《煤炭气化净化技术》课件

煤炭气化净化技术煤炭气化净化技术是实现煤炭清洁高效利用的关键工艺，通过气化过程将固体煤炭转化为可燃气体，再经过一系列净化处理，去除有害物质，生产出清洁的燃料气或化工合成气这一技术在能源转型和环境保护背景下具有重要战略意义，不仅能够有效减少传统煤炭直接燃烧带来的环境污染问题，还能够提高能源利用效率，为化工合成和电力生产提供清洁原料课程概述课程目标掌握煤炭气化净化的基本原理与核心技术，能够理解各种气化工艺流程的特点及适用条件，具备分析解决煤气净化过程中常见问题的能力，为未来从事相关领域的研究与实践奠定基础主要内容课程涵盖煤炭气化基础理论、气化技术分类、工艺流程设计、煤气净化方法、系统集成优化以及新技术发展趋势等方面，从理论到实践全面阐述煤炭气化净化的科学与工程问题学习方法采用理论讲解与案例分析相结合的方式，通过工程实例、参数计算、工艺流程设计等实践环节，加深对理论知识的理解和应用能力的培养，鼓励学生积极思考和探究相关领域的前沿问题第一章煤炭气化基础理论基础包括煤炭气化的热力学和动力学原理，介绍气化反应的基本机理和平衡条件，为深入理解气化过程提供理论支撑工艺原理详细阐述煤炭在气化过程中所经历的各个阶段，包括热解、挥发分析出、碳转化等关键步骤，以及影响这些过程的主要因素技术发展回顾煤炭气化技术的历史演进过程，介绍从早期简单气化到现代高效清洁气化的技术进步，展示技术创新对行业发展的推动作用应用价值探讨煤炭气化在能源转化、环境保护和化工生产等领域的重要应用，分析其在国家能源安全和可持续发展中的战略地位煤炭气化的定义

1.1煤炭气化过程气化产物煤炭气化是指在特定条件下，将固体煤炭转化为气体燃料煤炭气化的主要产物是合成气（一氧化碳和氢气的混合物的热化学过程这一过程在高温（通常800-1500℃）和一），此外还包括二氧化碳、甲烷、氮气等组分，以及少量定压力（常压至高压）条件下进行，通过与气化剂（如氧的硫化氢、氨、焦油等杂质根据气化方式和条件的不同气、水蒸气、空气或二氧化碳）的反应，使煤炭中的有机，产生的煤气成分比例有较大差异，可以通过调整工艺参成分转化为以一氧化碳、氢气、甲烷等为主的可燃气体混数获得不同用途的气体产品合物

1.2煤炭气化的历史发展早期应用（18-19世纪）1煤炭气化最早可追溯到18世纪的煤气灯应用1792年，威廉·默多克WilliamMurdoch成功利用煤气照明，开创了工业化煤气生产的先河19世纪初，煤气被广泛用于城市照明系统，成为当时主要的照明能源，推动了城市基础设施的现代化发展工业化发展（20世纪初期）220世纪初，随着化学工业的发展，煤炭气化技术得到进一步提升1923年，德国科学家弗朗兹·菲舍尔Franz Fischer和汉斯·特罗普施Hans Tropsch开发出著名的费托合成法，实现了从煤气合成液体燃料，为现代煤化工奠定了基础现代技术进展（20世纪后期至今）320世纪70年代石油危机后，煤炭气化迎来新的发展机遇各国开发了多种先进气化技术，如美国的Texaco气化炉、荷兰的Shell气化炉和德国的Lurgi气化炉等近年来，超临界煤气化、高温熔渣气化等技术不断创新，气化效率和环保性能得到显著提高煤炭气化的重要性

1.3能源利用环境保护12煤炭气化为煤炭资源的高效清洁相比传统煤炭直接燃烧，气化技利用提供了重要途径通过气化术能够更有效地控制污染物排放过程，煤炭中的能量可以转化为在气化过程中，硫、氮等有害更加灵活、清洁的气体燃料，既元素可以在气相中被捕获和去除可直接用于燃气轮机发电，也可，颗粒物排放大幅降低，二氧化作为合成气用于化工生产，实现碳捕集也变得更加容易实现，为能源的多元化利用和能源形式的煤炭的清洁利用和减少环境污染互补转化，有效提高能源系统的提供了技术支持整体效率经济效益3煤炭气化产生的合成气是重要的化工原料，可用于生产氨、甲醇、合成油品等高附加值产品，实现煤炭从简单燃烧到精细化工的价值链延伸这种煤化工路线对于煤炭资源丰富但石油天然气相对匮乏的国家尤为重要，能够降低对进口能源的依赖，促进本土产业发展煤炭气化原理

1.4热解阶段部分氧化1煤炭在400-600℃温度下发生热解，释放挥碳质与氧气发生部分氧化，生成CO，提供气2发分，形成焦炭和气态产物化所需热量重整反应气化反应4气相中的烃类物质发生催化重整，调整最终焦炭与水蒸气、CO₂反应，生成CO和H₂为3气体产品组成主的合成气煤炭气化是一个复杂的热化学过程，涉及多个并行和连续的反应阶段在整个过程中，最基本的化学反应包括碳的部分氧化反应C+1/2O₂→CO、水煤气反应C+H₂O→CO+H₂、水煤气变换反应CO+H₂O→CO₂+H₂和甲烷化反应C+2H₂→CH₄等根据反应热效应，煤炭气化反应可分为吸热反应和放热反应通过合理控制气化条件和气化剂配比，可以实现反应热的平衡利用，维持气化系统的稳定运行，并获得所需的气体产品组成

1.5煤炭气化的基本步骤干燥煤炭在100-150℃温度下失去物理吸附水和部分结合水，是气化过程的前提步骤干燥阶段通常需要消耗一定热量，来自后续反应阶段的热量可通过热交换提供给干燥过程，提高整体能源利用效率热解干燥后的煤炭在350-800℃温度下发生热解（热分解），煤炭中的有机质分解为固体炭、液体焦油和气体产物这一阶段会释放挥发分，产生轻烃、焦油、酚类等多种有机物，固体残留物则形成半焦或焦炭气化焦炭在800-1500℃高温下与气化剂O₂、H₂O、CO₂等发生一系列化学反应，将固体碳转化为气态产物这一阶段是煤炭气化的核心过程，反应速率和产物组成受温度、压力、气化剂类型等因素影响燃烧部分碳质材料与氧气完全燃烧，为整个气化系统提供所需热量燃烧反应主要发生在气化炉的特定区域，通过控制氧气量可以调节系统温度和气化反应的进行程度，实现煤炭的高效转化

1.6气化剂类型氧气水蒸气空气作为气化剂时可提供高温环境，与碳反应生成CO和H₂，可增加使用空气作气化剂投资低、操作促进煤炭快速气化，生产的煤气合成气中氢气含量，提高H₂/CO简单，但产生的煤气含大量氮气热值较高，且不含氮气，适合用比值，适合用于合成氨、甲醇等，热值较低，仅适用于直接燃烧于化工合成使用纯氧气化需配产品水蒸气气化为吸热反应，发电或供热空气气化技术已相套空分设备，投资和运行成本较常需与氧气联合使用，通过调节当成熟，在中小型煤气化装置中高，但可获得质量稳定、成分可蒸汽/氧比例可控制合成气组成应用广泛，特别是在资源有限的控的高品质合成气和反应温度地区二氧化碳作为气化剂可与碳反应生成CO，有助于提高煤炭转化率和煤气热值近年来，CO₂气化受到关注，因其可实现CO₂资源化利用，有利于减少温室气体排放，但反应速率较慢，常需与其他气化剂复合使用煤炭气化的影响因素

