CN101235322A - 一种煤炭气化冷却工艺方法及装置 - Google Patents

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成文明
韩文来
张树虎
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Abstract

本发明属于煤炭气化领域，具体为一种煤炭气化冷却工艺方法及装置。该技术方案包括两段式煤气发生炉、旋风除尘器、电捕焦油器、电捕轻油器、风冷器、间冷器和废热换热器，可以提高煤气质量，煤气的含水量可以降到40g/Nm3，并且使得煤气(无烟煤/焦炭做原料)中灰尘和焦油含量之和不大于50mg/Nm3，节能降耗，减少灰尘、酚水对环境的污染。

Description

一种煤炭气化冷却工艺方法及装置
技术领域
本发明属于煤炭气化领域，具体为一种煤炭气化冷却工艺方法及装置。
背景技术
目前在我国工业煤气的生产中大都采用常压移动床或固定床气化技术，但是对煤的粒度与性质有严格要求，单炉生产能力较低，而且煤气中含有大量的N2，造成煤气热值低，同时在煤气生产中伴生大量焦油和酚水，给净化煤气和环境保护带来很大困难。两段式煤气发生炉制气属于空气鼓风连续制气方式，炉体水夹套和废热换热器自产的低压蒸汽和鼓风空气混合组成的饱和气作为气化剂，饱和温度一般控制在55℃～65℃之间，经过干式止回阀从煤气炉底部风管经过炉栅进入气化炉内，在气化段内与逆向加入的原料煤所形成的热半焦发生气化反应生成热煤气，其中有近75％的热煤气经过中心钢管及环型炉墙内的通道导出，形成底煤气，其余约25％左右的热煤气直接对干馏段中的烟煤加热、干燥、干馏，与干馏煤气混合形成顶煤气。两段式煤气发生炉应用于煤炭气化领域后，煤炭气化冷却工艺方法及装置通常包括两段式煤气发生炉、旋风除尘器、电捕焦油器、电捕轻油器、风冷器、间接冷却器，此种处理存在的缺陷和不足是，环境污染严重，能源消耗大，灰尘、酚水难以处理，给环境带来很大的压力。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的缺陷而提供一种煤炭气化冷却工艺方法及装置。该技术方案可以提高煤气质量，节能降耗，减少灰尘、酚水对环境的污染。
本发明的煤炭气化冷却装置的技术方案是，包括两段式煤气发生炉、旋风除尘器、电捕焦油器、电捕轻油器、风冷器、间冷器，该装置按照煤炭气化冷却工艺顺序其相互的连接关系为：
(1)两段式煤气发生炉顶部出口与电捕焦油器入口连接，电捕焦油器出口与间冷器进口相连；
(2)两段式煤气发生炉底部出口与旋风除尘器入口连接，废热换热器入口连接旋风除尘器的出口，其出口与风冷器的入口连接，风冷器出口连接间冷器进口；
(3)间冷器出口与电捕轻油器相连；
(4)所述的连接为管道连接。
本发明的煤炭气化冷却装置的特点还有，所述的旋风除尘器采用内保温砖砌筑，排灰为水封式。
本发明的煤炭气化冷却工艺方法的步骤包括顶煤气处理步骤和底煤气处理步骤。所述的顶煤气处理步骤为：由两段式煤气发生炉顶部出口输出的顶煤气进入电捕焦油器，工作温度为90℃～150℃，脱除重质焦油，经初步脱焦油后的顶煤气接着进入间冷器，在间冷器内煤气被冷却至35℃～45℃，产生含有轻油的酚水混合物，轻油因比重轻于酚水而可被分层分离开，被间接冷却后的顶煤气再进入电捕轻油器，煤气中的轻焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至轻油池。所述的底煤气处理步骤为：由两段式煤气发生炉底部出口输出的底煤气进入旋风除尘器除尘，除尘后的煤气温度在450℃～550℃，继而进入废热换热器被回收煤气显热，所述的煤气进入废热换热器被回收煤气显热，在废热换热器换热管中采用下段煤气的显热处理产生的酚水。煤气温度降至180℃～220℃，再进入风冷器依靠自然风被冷却，温度降至65℃～80℃，进入间冷器，被循环冷却水间接冷却至35℃～45℃，与顶部煤气混合进入电捕轻油器，脱油、除尘到低压总管的冷净煤气经加压机加压，再经水雾捕滴器进一步脱除煤气中的水份后经过煤气管道进入窑炉。
本工艺方法的详细叙述为：
(1)顶煤气的产生
入炉的烟煤被气化段产生的热煤气加热，首先失去内外水分，工作温度为90℃～150℃，继而逐渐被干馏，工作温度为150℃～550℃，脱出挥发份，挥发份成分为焦油、轻焦油、烷烃类气体、酚及H2、CO2、CO、H2O混合物，其中，焦油、轻焦油随顶煤气进入后续净化被脱除，而烷烃类及酚、H2、CO2、CO、H2O等做为干馏煤气和气化段产生的部分发生炉煤气混合成为顶煤气。因为干馏煤气具有较高热值，因而，属于混合气的顶煤气热值一般可达到1650～1750大卡/Nm3，干馏产生的酚在净化冷却设备内逐渐被煤气中凝结的水溶解而形成酚水，酚类物属杂酚，以对苯二甲酚居多，酚水的浓度一般不超过5％，属有害有毒物质，需处理。
(2)顶煤气净化冷却处理过程
顶煤气进入电捕焦油器，其工作温度为90℃～150℃之间，脱除重质焦油，其产量因煤种不同而不定，一般为原煤总量的3～5％，是优质化工原料或燃料。经初步脱焦油后的顶煤气接着进入间冷器，在间冷器内煤气被冷却至35～45℃左右，产生含有轻油的酚水混合物。其中，轻油因比重轻于酚水而可被分层分离开。被间接冷却后的顶煤气再进入电捕轻油器，煤气中的轻焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至轻油池，轻焦油的组份相当于重柴油。
