CN1900234A - 一种干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺 - Google Patents

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王保民
任永强
李小宇
夏军仓
张东亮
刘刚
刘沅
李明亮
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Abstract

一种干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺，该装置包括干煤粉加压气化、喷水激冷、激冷室激冷、灰渣排放和灰水处理五部分，其工艺为将干煤粉在加压气化炉内与氧气(或富氧)和水蒸气生成以CO和H2为主的粗煤气，粗煤气经过气化炉上部的喷淋器激冷，进入激冷室进一步激冷，然后进入洗涤塔洗涤净化，生产的合成气用于生产甲醇、合成氨、制氢及合成油等化工及能源产品。气化产生的灰渣直接由炉底排渣***排出；激冷室和洗涤塔产生的灰水并入灰水处理***进行处理。该工艺生产出来的粗煤气含有足够的饱和水蒸气，可直接送入变换***而不需要再补加蒸汽，因而，***简单、造价低廉，***总效率高。

Description

一种干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺
技术领域
本发明涉及一种气化激冷装置及激冷工艺，特别涉及一种干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺。
背景技术
煤气化技术作为煤炭深度加工、转化的先导技术，是洁净煤技术的关键，是一项“龙头”技术，应用领域极为广泛。具有180多年发展史，特别是近10多年来的大容量IGCC电站示范与商业化运行证明：与固定床、流化床相比，气流床具有较好的煤种与粒度适应性和更优良的技术性能，是煤基大容量、高效洁净、运行可靠的燃气与合成气制备装置的首选技术。
现代气流床气化的共同特点是加压(3.0MPa～6.5MPa)、高温(1300～1700℃)、细粒度，但在煤处理、进料形态与方式、实现混合、炉壳内衬、排渣、余热回收等技术单元上对策迥异，从而形成不同风格的技术流派。其中包括两种各具特色的技术流派，一种是以美国Texaco技术为代表的水煤浆气化技术；另一种是以荷兰Shell技术为代表的干煤粉气化技术。
水煤浆气化技术在世界范围内的商业化市场占有量大，技术成熟，它因煤浆制备、计量、输送、控制简单，安全可靠，操作压力高，可达6.5MPa和投资低等技术特点得到广泛应用。
而干煤粉气化技术与水煤浆气化技术相比，冷煤气效率高6～8个百分点，比煤耗和氧耗大幅度下降，煤种适应性更广，气化***的投资基本相当。国外的研究资料和运行实绩表明，干煤粉加压加氧气流床气化技术是一种先进的煤气化技术，代表着煤气化技术发展的一个主流方向。
煤气化技术中气化后的工艺通常有激冷工艺和废锅工艺两种；在激冷工艺中，气体的热量被水汽化吸收，灰渣混于水中，气相中包含有大量的水蒸气，可以满足变换工艺的需要。废锅工艺可以由一级或多级废热锅炉、水洗和干洗除尘组成。气体的热量产生高压和中压蒸汽，灰渣混于水中，气相中包含有少量的水蒸气。
目前国内运行的Texaco技术中，煤气与液渣呈同向流动，即煤气和液渣都向下流动，并且只有激冷工艺一种。同样地，最近引进的Shell技术中，煤气与液渣呈反向流动，即煤气向上，液渣向下流动，并且只有废锅工艺一种。而在最近引进的GSP技术中，煤气与液渣呈同向流动，即煤气和液渣都向下流动，并且采用的是激冷工艺。
实际上，Texaco技术采用的激冷工艺，是由于生产不同产品的需要。目前国内煤制气的Texaco技术主要用于合成氨。气化后水煤气中的CO要与水蒸气反应全部转化为CO2，这就需要大量的水蒸气，根据变换催化剂的要求，通常要达到一定的汽气比(2.0左右)。激冷工艺既脱除了尘渣，又起到了增湿的作用，使气化后气体中的汽气比满足变换工艺的需要。因此，激冷流程是针对制氢和合成氨生产而言的。
甲醇合成需要H2O/CO在2.0左右，激冷工艺也比较合适。
用于城市煤气和发电时，气体中不需要大量的水蒸气，因此，废锅工艺适合于城市煤气和发电。Shell工艺及其废锅工艺在国外主要用于发电的原因也就在于此。
在我国，煤的商业化和社会化迄今已有100余年，但没有形成能与国际抗衡的商业化自主产权煤气化技术。20世纪70年代起西北化工研究院研究开发水煤浆气化技术并建设了中试装置，为此后4家厂引进Texaco水煤浆气化技术提供了丰富的经验。
九十年代后期，随着IGCC等洁净煤发电技术的推广应用，在国家电力公司的资助下，西安热工研究院建立了国内第一套干煤粉加压气化特性试验装置和干煤粉加压浓相供料装置，日处理煤量为700kg，气化压力为2.0～3.0MPa，并进行了干煤粉气化特性和干煤粉浓相加压供料***的研究。
