CN101659884A

CN101659884A - 适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化技术与设备

Info

Publication number: CN101659884A
Application number: CN200910075408A
Authority: CN
Inventors: 李大尚; 梁杰华; 黄一民; 谷磊; 韩飞; 王曦
Original assignee: Coal Chemical Design Technology Center Of China Petroleum & Chemical Engineering
Current assignee: Coal Chemical Design Technology Center Of China Petroleum & Chemical Engineering
Priority date: 2009-09-12
Filing date: 2009-09-12
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-12
Also published as: CN101659884B

Abstract

本发明涉及粗煤气的转化领域，具体为一种将含有焦油、酚、氨、CH₄等复杂成分的热煤气，通过非催化转化法转化成CO、H₂、CO₂、H₂O的适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化的技术与设备。解决了移动床熔渣气化粗煤气用于合成氨、甲醇、乙二醇等产品，粗煤气中的焦油、酚、氨、CH₄等采用传统的催化转化回收办法，造成工艺流程复杂，投资大、产品成本高的问题，粗煤气从转化炉顶高速切线通过喷嘴进入炉内，小喷管中氧气高速进入转化炉顶部，在炉头部位与氧气充分混合燃烧，温度瞬间达1300～1350℃。在转化炉内，煤气中甲烷、焦油、酚、氨、脂肪酸、煤尘中炭等部分氧化转化成CO、H₂、CO₂、H₂O、N₂、H₂S气体。相对于现有技术可减少工艺装置投资的20％～25％以上，产品成本降10％～15％。

Description

适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化技术与设备

技术领域

本发明涉及粗煤气的转化领域，具体为一种将含有焦油、酚、氨、CH₄等复杂成分的热煤气，通过非催化转化法转化成CO、H₂、CO₂、H₂O的适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化的技术与设备。

背景技术

移动床纯氧熔渣气化煤气成分十分复杂，详见如下：

粗煤气组成vol％

H₂ CO CO₂ CH₄ C₂ ⁺ N₂

27～28.6 56～57.5 3.3～6 6～8 0.4～0.6 1～1.5

H₂S 焦油* 酚* 氨* 水* 煤尘

0.1～1.5 0.05～0.1 50.01～0.02 0.013～0.02 0.13～0.4 5～8g/Nm³粗煤气

*为kg/kg(daf)煤

粗煤气温度一般在220℃～580℃，高水分褐煤温度最低，无烟煤温度最高。粗煤气压力：3.0～4.0Mpa。为了制取生产合成氨、甲醇、乙二醇等化工产品合格的合成气，必须将气化炉产出的粗煤气转化成仅含CO、H₂、CO₂、H₂S、COS、N₂、H₂O的煤气，再经变换，脱硫、脱CO₂净化后得到合格的合成气。

熔渣气化粗煤气转化制合成气有两种工艺：催化转化和非催化转化：

(1)、催化转化工艺要先将煤尘、焦油、酚、氨等分离，并从煤气冷凝水中分离与回收这些副产品，然后经变换，甲醇洗脱硫、脱CO₂，再用深冷或PSA分离出CH₄，最终将甲烷催化转化成CO、H₂、CO₂、H₂O。若要制成合格的合成气，甲烷转化后的转化煤气，还需变换和脱除CO₂。这种工艺过程十分复杂，能耗高，加上污水处理难度大，虽然能回收一些副产品焦油、酚、氨等，当甲醇、合成氨产品规模为30～60万吨/年，原料煤一般性含油量时，还有可能增加产品成本，不值得回收。

(2)、非催化转化工艺是将含有CH₄、焦油、酚、氨、脂肪酸、煤尘等的粗煤气在温度1300℃～1350℃，3～4Map下转化为H₂、CO、CO₂、H₂O。工艺流程大大简化，省去了粗煤气洗涤及废热回收(除焦油、尘)，焦油/水分离，酚、氨回收，CH₄分离及其转化气的变换、脱CO₂8套装置。因此投资大大节省，产品成本显著降低。

