工艺 管式间接冷却:
➢通过气液分离器后的煤气进入 管式初冷器，用水间接冷却，煤 气走管间，冷却水定管内。初冷 器煤气出口的温度由后续净化工 艺来确定，当用硫酸吸收煤气中 的氨时煤气出口温度为25~30℃， 当用水吸收煤气中的氨时其出口 温度则要求低于25℃。
油洗油吸收粗苯所得的稀溶液可视为理想溶液，其液面上粗 苯的平衡蒸汽压可用拉乌尔定律确定：
p* 1
pb0 x
pb0——在回收温度下粗苯的 饱和蒸汽压，Pa； x——洗油中粗苯的摩尔分率。
pg大于p1*时，煤气中粗苯被洗油吸收，两者相差越大， 吸收越容易，吸收速率也越快。
§3.4 苯的回收与萘的脱除
一、粗苯的回收（3）
催化剂条件下进行，渗镍 的氧化铝球。
§3.3 氨的脱除
二、用水吸收煤气中的氨
2. 氨的分解——工艺流程
按蒸汽与净煤气、空气 在氨分解炉内混合燃烧
循环氨水
1000~1200℃ 900℃
吸收尾气中的H2S 200℃
§3.3 氨的脱除
三、用磷酸吸收煤气中的氨（1）
1. 基本原理 磷酸铵溶液在30～60℃的温度下吸收煤气中的
的酸雾。饱和器母液中不断有硫酸铵生产，当达到
一定过饱和状态时会析出硫酸铵晶体。
§3.3 氨的脱除
二、用水吸收煤气中的氨
1. 水洗氨的工艺流程
生产浓氨水 氨分解
➢ 煤气在水洗氨 之前需先清除 萘以确保洗氨 塔正常操作。
➢ 经洗萘的煤气 依次经过3个串 联的洗氨塔， 每个塔分为上 下两段喷洒洗 氨。
§3.2 煤气的冷却与除尘
一、煤气的冷却（3）
2. 煤气初冷工艺 干馏煤气由吸煤气主管流向煤气初步冷却器。吸煤气主管除 将煤气由焦炉引向净化装置外，还起着空气冷却器的作用。但其 冷却作用不大，仍含有大量的焦油蒸气和水蒸气。为了便于输送、 降低风机的动力消耗和有效地净化煤气，煤气需要在初步冷却器 中进一步冷却到20~25℃。 初步冷却的方式有: 间接冷却: 采用管式初冷器我国绝大多数焦化厂采用。(横管 式和立管式)
结晶过程、晶种存在和晶核形成，影响结晶的因素有： 1）温度 2）浓度 3）酸度 4）搅拌 5）杂质
3. 生产工艺 1）饱和法——阻力较大 2）酸洗塔法
§3.3 氨的脱除
一、用硫酸吸收煤气中的氨
3. 生产工艺
经预热的煤气与氨气一起从饱和器的中央煤气管进 入，经分配伞穿过母液层鼓泡而出，其中氨被硫酸
饱和法制取硫酸铵 吸收。出饱和器后的煤气进入除酸器，分理处夹带
1）硫酸铵生产需消耗大量的硫酸，且产品用途单一； 2）水吸收氨生产浓氨水的工艺存在氨吸收效率低、蒸汽耗量大设备腐蚀严
重、污染环境等问题； 3）磷酸氢铵制取无水氨工艺由美国钢铁咨询公司开发，有多套设备投产。
§3.3 氨的脱除
一、用硫酸吸收煤气中的氨
1. 反应过程（中式盐和酸式盐） 2. 硫酸铵结晶原理及影响因素
氨，而在100～120 ℃的温度下进行解吸。 磷 酸 铵 溶 液 是 磷 酸 二 氢 铵 (NH4H2PO4) 和 磷 酸
氢二铵((NH4)2HPO4按一定比例混合的水溶液，其 吸 收 具 有 选 择 性 ， 不 吸 收 其 它 酸 性 组 分 ( 如 CO2 、 H2S及HCN)
NH4H2PO4 NH3 吸收,解吸（NH4 )2 HPO4
➢由管式初冷器出来的煤气中还 含有1.5~2g／m3雾状焦油，经风 机抽送至电捕焦油器，将煤气中 所夹带的绝大部分焦油除去后送 往后续工序。
§3.2 煤气的冷却与除尘
