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1、 第十章第十章 气化燃气的净化与应用气化燃气的净化与应用 内内 容容 10.1. 10.1. 气化燃气的净化气化燃气的净化 10.2.10.2. 气化燃气的应用气化燃气的应用 10.1 气化燃气的净化气化燃气的净化 焦油的特点及危害焦油的特点及危害 物理法除焦油物理法除焦油 催化裂解除焦油催化裂解除焦油 焦油的成分十分复杂，大部分是苯的衍生物，可分析出的成分有焦油的成分十分复杂，大部分是苯的衍生物，可分析出的成分有 200200多种，主要成分不少于多种，主要成分不少于2020种种 含量含量5%5%的一般有的一般有7 7种：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚种：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚
2、和茚 焦油的特点及危害焦油的特点及危害 焦油的产率与反应温度、加热焦油的产率与反应温度、加热 速率、滞留时间、反应器结构等速率、滞留时间、反应器结构等 有关有关 随温度升高，焦油产率减少随温度升高，焦油产率减少 焦油的特点及危害焦油的特点及危害 焦油的不利影响焦油的不利影响 焦油占可燃气能量的焦油占可燃气能量的5 5- -10%10%，在低温下难以与可燃气一起被燃烧利用，在低温下难以与可燃气一起被燃烧利用， 因此大部分焦油的能量被浪费因此大部分焦油的能量被浪费 焦油在低温下冷凝成粘稠状液体，容易和水、炭粒等混合在一起，焦油在低温下冷凝成粘稠状液体，容易和水、炭粒等混合在一起， 堵塞输气管道，卡
3、住阀门、引风机转子，腐蚀金属堵塞输气管道，卡住阀门、引风机转子，腐蚀金属 焦油难以完全燃烧，并易产生炭黑粒子，对燃气利用设备损害严重焦油难以完全燃烧，并易产生炭黑粒子，对燃气利用设备损害严重 焦油对人体有害焦油对人体有害 物理法除焦油物理法除焦油 喷淋法除焦油和灰尘喷淋法除焦油和灰尘 可填充玉米芯等物质，起可填充玉米芯等物质，起 到过滤效果到过滤效果 物理法除焦油物理法除焦油 改进的喷淋装置改进的喷淋装置 设置颈管设置颈管 物理法除焦油物理法除焦油 鼓泡水浴法鼓泡水浴法 在水中加一定量的在水中加一定量的NaOHNaOH 物理法除焦油物理法除焦油 干式过滤法的实施方式较多干式过滤法的实施方式较多
4、 在容器内填放粉碎的玉米芯、木屑、谷壳或炭粒在容器内填放粉碎的玉米芯、木屑、谷壳或炭粒 采用陶瓷过滤芯采用陶瓷过滤芯 采用活性炭采用活性炭 催化裂解除焦油催化裂解除焦油 热裂解与催化裂解热裂解与催化裂解 热裂解：热裂解：10001000以上以上 催化裂解：催化裂解：700700- -900900，甚至更低，甚至更低 催化裂解催化剂催化裂解催化剂 天然矿石（白云石等）天然矿石（白云石等） 炭材料（活性炭、木炭等）炭材料（活性炭、木炭等） 镍基催化剂镍基催化剂 催化裂解除焦油催化裂解除焦油 催化裂解主要影响因素：温度和时间催化裂解主要影响因素：温度和时间 典型催化剂的特性典型催化剂的特性 催化裂解
5、除焦油催化裂解除焦油 催化裂解实施工艺催化裂解实施工艺 生物质气化与焦油催化裂解在同一反应器内完成生物质气化与焦油催化裂解在同一反应器内完成 焦油催化裂解在生物质气化下游完成焦油催化裂解在生物质气化下游完成 两种工艺各自的优缺点？两种工艺各自的优缺点？ 催化裂解除焦油催化裂解除焦油 催化裂解实施工艺催化裂解实施工艺大型循环流化床气化炉大型循环流化床气化炉 催化裂解除焦油催化裂解除焦油 催化裂解实施工艺催化裂解实施工艺中小型固定床气化炉中小型固定床气化炉 10.2 气化燃气的应用气化燃气的应用 气化燃气特性气化燃气特性 气化供热气化供热 气化集中供气气化集中供气 气化发电气化发电 气化制氢气化制