(3)底煤气的产生
原料煤在干馏段被底部煤气干馏后，形成半焦进入气化段。半焦的挥发份一般为3～5％。半焦因脱去煤中的活性组份，气化活性比烟煤有所降低，其气化强度一般可达270～300Kg/m2·h，二段式气化炉气化火层的温度一般为1000℃～1300℃之间。半焦与蒸汽或空气混合气发生以下反应：
C+O2＝CO2+408840千焦/千摩尔
C+1/2O2＝CO+123217千焦/千摩尔
CO2+C＝CO-162405千焦/千摩尔
C+H2O＝CO+H2-118821千焦/千摩尔
C+2H2O＝CO2+2H2-75237千焦/千摩尔
底部煤气为完全气化煤气，几乎不含焦油。但含少量灰尘，其热值一般为1200～1300大卡/Nm3。根据气化原理，炉温高火层厚，煤气热值也提高，反之亦然。
(4)底煤气的净化处理过程
底煤气净化处理首先采用旋风除尘器除尘，除尘后的煤气温度大约在450℃～550℃；继而进入废热换热器被回收煤气显热，所述的煤气进入废热换热器被回收煤气显热，在废热换热器换热管中采用下段煤气的显热处理产生的酚水。煤气温度降至180℃～220℃左右；再进入风冷器依靠自然风被冷却，温度降至65℃～80℃；进入间冷器，被循环冷却水间接冷却至35℃～45℃。与顶部煤气混合进入电捕轻油器，脱油、除尘到低压总管的冷净煤气经加压机加压，再经水雾捕滴器进一步脱除煤气中的水份后经过煤气管道进入窑炉供用户使用。
本发明的有益效果可以通过上述的叙述得到，经过以上设备对煤气中粉尘、酚水、焦油的处理，煤气的含水量可以降到40g/Nm3，并且使得煤气(无烟煤/焦炭做原料)中灰尘和焦油含量之和不大于50mg/Nm3，煤气出站温度为夏天不大于45℃，冬天不低于35℃，煤气站运行过程中的附属污染物得到有效处理和控制，更重要的是运行成本低，同时在废热换热器中煤气显热酚水进行热交换，换热器可产生压力＜0.1MPa的蒸汽，产生的蒸汽可供探火时封探火孔用，也可供电捕焦油器和电捕轻油器绝缘子干燥保温用，还可作为气化工艺的气化剂以及需保温管路的伴热蒸汽，不但处理了酚水，而且可以变废为宝。旋风除尘器采用内保温砖砌筑，排灰采用水封式，安全可靠，可防止空气混入造成煤气爆燃隐患。利用间冷器采用间接冷却，避免了水与煤气直接接触，不产生污水，利于环境保护，有效的保护了大气、水，净化了我们的生活空间，环保节能。综上所述，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1为本发明的工艺流程方框图；
图2为本发明的装置结构连接关系示意图；
其中，1为两段式煤气发生炉，2为两段式煤气发生炉顶部出口，3为两段式煤气发生炉底部出口，4为电捕焦油器，5为间冷器，6为电捕轻油器，7为风冷器，8为废热换热器，9为旋风除尘器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细的说明。
两段式煤气发生炉制气属于空气鼓风连续制气方式，炉体水夹套和废热换热器自产的低压蒸汽和鼓风空气混合组成的饱和气作为气化剂，饱和温度一般控制在55℃～65℃。经过干式止回阀从煤气炉底部风管经过炉栅进入气化炉内，在气化段内与逆向加入的原料煤所形成的热半焦发生气化反应生成热煤气，其中有近75％的热煤气经过中心钢管及环型炉墙内的通道导出，形成底煤气，其余约25％的热煤气直接对干馏段中的烟煤加热、干燥、干馏，与干馏煤气混合形成顶煤气。
入炉的烟煤被气化段产生的热煤气加热首先失去内外水分，继而逐渐被干馏脱出挥发份，烷烃类及H2、CO2、CO类做为干馏煤气和气化段产生的部分发生炉煤气混合成为顶煤气，顶煤气由两段式煤气发生炉顶部出口2进入电捕焦油器，其工作温度为90℃～150℃，脱除重质焦油，经初步脱焦油后的顶煤气接着进入间冷器5进口，在间冷器5内煤气被冷却至35℃～45℃左右，产生含有轻油的酚水混合物，其中，轻油因比重轻于酚水而可被分层分离开，被间接冷却后的顶煤气由出口进入电捕轻油器6，煤气中的轻焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至轻油池。
原料煤在干馏段被底部煤气干馏后，形成半焦进入气化段，半焦的挥发份一般为3～5％，二段式气化炉气化火层的温度一般为1000℃～1300℃。底部煤气为完全气化煤气，几乎不含焦油，含少量灰尘，底煤气由两段式煤气发生炉底部出口3进入旋风除尘器9入口除尘，除尘后的煤气温度在450℃～550℃，旋风除尘器9采用内保温砖砌筑，排灰采用水封式，继而进入废热换热器8被回收煤气显热，煤气温度降至180℃～220℃，所述的煤气进入废热换热器被回收煤气显热，在废热换热器换热管中采用下段煤气的显热处理产生的酚水。同时废热换热器8管道中利用上段煤气处理产生的酚水，煤气再进入风冷器7依靠自然风被冷却，温度降至65℃～80℃，再进入间冷器5的进口，被循环冷却水间接冷却至35℃～45℃，与顶部煤气混合进入电捕轻油器6，再一次脱油、除尘到低压总管的冷净煤气经加压机加压，再经水雾捕滴器进一步脱除煤气中的水份后经过煤气管道进入窑炉供用户使用。
在处理煤气的程序中，各个设备之间的连接方式为管道连接。