1.7煤种特性温度影响不同煤种的元素组成、灰分含量、挥发分含气化温度对反应速率和平衡转化有显著影响量和反应活性等特性直接影响气化效率和产温度升高可加速反应速率，促进煤炭转化物分布高挥发分煤易于气化，而高灰分煤，抑制焦油生成通常固定床气化温度为则可能导致结渣和灰熔融问题，增加设备维800-1000℃，流化床为950-1050℃，气流床护难度煤的结构和孔隙特性也影响气化剂12则高达1200-1600℃过高温度可能导致灰熔的扩散和反应速率融和设备损耗问题压力条件气化剂比例43气化压力影响气体产物的组成和收率高压气化剂种类和配比直接决定煤气组成和热值有利于甲烷化反应，提高甲烷含量；而低压氧碳比O/C影响气化温度和碳转化率；蒸则有利于一氧化碳和氢气的生成现代大型汽碳比H₂O/C影响氢碳比和水煤气反应程气化装置多采用加压气化，可减小设备体积度合理匹配各种气化剂的比例是优化气化，提高单位体积产气量，同时便于与下游高过程、获得理想产物的关键操作参数压工艺衔接第二章煤炭气化技术分类煤炭气化技术根据气化反应器的结构特点和煤炭在反应器中的流动状态，可分为固定床、流化床、气流床、水煤浆气化以及地下煤气化等多种类型每种气化技术都具有独特的优缺点和适应条件，在不同应用场景中发挥着重要作用技术选择需综合考虑煤种特性、规模需求、产品用途、环保要求等多种因素现代煤炭气化工业正朝着大型化、高效化、清洁化和智能化方向发展，不断提高能源转化效率和环境友好性固定床气化技术

2.1工艺特点应用范围固定床气化是最早发展的煤炭气化技术，气化炉内煤层保固定床气化技术适用于气化非粘结性或弱粘结性煤，对煤持相对静止状态，呈现明显的反应分区从上到下依次为粒度要求严格，通常为5-50mm，细粉会影响气体流通而干燥区、热解区、还原区和氧化区，各区温度和反应条件导致压降增大该技术产生的煤气中含有大量焦油和酚类存在明显差异气化剂自下而上穿过煤层，与煤炭逐级接物质，需要复杂的净化处理触反应，产生的煤气自上方导出固定床气化装置规模相对较小，单炉处理量一般为10-30吨这种气化技术结构简单，操作稳定，对煤种适应性强，但/小时，适合中小型煤气化项目，特别是在要求投资少、操单位体积产气量低，处理能力有限典型的固定床气化炉作简便的地区得到广泛应用，主要用于城市煤气、工业燃包括Lurgi气化炉和BGL气化炉等料气和化工合成气的生产流化床气化技术

2.2工艺特点应用范围流化床气化技术中，煤粒在气流作用下处于悬浮流化状态流化床气化技术对煤种的适应性广，特别适用于高反应活，呈现出类似液体的流动性反应器内温度分布均匀，气性的褐煤和次烟煤等低级煤，对煤粒度要求严格，通常为化剂与煤粒接触充分，传热传质效果好流化床气化通常

0.5-6mm该技术具有中等规模的处理能力，单台设备产在800-1050℃温度下操作，低于灰熔点，属于干灰气化方能一般为20-100吨/小时式流化床气化产生的煤气中焦油含量低于固定床，但高于气此类气化技术的特点是强化了气固接触，提高了反应速率流床，碳转化率在90-95%之间目前主要应用于发电、供和碳转化率，具有较好的操作弹性，可实现自动化控制热以及中小型化工合成项目，在煤炭资源丰富但技术条件典型的流化床气化技术包括高温韦尔曼HTW气化炉、循有限的地区具有较大市场潜力环流化床CFB气化炉等

2.3气流床气化技术高效碳转化1碳转化率可达98-99%高温气化2操作温度1200-1600℃短停留时间3气化反应仅需1-5秒高处理量4单炉可达2000-3000吨/日气流床气化是目前最先进的煤炭气化技术，在该工艺中，煤粉与气化剂高速同向或对向流动，在极短的停留时间内完成气化反应由于操作温度高于灰熔点，灰分形成熔渣排出，又称为熔渣气化这种气化方式强化了传热传质过程，反应速率快，气化强度高气流床气化对煤粒度要求严格，通常需要将煤磨至小于100微米它特别适合于气化中高灰分煤和强粘结性煤种，可生产高纯度的合成气，几乎不含焦油，适用于大型煤化工项目和IGCC发电系统代表性技术包括Shell气化、GE气化（原Texaco）和西门子气化等水煤浆气化技术

2.4工艺特点技术优势12水煤浆气化技术是气流床气化水煤浆气化系统无需复杂的干的重要分支，它将煤粉与水混煤粉输送装置，避免了煤尘爆合制成浓度为60-70%的流动性炸风险，操作安全性高采用浆料，通过泵输送至气化炉压力泵输送，便于实现高压气水煤浆喷入高温气化炉后，水化，且流量控制精确，易于自迅速汽化成为气化剂参与反应动化操作水煤浆制备过程中，同时还起到降温和调节氢碳可添加助剂改善流变性能，还比的作用可去除部分煤中的硫、灰分等杂质应用范围3该技术适用范围广，可气化粉煤、低阶煤甚至石油焦等多种碳质原料由于水的存在增加了能耗，因此煤的热值利用率略低于干煤粉气化目前主要应用于大型煤气化装置，特别是在合成氨、甲醇和费托合成等领域有广泛应用代表性技术包括GE水煤浆气化和航天炉等

2.5地下煤气化技术资源利用1可开采难以传统方式开采的深层煤炭资源环境效益2避免煤矿开采的环境破坏和安全风险经济性3降低矿工劳动成本和煤炭运输成本工艺简化4无需煤炭预处理和灰渣处理系统地下煤气化技术是一种原位气化方法，它不需要将煤炭开采到地面，而是通过在煤层钻井建立气化通道，将气化剂注入地下，在地下实现煤炭气化，然后将产生的煤气引至地面利用这一技术将煤矿开采和气化过程合二为一，煤层既是资源储存库，也是气化反应器目前地下煤气化仍处于发展阶段，面临地下反应控制、地下水污染防治、气体产品质量控制等技术挑战但随着定向钻井、地质探测等技术的进步，地下煤气化在开发深部煤层、边缘煤层等常规方法难以开采的煤炭资源方面显示出巨大潜力，被视为未来煤炭清洁利用的重要发展方向第三章煤炭气化工艺流程煤炭预处理1包括煤炭的破碎、筛分、干燥和制备，为气化反应创造适宜的物料条件气化反应2煤炭与气化剂在气化炉内发生一系列热化学反应，生成以CO和H₂为主的粗煤气热量回收3高温粗煤气中的热量通过废热锅炉或急冷系统回收，提高能源利用效率气体净化4去除粗煤气中的粉尘、焦油、硫化物等杂质，获得符合使用要求的清洁煤气气体利用5净化后的煤气可用于发电、供热或作为化工合成原料，实现煤炭的高效转化利用

3.1原料预处理煤炭破碎煤炭干燥根据气化炉类型要求，将原煤破碎至合适粒度固定床气化通常需要5-高水分煤种需进行干燥处理，降低水分含量至合适水平常用的干燥设备有50mm的块煤，流化床需要

0.5-6mm的粒煤，而气流床气化则需要小于100微回转干燥器、流化床干燥器和闪蒸干燥器等干燥过程通常利用系统余热，米的粉煤破碎设备主要包括颚式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机和球磨如烟气或蒸汽作为热源，以提高系统的能源利用效率干燥后的煤炭水分含机等，不同设备适用于不同的粒度要求量通常控制在1-15%，具体取决于气化工艺要求煤炭分级煤浆制备通过筛分设备对破碎后的煤炭进行粒度分级，确保进入气化系统的煤炭粒度水煤浆气化工艺需要将煤粉与水混合制成浓度为60-70%的水煤浆制浆过程满足工艺要求分级设备主要包括振动筛、转筒筛和气流分级器等不合格中需添加适量分散剂和稳定剂，确保水煤浆具有良好的流动性、稳定性和喷粒度的煤炭被送回破碎系统进行再处理，以提高原料利用率精确的粒度控射性能水煤浆制备设备包括球磨机、搅拌器和高剪切混合器等，制备的水制对于气化效率和设备稳定运行至关重要煤浆需通过沉降实验、粘度测定等方法进行质量控制

3.2气化反应℃800-1600气化温度范围不同气化技术的典型操作温度，高温有利于提高反应速率和碳转化率

0.1-8MPa气化压力范围现代气化工艺的典型操作压力，高压有利于提高设备生产能力和甲烷生成85-99%碳转化率不同气化技术可达到的碳转化效率，气流床气化可实现最高转化率秒3-10气体停留时间反应物在气化区的停留时间，直接影响反应完成度和碳转化率气化反应是煤炭气化过程的核心环节，在气化反应器中，煤炭与气化剂（氧气、水蒸气、空气或二氧化碳）在高温高压条件下反应，通过一系列的热化学过程转化为以CO和H₂为主的合成气反应条件控制是气化工艺设计和运行的关键，需根据原料特性、产品要求和设备特点进行优化粗煤气冷却