6、氢 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 气化燃气特性气化燃气特性 气体成分气体成分 原料品种 气化气成分，% 低位热值 kJ/m3 CO2 O2 CO H2 CH4 CmHn N2 玉米芯 玉米秸 棉 柴 稻 草 麦 秸 12.5 11.6 13.0 13.5 14.0 1.4 1.5 1.6 1.7 1.7 22.5 22.7 21.4 15.0 17.6 12.3 11.5 12.2 12.0 8.5 2.3 1.9 1.9 2.1 1.4 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 48.8 50.6 49.7 55.6 56.7 5120.0 4915.5 4808.8 4001.8 366
7、3.5 常规空气气化的燃气组成常规空气气化的燃气组成 气化燃气特性气化燃气特性 相对分子量和密度相对分子量和密度 常见气体的相对分子量和密度常见气体的相对分子量和密度 气体名称 分子式 相对分子质量 密 度 气体名称 分子式 相对分子质量 密度 氢 气 氮 气 氧 气 一氧化碳 H2 N2 O2 CO 2.016 28.013 31.999 28.019 0.090 1.250 1.429 1.251 二氧化碳 甲烷 乙烯 水蒸气 CO2 CH4 C2H4 H2O 44.010 16.043 28.054 18.015 1.977 0.717 1.261 1.293 气化燃气特性气化燃气特性
8、燃气热值燃气热值 常见气体的热值常见气体的热值 气体名称 分子式 高位热值 低位热值 气体名称 分子式 高位热值 低位热值 氢 气 一氧化碳 甲 烷 H2 CO CH4 12745 12636 39816 10785 12636 35881 乙 烷 乙 烯 丙 稀 C2H6 C2H4 C3H6 70304 63397 93671 64355 59440 87667 气化燃气特性气化燃气特性 着火浓度极限着火浓度极限 常见气体的着火浓度极限常见气体的着火浓度极限 气体名称 分子式 着火浓度极限(%) 气体名称 分子式 着火浓度极限(%) 氢 气 一氧化碳 H2 CO 4.075.9 12.574
9、.2 甲 烷 乙 烯 CH4 C2H4 5.015.0 2.734.0 气化供热气化供热 生物质气化供热示意图 固定床气化炉中最适用的炉型是上吸式气化炉固定床气化炉中最适用的炉型是上吸式气化炉 气化集中供气气化集中供气 固定床气化炉中最适用的炉型是下吸式气化炉固定床气化炉中最适用的炉型是下吸式气化炉 气化发电气化发电 气化发电方式气化发电方式 气化发电气化发电 气化发电规模及技术特点气化发电规模及技术特点 规 模 气化设备 发电设备 主要应用 小型系统 功率200kW 固定床气化 流化床气化 内燃机 分布式用电 中小企业用电 中型系统 功率 5003000kW 常压流化床气化 循环流化床气化
10、内燃机组 微型燃气轮机 大中企业自备电站 小型上网电站 大型系统 功率5000kW 循环流化床气化 高压流化床气化 双流化床气化 燃气轮机 蒸气轮机 燃气轮机蒸气轮机 大型企业自备电站 上网电站 独立能源系统 气化发电气化发电 气化发电的经济效益气化发电的经济效益 发电成本随装机容量的增加而下降发电成本随装机容量的增加而下降 发电成本随原料价格的增加而增加发电成本随原料价格的增加而增加 发电成本随机组年运行时间的增加而下降发电成本随机组年运行时间的增加而下降 气化发电需要解决的问题气化发电需要解决的问题 降低气化发电成本降低气化发电成本 扩大发电规模扩大发电规模 完善焦油净化技术完善焦油净化技
11、术 处理废水与灰渣处理废水与灰渣 气化制氢气化制氢 气化制氢工艺：气化制氢工艺： 水蒸气气化水蒸气气化+WGS+WGS反应反应 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 气化合成液体燃料的一般工艺气化合成液体燃料的一般工艺 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 费托合成对费托合成对合成气的合成气的杂质水平要求杂质水平要求 杂质 去除水平 H2S+COS+CS2 110-6(体积分数) NH3+HCN 110-6(体积分数) HCl+HBr+HF 1010-9(体积分数) 碱金属 1010-9(体积分数) 固体（烟气，尘土，灰分） 基本完全 有机物（焦油） 低于露点 其中第二类焦油（杂环化合物） 110-6
