CN1304981A - 清除煤气中焦油的装置 - Google Patents

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Abstract

清除煤气中焦油的装置,包括第一过滤器,与排出煤气的排气管连接,用以清除排气中的灰尘;冷却器,它能控制温度和冷却至温度低于零度,其内空间与吸入管连接;冷却水箱,其中充填冰和具有螺旋形煤气冷却管,设在冷却器的内部,与吸入管的一端连接;下收集器,收集通过煤气冷却管的杂质使其液化和排放到外面;调节器,控制通过煤气冷却管后通过第二过滤器的已清除杂质排气煤气的压力,第二过滤器与排气管连接;以及流量计,控制供给至煤气分析仪的流量。

Description

清除煤气中焦油的装置
本发明涉及清除煤的热解产生的固体物质，如焦油、萘，以及混合在挥发性物质中的其它物质用的装置，用在煤气化时对产生煤气的组分进行分析，特别是清除煤气中沥青、萘、水分、灰尘以及焦油用的装置，这些物质如不清除硬化和附着在排气管或金属过滤器上，本发明装置是用于对煤生产焦炭过程或者以熔化还原法用煤直接生产熔融生铁时产生煤气组分进行精确分析。
通常，炼铁厂产生的煤气具有下表所示的组分：
    H2(％)     CO(％)     CO2(％)     N2(％)     CH4(％)     H2O(％)
焦炭窑煤气     56.4     8.4     3.1     2.3     1        -
 COREX煤气     25     63.5     63.5     4.5     3.5     1.5
煤气含有许多不在上表中所列的其它组份，但沥青、焦油、萘和水分无疑存在，因为在高于300℃的温度下，它们以气态存在。但在组分分析时取一定量的气体试样，以及在提纯过程中部分气体在低温下附着在排气管或金属过滤器上，妨碍气体的自由流动，以及部分气体进入气体分析器，附着在低温位置，堵塞气体通道，使其不能连续地分析。
作为其后果，需要对过滤器和排气管内部重复进行繁琐的清理，每次历时数十分钟。
这些附着在排气管内壁上的固体物质被收集起来和进行分析，了解其主要部分为焦油，一种芳香族有机化合物。然而，公众所知相当少的清除在低温下附着于排气管或金属过滤器上的这种焦油的普通方法。
清除焦油的普通方法示于图1a，它具有吸入管101及煤气烘干塔102，吸入管101用以吸入供分析用的煤气，而煤气烘干塔102中充入溶剂或其它溶解介质，如苯使被吸入管101吸入的煤气通过烘干塔102，以清除煤气中不希望的物质。
虽然，这种普通的清除器具有一定的优点，它结构简单和可以完全清除不希望的组分，但它仍然有问题，这就是当焦油溶解于有机溶剂时与其反应而产生其它气体，使得煤气的精确分析困难。
另一种普通的焦油清除器示于图1b，它具有充满极低温度的(-180℃)液氮的容器104，旁边是螺旋形的吸入管105，分析用的煤气通过吸入管105吸入，从而将凝固的杂质收集在收集箱106内以便清除。这种装置清除这些物质的效果极佳，但装置的费用也极为昂贵。如果煤气含有大量水分，它在通过极低温度的液氮时常在吸入管105的内壁凝固，积聚起来堵塞煤气的通道，而二氧化碳在用作分析时，它在-78.5℃转变为液体，使得煤气的精确分析困难。
本发明的目的是解决上述普通的焦油清除器的问题，提供一种清除煤气中焦油的装置，它不会负面影响煤气的成分和分析结果，在生产过程中由煤气产生的焦油和其它外来物质易于收集和处理，以便于煤气的精确分析，而同时因为防止了排气管或金属过滤器的堵塞，而保护了分析仪器以及保证无中断的精确分析的进行。
图1a和1b是按照现有技术清除煤气中焦油的普通清除器的示意图。
图2是按照本发明清除煤气中焦油的清除器的结构图。
图3是按照本发明清除煤气中焦油的清除器的安装图。
图4是本发明的装置进行的煤气组分的分析结果图。
如同上述，本发明提供了一种清除煤气中焦油的装置，相对除去包括焦油的固体物质，煤气中还含有水和气体，上述装置包括：
(a)一个第一过滤器，在漏斗内连接至煤气排气管，它清除来自排气管的煤气灰尘；
(b)一个冷却温度可调的冷却器，它可将内部空间冷却至温度低于零度，而该内部空间连接至吸入管，煤气通过第一过滤器后流入吸入管；
(c)一个冷却水箱，安装在冷却器内部，其一端在漏斗内连接至吸入管，它具有充填冰的内部空间，其中安装着螺旋形煤气冷却管；
(d)一个下收集箱，它收集通过煤气冷却管时凝固的杂质，它具有暴露于空气中的箱体，以便将收集的凝固的杂质转变为液体和随后将其排放到外面；
(e)一个调节器，它控制通过煤气冷却管后通过第二过滤器的已清除杂质后煤气的排气压力，第二过滤器与排气管连接；以及
(f)一个流量计，它控制在调节器调节压力后通过膜片过滤器的煤气的流量，供给至煤气分析仪。
以下，结合附图对本发明详细说明。
图2是按照本发明清除煤气中焦油的清除器的示意图，本发明的装置1如图所示，安装在排出煤气的排气管9和煤气分析仪20之间，从而可清除煤气中所含焦油以保证煤气化时产生的气体成分的精确分析。
