[发明专利]煤气高压放电净化转化工艺和装置

说明书

本发明属于使煤气中部分一氧化碳转化为无毒可燃气体，同时脱除煤气中硫化氢等杂质的煤气净化、转化工艺及其装置。

目前，一般水煤气炉和两段水煤气都含有粉尘、焦油和硫化氢等杂质，并且一氧化碳含量高达30％。为使其洁净程度及一氧化碳含量达到国家城市煤气设计规范要求供城镇居民直接使用，必须对煤气进行净化、转化处理。为此目前普遍采用的煤气净化、转化工艺流程见图1，煤气除焦油、粉尘、脱硫及甲烷化分别在不同装置中进行，煤气甲烷化还采用含有镍等贵金属的催化剂，净化、转化工艺流程长，投资大。

本发明的目的是提供一种新的降低煤气中一氧化碳含量，脱硫(硫化氢、二氧化硫)，除焦油，粉尘的方法及其实施该工艺的装置，简化煤气净化转化工艺流程。

为达到上述目的，本发明采用了煤气放电净化转化工艺，将水煤气炉或两段水煤气炉出口出来的粗煤气、经水洗初步净化，降温处理后，通入多功能放电反应装置内，在常压、低温(∠150℃)，空速1-100h^-1、输入电压大于8KV的条件下，粗煤气中一氧化碳、氢、硫化氢分别发生化学反应。

其化学反应机理如下：

式中※表示活性自由基。

首先，电埸加速低能电子变为高能电子，高能电子与分子碰撞，使分子激发，生成活性自由基，然后进行化学反应。

一氧化碳和氢的放电化学反应，在反应开始进行的最低输入电压或最低电埸强度时，当输入电压低于最低输入电压时，则反应不能进行。

在低输入电压或低电埸强度范围内，低能电子变为高能电子为反应的控制步骤，反应为零级反应，因此，一氧化碳转化反应速度常数与输入电压或电埸强度关系为：

K=mln U/U_c=mln E/E_c

式中：K为速度常数，U为输入电压，U_c为反应开始进行所需最低电压，E为电埸强度，E_c为反应开始进行所需最低电埸强度，m为经验常数。

上述K-U关系式能很好拟合一氧化碳、氢气放电化学反应数据，从K-U关系式看出，当输入电压U等于或小于U_c时，则速度常数K=0或负值，即反应不能进行，在反应能够进行时，其输入电压的高低，气体流量的大小，对一氧化碳转化率及一氧化碳浓度的影响随输入电压升高，气体流量减少，煤气一氧化碳转化率增加，一氧化碳浓度降低(见图2、图3)。

本发明还可以用于不含有氢或含氢量低的发生炉煤气或烟道气的净化，并可以同时脱除煤气中的焦油、粉尘和硫化氢或二氧化硫，其焦油粉尘脱除率和除硫率不小于95％。

为实施该工艺，我们采用的多功能放电反应装置。该装置与普通的电捕焦油器结构相似，为管式或板式放电反应装置，在内外电极间有绝缘材料构成的绝缘层。该绝缘层厚度主要根据输入电压及绝缘材料性能等因素确定，绝缘层紧贴外电极的内侧。反应气体从内电极与绝缘层之间的间隙通过。在向该装置输入电压时，就会在内外电极间及气体间隙内形成很强的电埸，在这样的强电埸中当含有一氧化碳、氢和硫化氢的气体通过电埸区时，电埸中的高能电子与氢气、一氧化碳和硫化氢分子发生碰撞，使氢、一氧化碳和硫化氢分子激发，电离生成自由基，离子发生化学反应。一氧化碳和氢反应生成甲烷、丙烯等可燃有机物和少量固体聚合物，硫化氢分解为单质硫，沉积在电极上，煤气中的焦油、粉尘吸附离子电子，在电埸中定向运动，沉积在电极表面。从而达到脱除煤气中硫化氢、焦油和粉尘，降低煤气一氧化碳含量的目的。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、由于采用了多功能放电反应装置使煤气中一氧化碳的转化、脱硫、除焦油、粉尘在一个装置中进行，简化缩短了煤气净化、转化工艺流程。

2、由于该装置利用高压放电化学反应原理，因而在净化转化过程中不使用含有镍等贵金属的催化剂和昂贵的脱硫剂。脱硫过程不对环境造成二次污染，直接生成单质硫。

3、多功能放电反应装置结构简单，在常压低温(∠150℃)下操作对设备材料要求低，易于加工制造。

图1、水煤气炉或两段水煤气炉生产城市煤气工艺流程图；

图2、多功能放电反应装置输入电压对一氧化碳转化率、浓度的影响；

图3、气体流量对一氧化碳转化率、浓度的影响；

图4、多功能放电反应装置结构示意图。

下面结合附图对本发明做进一步的描述。