一、煤气的冷却（3）
2. 煤气初冷工艺
高温段传热系数较高，冷却效果较好，且温度高于 52℃时，萘不会凝结造成设备堵塞，因而高温段宜
间直冷相结合: 采用间接冷却；反之，低温段宜采用直接冷却
杂质
存在燃气
处理方法
灰尘
所有燃气
除尘（旋风、静电）
氨
干馏煤气
制取硝酸铵等化肥和无水氨
萘 硫化氢
干馏煤气 所有燃气
脱硫，生产单质硫和硫酸
苯和焦油 煤气、油制气 复杂的半成品，可制成化工原料
NO和煤气胶 凝析油 水
人工燃气 天然气 天然气
§3.1 燃气净化的基本概念
二、燃气的净化工艺的选择(1)
由于煤制气的杂质比较有代表性，因此燃气的净 化工艺和方法的介绍以煤制气为主。
§3.3 氨的脱除
二、用水吸收煤气中的氨
2. 氨的分解
针对氨回收不经济的原因 提出的处理方法。投资省、 成本低，操作简单。
氨在1000～1200 ℃下发 生裂解反应，生成氮气和 氢气。此反应是吸热反应， 为了保持最佳反应温度， 必须补充一定量的焦炉煤 气。由于煤气燃烧和氨气 中酸性气体参与反应，反 应十分复杂。
道直径和风机功率均增大。 (3) 减轻对净化设备和管道的堵塞及腐蚀。煤气冷却时，不但有水蒸气被冷凝，
而且大部分焦油和萘也被分离出来，部分硫化氢和氰化物等腐蚀性介质 也溶于冷凝液中。
煤气的冷却分两步进行： 1) 在桥管和吸气管中用大量70~75℃的循环氨水喷洒，使其冷
却到80~85℃； 2) 煤气在初冷器中冷却到20~25℃，脱除焦油(焦油与氨水分离)
§3.2 煤气的冷却与除尘
一、煤气的冷却（2）
1. 在集气管内冷却 采用压力0.15~0.2MPa的循环氨水强烈喷洒。当细雾状的氨 水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高，且远未被水蒸气所 饱和，煤气放出大量显热，使氨水大量蒸发，快速进行着传热 和传质过程。 传热过程取决于煤气和氨水的温度差。 传质过程的推动力是循环氨水液面的水蒸气分压与煤气中水 蒸气分压之差。 煤气在集气管内冷却时所放出的热量中，70％的热量用于氨水 的蒸发，15％～20％用于加热氨水，其余为散热损失。 提高蒸发面积和传质推动力的方法为： 1) 氨水喷洒的雾化程度高； 2) 循环氨水的温度较高； 3) 配合煤的水分低（进入集气管的煤气中的水蒸气分压低）
§3.4 苯的回收与萘的脱除
一、粗苯的回收（1）
1.粗苯的组成、性质和质量
§3.4 苯的回收与萘的脱除
一、粗苯的回收（2）
2. 用洗油回收苯
为纯物理吸收过程，煤气中粗苯的分压可根据道尔顿分
压定律计算：
pg p y
p——煤气总压，Pa； y——煤气中粗苯容积/摩尔分率
洗油面上粗苯的平衡蒸汽压可由亨利定律确定。对于石
还含有一些不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶 碱类等。当用洗油回收煤气中的苯族烃时，粗苯中尚含有 少量的洗油轻质馏分。 粗苯的组成取决于煤的组成及其产物在炉内热解的程度。 粗苯是黄色的透明液体，比水轻，不溶于水，易于水分离。 在贮存时，由于低沸点不饱和化合物的氧化和聚合所形成 的树脂状物质溶解于粗苯中，使粗苯着色并很快变暗。粗 苯易燃，闪点12 ℃，在空气中爆炸浓度极限为1.4%~ 7.5% (体积百分数）
对于干馏煤气，根据所采用压力的不同，净化工 艺分为正压净化和负压净化两种。