第一过滤器11直接与排气管9连接，它具有在其中安装的过滤元件(图中未示出)，用于过滤尺寸10μm或更大的杂质，以清除最初阶级较大的灰尘，而吸入管12安装在第一过滤器11和冷却器13之间相互连接，从而使通过第一过滤器11的煤气通过吸入管12进入冷却器13。
在这里，第一过滤器11和吸入管12优选地保持一定温度，绝热，或缠绕加热丝以产生高温，从而使煤气中所含焦油、水分和其它物质能以气态通过。
套在上述吸入管12的冷却器13可以迅速使内部空间(P1)冷冻，优选地冷至-30℃，以及继续适当地控制这里的温度，而充填冰的冷却箱14安装在冷却器13的内部空间(P1)，以及冷却箱14的内部空间(P2)与被套在冷却器13内部的吸入管12的一端连接，从而使吸入管12内部的煤气迅速冷却以凝固其所含的焦油和水分，以及在此内部空间(P2)围绕垂直的排气管15b安装冷却煤气的冷却管15a，排气管15b与下收集箱15连接，见下述。煤气冷却管15a优选地由具有良好导热性的铜这类材料制造。
下收集箱15用于收集通过冷却箱14的煤气中凝固的焦油和水分，它具有暴露在空气中的开口箱体，因此在杂质转化成液体后很容易排出。它具有排气管15b，用于排出脱去焦油、水分和其它不利于煤气分析过程物质的煤气。
排气管15b，用于排出脱去焦油、水分和其它物质的通过冷却管15a的煤气，它与配备旋流过滤器(图中未示出)的第二过滤器16连接，用于清除尺寸大于5μm的杂质灰尘。
这里，在第二过滤器16的下端最好安装旁路流量计16a，使旁路煤气流量正好为5l/min以便缩短由煤气产生至分析所需的时间，以达到任何情况下分析实际需要的极小的煤气量，约200cc/min。
还安装调节器17以控制和调节通过第二过滤器16煤气的排气压力，而膜片过滤器18与其连接以最后清除细小的灰尘和仍保留在煤气中的其它杂质，煤气的排气压力由调节器17调节，以及膜片过滤器18也配备流量计19，它把完全脱去焦油和其它杂质的煤气供至煤气分析器20，以及适当地调节其流量。
上述结构的焦油清除器的功能和效果如下：
本发明的焦油清除器1是安装在减少矿物尘的FINEX过程的煤气分析仪上，其优点是使用炼铁过程中熔化和还原产生的煤气，以及因为排出煤气化过程产生的煤气的排气管9和第一过滤器11安装成直接连接，煤气在通过第一过滤器11时脱去了尺寸为10μm或更大的灰尘。
然后，通过过滤器11的煤气进入被加热丝升温和保持高温的吸入管12内，以气态进入冷却器13。吸入管12配备一组三向阀(12a,12b)，能使沿煤气流动的反向放入氮气净化。
同时，被供以煤气的吸入管12与安装在冷却箱14内部的煤气冷却管15a连接，而冷却箱14安装在冷却器13的内部空间(P1)，以及因为冷却箱14充填冰，煤气通过冷却管15a时其所含焦油、水分和其它杂质突然由高温降至-30℃而由气态转变为固态物质，这时冷却器13的内部空间(P1)的温度由温度传感器13a自动传感。
这样一来，凝固为微粒的焦油、水分和其它杂质可以自由通过直径10至20mm，螺旋角15至30°的煤气冷却管15a，以及总直径100至300mm的凝块由于其本身的重力被捕获在与煤气冷却管15a连接的下收集箱15内。
在这里，下收集箱15设置在冷却器13的下面，其大部分箱体暴露于空气中和具有开口，从而使收集在下收集箱15内凝固的焦油、水分和其它杂质在经过一段时间后转变为液体，因此液化的焦油、水分和其它杂质可以通过开口的排出阀15c自动流出。
脱去杂质的清洁的煤气通过煤气冷却管15a再通过与下收集箱15的上端连接的排气管15b供给至第二过滤器16，以及在通过第二过滤器16时清除尺寸为5μm或更大的灰尘后，在调节器17处调节其压力适当再继续通过膜片过滤器18以清除最后仍保留的杂质，在此之后供给煤气分析仪20一定量的煤气量进行分析，这部分煤气在经过流量计19时被精确地调节。在第二过滤器16和调节器17之间也安装了三向阀，以便沿煤气流动的反向放入氮气净化。
在煤气分析仪20处分析的煤气数据传送至计算机21，分析之后的煤气通过排气管8排到外面。
上述分析工作程序的进行历时4天，所获煤气分析的一组数据示于图3。下收集箱15内收集的凝固的杂质证明完善地清除了水分和焦油，从而保证装置分析数据提高的精确性，虽然不止一次发生第二过滤器或膜片过滤器被堵塞，但并不影响装置的连续工作，保证正确分析工作的连续性。
如上所述，借助本发明有可能连续地进行煤气的精确分析，不受焦油或其它固体物质的不适当的影响，使用的方法是快速冷冻煤气和从而同时完全地清除水分和焦油，作为炼铁过程中煤气化产生的煤气组分分析的预处理，这种煤气是焦炭炉煤气或以熔化还原法炼铁产生的其它煤气。
由于过滤煤气用的第一和第二过滤器以及膜片过滤器在分析之前未被堵塞，它们不需要在短的间隔时间后定期清理，从而节省了大量工作时间。而且煤气分析仪器本身的防护也优于其它装置。
由于可适当地控制和调节通过煤气的冷却器内部空间的温度(至-30℃)，也有可能根据吸入的煤气调节冷却水箱内部的温度，从而自由地凝固焦油、水分和其它杂质，和可以使清除这些杂质的工作总是稳定地进行。

