專利名稱：一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含碳物質(zhì)的氣化及氣體的處理，特別是涉及一種利用固定床進(jìn)行碎煤加壓氣化生產(chǎn)低甲烷含量、低污染物及有效氣成份含量高的合成氣的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
固定床煤氣化技術(shù)以5～50mm碎煤為原料，因其入爐煤處理費(fèi)用低、熱效率高以及成熟度高而被廣泛應(yīng)用于氨、醇及工業(yè)和民用燃?xì)獾纳a(chǎn)。隨著規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步，先后發(fā)展了多種相關(guān)工藝，如Mond，Power Gas，Tully，Viag，GI，W-G，UGI等，尤其GSP及Lurgi加壓技術(shù)出現(xiàn)后，使其規(guī)模能力、煤種適應(yīng)性、熱效率及環(huán)保指標(biāo)等得到了進(jìn)一步的提高。以Lurgi為代表的加壓氣化技術(shù)成為固定床發(fā)展的趨勢，并主要應(yīng)用于工業(yè)及民用燃?xì)狻⒑铣商烊粴?、IGCC發(fā)電、煤基合成油及氨醇合成氣的生產(chǎn)。
由于加壓固定床氣化的固有特性，使其所產(chǎn)生的粗煤氣中含有較高的CH4成份，并帶有較多的煤粉以及大量的煤干餾產(chǎn)物(焦油、中油、輕油、酚、脂肪酸等)。同時由于固定床氣化的水蒸汽分解率低(30％～36％)使氣體中含有大量的未分解水蒸汽，導(dǎo)致在合成氣生產(chǎn)過程中形成大量的煤氣水，且水中含有復(fù)雜的焦油、粉塵和酚等污染物，使煤氣水的處理費(fèi)用及投資大大提高，不僅難以循環(huán)回用，而且危及操作和管理人員的身心鍵康。盡管煤氣中富含CH4對熱效率提高、O2耗降低及燃?xì)鉄嶂堤岣哂欣珜铣蓺馍a(chǎn)需額外增加分離和轉(zhuǎn)化工序，不僅增加了系統(tǒng)投資，而且需要額外增加轉(zhuǎn)化用的蒸汽消耗；不僅使粗煤氣中大量未反應(yīng)的蒸汽冷凝液形成煤氣水，不能有效利用，而且在后續(xù)的甲烷轉(zhuǎn)化過程中需額外加入轉(zhuǎn)化蒸汽，使合成氣生產(chǎn)總體上復(fù)雜化、低效化。
盡管國際上為此相繼發(fā)展了BGL、Ruhr100、KGN、IFE及IGI兩段氣化工藝來適應(yīng)合成氣的生產(chǎn)，但其煤氣成份中CH4含量仍然偏高(KGN達(dá)4.0％，BLG達(dá)7.1％)，且CmHn高達(dá)0.8％以上，粉塵含量仍無明顯好轉(zhuǎn)，油(焦油、中油及石腦油)塵比仍在0.2～0.8，未能從根本上解決利用固定床煤氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣的諸如高塵含量、煤氣水處理及富CH4高效轉(zhuǎn)化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在保持加壓固定床煤氣化入爐煤處理費(fèi)用低、熱效率高、可處理高灰、高灰熔點(diǎn)、高硫及低活性劣質(zhì)煤的優(yōu)勢下，通過對加壓固定床粗煤氣在高溫狀態(tài)下直接進(jìn)行低氧耗、充分利用未反應(yīng)水蒸汽的自熱式純氧或富氧非催化部分轉(zhuǎn)化，一次解決夾帶粉塵的二次反應(yīng)、焦油等高碳及復(fù)雜化合物的裂解、CH4等低碳有機(jī)物的蒸汽轉(zhuǎn)化，達(dá)到潔凈氣體、簡化后續(xù)處理流程，節(jié)約投資及運(yùn)行費(fèi)用的目標(biāo)，提供一種能適應(yīng)大規(guī)模碎煤加壓氣化高效生產(chǎn)合成氣的方法。
本發(fā)明碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，是一種在固定床氣化爐中加壓碎煤氣化和在轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化方法的耦合。
其中，固定床氣化爐中加壓碎煤氣化和在轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化之間設(shè)置有旋風(fēng)除塵器除塵；其轉(zhuǎn)化器進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化，可以采用純氧或富氧作為轉(zhuǎn)化介質(zhì)；其在轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化器燒嘴能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)化器燒嘴粗煤氣入口的高溫、含塵及高雜質(zhì)工況，以實現(xiàn)固定床出口粗煤氣的不降溫直接轉(zhuǎn)化；其固定床氣化爐加壓碎煤氣化方法可以采用固態(tài)或液態(tài)排渣方式或采用蒸汽/純氧或富氧或二氧化碳/蒸汽/純氧或富氧為氣化劑生產(chǎn)粗煤氣。