由于粗煤气在1300℃～1350℃转化，煤气冷凝水含有害物极微，与气流床干粉煤熔渣气化，德士古水煤浆煤气化相当。因此煤气冷凝水处理投资成倍降低，环保问题也得到好的解决。

虽然含甲烷气的非催化转化、重油非催化转化制粗煤气(该煤气的转化与何种方法制备没有必然关系)已经成熟，移动床干排灰气化(国外称鲁奇气化)粗煤气非催化转化也有专利的公示，但由于干排灰粗煤气中水蒸汽要占到50～60％，还有大量的焦油和煤尘。若干排灰粗煤气都采用非催化转化，移动床干排灰气化与移动床熔渣气化(粗煤气中含水12～13％)相比，每立方米有效气(CO+H₂)氧耗增加一倍，煤耗增加50％。由此可见移动床干排灰采用粗煤气非催化转化是十分不经济，是没有市场竞争力的。由于粗煤气中正常操作生产时，每标准立方米含有焦油一般25～70g，含煤尘5～8g，煤尘粒径0～5mm。这种粗煤气采用非催化转化最大的难题是焦油和煤尘对燃烧喷嘴的设计提出了挑战，因为粗煤气进入转化炉前不能降温、洗涤，否则和移动床干排灰一样消耗指标成倍提高，从经济、产品成本角度是不可行的，至今还找不到一种对同时含焦油和煤尘的粗煤气在高温下干式除尘的方法。

发明内容

本发明是为了解决移动床熔渣气化粗煤气用于合成氨、甲醇、乙二醇等产品，粗煤气中的焦油、酚、氨、CH₄等采用传统的催化转化回收办法，造成工艺流程复杂，投资大、产品成本高的问题，而提供了一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化技术与设备。

本发明是由以下技术方案实现的，一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化设备，包括与移动床熔渣气化炉，连接的非催化转化炉，非催化转化炉下设有煤气化室和转化气激冷室，转化气激冷室后依次连接有文丘里洗涤器、洗涤塔，在非催化转化炉的上部设有粗煤气喷嘴、侧面设有氧气喷嘴，粗煤气喷嘴周壁设有带有冷却水入口、冷却水出口的冷却水套，粗煤气喷嘴上设有蒸汽接口、氮气接口，氧气喷嘴结构为带有氧气入口、氮气入口的氧气分布器，氧气分布器安设在转化炉炉头粗煤气喷嘴下方的相邻处，氧气分布器分为环形管，埋在炉头耐火层内，管上有若干与水平构成15～20°角度的小喷管，氧气以一定速度从耐火层的孔喷入炉内，氧气分布器外设有带有冷却水入口，冷却水出口的冷却水套，粗煤气喷嘴还设有氮气入口。

一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化技术，工艺流程是，粗煤气直接进入非催化转化炉顶部的粗煤气喷嘴与氧气分布器喷出的纯度99.6％，温度100℃～200℃，压力3.2～4.2Mpa氧气在喷嘴口混合并发生不完全燃烧反应，温度达1300℃～1350℃，瞬间将CH₄、C_2-3、焦油、酚、脂肪酸转化成H₂、CO、CO₂、H₂O。在燃烧与转化反应过程中产生少量炭黑，其量约占焦油重量的1％～1.2％，高温气体从非催化转化炉下部中心口流出，进入下部为转化气激冷室的扦入套管，流出的高温气体在转化气激冷室套管内层用水处理返回水喷洒，煤气温度骤降至220℃～230℃，从套筒环隙返回转化气激冷室上部煤气出口，再进入文丘里洗涤器5、洗涤塔7得到转化粗煤气。在转化气激冷室内一部分喷洒水蒸发，另一部分排至水处理。大部黑炭在此洗涤除去，其余通过文丘里洗涤器、洗涤塔除去。煤气从激冷室上部流出进入文丘里洗涤器，洗涤塔后，达到该条件的露点温度，为下游变换装置提供足够的水蒸汽。