“十五”期间兖矿集团有限公司、华东理工大学承担“863”课题——新型水煤浆气化技术，建设日处理1000t煤的四喷嘴对置水煤浆气化技术商业示范装置(4.0MPa)。
“十五”期间，西安热工研究院负责完成了国家高技术研究发展计划(863计划)课题“干煤粉加压气化技术”中试试验研究，发明了带水冷壁和煤气冷却器的两段式干煤粉加压气化工艺，建成了规模为36t/d的中试装置，气化压力为3.4MPa，进行了十几种煤的气化试验，并通过了国家验收。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粗煤气中含有较多的水蒸气，可直接送入变换***而不需要再补加蒸汽，造价低廉，***总效率高的干煤粉加压气化激冷装置及激冷工艺。
为达到上述目的，本发明的激冷装置包括气化炉以及通过管路与气化炉相连通的锁渣罐，其特点是，在气化炉的底部对称设置有一组或一组以上的喷嘴，气化炉的气体出口通过管路与激冷室相连通，激冷室的气体出口通过管路与洗涤塔相连通，激冷室的下端出口通过管路与灰水罐相连通，在激冷室的侧壁上还开设有与中压给水相连通的入水口，灰水罐与洗涤塔的出口通过管路与灰水处理***相连接；气化炉的内部设置有水冷壁，且在气化炉的上端还设置有与中压给水相连通的喷淋器。
本发明的激冷工艺为：干煤粉与氮气或CO2从气化炉底部对称的喷嘴进入炉膛内，与从喷嘴送入的氧气或富氧及水蒸汽反应生成以CO和H2为主的粗煤气，粗煤气在气化炉内自下而上流动，经过气化炉上部的喷淋器降温后进入激冷室进行激冷，然后进入洗涤塔洗涤净化后即可。
本发明采用了煤气上行式的干煤粉加压气化激冷工艺，即煤气与液渣呈反向流动，煤气向上流动，液渣向下流动的干煤粉加压气化激冷工艺，这种工艺生产出来的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换***而不需要再补加蒸汽，造价低廉，***总效率高，是煤化工(合成氨、甲醇、制H2、合成油)行业的最佳选择。
附图说明
附图是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见附图1，本发明包括气化炉1以及通过管路与气化炉1相连通的锁渣罐3，在气化炉1的底部对称设置有一组或一组以上的喷嘴8，气化炉1的内部设置有水冷壁2，且在气化炉的上端还设置有与中压给水相连通的喷淋器7，气化炉1的气体出口通过管路与激冷室4相连通，激冷室4的气体出口通过管路与洗涤塔6相连通，激冷室4的下端出口通过管路与灰水罐5相连通，在激冷室4的侧壁上还开设有与中压给水相连通的入水口9，灰水罐5与洗涤塔6的出口通过管路与灰水处理***相连接。
本发明工艺实施步骤：
起始阶段，干煤粉经过加压输送至气化炉1内，在气化炉1操作温度1450℃～1600℃，操作压力4.0MPa的条件下，干煤粉与氮气或CO2从气化炉1底部对称的喷嘴8进入炉膛内，与从喷嘴8送入的氧气(或富氧)及水蒸汽反应生成以CO和H2为主的粗煤气，产生的粗煤气的温度约为1500℃，粗煤气在气化炉内自下而上流动，经过气化炉1上部的喷淋器7降温后，煤气温度降至约900℃，过程中由阀门D1控制中压水的喷淋，这是本发明的第一次激冷，在此液态渣被固化，灰渣排放即气化炉1产生的熔融态灰渣经锁灰罐3由炉底排渣***排出；经过第一次喷淋激冷后的粗煤气进入激冷室4进行激冷，此时将粗煤气直接通入激冷室4液面以下使粗煤气激冷，激冷后粗煤气由激冷室4上部出口管道，通过阀门D6开关控制进入洗涤塔6洗涤净化，当激冷室4灰水达到排放量时，产生的灰水经灰水罐5由下部排出进入后续灰水***处理，在此过程里，需要先关闭阀门D9、D10、D11和D12，打开阀门D6给灰水罐补充足够的中压水然后关闭D6，开启阀门D9和D10，让激冷室4内的灰水经过一段时间沉淀进入灰水罐5，然后关闭D9、D10，打开阀门D11和D12将灰水罐5内灰水排入灰水处理***再将D11和D12关闭，当激冷室4液面低于标准时打开阀门D7给激冷室4内补充适量中压水，运行过程中重复上面排放灰水操作即可实现运行时灰水的连续排放；在激冷室4内粗煤气温度约降为300℃左右，然后进入洗涤塔6洗涤净化，产生的灰水通过阀门D13控制并入灰水处理***进行处理，净化后产生的合成气用于生产甲醇、合成氨等，由于本发明不需要循环冷却气泵和煤气冷却器，因此减少了投资和耗功。
本发明首次提出了煤气上行式的干煤粉加压气化激冷工艺，这种工艺生产出来的粗煤气含有较多水蒸气，可直接送入变换***而不需要再补加蒸汽，造价低廉，***总效率高，是煤化工(合成氨、甲醇、制H2、合成油)行业的最佳选择。炉内进行喷水减温，使液态渣极易激冷固化，防止后续***结焦；粗煤气在激冷室4内进行激冷和洗涤，不需要循环冷却气泵和煤气冷却器等设备，减少了投资和耗功。