上述用于碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其裝置包括一臺固定床氣化爐，一臺旋風(fēng)除塵器，一臺帶有至少一個氧氣入口的轉(zhuǎn)化器燒嘴的轉(zhuǎn)化器，一臺文丘里冷卻洗滌器，一臺煤氣水循環(huán)泵，一臺冷卻洗滌塔以及一套煤粉排出系統(tǒng)設(shè)備及灰鎖。
本發(fā)明碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其固定床加壓碎煤氣化和粗煤氣自熱式純氧/富氧非催化部分轉(zhuǎn)化方法的組合(耦合)，固定床煤氣化爐與冷卻洗滌器間依次連通有除塵器及轉(zhuǎn)化器，對固定床粗煤氣進(jìn)行一次性轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明用于一種煤氣化生產(chǎn)合成氣的方法，是原料煤經(jīng)固定床氣化爐生成的煤氣首先在旋風(fēng)除塵器除去粉塵，然后經(jīng)轉(zhuǎn)化器燒嘴進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化后的煤氣依次進(jìn)入冷卻洗滌器增濕和煤氣冷卻洗滌塔進(jìn)行冷卻洗滌除塵，之后煤氣送入下一工序。
本發(fā)明適應(yīng)且更適用于加壓條件下，使用褐煤、煙煤、瘦煤、貧瘦煤及無煙煤為原料、采用固態(tài)及液態(tài)排渣氧(富氧)為氣化劑的合成氣的生產(chǎn)。
本發(fā)明采用上述一種煤氣化生產(chǎn)合成氣的方法，特點(diǎn)之一是引入了高效旋風(fēng)除塵器，使進(jìn)入轉(zhuǎn)化器燒嘴的煤塵量及粒度不超標(biāo)，防止堵塞及減少磨損。此設(shè)備突出特點(diǎn)是通過優(yōu)化操作參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足高溫高壓條件下的高效率除塵，由于內(nèi)襯有隔熱耐磨襯里且外部與進(jìn)出口管道一并進(jìn)行水夾套保護(hù)設(shè)計，滿足了結(jié)構(gòu)安全性要求，同時避免了高溫氣體的冷凝及焦油等污染物的折出，能夠保持良好的可操作性。
特點(diǎn)之二是核心設(shè)備轉(zhuǎn)化器配備了適應(yīng)高塵、高溫、高壓條件下工作的安全、可靠和高效的燒嘴；能夠滿足不同氣化劑進(jìn)料(水蒸汽/純氧或富氧、水蒸汽+二氧化碳/純氧或富氧)、不同負(fù)荷條件下的長周期運(yùn)行。其突出特點(diǎn)是一個帶夾套保護(hù)、內(nèi)襯具有新型耐磨及隔熱(利用一種新型抗侵蝕、防剝離及防硅轉(zhuǎn)移襯里材料)的空塔反應(yīng)器，能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)化反應(yīng)二次燃燒、防堵塞、抗磨耐熱的要求。
特點(diǎn)之三是利用高效轉(zhuǎn)化氣冷卻洗滌器，通過高效文丘里洗滌對轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行飽和降溫及對煤氣中的二次反應(yīng)后的粉塵進(jìn)行初步表面濕潤；再經(jīng)過洗滌塔底部的強(qiáng)化粉塵增濕，對粉塵進(jìn)行洗滌，最后在上部塔板區(qū)對超細(xì)粉及可溶性污染物進(jìn)行洗滌，以達(dá)到煤氣中含塵＜5mg/Nm3，水蒸汽含量達(dá)到后續(xù)工藝(變換)要求，通過該工藝的組合以達(dá)到煤氣水的系統(tǒng)平衡。
特點(diǎn)之四是該組合工藝通過與整個合成氣處理系統(tǒng)(變換、冷卻、脫硫、脫碳、精制)進(jìn)行優(yōu)化耦合，將進(jìn)一步提高其投資效益及節(jié)能降耗水平。
綜上所述本發(fā)明生產(chǎn)合成氣方法的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于煤種適應(yīng)性較強(qiáng)(尤其高灰、高灰熔點(diǎn)、高硫、高水份、低活性)；入爐煤處理費(fèi)用低；熱效率高；投資少；成熟度高及規(guī)模大的優(yōu)勢；可將固定床加壓氣化煤氣中的甲烷含量高效地轉(zhuǎn)化到0.3％以下；提高蒸汽分解率，大幅度減少了煤氣水的處理量；通過純氧轉(zhuǎn)化器，在甲烷轉(zhuǎn)化的同時將粗煤氣中干餾的生成物(焦油、中油、石腦油、酚、醇、氨、氰、吡啶等)一并裂解和轉(zhuǎn)化，使煤氣潔凈化，洗滌冷卻過程中形成的煤氣水中污染物簡單化和微量化，大大降低了煤氣水處理中焦油類分離、油和石腦油分離、酚及氨回收及生化處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用；與固定床氣化排渣組合可實施廢水的零排放；轉(zhuǎn)化過程中可將粗煤氣夾帶的粉塵(粉煤)進(jìn)行燃燒和氣化，提高煤的利用率，減少氣體除塵負(fù)荷；采用轉(zhuǎn)化煤氣激冷、飽和和濕潤、洗滌冷卻，可使煤氣的處理高效化，達(dá)到后續(xù)煤氣成份調(diào)整和凈化工序的要求；配套的高溫旋風(fēng)除塵器可保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定的長周期運(yùn)行；