3.3冷却方式余热利用粗煤气冷却是气化系统中的重要热量回收环节，主要有废粗煤气冷却过程回收的热量通常转化为蒸汽或热水，用于热锅炉冷却、水冷壁冷却和水淬冷却三种方式废热锅炉系统内部的加热需求或外供利用现代大型气化装置往往冷却将高温煤气的热量转化为中高压蒸汽，实现能量的梯配套建设汽轮发电机组，将回收的热能转化为电能，提高级利用；水冷壁冷却通过炉壁冷却管回收热量，降低炉壁系统的综合能效高温煤气的冷却过程还需考虑灰渣和可温度；水淬冷却则通过将高温煤气直接与水接触，实现快凝物质的沉积问题，设计合理的清灰系统确保热交换设备速降温，适合含尘量高的煤气的长期稳定运行灰渣处理

3.4干灰处理湿灰处理干灰处理适用于低于灰熔点温度运行的气化工艺，如流化湿灰处理适用于高温熔渣气化工艺，如气流床气化熔融床气化未熔融的灰颗粒以固体形式从系统中分离出来，状态的灰渣从气化炉底部排出，进入水槽淬冷形成玻璃态通过灰斗、气力输送系统或机械输送设备收集和处理干渣粒淬冷水系统需要考虑水质处理和水循环利用，防止灰通常含有未转化的碳，含碳量高时可考虑回收利用或进水质恶化和环境污染处理后的渣粒含碳量低，一般小于一步燃烧处理干灰处理系统设计需重点考虑防尘措施，1%，渣粒质量稳定，可用于建材生产，实现废弃物资源化确保环境和设备安全利用，减少环境负担气化炉结构

3.5固定床气化炉流化床气化炉气流床气化炉固定床气化炉通常为立式圆筒结构，顶部设流化床气化炉为圆筒形结构，底部设有分布气流床气化炉为垂直圆筒形结构，顶部或底有给煤装置，通过机械或液压顶推系统将煤板或喷嘴，确保气化剂均匀进入并形成良好部设有多头喷嘴，将煤粉和气化剂高速喷入料均匀分布在炉内炉体底部设有旋转炉排的流化状态炉体中部为主反应区，煤粒在反应区炉体上部为反应区，中部为温度缓或固定炉排和除灰装置，用于支撑煤层并排此与气化剂充分接触反应顶部设有旋风分冲区，下部为熔渣收集区炉壁通常采用冷出灰渣气化剂从底部进入，穿过灰层和炉离器或内部反射板，分离夹带的固体颗粒却壁设计，内衬耐火材料炉底设有熔渣排排进入反应区，生成的煤气从炉顶导出炉灰分通过底部排灰系统或旋风分离器收集系出孔和水淬槽，用于熔渣的排放和冷却现体通常采用水冷夹套设计，防止高温损伤统排出炉体通常设有冷却系统和温度监测代气流床气化炉还配备有复杂的控制系统，装置，保证安全运行实现过程参数的精确调节第四章煤气净化基础高品质煤气1符合环保和利用要求的清洁燃料或合成气专项净化处理2针对特定污染物的深度处理技术通用净化工艺3除尘、脱硫、脱氮、焦油去除等基础处理技术污染物特性分析4各类污染物的来源、性质和危害研究煤气成分与性质5粗煤气的组成、物理化学特性和净化需求分析煤气净化是煤炭气化过程中不可或缺的重要环节，它决定了最终煤气产品的质量和应用范围粗煤气中含有多种对环境和设备有害的物质，包括粉尘、硫化氢、氨、氰化物、焦油等，这些物质不仅会污染环境，还会腐蚀设备、毒化催化剂，严重影响下游利用过程煤气净化技术体系十分丰富，包括物理法、化学法和生物法等多种方法，形成了一套完整的技术体系选择合适的净化工艺需要综合考虑煤气特性、污染物组成、下游用途要求和经济技术条件等多方面因素

4.1煤气净化的必要性环境保护要求煤气中的硫化物、氮氧化物、重金属等污染物排放会造成空气污染、酸雨和土壤污染等环境问题随着环保法规日益严格，煤气利用必须满足排放标准要求，净化处理成为实现达标排放的必然选择现代煤气利用系统通常需要满足SO₂排放小于35mg/m³、NOx小于50mg/m³、粉尘小于5mg/m³等严格标准设备保护需求煤气中的多种成分对设备有腐蚀和损害作用硫化氢会腐蚀金属设备，缩短使用寿命；粉尘会加速设备磨损，堵塞管道和阀门；焦油沉积会影响传热效率，增加维护成本通过净化处理，可以有效延长设备使用寿命，减少故障率，降低维护成本，提高系统可靠性下游利用需求不同的煤气利用方向对气体纯度有不同要求用于合成氨的煤气中硫含量需低于

0.1ppm，以避免催化剂中毒；用于燃气轮机发电的煤气中粉尘含量需低于5mg/m³，以防止叶片磨损；用于合成天然气的煤气需严格控制CO₂含量，以提高甲烷化反应效率精确的净化处理是保证下游生产稳定运行的关键环节

4.2煤气主要污染物粉尘1煤气中的粉尘主要来源于未完全气化的碳颗粒、灰分和床料等固体物质粉尘含量与气化工艺密切相关，固定床气化煤气中粉尘含量为

0.1-1g/m³，流化床为5-20g/m³，气流床可高达20-100g/m³粉尘不仅增加设备磨损，还会携带重金属等有害成分，是煤气净化的首要对象硫化物2煤气中的硫主要以H₂S和COS形式存在，来源于煤中的有机硫和无机硫硫化物含量与原煤含硫量直接相关，通常为

0.1-1%H₂S具有强腐蚀性和毒性，会腐蚀设备、毒化下游催化剂，燃烧后产生SO₂污染环境COS在常规脱硫过程中较难去除，需要通过水解转化为H₂S后再脱除氮化物3煤气中的氮化物主要包括NH₃和HCN，来源于煤中的有机氮NH₃含量通常为

0.3-

1.5g/m³，HCN为50-200mg/m³这些物质燃烧后产生NOx，导致光化学烟雾和酸雨，同时也会毒化催化剂，影响下游合成过程在一些高温气化工艺中，还可能有少量的NOx直接生成焦油和酚类4焦油是煤热解过程中产生的高分子量有机物混合物，主要存在于低温气化煤气中固定床煤气焦油含量为10-100g/m³，流化床为

0.5-5g/m³，气流床几乎不含焦油焦油会凝结堵塞管道和设备，增加维护难度，其中也含有多种有害物质，如多环芳烃等致癌物质，需要严格处理煤气净化目标

4.3污染物类型原始含量范围一般净化要求深度净化要求粉尘

0.1-100g/m³50mg/m³5mg/m³H₂S

0.1-1%100ppm

0.1ppmNH₃

0.3-

1.5g/m³50mg/m³10mg/m³焦油0-100g/m³100mg/m³20mg/m³HCN50-200mg/m³20mg/m³1mg/m³煤气净化的目标是根据下游利用要求，去除煤气中的有害成分，提高煤气品质，同时满足环保和设备安全要求如用于合成氨生产的煤气需要严格控制硫含量，以避免催化剂中毒；用于燃气轮机发电的煤气则对粉尘和碱金属含量有严格要求随着环保标准日益严格和煤气利用要求不断提高，煤气净化技术也在向高效化、低能耗和低成本方向发展现代煤气净化工艺通常采用多级净化流程，针对不同污染物采用不同的处理方法，实现煤气的梯级净化和污染物的高效去除第五章煤气除尘技术旋风分离湿法除尘静电除尘利用离心力将粉尘与气流分离利用液体捕集粉尘的方法，除利用高压电场使粉尘带电沉积的物理方法，结构简单，维护尘效率高，可同时去除部分可的技术，能耗低，适用于大风方便，主要用于粗除尘溶性气体污染物量细粉尘的去除过滤除尘利用过滤材料拦截粉尘的方法，除尘效率高，适合作为终端精细除尘工序煤气除尘是煤气净化的首要步骤，目的是去除煤气中的固体颗粒物，为后续净化工序创造良好条件根据煤气特性和除尘要求，通常采用多级除尘工艺，将不同除尘技术有机组合，实现高效除尘除尘系统设计需考虑煤气温度、压力、粉尘浓度、粒径分布等因素，选择合适的除尘方式和设备参数，在保证除尘效果的同时，优化系统能耗和经济性，实现煤气的清洁高效利用机械除尘

