CN102492490A - 煤气净化工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤气净化工艺及装置，解决了现有煤气净化工艺复杂、废水量大、生产成本高、除尘效果较差、煤焦油品质低的问题。技术方案将原料煤在干燥器中进行预干燥，然后送入高温热解炉热解，热解产生含灰含煤焦油的粗煤气送入高温旋风分离器除去大颗粒灰尘，除去大颗粒灰尘后的粗煤气再经高温过滤器进一步除尘，除尘后的煤气再经废热锅炉回收余热，换热至300-350℃的煤气进激冷塔与40-80℃的煤焦油液逆流接触进行洗涤、冷却，煤气中含有的煤焦油进入煤焦油液中由塔底排出，塔顶洗涤冷却至40～100℃洁净煤气送气柜。本发明工艺及设备简单，无废排放、煤气除尘效果好，副产煤焦油品质高，生产成本低。

Description

煤气净化工艺及系统
技术领域
本发明涉及一种化工行业的煤气净化工艺及系统。
背景技术
原料煤经气化或热解而获得清洁燃料或其它初级化工产品在我国具有广阔的应用前景。原料煤在煤气化或热解过程中产生的粗煤气中含有大量灰尘、混合着灰尘的水汽以及焦油等有机杂质，为了生产适于出售或满足下游工序的洁净的煤气，同时考虑回收粗煤气中焦油副产品，必须对粗煤气进行净化处理。
目前煤气净化工艺中最常见的工艺步骤为热解、旋风除尘、换热、洗涤、电除尘以及电捕焦油器回收焦油等，以恩德炉热解工艺过程为例，参考图2，原料煤进入热解炉后产生含灰含焦油的粗煤气(500～600℃)首先经高温旋风分离器分离除去大颗粒灰尘，再经废热锅炉回收余热，换热后的煤气经低温旋风分离器进一步除灰，粗煤气进洗涤塔洗涤，洗涤煤气水及煤气冷凝液混合后形成的大量含有焦油等有机杂质的废水去废水处理装置，经洗涤后煤气进气柜，后经电除尘及电捕焦油器进一步净化，并副产含灰焦油。这种工艺存在诸多问题，主要表现在：(1)煤气除尘效果差、效率低：煤气中灰尘的粒径分布非常广泛，有较大的颗粒状灰尘，也有极为细小的粉尘，而目前传统的煤热解产煤气净化过程通常仅利用旋风分离后水洗再电除尘的方法来洗涤净化煤气，受旋风分离器分离效率及其临界粒径的限制，灰尘分离效果较差，即使累加两次旋风分离及电除尘后煤气中通常还含有较多的细小粉尘，必须增加水洗涤过程，且效果仍然不佳，使得除尘工艺变得极为复杂，延长了处理周期、增加了生产成本。(2)副产焦油回收率低、品质差：一方面受旋风分离器分离效率及临界粒径的限制，使电捕焦油后得到副产的焦油中含灰量较大，焦油品质较差；另一方面，由于前期通过废热锅炉、洗涤塔洗涤等降温步骤，使得含焦油的煤气中部分煤焦油被冷凝后随灰尘排出，大大影响了最终电捕焦油器对焦油的回收率。同时，混在排出灰尘中的焦油作为杂质也严重影响灰尘的二次回收利用。(3)废水处理量大、生产成本增加：一方面原料煤中含水量高(最高可达30％以上)，热解后形成含水量高的粗煤气，该粗煤气若直接进行干法除灰，则降温后形成的大量冷凝液会成为杂质一起被带入煤焦油中，严重影响煤焦油的品质，而利用洗涤塔对粗煤气进行洗涤降温虽然能避免冷凝液大量进入成品煤焦油中，但是此过程中又会产生大量含灰、冷凝液及焦油等有机物的废水，处理大量的此类废水难度高、工艺复杂，不但造成企业生产成本增大、设备投资增加，而且给环境保护带来沉重的压力。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种设备简单、操作简便、设备投资及运行成本低、无废水排放、焦油回收率高、回收焦油及成品煤气品质优秀的煤气净化工艺及系统。
本发明工艺为将原料煤在干燥器中进行预干燥，然后送入高温热解炉热解，热解产生含灰含煤焦油的粗煤气送入高温旋风分离器除去大颗粒灰尘，除去大颗粒灰尘后的粗煤气再经高温过滤器进一步除尘，除尘后的煤气再经废热锅炉回收余热，换热至350-300℃的煤气进激冷塔与40-80℃的煤焦油液逆流接触进行洗涤、冷却，煤气中含有的煤焦油进入煤焦油液中由塔底排出，塔顶洗涤冷却至40～100℃洁净煤气送气柜。
所述原料煤预干燥后含水量质量百分数为≤2％。
所述热解产生含灰含煤焦油的粗煤气送入高温旋风分离器除去粒径为5～200μm的大颗粒灰尘。
在干燥器中对原料煤进行预干燥过程中得到的水蒸汽可回收利用。如回用全厂原水系统作为一次水的补水使用，或者用于冲渣、洗灰等。
高温烧结金属过滤器或高温陶瓷过滤器。所述废热锅炉回收余热前的煤气中含尘量≤20mg/Nm3。
所述激冷塔塔底排出的煤焦油液冷却后部分回送至激冷塔塔顶，由塔顶进入塔内继续与煤气逆流接触进行洗涤、冷却，回收煤气中的煤焦油，余下部分送入煤焦油产品罐。开工时，先使用少量成品煤焦油用于与煤气逆流接触，当正常运行开始回收煤气中的煤焦油后，塔底排出的煤焦油液除部分回送激冷塔，维持用于回收煤气中煤焦油所需的循环量外，其余可作为成品煤焦油送入焦油产品罐中。