粗煤气喷嘴、氧气喷嘴采用分体式，使之更好适应含尘、含焦油粗煤气转化，达到了体积小、制造简单、寿命长的目的。粗煤气从转化炉顶高速切线通过喷嘴进入炉内，小喷管中氧气高速进入转化炉顶部，在炉头部位与氧气充分混合燃烧，温度瞬间达1300～1350℃。粗煤气中入炉的喷嘴管用水冷却，粗煤气进口管上有蒸汽进入口，进入炉的氧气分布器用水冷，管上有N₂进入管口。氧气、粗煤气进入管都是耐高温耐腐蚀材料，粗煤气进入管除耐高温耐腐蚀外还要求为耐磨蚀的材料。

粗煤气经本发明所述的非催化装置转化后

典型的粗煤气组成(vol％)：

H₂ CO CO₂ CH₄ N₂+Ar H₂S

32～37 45～55 9～15 0.08 1～1.5 0.09～0.15

转化气进一步净化处理后可得合成各种化工产品合格的合成气。本发明实施后与催化转化工艺比可省去粗煤喷淋洗涤、焦油/水分离的回收、氨回收、甲烷分离与压缩、甲烷转化、转化气变换、转化气脱CO₂8套有关的装置或设施，可减少工艺装置投资的20％～25％以上，产品成本降10％～15％。

附图说明

图1为本发明所述的转化工艺流程简图

图2为转化炉粗煤气分体式燃烧喷嘴示意图

图中：1移动床熔渣气化炉、2非催化转化炉、3转化气激冷室、4粗煤气喷嘴、5氧气喷嘴、6文丘里洗涤器、7洗涤塔、8循环水泵、9粗煤气入口、10氮气入口、11蒸汽接口、12冷却水入口、13冷却水出口、14氧气入口、15氮气入口、16冷却水入口、17冷却水出口、18小喷管、19氧气分布器

具体实施方式

如图1所示意，一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化设备，包括与移动床熔渣气化炉1，连接的非催化转化炉2，非催化转化炉2下设有煤气化室和转化气激冷室3，转化气激冷室3后依次连接有文丘里洗涤器6、洗涤塔7，其特征在于：如图2所示意，在非催化转化炉2的上部设有粗煤气喷嘴4、侧面设有氧气喷嘴5，采用分体式，使之更好适应含尘、含焦油粗煤气转化，达到了体积小、制造简单、寿命长的目的。粗煤气喷嘴4周壁设有带有冷却水入口12、冷却水出口13的冷却水套，粗煤气喷嘴4上设有蒸汽接口11、氮气接口2，氧气喷嘴5结构为带有氧气入口13、氮气入口14的氧气分布器19，氧气分布器19安设在转化炉炉头粗煤气喷嘴下方的相邻处，氧气分布器19分为环形管，埋在炉头耐火层内，管上有若干与水平构成15～20°角度的小喷管18，氧气以一定速度从耐火层的孔喷入炉内，氧气分布器19外设有带有冷却水入口16，冷却水出口17的冷却水套，粗煤气喷嘴4还设有氮气入口10。

特殊设计的分体式喷嘴包括材质，煤气、氧气喷出速度及冷却系统。粗煤气切线方向进入转化炉炉头顶部，氧气进入埋入炉头耐火层的分布器，均匀喷入炉内。氧气分布器都有水冷却系统。煤气喷咀设有蒸汽、氮气入口，氧气分布器设有氮气入口。