5.1旋风分离器惯性分离器旋风分离器是利用离心力将粉尘从气流中分离出来的设备惯性分离器利用气流突然改变方向时，粉尘颗粒因惯性作煤气切向进入圆筒形分离器，在旋转气流中产生离心力用偏离气流轨迹而被分离的原理常见的惯性分离器包括，密度较大的粉尘颗粒被甩向器壁，沿壁面下滑至收尘斗折流板式分离器、百叶窗式分离器和碰撞式分离器等，净化后的煤气从顶部中心管排出旋风分离器结构简单，运行可靠，适用于高温高压条件，惯性分离器能耗低，维护简单，但分离效率有限，通常作是煤气粗除尘的常用设备传统旋风分离器对大于10微米为初级除尘设备使用在大型煤气化装置中，惯性分离器颗粒的捕集效率可达80-95%，但对细颗粒的去除效率较低常与旋风分离器组合使用，形成高效的粗除尘系统惯性通过优化结构设计，如多管旋风、二级旋风等形式，可分离器适合去除20微米以上的颗粒，捕集效率在60-85%提高对细颗粒的捕集效率之间，具体效率取决于气流速度和颗粒特性湿法除尘

5.2水洗塔文丘里洗涤器水洗塔是通过液气接触实现除尘的设备，主要包括喷淋塔文丘里洗涤器是一种高效湿式除尘设备，由收缩段、喉管、填料塔和板式塔等在水洗塔中，水以喷雾或液膜形式和扩散段组成煤气在通过收缩段时加速，在喉管处达到与煤气接触，粉尘颗粒通过惯性碰撞、拦截和扩散等机制最高速度50-150m/s，此时喷入水雾与高速气流充分混被水捕获，随水流排出系统水洗塔不仅能除去粉尘，还合强烈的湍流和剪切作用使粉尘被水滴捕获，形成含尘能同时去除部分可溶性气体污染物和水溶性焦油，一机多水滴，然后在扩散段减速并通过旋风分离器或除雾器去除用水洗塔的除尘效率与液气比、接触方式和设备结构有关，文丘里洗涤器对细小颗粒1-5微米有很高的捕集效率，可通常可达90-99%其优点是适应性强，能处理高温高湿煤达99%以上，是处理高浓度粉尘煤气的理想设备其缺点气，缺点是产生大量废水需要处理，增加了运行成本在是能耗较高，压降大通常为1-7kPa，且存在磨损和结垢水资源紧张地区，需考虑水循环使用和废水处理问题问题在实际应用中，需要选择耐磨材料并设计合理的防结垢和清洗措施静电除尘

5.3工作原理设备结构应用特点静电除尘是利用高压电场使粉尘带电并在电根据工作状态，静电除尘器分为干式和湿式在煤气净化中，静电除尘主要用于中温煤气场力作用下沉积到收尘极的技术在静电除两种干式静电除尘器使用机械振打清除粉120-250℃的除尘和脱焦油其除尘效率尘器中，粉尘颗粒在电晕放电区被电离气体尘，适用于低湿度煤气；湿式静电除尘器使可达

99.5%以上，对1微米以下颗粒的去除率带电，然后在电场力作用下向收尘极移动并用水冲洗收尘极，适合处理高湿度和含焦油也可达90%静电除尘对煤气成分敏感，含沉积沉积的粉尘通过机械振打或水冲洗方煤气电极结构多采用管式或板式，操作电硫和含碱金属物质会影响电晕放电特性在式从收尘极上清除静电除尘具有压降小、压通常为20-70kV现代静电除尘器还采用设计时需考虑煤气特性，选择合适的电极材能耗低、除尘效率高等优点，特别适合处理微处理器控制电源，实现智能化运行，提高料和电源参数，确保除尘效果和设备寿命亚微米级细颗粒除尘效率和设备可靠性袋式除尘

5.4滤料选择运行维护袋式除尘是利用纤维滤料截留粉尘的高效除尘技术滤料袋式除尘器的运行维护是保证除尘效果的关键滤袋清灰是袋式除尘器的核心，其选择直接影响除尘效果和设备寿是最重要的运行操作，主要包括脉冲喷吹、反向气流和机命针对煤气除尘，常用的滤料包括聚酯、聚丙烯、聚四械振打三种方式在煤气除尘中，脉冲喷吹清灰最为常用氟乙烯PTFE、玻璃纤维和金属纤维等滤料选择需考虑，通过高压压缩气体瞬间冲击滤袋，使附着的粉尘脱落煤气温度、化学特性、粉尘性质等因素清灰周期和强度需根据粉尘负荷和滤袋阻力变化情况进行调整高温煤气150℃通常选用耐热性好的玻璃纤维或金属纤维滤料；含酸性气体的煤气则需选择耐酸性材料如PTFE涂袋式除尘器的常见故障包括滤袋破损、粉尘偏析、灰斗架层滤料；对于含焦油煤气，需选择疏水性好、不易结焦的桥等定期检查滤袋完整性、均匀配风和灰斗排灰情况是滤料，并采取加热措施防止焦油凝结现代高性能滤料还必要的维护工作对于煤气除尘，还需特别注意防止焦油采用复合结构和表面处理技术，提高过滤效率和使用寿命凝结和水分冷凝，必要时需设置加热或保温系统，确保滤袋区温度高于煤气露点温度10-15℃第六章煤气脱硫技术湿法脱硫干法脱硫1利用液体吸收剂去除H₂S和COS，效率高但使用固体吸附剂或反应剂，操作简便，二次2能耗大污染少生物脱硫半干法脱硫4利用微生物氧化硫化物，环保经济，适合低液固结合的脱硫方法，兼具湿法和干法优点3浓度应用煤气脱硫是煤气净化的核心环节，目的是去除煤气中的硫化氢H₂S、硫化羰COS等硫化物，以满足下游利用和环保要求煤气中的硫化物主要来源于煤中的有机硫和无机硫，气化过程中转化为气态硫化物进入煤气脱硫技术选择需综合考虑煤气特性、硫含量、处理规模、脱硫深度和经济因素等随着煤气清洁利用要求提高，脱硫技术不断发展，从传统的湿法脱硫发展到多种脱硫技术并存的格局，能够满足不同应用场景的需求

6.1湿法脱硫氨法脱硫氨法脱硫利用氨水溶液吸收煤气中的H₂S和CO₂，形成硫化铵和碳酸铵氨法脱硫系统主要包括吸收塔、解吸塔和溶液再生系统煤气在吸收塔中与氨水逆流接触，H₂S被吸收；富液进入解吸塔，通过加热和汽提释放出H₂S和部分氨，再生后的溶液循环使用碳酸钠法脱硫碳酸钠法脱硫利用碳酸钠溶液吸收H₂S，形成硫化钠和重碳酸钠该方法设备简单，投资低，操作方便，但再生过程复杂，能耗较高煤气通过吸收塔与碳酸钠溶液接触，H₂S被吸收形成硫化钠；富液经过氧化再生，产生单质硫；再生后的溶液循环使用MEA/MDEA法脱硫乙醇胺类溶剂MEA、DEA、MDEA等脱硫是最常用的湿法脱硫技术这些溶剂具有选择性吸收H₂S和CO₂的能力，特别是MDEA对H₂S有较高的选择性工艺流程包括吸收、解吸和溶液再生三个环节脱硫效率高，可达

99.9%以上，能满足严格的深度脱硫要求物理吸收法脱硫物理吸收法利用有机溶剂如甲醇、N-甲基吡咯烷酮等在低温高压条件下对H₂S的物理溶解能力与化学吸收相比，物理吸收能耗低，但受压力影响大，适合高压煤气脱硫代表性工艺有Rectisol低温甲醇法和Selexol法等，应用于大型煤化工和IGCC电站干法脱硫