Claims (4)

1．一种清除煤气中焦油的装置，相对除去包括焦油的固体物质，煤气中还含有水分以及气体，所述的装置包括：
(a)一个第一过滤器，在漏斗内连接至煤气排气管，它清除来自上述排气管的煤气灰尘；
(b)一个冷却温度可调的冷却器，它可将内部空间冷却至温度低于零度，而上述内部空间连接至吸入管，煤气通过上述第一过滤器后流入吸入管；
(c)一个冷却水箱，安装在上述冷却器的内部，其一端在漏斗内连接至吸入管，它具有充填冰的内部空间，其中安装着螺旋形煤气冷却管；
(d)一个下收集箱，它收集通过上述煤气冷却管时凝固的杂质，它具有暴露于空气中的箱体，以便将收集的凝固的杂质转变为液体和随后将其排放到外面；
(e)一个调节器，它控制通过上述煤气冷却管后通过第二过滤器已清除杂质后煤气的排气压力，第二过滤器与上述排气管连接；以及
(f)一个流量计，它控制在上述调节器调节压力后通过膜片过滤器的煤气的流量，供给至煤气分析仪。
2．按照权利要求1的由煤气清除焦油的装置，其特征在于上述第一过滤器和上述吸入管经过绝热处理或缠绕产生高温的加热丝，以允许煤气中所含焦油或水分以气态通过。
3．按照权利要求1的由煤气清除焦油的装置，其特征在于上述煤气冷却管为铜管元件。
4．按照权利要求1的由煤气清除焦油的装置，其特征在于上述第二过滤器16设计为具有旁路流量计16a，可使煤气旁路通过。
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