12、(体积分数) 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 生物质直接气化气体不能直接用于合成液体燃料，改善生物质直接气化气体不能直接用于合成液体燃料，改善 气体品质的工艺主要有：气体品质的工艺主要有： 采用携带床反应器在高温（采用携带床反应器在高温（13001300）下进行气化，但必）下进行气化，但必 须使用极细的颗粒，并且需对原料进行脱灰处理须使用极细的颗粒，并且需对原料进行脱灰处理 气体净化，包括除焦油、灰粒、气体净化，包括除焦油、灰粒、COCO2 2、N N2 2、CHCH4 4和其他烃类和其他烃类 气体、含氮化合物气体、含氮化合物 合成气比例调整，通过合成气比例调整，通过WGSWGS反应反应 气
13、化合成液体燃料气化合成液体燃料 费托合成基本原理费托合成基本原理 基本反应：基本反应：COCO加氢生产脂肪烃加氢生产脂肪烃 2222nnnCOnHC HnH OQ 2222(21)nnnCOnHC HnH OQ 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 费托合成基本原理费托合成基本原理 其他反应其他反应 222H OCOCOHQ 2222()COHCHH OQ 2222()COHCHCOQ 2223()2COH OCHCOQ 22223()2COHCHH OQ 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 费托合成基本工艺费托合成基本工艺 H H2 2/CO/CO比例不同，比例不同，FTFT合成可以发生不同的反应
14、合成可以发生不同的反应 大多数情况下，大多数情况下，FTFT合成的主要产物是烷烃和烯烃，一般合成的主要产物是烷烃和烯烃，一般 是是C3C3及其以上的烃类，还可以控制含氧化合物的生成及其以上的烃类，还可以控制含氧化合物的生成 主要缺点：主要缺点：成品复杂，选择性差成品复杂，选择性差 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 费托合成基本工艺费托合成基本工艺 FT和和MFT工艺工艺 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 合成甲醇合成甲醇 高压甲醇合成工艺：锌铬催化剂，高压甲醇合成工艺：锌铬催化剂，2525- -35MPa35MPa，320320- -400400 低压甲醇合成工艺：铜基催化剂（低压甲醇合成工艺
15、：铜基催化剂（CuOCuO- -ZnOZnO- -AlAl2 2O O3 3），），5 5- -10MPa, 10MPa, 230230- -270270 23 2COHCH OHQ 2232 3COHCH OHH OQ 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 合成汽油合成汽油 MobilMobil公司公司MTGMTG工艺：工艺：ZSMZSM- -5 5催化剂催化剂 3332 2C )CH OHCH OCHH O 5 轻烯烃重烯烃(大于 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 合成二甲醚合成二甲醚 甲醇气相催化脱水工艺甲醇气相催化脱水工艺 33322CH OHCH OCHH O 催化剂：氧化铝或硅酸铝催化剂：氧化铝或硅酸铝 温度：温度：230230- -250250 气化合成液体燃料气化合成液体燃料 合成二甲醚合成二甲醚 直接合成工艺直接合成工艺 22323COHCH OHH O 222H OCOHCO 33322CH OHCH OCHH O 谢谢 谢！谢！