6.2氧化铁脱硫活性炭吸附脱硫金属氧化物脱硫氧化铁脱硫是利用氧化铁与H₂S反应生成硫活性炭脱硫利用活性炭对H₂S的物理吸附和金属氧化物脱硫是近年发展起来的高温干法化铁的方法传统脱硫剂采用氧化铁浸渍木催化氧化作用普通活性炭对H₂S的吸附量脱硫技术，主要使用锌、铜、锰等金属的氧屑、锯末等多孔载体制成，现代脱硫剂则使有限，通常采用碱金属或过渡金属改性，提化物作为脱硫剂这些脱硫剂在350-650℃高用活性氧化铁和专用载体，提高脱硫容量和高脱硫性能活性炭脱硫系统包括脱硫床和温下与H₂S反应，生成相应的金属硫化物；再生性能脱硫反应为再生床，通过切换实现连续运行脱硫后的失活后的脱硫剂可通过空气氧化再生该方Fe₂O₃+3H₂S→Fe₂S₃+3H₂O，再生反活性炭可通过空气氧化再生，硫主要以单质法可实现煤气的热态脱硫，避免了低温冷却应为2Fe₂S₃+3O₂→2Fe₂O₃+6S这种硫形式存在于活性炭表面该方法适合低浓和再加热的能量损失，热效率高，特别适合方法设备简单，投资低，操作方便，适合中度H₂S的深度脱除IGCC等对能效要求高的系统小型煤气处理装置半干法脱硫

6.3喷雾干燥脱硫循环流化床脱硫移动床半干法脱硫喷雾干燥脱硫法是将碱性浆液通常循环流化床脱硫技术结合了流化床反移动床半干法脱硫采用颗粒状脱硫剂为石灰或石灰石浆液通过喷嘴雾化应器的高效气固接触特性和固体吸收，在脱硫塔内形成缓慢移动的脱硫剂成细小液滴，与含硫煤气接触反应剂的循环使用优势常用的脱硫剂为床层煤气从底部或侧部进入，穿过在反应过程中，液滴中的水分蒸发，石灰或消石灰，通过多级旋风分离器移动床层，H₂S与脱硫剂反应被去同时吸收煤气中的H₂S，形成固体和返料系统实现脱硫剂的循环使用除该技术结合了干法操作简便和湿硫化物和硫酸盐，与飞灰一起被除尘煤气从流化床底部进入，与悬浮状态法高效率的优点，通过控制脱硫剂含设备捕集这种方法设备简单，不产的脱硫剂充分接触反应，H₂S被脱水率，可显著提高反应速率和脱硫效生废水，但试剂利用率较低，适用于除；反应后的脱硫剂部分被排出系统率脱硫剂利用率高，废弃物产生量中小型煤气脱硫系统，部分返回反应区继续使用少，适合中等规模的煤气脱硫系统

6.4生物脱硫微生物脱硫原理工艺系统应用案例123生物脱硫利用特定微生物氧化H₂S的能力生物脱硫系统主要包括生物反应器、营养生物脱硫技术已在煤气、沼气和石化工业去除煤气中的硫化物主要涉及的微生物液循环系统和气液接触装置常见的反应废气处理中获得应用在荷兰，THIOPAQ包括硫杆菌、硫氧化细菌和光合细菌等器类型有生物滴滤池、生物滤床和生物洗工艺成功应用于煤气脱硫，处理效率可达这些微生物能将H₂S作为能源或电子供体涤塔等在生物洗涤塔中，煤气与含微生99%以上中国某煤化工厂采用生物滴滤，氧化成单质硫或硫酸盐根据微生物种物的液体充分接触，H₂S溶解到液相并被法处理低浓度H₂S废气，投资省、运行费类和反应条件，生物脱硫分为好氧、厌氧微生物氧化；在生物滤床中，微生物固定低，效果良好生物脱硫特别适合处理低和光合三种基本类型好氧生物脱硫是最在填料表面，煤气通过填料层时H₂S被吸浓度、大风量的含硫气体，在小型煤气站常用的方式，反应快速，效率高附并生物降解系统需控制pH、温度、营和生物质气化领域具有较大应用潜力养成分等参数，为微生物提供最佳生长环境第七章煤气脱氮技术预防控制通过优化气化条件，控制氮化物的生成量，从源头减少氮污染物排放湿法洗涤利用水或酸性溶液吸收氨和氢氰酸，去除煤气中的还原态氮化物催化分解在催化剂作用下，将氨和氢氰酸分解为氮气和其他无害物质选择性还原对于含NOx的煤气，采用选择性催化还原或非催化还原技术处理煤气脱氮技术是针对煤气中氮化物的特定净化方法，主要处理对象包括氨NH₃、氢氰酸HCN和氮氧化物NOx等这些氮化物来源于煤中的有机氮，在气化过程中转化为气态物质进入煤气煤气脱氮的必要性体现在三个方面环境保护、设备保护和下游利用需求燃烧含氮煤气会产生NOx污染物；氨和HCN会腐蚀设备、毒化催化剂；合成气用于化工合成时，氮化物会影响产品质量和催化剂寿命因此，根据煤气用途选择合适的脱氮技术十分重要选择性催化还原法（）

7.1SCR反应原理催化剂选择选择性催化还原法SCR是处理煤气中NOx的有效技术，其SCR催化剂的选择对反应效率和系统运行至关重要传统核心原理是在催化剂作用下，利用NH₃作为还原剂将NOx SCR催化剂主要为V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-还原为N₂和H₂O主要反应包括MoO₃/TiO₂等，这些催化剂在300-400℃温度范围内具4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O和有较高活性近年来，分子筛、贵金属和过渡金属氧化物8NO₂+6NH₃→7N₂+12H₂OSCR技术具有较高的脱氮等新型催化剂也得到研发和应用，拓展了SCR的温度窗口效率，通常可达80-95%，且反应选择性好，副反应少和应用范围对于煤气系统，催化剂选择需特别考虑抗硫性和抗粉尘堵在煤气应用中，SCR主要用于处理燃烧后烟气中的NOx，塞能力催化剂中毒是影响SCR系统长期稳定运行的主要而不是直接处理煤气这是因为煤气中普遍存在还原性气挑战，硫化物、碱金属、重金属等都可能导致催化剂活性体CO、H₂等，不适合SCR反应所需的氧化性环境SCR下降因此，在高硫煤气应用中，需选择抗硫性强的催化技术在热电联产、IGCC电站的尾气处理中有广泛应用剂并采取防护措施，如预脱硫和防尘设计选择性非催化还原法（）

7.2SNCR工艺特点应用条件选择性非催化还原法SNCR是一种不使用催化剂的NOx脱除SNCR技术在煤气利用过程中主要用于燃烧后烟气处理，而技术，它利用氨或尿素等还原剂在高温下直接与NOx反应生非直接处理煤气应用SNCR技术需满足几个关键条件首成N₂和H₂OSNCR的主要反应与SCR相似，但由于没有催先，烟气温度必须在适宜范围内，这要求燃烧系统有稳定的化剂，反应需要在较高温度850-1100℃下进行温度窗口温度分布；其次，还原剂喷射点位置至关重要，需确保还原较窄是SNCR技术的重要特点，温度过低反应不完全，温度剂在最佳温度窗口与NOx充分混合；最后，需有足够的反应过高则NH₃被氧化时间，通常为

0.5-1秒与SCR相比，SNCR最大优势是投资成本低，无需昂贵的催SNCR技术适用于中小型锅炉和工业炉窑的烟气脱氮，特别化剂和复杂的反应器，系统简单，维护方便其主要缺点是是对于脱氮效率要求不太高如脱除率60%、运行负荷稳定脱氮效率有限通常为30-60%，还原剂利用率低，对温度控的场合对于排放标准严格、负荷变化大的大型装置，制要求严格在实际应用中，常采用多点喷射和温度分区控SNCR技术常与SCR技术组合使用，形成SNCR+SCR联合脱氮制等方法优化系统性能工艺，既降低了SCR系统负担，又提高了整体脱氮效率

7.3低温氧化法臭氧氧化1利用臭氧强氧化性将低价态NOx氧化为高价态，便于吸收去除吸收过程2氧化后的高价态氮氧化物被碱性溶液高效吸收还原分解3吸收液中的硝酸盐和亚硝酸盐通过化学或生物方法还原分解资源化利用4脱除的氮化物转化为肥料或化工原料，实现资源化利用低温氧化法是一种针对低浓度NOx的创新脱氮技术，特别适合湿式脱硫后的低温烟气处理该技术的核心是在低温条件下通常100℃，利用强氧化剂将难溶于水的NO氧化为易溶于水的NO₂、N₂O₅等高价态氮氧化物，然后通过湿法洗涤去除低温氧化法与传统脱氮技术相比，具有能耗低、不受温度波动影响、适应负荷变化能力强等优点臭氧是最常用的氧化剂，可现场制备，安全性好该技术在工业应用中持续发展，已成功用于部分煤气利用和燃煤电厂的深度脱氮，特别适合作为SCR系统的补充，用于突破SCR技术的效率瓶颈，实现超低排放第八章焦油去除技术焦油是煤炭热解过程中产生的复杂有机混合物，主要由多环芳烃、酚类、杂环化合物等组成在低温气化工艺中，特别是固定床气化，焦油含量较高，需要专门的去除处理焦油的存在会导致管道和设备结垢堵塞、热交换效率降低，还会污染下游净化工序和最终产品焦油去除技术根据原理可分为机械分离法、静电除焦油、洗涤法和催化裂解法等技术选择需考虑煤气特性、焦油含量、处理规模、设备投资和运行成本等因素现代煤气化工厂通常采用多级焦油去除工艺，结合不同技术的优势，实现高效低成本的焦油控制机械分离法