Claims (3)

1、一种干煤粉加压气化激冷装置，包括气化炉(1)以及通过管路与气化炉(1)相连通的锁渣罐(3)，其特征在于：在气化炉(1)的底部对称设置有一组或一组以上的喷嘴(8)，气化炉(1)的气体出口通过管路与激冷室(4)相连通，激冷室(4)的气体出口通过管路与洗涤塔(6)相连通，激冷室(4)的下端出口通过管路与灰水罐(5)相连通，在激冷室(4)的侧壁上还开设有与中压给水相连通的入水口(9)，灰水罐(5)与洗涤塔(6)的出口通过管路与灰水处理***相连接。
2、根据权利要求1所述的干煤粉加压气化激冷装置，其特征在于：所说的气化炉(1)的内部设置有水冷壁(2)，且在气化炉的上端还设置有与中压给水相连通的喷淋器(7)。
3、一种干煤粉加压气化激冷工艺，其特征在于：干煤粉与氮气或CO2从气化炉(1)底部对称的喷嘴(8)进入炉膛内，与从喷嘴(8)送入的氧气或富氧及水蒸汽反应生成以CO和H2为主的粗煤气，粗煤气在气化炉内自下而上流动，经过气化炉(1)上部的喷淋器(7)降温后进入激冷室(4)进行激冷，然后进入洗涤塔(6)洗涤净化后即可。
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