非催化转化炉2圆柱筒体外设有水夹套，圆柱筒体分为粗煤气转化室和激冷室两部分。转化室内层(迎火面)衬耐热浇铸料，外层(贴筒璧)衬隔热保温材料。

根据不同煤气质量、温度，粗煤气，氧气按一定比例分别从粗煤气喷嘴4、和氧气喷嘴5进入非催化转化炉2，从喷嘴喷出的煤气与氧气在非催化转化炉2内不完全燃烧产生1300℃～1350℃高温，在转化炉内，煤气中甲烷、焦油、酚、氨、脂肪酸、煤尘中炭等部分氧化转化成CO、H₂、CO₂、H₂O、N₂、H₂S气体，高温气体从非催化转化炉2下部中心口流出，进入下部为转化气激冷室3的扦入套管，流出的高温气体在转化气激冷室套管内层用水处理返回水喷洒，煤气温度骤降至220℃～230℃，从套筒环隙返回转化气激冷室3上部煤气出口，再进入文丘里洗涤器5、洗涤塔7得到转化粗煤气。在转化气激冷室3内一部分喷洒水蒸发，另一部分排至水处理。大部灰尘、炭黑在此洗涤除去。然后另一部分进入文丘里洗涤器5、洗涤塔7，煤气温度降至接近该条件下的露点温度，在此将煤气中灰尘、炭黑脱至下游工艺要求。

Claims

1、一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化设备，包括与移动床熔渣气化炉(1)，连接的非催化转化炉(2)，非催化转化炉(2)下设有煤气化室和转化气激冷室(3)，转化气激冷室(3)后依次连接有文丘里洗涤器(6)、洗涤塔(7)，其特征在于：在非催化转化炉(2)的上部设有粗煤气喷嘴(4)、侧面设有氧气喷嘴(5)，粗煤气喷嘴(4)周壁设有带有冷却水入口(12)、冷却水出口(13)的冷却水套，粗煤气喷嘴(4)上设有蒸汽接口(11)、氮气接口(2)，氧气喷嘴(5)结构为带有氧气入口(13)、氮气入口(14)的氧气分布器(19)，氧气分布器(19)安设在转化炉炉头粗煤气喷嘴下方的相邻处，氧气分布器(19)分为环形管，埋在炉头耐火层内，管上有若干与水平构成15～20°角度的小喷管(18)，氧气以一定速度从耐火层的孔喷入炉内，氧气分布器(19)外设有带有冷却水入口(16)，冷却水出口(17)的冷却水套，粗煤气喷嘴(4)还设有氮气入口(10)。

2、根据权利要求1所述的适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化设备，其特征在于：非催化转化炉(2)转化室圆柱筒体外设有水夹套，圆柱筒体分为两部分，内层衬耐热浇铸料，外层衬隔热保温材料。

3、一种适用于移动床熔渣气化炉煤气非催化转化技术，其特征在于工艺流程为，粗煤气直接进入非催化转化炉(2)顶部粗煤气喷嘴(4)与氧气喷嘴(5)喷出的纯度99.6％，温度100℃～200℃，压力3.2～4.2Mpa氧气在喷嘴口混合并发生不完全燃烧反应，温度达1300℃～1350℃，瞬间将CH₄、C_2-3、焦油、酚、脂肪酸转化成H₂、CO、CO₂、H₂O，在燃烧与转化反应过程中产生炭黑，高温气体从非催化转化炉(2)下部中心口流出，进入下部为转化气激冷室(3)的扦入套管，流出的高温气体在转化气激冷室(3)套管内层用水处理返回水喷洒，煤气温度降至220℃～230℃，从套筒环隙返回转化气激冷室(3)上部煤气出口，再进入文丘里洗涤器(5)、洗涤塔(7)得到转化粗煤气，在转化气激冷室(3)内一部分喷洒水蒸发，另一部分排至水处理。大部灰尘、炭黑在此洗涤除去，然后另一部分进入文丘里洗涤器(5)、洗涤塔(7)，煤气温度降至接近该条件下的露点温度，在此将煤气中灰尘、炭黑脱至下游工艺要求。