8.1重力沉降离心分离重力沉降是利用焦油雾滴与气体的密度差进行分离的方法离心分离是利用离心力增强焦油雾滴分离的方法，主要设备在沉降室中，煤气流速降低，流动方向发生变化，焦油雾滴为旋风分离器和机械旋转分离器在旋风分离器中，煤气切因惯性和重力作用从气流中分离出来，沉降到容器底部这向进入，形成旋转气流，焦油雾滴在离心力作用下被甩到器种方法结构简单，无运动部件，适合作为初级焦油分离设备壁，沿壁面流向底部收集装置；机械旋转分离器则通过高速使用典型设备包括重力沉降室、惯性分离器和折流板分离旋转叶轮或筛板产生离心力，强化焦油分离过程器等重力沉降法的分离效率主要受焦油雾滴粒径、气流速度和停离心分离比重力沉降效率更高，对5-10微米焦油颗粒的去除留时间影响对于大于10微米的焦油颗粒，分离效率可达率可达80-95%多管旋风、旋风筛板等改进设计进一步提60-80%，但对细小焦油雾滴效果有限为提高分离效率，高了分离效率，特别是对中等粒径焦油的去除离心分离设常采用多级分离或增加折流板等内部构件，增强雾滴聚并和备紧凑，占地面积小，适合中等规模煤气处理但对于亚微沉降效果该方法适合高浓度焦油的初步分离，降低后续处米级焦油雾滴，离心分离效果仍然有限，需配合其他技术使理负担用

8.2静电除焦油设备结构工作原理运行参数静电除焦油器主要由放电电极、收静电除焦油的原理是利用高压电场静电除焦油器的运行参数对性能影集电极、绝缘支撑和清洗系统组成使焦油雾滴带电并在电场力作用下响显著电压和电流是最关键的参放电电极通常为金属丝或尖状电移动到收集电极焦油颗粒首先在数，决定了电场强度和电晕电流，极，施加高压20-70kV形成电晕区电晕区被电离气体带电，然后在电直接影响捕集效率煤气温度也很；收集电极为接地金属板或管，用场力作用下向收集电极移动，最终重要，通常控制在40-60℃，过高会于收集带电焦油颗粒根据结构形沉积在收集电极表面并被清除这导致绝缘材料损坏，过低则可能导式，静电除焦油器分为管式和板式种方法能有效捕集亚微米级焦油颗致水分冷凝此外，煤气湿度、流两种，其中管式适合高压操作，板粒，是目前最高效的焦油去除技术速、焦油特性等也会影响除焦油效式适合大风量处理之一果维护要点静电除焦油器的维护重点包括电极清洗、绝缘系统检查和电源系统维护电极表面沉积物会降低除焦油效率，需定期清洗；绝缘子表面污染会导致电气击穿，需保持清洁；电源系统的稳定性直接关系到设备性能，需定期检测和维护洗涤法

8.3水洗油洗乳化洗涤123水洗是利用水作为洗涤剂去除煤气中焦油洗是使用高沸点油类作为洗涤剂去除乳化洗涤是结合水洗和油洗优点的新型油的方法在水洗塔中，水以喷雾、液焦油的技术常用的洗涤油包括柴油、方法它使用油水乳液作为洗涤剂，通膜或气泡的形式与煤气接触，焦油颗粒重油和洗油等油洗利用焦油在油中的过添加乳化剂，形成稳定的油包水W/O通过惯性碰撞、拦截和扩散等机制被捕高溶解度，可有效捕集各种粒径的焦油或水包油O/W乳液乳化洗涤既具有水获这种方法设备简单，操作方便，对，特别是对微小焦油雾滴有良好效果洗操作简便的优点，又有油洗高效捕集溶于水的酚类和氨等物质也有去除效果油洗设备包括填料塔、泡罩塔和文丘里焦油的特性，且洗涤液容易再生该技但由于大多数焦油组分疏水性强，水洗涤器等，洗涤油循环使用，富油定期术适用于中低温煤气的焦油去除，在实洗对焦油的去除效率有限，通常需要添送至蒸馏装置回收焦油和再生洗涤油际应用中需注意控制乳液稳定性和防止加表面活性剂改善捕集效果微生物滋生问题催化裂解法

8.4催化剂选择反应条件工艺系统催化裂解法使用催化剂将焦油分子裂解为催化裂解反应通常在700-900℃温度下进催化裂解系统主要包括预处理单元、催化小分子气体，避免了焦油分离和处理问题行，反应条件对裂解效果有显著影响温反应器和催化剂再生装置预处理用于去常用的催化剂包括过渡金属如Ni、Fe、度是关键因素，温度升高有利于焦油转化除粉尘和碱金属等催化剂毒物；催化反应Co负载在各种载体如Al₂O₃、SiO₂、和气体产物生成；空速决定了反应时间，器常采用固定床、流化床或移动床结构；ZrO₂上的复合材料，以及天然矿物如白过高的空速会降低转化率；反应气氛也很催化剂再生系统用于清除积碳，恢复催化云石、橄榄石改性催化剂理想的焦油裂重要，氧化性气氛下焦油易燃烧，而在还活性该技术的优点是可将有害的焦油转解催化剂应具有高活性、高选择性、长寿原性气氛下则倾向于裂解和重整反应化为有价值的气体产物，实现能源的高效命和低成本特点利用和污染物的减排第九章煤气精制技术组分调整杂质深度脱除1通过变换反应调整H₂/CO比例，满足下游合去除微量硫、氮、氯等有害物质，保护催化2成需求剂和设备气体干燥4气体分离3去除水分，避免管道结冰和水合物形成分离CO₂、H₂S，提高煤气纯度和热值煤气精制是在基础净化之后，根据特定用途对煤气进行的深度处理，目的是调整煤气组成、去除特定杂质、提高煤气品质，使其满足化工合成、燃气轮机和合成天然气等高端应用的严格要求煤气精制在现代煤化工和清洁煤气利用领域扮演着关键角色煤气精制技术涵盖变换、分离、纯化等多个方面，工艺路线选择取决于原料煤气特性和产品要求随着煤化工向大型化、高端化发展，以及环保要求日益严格，煤气精制技术也在不断创新和完善，为煤炭的清洁高效利用提供技术保障变换技术

9.1CO变换甲烷化CO变换是调整煤气中H₂/CO比例的重要技术，主要通过甲烷化是将煤气中的CO和CO₂与H₂反应生成CH₄的过程水煤气变换反应CO+H₂O⇌CO₂+H₂实现该反应是可，主要通过CO+3H₂⇌CH₄+H₂O和逆放热反应，低温有利于反应平衡向右移动，提高转化率CO₂+4H₂⇌CH₄+2H₂O两个反应实现这是合成天然气变换过程通常采用催化剂，按照操作温度分为高温变换SNG生产的核心步骤，也用于深度去除合成气中残留的300-500℃和低温变换180-250℃两个阶段CO和CO₂，保护下游催化剂甲烷化反应为强放热反应，通常在200-450℃和高压2-高温变换主要使用Fe-Cr系催化剂，反应速率快，对硫毒8MPa条件下进行，使用Ni基催化剂反应器设计需重点性小，但平衡转化率有限；低温变换使用Cu-Zn系催化剂考虑热量控制，常采用多级甲烷化或冷态进料等技术措施，平衡转化率高，但对硫敏感，需预先深度脱硫两级变防止温度过高现代甲烷化技术如德国Lurgi公司的改进型换可将CO含量从30-40%降至