由于此組合方法已在高溫條件下利用粗煤氣中的水蒸氣進(jìn)行了自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化，使低CH4含量(8～9％)高效轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實，避免了氣體降溫CH4分離后，再補(bǔ)入水蒸汽的轉(zhuǎn)化過程，節(jié)約了投資和減少了大量的水蒸氣消耗；該組合方法可按不同的要求采用廢鍋代替文丘里激冷流程，有足夠的配置靈活性。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意中1入爐煤 2爐渣 3固定床出口粗煤氣 4旋風(fēng)除塵器入口 5旋風(fēng)除塵器出口氣體 6煤塵 7轉(zhuǎn)化器燒嘴粗煤氣入口 8氧氣 9轉(zhuǎn)化氣 10文丘里洗滌氣 11冷卻洗滌塔出口粗煤氣 12熱冷凝液 13循環(huán)煤氣水 14含塵煤氣水 15煤鎖 16固定床氣化爐 17渣鎖 18旋風(fēng)除塵器 19灰鎖 20轉(zhuǎn)化器燒嘴 21轉(zhuǎn)化器 22文丘里冷卻洗滌器 23煤氣水循環(huán)泵 24冷卻洗滌塔具體實施方式
本發(fā)明的方法可以在如下裝置中實現(xiàn)。
這種裝置的基本特征是包括一臺加壓固定床碎煤氣化爐16，一臺耐溫、耐壓和抗磨的高效旋風(fēng)除塵器18，一臺帶有至少一個氧氣入口轉(zhuǎn)化器燒嘴20的轉(zhuǎn)化器21以及一套粗煤氣冷卻洗滌系統(tǒng)22、23、24。
根據(jù)附圖的如下描述將會更詳細(xì)地了解本發(fā)明的特征原料煤1經(jīng)煤鎖15進(jìn)入加壓固定床氣化爐16，與氣化劑反應(yīng)后生成的粗煤氣由氣化爐頂部出口3導(dǎo)出；經(jīng)入口4進(jìn)入旋風(fēng)除塵器18除去粉塵后由頂部出口5輸出；初步除塵的煤氣再經(jīng)入口7進(jìn)入轉(zhuǎn)化器燒嘴20與氧氣8混合后直接在轉(zhuǎn)化器21中進(jìn)行轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化后的煤氣9依次進(jìn)入文丘里高效冷卻洗滌器22增濕和煤氣冷卻洗滌塔24利用未處理煤氣水循環(huán)系統(tǒng)23、處理后煤氣水13、14及熱冷凝液12進(jìn)行冷卻洗滌除塵，之后煤氣11送入下一工序。經(jīng)旋風(fēng)除塵器18分離出的煤塵6經(jīng)灰鎖19排出系統(tǒng)，爐渣2經(jīng)渣鎖17排出系統(tǒng)。
旋風(fēng)除塵器18布置在固定床氣化爐16及轉(zhuǎn)化器21中間，減少轉(zhuǎn)化燒嘴20的磨損和堵塞；帶冷卻的雙通道轉(zhuǎn)化器燒嘴20確保轉(zhuǎn)化率及適應(yīng)含塵煤氣條件下的長周期運(yùn)行；特殊結(jié)構(gòu)冷卻洗滌塔(24)確保了煤氣的高效冷卻洗滌；高溫設(shè)備旋風(fēng)除塵器18、轉(zhuǎn)化器21及其管道的新型襯里材料和結(jié)構(gòu)確保了高溫、高壓下設(shè)備的安全、節(jié)能和投資節(jié)約。
用下面實例進(jìn)一步說明本發(fā)明采用多臺加壓固定床煤氣化生產(chǎn)合成氨(30萬t/a規(guī)模)固定床煤氣化爐出口氣體成份及參數(shù)壓力3.0MPa，溫度617℃，氣量104683Nm3/h(干)，其中H2O 56905kg/h，占總體積40％。
干氣成份CO227.28％，CO23.23％，H2S0.08％，H239.08％，CH47.93％，C2H40.03％，C2H60.44％，N21.31％，Ar0.62％。
雜質(zhì)含量1802kg/h，其中NH3516kg/h，CL20kg/h，脂肪酸35kg/h，單酚18kg/h，復(fù)酚8kg/h，石腦油68kg/h，油211kg/h，焦油358kg/h，灰塵568kg/h。
若采用傳統(tǒng)的方法經(jīng)粗煤氣洗滌冷卻后，氣體中含H2O48553kg/h，雜質(zhì)量高達(dá)895kg/h，其中NH3491kg/h，脂肪酸3kg/h，單酚18kg/h，石腦油68kg/h，油211kg/h，灰塵104kg/h。