Claims (4)

1.一种煤炭气化冷却装置，包括两段式煤气发生炉、旋风除尘器、电捕焦油器、电捕轻油器、风冷器、间冷器，其特征在于，该装置按照煤炭气化冷却工艺顺序其相互的连接关系为：
(1)两段式煤气发生炉顶部出口与电捕焦油器入口连接，电捕焦油器出口与间冷器进口相连；
(2)两段式煤气发生炉底部出口与旋风除尘器入口连接，废热换热器入口连接旋风除尘器的出口，其出口与风冷器的入口连接，风冷器出口连接间冷器进口；
(3)间冷器出口与电捕轻油器相连；
(4)所述的连接为管道连接。
2.根据权利要求1所述的煤炭气化冷却装置，其特征在于，所述的旋风除尘器采用内保温砖砌筑，排灰为水封式。
3.一种使用权利要求1所述的煤炭气化冷却装置的煤炭气化冷却工艺方法，包括顶煤气处理步骤和底煤气处理步骤，其特征在于，
(1)所述的顶煤气处理步骤为：由两段式煤气发生炉顶部出口输出的顶煤气进入电捕焦油器，工作温度为90℃～150℃，脱除重质焦油，经初步脱焦油后的顶煤气接着进入间冷器，在间冷器内煤气被冷却至35℃～45℃，产生含有轻油的酚水混合物，轻油因比重轻于酚水而可被分层分离开，被间接冷却后的顶煤气再进入电捕轻油器，煤气中的轻焦油雾滴及灰尘被极化，汇集到极管管壁，自流至轻油池；
(2)所述的底煤气处理步骤为：由两段式煤气发生炉底部出口输出的底煤气进入旋风除尘器除尘，除尘后的煤气温度在450℃～550℃，继而进入废热换热器被回收煤气显热，煤气温度降至180℃～220℃，再进入风冷器依靠自然风被冷却，温度降至65℃～80℃，进入间冷器，被循环冷却水间接冷却至35℃～45℃，与顶部煤气混合进入电捕轻油器，脱油、除尘到低压总管的冷净煤气经加压机加压，再经水雾捕滴器进一步脱除煤气中的水份后经过煤气管道进入窑炉。
4.根据权利要求3所述的煤炭气化冷却工艺方法，其特征在于，所述的煤气进入废热换热器被回收煤气显热，在废热换热器换热管中采用下段煤气的显热处理产生的酚水。
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