0.1-

0.5%，大幅提高H₂含量Lurgi甲烷化工艺、丹麦托普索公司的TREMP工艺等，通过变换技术广泛应用于合成氨、合成甲醇和制氢等领域创新反应器设计和热量回收利用，显著提高了能源效率

9.2CO₂去除化学吸收法1化学吸收法是基于CO₂与化学吸收剂可逆反应的气体分离技术常用的化学吸收剂包括胺类MEA、DEA、MDEA等、热碳酸钾和氨水等这些溶剂与CO₂形成化学键，吸收容量大，选择性好，适合处理低压和低CO₂浓度的气体但再生能耗高，溶剂易降解，需要较高的热能投入物理吸收法2物理吸收法利用CO₂在特定溶剂中的溶解度随温度和压力变化的特性主要溶剂包括甲醇Rectisol工艺、N-甲基吡咯烷酮Purisol工艺和聚乙二醇二甲醚Selexol工艺等物理吸收适合高压和高CO₂浓度气体，能耗低，但吸收容量受压力影响大在大型煤气化项目中，物理吸收因其能耗优势被广泛采用吸附分离法3吸附分离法使用多孔固体材料选择性吸附CO₂常用吸附剂有活性炭、分子筛和金属有机骨架材料MOFs等工艺上多采用变压吸附PSA或变温吸附TSA实现吸附剂的循环使用吸附法操作简单，启停灵活，适合中小规模应用，但单位处理能力有限，难以满足大型工厂需求膜分离法4膜分离利用不同气体透过膜的速率差异实现分离用于CO₂分离的膜材料包括聚合物膜、无机膜和混合基质膜等膜分离能耗低，设备紧凑，操作简单，但受膜材料性能限制，通常需要多级分离才能达到高纯度要求随着膜材料科学的发展，膜分离技术在煤气处理中的应用前景日益广阔

9.3H₂S选择性脱除深度脱硫1将H₂S含量降至ppb级高硫气回收2浓缩的H₂S转化为硫磺或硫酸选择性吸收3优先去除H₂S，保留CO₂气体预处理4调整温度和组成，为选择性脱硫创造条件H₂S选择性脱除是指在保留CO₂等组分的前提下，优先去除煤气中的H₂S这种技术在某些应用场景下具有重要价值，例如当煤气中CO₂作为有用组分需要保留时，或者需要将硫化物富集以便后续回收利用时选择性脱硫可显著降低气体处理成本，提高系统灵活性实现H₂S选择性脱除的关键是选择具有高H₂S/CO₂选择性的吸收剂或吸附剂常用的选择性吸收剂包括MDEA、Sulfinol和ARI溶剂等；选择性吸附剂则包括特殊改性分子筛、金属氧化物等这些材料通过化学结构设计或表面改性，实现对H₂S的优先结合，从而达到选择性脱除的目的微量杂质去除

9.4微量杂质去除是煤气精制的重要环节，目的是去除残留的微量有害物质，如汞、砷、硒、卤素等这些物质虽然含量极低通常为ppb-ppm级，但对下游催化剂和设备具有严重毒害和腐蚀作用，必须严格控制例如，甲醇合成催化剂对硫的容忍度仅为

0.1ppm，燃气轮机对碱金属的要求更为严格微量杂质去除技术主要包括吸附法、化学反应法和低温冷凝法等针对不同杂质，采用特定的去除工艺和材料例如，汞去除常用硫化物改性活性炭；氯化物通常采用碱洗或氧化铝吸附；砷化物则可用铁氧化物吸附剂去除随着下游应用对气体纯度要求不断提高，微量杂质控制技术也在持续发展和完善第十章煤气净化系统集成需求分析1明确煤气特性、净化目标和系统约束，确定设计基础技术路线选择2评估各种净化技术的适用性，确定最优组合方案工艺集成优化3优化物质流、能量流，提高系统整体效率自动化控制设计4设计智能控制系统，保障净化过程稳定高效环保安全保障5确保系统运行符合环保要求，保障操作安全煤气净化系统集成是将各单元净化技术有机组合，形成完整的净化工艺流程，实现煤气的高效净化和资源的优化利用系统集成不是简单的技术叠加，而是基于整体思想，考虑各工艺单元间的相互影响和协同效应，优化系统配置和运行参数成功的系统集成需要多学科知识和经验的融合，涉及化工、机械、自动化、环保等多个领域随着煤气利用对净化程度要求不断提高，系统集成设计日益复杂和精细，成为煤气净化工程的核心竞争力之一

10.1净化工艺流程设计工艺路线选择煤气净化工艺路线选择是系统设计的首要任务，需综合考虑煤气特性、净化要求、经济效益和环境影响等因素典型的工艺路线包括冷却-除尘-脱硫-脱氮-精制等环节，但具体配置根据应用场景有所不同例如，用于化工合成的煤气需要严格控制硫、氮等杂质，而用于燃气轮机的煤气则更关注颗粒物和碱金属的去除温度路线规划温度路线规划是净化系统设计的关键环节，直接影响能量利用效率和设备材质选择根据操作温度，煤气净化可分为热煤气净化300℃、温煤气净化120-300℃和冷煤气净化120℃三种路线热净化能效高但技术难度大；冷净化技术成熟但能耗高；温净化则是近年发展的折中方案，兼顾能效和技术可行性设备配置设备配置包括主体设备选型、辅助系统设计和备用设施规划主体设备选型需考虑处理能力、操作弹性、投资成本和维护便利性等因素；辅助系统包括热力系统、水处理系统和废物处理系统等；备用设施则用于保障系统可靠性，如关键设备的备用、旁路系统和应急处理措施等设备配置应遵循技术先进、经济合理、运行可靠的原则系统优化

10.2能量集成物料平衡能量集成是提高煤气净化系统能效的关键策略，核心是减物料平衡优化旨在减少资源消耗和废物排放，提高系统物少外部能源输入，最大化内部热量回收常用方法包括余质利用效率主要方法包括物料循环利用、副产品回收和热回收、热联合与热泵等在煤气净化中，高温煤气冷却废物资源化等在煤气净化中，洗涤液循环使用可减少水产生的余热可用于加热再生工序的溶液；低温物流的冷量资源消耗；脱硫产生的硫可回收制取硫酸或硫磺；废催化可用于其他工序的冷却需求；多效蒸馏和机械蒸汽再压缩剂中的贵金属可回收再利用等技术可减少蒸汽消耗物料平衡优化需综合考虑质量守恒、组分平衡和产物质量能量集成设计通常采用夹点分析法，确定系统中的热量回要求特别是对于循环物流，需考虑杂质积累对工艺的影收潜力和最佳换热网络配置现代设计还应用过程模拟和响，设计合理的排放和补充策略近年来，循环经济理念优化软件，结合经济性分析，确定最优方案实践表明，在煤气净化领域得到广泛应用，推动了净化系统向资源高合理的能量集成可降低20-30%的能源消耗，显著提高系统效利用和近零排放方向发展经济性

10.3自动化控制关键参数监测控制系统架构智能调节系统煤气净化系统的关键参数监测是实现代煤气净化控制系统通常采用分智能调节系统是提高净化效率和应现自动化控制的基础主要监测参布式控制系统DCS或可编程逻辑控对工况波动的关键技术现代控制数包括温度、压力、流量、组分和制器PLC为核心的层级架构底层策略从简单的PID控制发展到模型预液位等温度监测对于控制反应条为现场仪表和执行机构，中层为控测控制、自适应控制和人工智能控件和防止设备过热至关重要；压力制单元和通信网络，顶层为监控和制等高级方法这些方法能够处理监测可及时发现堵塞和泄漏问题；管理系统这种架构具有可靠性高多变量、强耦合、大滞后等复杂控流量监测确保各工序物料平衡；组、扩展性好、操作友好等优点，能制问题，实现净化系统的优化运行分监测评估处理效果；液位监测保满足复杂工艺的控制需求和自动适应外部变化障设备安全运行故障诊断与安全保护故障诊断与安全保护系统是保障净化装置安全运行的重要环节现代系统采用在线监测、趋势分析和专家系统等技术实现故障早期检测和诊断安全连锁保护功能确保在异常情况下系统能够自动采取措施，防止事故扩大，保护人员和设备安全