氣化含塵煤氣水處理量約47t/h，其中雜質(zhì)量HCN1.2kg/h，脂肪酸4.7kg/h，單酚3kg/h，復(fù)酚13kg/h，有機(jī)物4.19kg/h，焦油418kg/h，CL35kg/h，灰塵464kg/h
煤氣水處理系統(tǒng)需配套2套焦油除塵系統(tǒng)、一套油分離系統(tǒng)、二套煤氣水過濾及再生系統(tǒng)、一套酚回收及氨回收系統(tǒng)以及一套生化處理系統(tǒng)。且外排水量高達(dá)41t/h。
粗煤氣加工精制過程由于氣體中雜質(zhì)含量高達(dá)895kg/h，變換冷卻及脫硫脫碳需配套大量的氣體洗滌及雜質(zhì)分離設(shè)備，而且需配套昂貴的甲烷分離及轉(zhuǎn)化工序，僅燃料氣消耗就達(dá)40GCal/h。
采用本發(fā)明的方法后，送出后工序的冷卻轉(zhuǎn)化氣約125326Nm3/h(干)H2O58376kg/h雜質(zhì)含量塵1.25kg/h，NH310.81kg/h HCN約1.8kg/h CL約40kg/h。煤氣水中不含脂肪酸、酚、石腦油、中油及焦油等復(fù)雜化合物，經(jīng)簡單處理即可達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)回用。
干氣體成份為CO221.74％ CO29.01％ H2S0.07％ H246.48％ CH40.3％ N21.87％ Ar0.51％ NH30.01％ HCL0.01％無須增設(shè)昂貴的甲烷轉(zhuǎn)化(一段、二段)及復(fù)雜的煤氣水處理單元，節(jié)約投資可達(dá)數(shù)億元；外排水減少；噸氨耗氧僅為610Nm3；僅節(jié)約燃?xì)庖豁椆?jié)能可達(dá)0.96GCal/t-NH3，噸氨節(jié)汽614kg。
權(quán)利要求
1.一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其特征是在固定床氣化爐(16)中加壓碎煤氣化和在轉(zhuǎn)化器(21)中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化方法的耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其特征是在固定床氣化爐(16)中加壓碎煤氣化和在轉(zhuǎn)化器(21)中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化之間設(shè)置有旋風(fēng)除塵器(18)除塵。
3.如權(quán)利要求1所述的一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其特征是轉(zhuǎn)化器(21)中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化，可以采用純氧或富氧作為轉(zhuǎn)化介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其特征是在轉(zhuǎn)化器(21)中進(jìn)行粗煤氣自熱式非催化部分轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化器燒嘴(20)能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)化器燒嘴粗煤氣入口(7)的高溫、含塵及高雜質(zhì)工況，以實現(xiàn)固定床出口粗煤氣(3)的不降溫直接轉(zhuǎn)化。
5.如權(quán)利要求1所述的一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其特征是固定床氣化爐(16)中加壓碎煤氣化，可以采用固態(tài)或液態(tài)排渣方式或采用蒸汽/純氧或富氧或二氧化碳/蒸汽/純氧或富氧為氣化劑生產(chǎn)粗煤氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碎煤加壓氣化生產(chǎn)合成氣的方法，其方法是利用固定床進(jìn)行碎煤加壓氣化生產(chǎn)粗煤氣，進(jìn)而通過自熱式純氧(富氧)非催化部分轉(zhuǎn)化對粗煤氣直接進(jìn)行高溫處理的方法來生產(chǎn)合成氣，解決了固定床碎煤加壓氣化方法存在的有效氣(CO+H
文檔編號C10J3/02GK1888028SQ200610012940
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者武晉強(qiáng), 臺念強(qiáng), 趙正權(quán), 陳趙鎖, 李雙志 申請人:太原海力豐科技發(fā)展有限公司