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气化炉焦油催化裂解(二)
汽化炉都有4个反应层,干燥,裂解,还原,氧化〈燃烧〉。为什么我们的汽化炉产的气不纯净,含大量的焦油,水呢?不是我们的炉子没有还原反应层,而是气体在还原层停留的时间太短,温度有太低,满足不了完全还原条件而已。
焦油催化裂解的原理 尽管在气化过程中采取各种措施控制焦油的产生,但实际上气体中焦油的含量仍远远超出应用允许的程度,所以对气体中的焦油进行处理,是有效利用燃气必不可少的过程,其中焦油的催化裂解是最有效、最先进的办法。以往简单的水洗或过滤等办法,只是把焦油从气体中分离出来,然后作为废物排放,既浪费了焦油本身的能量,又会产生大量的污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为永久性气体,与可燃气一起被利用。所以它既减少了焦油含量,又利用了焦油中的能量。但热裂解需要很高的温度(1000℃~1200℃),所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用,把焦油裂解的温度大大降低(约750℃~℃900),并提高裂解的效率,使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。
化学式描述裂解的转化过程。但不管何种成份,裂解的最终产物与气化气体的成份相似,所以焦油裂解对气化气体质量没有明显影响,只是数量有所增加。对大部分焦油成份来说,水蒸汽在裂解过程中有关键的作用,因为它能和某些焦油成份发生反应,生成CO和H2等气体,既减少炭黑的产生,又提高可燃气的产量。例如,萘在催化裂解时,发生下述反应:
C10H8+10H2OÞ10CO+14H2
C10H8+20H2OÞ10CO2+24H2
C10H8+10H2OÞ2CO+4CO2+6H2+4CH4
由此可知,水蒸汽非常有利于焦油裂解和可燃气体的产生。气化介质为空气时,产生低热值燃气,热值为4MJ/Nm3-7MJ/Nm3,氢气含量为8%~14%(体积),气化介质为水蒸气时产生中热值燃气,热值为10MJ/Nm3~16MJ/Nm3,氢气含量为30%~60%(体积)。
催化剂的特点及选择
焦油催化裂解原理与石油的催化裂解相似,所以关于催化剂的选用可从石油工业中得到启发。但由于焦油催化裂解的附加值小,其成本要求很低才有实际意义。所以人们除利用石油工业的催化剂外,还大量研究了低成本的材料,如石灰石,石英砂和白云石等天然产物。大量的实验表明,很多材料对焦油裂解都有催化作用,其中效果较好又有应用前景的典型材料主要有三种
a.气化炉出口气体的温度己降至600℃左右,为了使裂解炉的温度维持在800℃以上,必须外加热源或使燃气部分燃烧(一般燃烧份额为5%一10%),这就使气化气体质量变差,而且显热损失增加。
b.不管裂解炉采用固定床还是流化炉,气化气体中灰分或炭粒都有可能引起裂解炉进口堵塞。所以裂解炉和气化炉之间需增加气固分离口装置,但不能使气体温度下降太多,这就使系统更加复杂。
C.由于焦油裂解需独立的装置,而且由于高温的要求,裂解装置要连续进行(否则效率太低),这就使催化裂解技术只适于较大型的气化系统,限制了该技术和适用性。
所以应用焦油催化裂解的关键,就是针对不同的气化特点,设计不同的裂解炉,尽可能降低裂解炉的能耗并提高系统热效率。

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