10.4安全与环保安全防护措施煤气净化系统的安全防护涉及多方面内容首先，煤气本身含有CO、H₂S等有毒有害成分，系统必须严密防止泄漏，配备气体检测和报警装置其次，高温高压设备需设置安全阀、爆破片等泄压装置，并进行定期检测第三，涉及易燃易爆物质的区域需采用防爆电气设备，严格控制火源此外，还需建立完善的安全管理制度和应急预案，定期开展安全培训和演练环境监测系统环境监测系统是确保净化装置达标排放的关键系统包括废气、废水和固废监测三个方面废气监测重点关注烟尘、SO₂、NOx等常规污染物以及特征污染物排放情况；废水监测关注COD、氨氮、酚、硫化物等指标；固废监测则关注重金属含量和浸出毒性现代监测系统多采用在线监测与实验室分析相结合的方式，数据实时上传至环保部门，确保排放合规废物处理与资源化煤气净化过程产生的废物主要包括废水、废气和固体废物废水处理采用物化+生化组合工艺，确保达标排放；废气通过燃烧、吸收等方法处理后排放；固体废物如脱硫渣、废催化剂等则进行无害化处理或资源化利用现代净化系统设计强调废物资源化，如将脱硫产物用于生产建材，废催化剂回收贵金属，实现废物减量化和资源循环利用节能减排技术节能减排是煤气净化系统的重要目标节能技术包括余热回收、先进设备应用和工艺优化等；减排技术则包括先进净化工艺、排放控制技术和清洁生产管理等近年来，随着环保要求提高，超低排放技术如湿式电除尘、SCR脱硝、深度脱硫等在煤气净化领域得到广泛应用，显著降低了污染物排放，提高了环境友好性第十一章煤气净化新技术发展膜分离技术低温等离子体技术超临界水技术膜分离技术利用膜对不同组分的选择性透过低温等离子体技术是一种利用高能电子激发超临界水氧化技术利用超临界状态下水的特性能实现气体分离这一技术具有能耗低、气体分子形成活性粒子的处理方法这一技殊性质处理煤气中的有机污染物在超临界环境友好、操作简单等优点，在煤气的CO₂术能在常温常压下产生类似高温环境的化学条件下温度374℃，压力

22.1MPa，水成分离、H₂分离和氧气富集等领域显示出广阔活性，可高效去除煤气中的NOx、SOx和挥发为有机物的良好溶剂，同时氧气溶解度也大前景随着新型膜材料的开发和膜组件设计性有机物等污染物由于能耗低、无二次污大提高，有利于有机物的快速氧化分解这的创新，膜分离技术的选择性和稳定性不断染，等离子体技术被视为有前景的煤气深度一技术对处理煤气中的焦油、酚类等污染物提高，应用范围不断扩大净化技术，特别适合于处理低浓度、难降解效果显著，且反应彻底，产物简单，是一种污染物有前景的清洁处理技术膜分离技术

11.1工作原理应用前景膜分离技术基于不同气体分子在膜材料中扩散速率差异实现膜分离技术在煤气净化领域有多方面应用潜力首先是CO₂分离气体分子通过膜的传质机理包括溶解-扩散机理、分分离，通过开发高CO₂/N₂选择性膜材料，可高效去除煤子筛分机理和载体促进传递机理等溶解-扩散是最常见的气中的CO₂；其次是H₂纯化，钯基或高分子膜可选择性分机理，气体分子首先溶解在膜表面，然后在浓度梯度驱动下离H₂，获得高纯氢气；此外，膜技术还可用于氧气富集、穿过膜层，最后从膜另一侧解吸出来膜的分离效果由渗透硫化物去除和微量杂质控制等方面通量和选择性两个关键指标评价膜技术相比传统净化方法具有设备紧凑、能耗低、无化学试膜分离过程的推动力主要是膜两侧的压力差或浓度差根据剂消耗等优势，特别适合中小规模应用和分布式能源系统操作方式，煤气膜分离可分为气体渗透高压侧为煤气，低随着新型膜材料如混合基质膜、离子液体膜和金属有机骨架压侧为净化气体和气体吸收一侧为气体，一侧为液体吸收膜等的开发，以及膜组件设计的创新，膜分离技术有望在煤剂两种基本形式不同操作方式适合不同的分离任务，如气净化领域发挥更重要作用，成为传统技术的有力补充或替H₂分离多采用气体渗透，而CO₂捕集则可采用膜接触气体代方案吸收技术

11.2低温等离子体技术1技术特点低温等离子体技术是在常温常压下，通过高压放电在气体中产生高能电子和活性粒子的处理方法这些活性粒子包括激发态分子、自由基和离子等，具有很强的氧化还原能力，能快速降解各类污染物低温等离子体的主要特点是反应条件温和，无需高温高压；反应启动和停止迅速，响应时间短；处理效率高，对多种污染物有效；设备紧凑，占地面积小2等离子体反应器等离子体反应器是技术应用的核心设备，主要类型包括介质阻挡放电DBD、电晕放电、滑动弧放电和射频放电等DBD反应器结构简单，能耗低，是煤气净化应用最广泛的类型；电晕放电适合处理低浓度污染物；滑动弧放电能量利用效率高，适合大风量处理；射频放电可在较低压力下操作，适合特殊应用场景3净化应用低温等离子体技术在煤气净化中具有多方面应用对于氮氧化物NOx，等离子体可将NO氧化为NO₂，然后与氨反应生成N₂，或直接分解为N₂和O₂；对于硫化物SOx、H₂S，等离子体氧化形成可溶性产物，便于后续洗涤去除；对于焦油和挥发性有机物，等离子体能将其裂解为小分子气体或完全氧化为CO₂和H₂O4研究进展低温等离子体技术在煤气净化领域仍处于发展阶段，主要研究方向包括放电方式优化、催化剂协同作用和能量效率提升等等离子体-催化协同技术是近年研究热点，通过在放电区引入特定催化剂，可显著提高污染物去除效率和能量利用率此外，等离子体与其他净化技术的组合应用，如等离子体-生物法、等离子体-吸附法等，也显示出良好的协同效应和应用前景超临界水氧化技术

11.3反应条件工艺流程应用潜力超临界水氧化SCWO技术是在超临界条件下典型的SCWO工艺流程包括预处理、增压、预SCWO技术在煤气净化领域具有显著潜力，特温度374℃，压力

22.1MPa利用水的特殊性质热、反应、冷却和分离等环节预处理阶段对别是处理难降解的焦油、酚类和杂环化合物处理有机污染物的方法在超临界状态，水的煤气中的焦油、酚类等有机污染物进行富集；与传统处理方法相比，SCWO具有反应完全、介电常数降低，表现出类似有机溶剂的性质，增压设备将物料加压至超临界压力；预热系统处理彻底、无二次污染等优势此外，SCWO能溶解有机物和氧气；同时，超临界水的离子利用热交换和外部加热将物料升温至反应温度还可同时处理煤气中的多种污染物，如含氮、积增大，氢离子和氢氧根浓度提高，加速酸碱；反应器内完成污染物的氧化分解；冷却系统含硫化合物，将其转化为无害的无机盐在能催化反应这些特性使有机物能在水相中与氧回收热量并降低物料温度；分离系统将处理后量回收方面，SCWO反应释放的热量可用于预充分接触，并快速氧化分解为CO₂和H₂O，反的水相、气相和固相产物分离整个过程的能热进料或产生蒸汽，提高系统能效应时间通常只需几秒至几十秒量和物质流动经过精心设计，以实现最高的能源利用效率总结与展望课程回顾本课程系统介绍了煤炭气化净化的基础理论、工艺技术和应用实践，涵盖了从煤炭气化原理到最新净化技术的全过程知识通过学习，我们了解了煤炭气化的化学本质、各类气化技术的特点、煤气净化的核心工艺以及系统集成与优化方法，为理解和应用煤炭清洁利用技术奠定了坚实基础技术发展趋势煤炭气化净化技术正向高效化、清洁化、智能化方向发展气化技术方面，大型高效气化炉、多喷嘴气化炉和超临界气化等技术不断创新；净化技术方面，膜分离、等离子体和超临界水等新兴技术展现出广阔前景；系统集成方面，数字化、智能化控制和能源系统集成成为研究热点，推动煤炭清洁高效利用水平不断提升未来研究方向未来煤炭气化净化研究将聚焦于几个关键方向一是低碳技术，如CO₂捕集利用与封存CCUS技术与气化的结合；二是多能互补，如煤炭与生物质、可再生能源的协同利用；三是高值化利用，如合成气直接制备高附加值化学品的新路线；四是智能化技术，如人工智能和大数据在气化净化过程优化中的应用，推动煤炭由简单能源向高质量原料转变。