本发明对化工行业产生的煤气进行了仔细研究分析，发现对原料煤进行预干燥以降低热解前的原料煤中水含量，使热解后的粗煤气中的含水量大幅降低，在换热后几乎不产生冷凝液，从而可对粗煤气仅进行干法除灰，而无需使用洗涤塔洗涤，这样仅有预干燥分离出的极少量废水，从而大大降低了废水处理量及难度，减少了废水处理装置的投资和运行成本，并且干燥过程中由原料煤中蒸发出来的水蒸汽较为纯净，无需处理可直接回用系统。
进一步的，采用干法除灰方面，发明人特别选用了旋风分离器和高温过滤器配合除尘的方法，利用旋风分离器针对性主要除去粗煤气中大颗粒灰尘(占粗煤气中灰尘总含量的质量百分数65-75％)，而高温过滤器则具有除去各种粒径范围的灰尘，特别是针对粒径小于5μm的灰尘颗粒除尘效果好的特点，能将经旋风分离器除尘后的粗煤气中的余量灰尘(极少量大颗粒灰尘及大量细小灰尘)高效去除，因此最终得到的产品煤气(洁净煤气)中含尘量极少(≤20mg/Nm3)，提高了成品煤气品质。这种两级除尘的配合不仅除尘效率高，而且从投备制造体积、制造成本、使用寿命考虑，是最为优化的选择。
为了提高煤焦油的回收率，发明人将换热步骤放在除尘步骤之后，由于在除尘步骤中粗煤气一直保持较高的温度，可使煤气中含有的焦油尽可能保持在气化状态下而不被冷凝，从而避免在除尘过程中随灰尘排出，进而提高了后期焦油的回收率，使煤气中的煤焦油绝大部分在与激冷塔中与煤焦油逆流接触时被煤焦油回收，由于除尘步骤中高效除尘效果好，从而煤焦油的品质也得到了有效保证，煤焦油的回收率提高也意味着除尘步骤中排出的灰尘中焦油含量低，有利于排出灰尘的二次利用。
用于上述煤气净化工艺的煤气净化系统，包括热解炉，所述热解炉的原料煤进口与干燥器连接，所述热解炉出口与高温旋风分离器的煤气进口连接，所述高温旋风分离器的煤气出口与高温过滤器的煤气出口，所述高温过滤器的煤气出口与废热锅炉的煤气进口连接，所述废热锅炉的煤气出口与激冷塔(又称激冷器)的煤气进口连接，所述激冷塔的煤气出口与气柜连接；所述激冷塔还设有煤焦油进口及煤焦油出口。
所述激冷塔的煤焦油出口经循环管路与煤焦油进口连接，所述循环管路上还设有离心泵、煤焦油冷却装置以及与焦油产品罐连接的分流口。所述煤焦油冷却装置可以为冷却器、换热器或其它冷却装置。所述激冷塔可以为串联的一个或多个，以利于对不同品质焦油的梯级回收及热量的回收利用。所述高温过滤器为高温烧结金属过滤器或高温陶瓷过滤器。
有益效果：
(1)经过预干燥后原料煤在热解炉中热解生成的粗煤气含水量低，可直接进行干法除灰，利用高温旋风分离器和高温过滤器除去粗煤气中的粗细灰尘，除尘效果好、效率高，得到的洁净煤气含尘量≤20mg/Nm3，提高了煤气的品质。
(2)将废热锅炉置于高温过滤器之后，可以使煤气中的煤焦油在高温状态下以气态存在，避免部分冷凝后随灰尘排出，既提高了煤焦油的品质及回收效率(焦油回收率≥99.5％(wt)，又降低了排出灰尘中的焦油含量，利于排出灰尘的二次利用，利于环境。
(3)通过预干燥，仅使用干法除灰，避免使用洗涤塔对煤气进行洗涤除尘，从而大幅减少了含固废水(灰水)的产生量，仅有少量预干燥时分离出的废水，减轻了废水处理系统的负荷，降低了废水处理难度，降低了设备投资和生产成本，特别适用于大产量煤热解工艺中的煤气净化。以60万吨/年煤热解装置为例，一般传统净化工艺入炉褐煤含水量约为30％，产废水约20万吨；若采用本方明的新工艺，几乎不产生废水(极少量水以杂质存在于焦油中)。按1吨废水的处理成本为25～33元计算，每年仅废水处理即可节省460～600万元，节约装置费用3500万，获得干灰12000吨，产生附加效益240万元。
(4)所述激冷塔中与煤气逆流接触的煤焦油实现了自循环回收，无需电捕焦油器，进一步节能降耗，降低生产成本。
(5)本发明工艺步骤简单，送入气柜的洁净煤气可直接用于下游工序，而无需作进一步处理，简化了工艺步骤、进一步降低了生产成本，缩短了生产周期。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图及系统结构图。
图2为恩德炉热解工艺图。
其中：1-干燥器、2-热解炉、3-高温旋风分离器、4-高温陶瓷过滤器、5-废热锅炉、6-激冷塔、6.1-煤气进口、6.2-煤气出口、6.3-煤焦油进口、6.4-煤焦油出口、7-气柜、8-循环管路、8.1-分流口、8.2-离心泵、8.3-煤焦油冷却器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作进一步解释说明：
参照图1，通过管道依次连接的干燥器1、热解炉2、高温旋风分离器3、高温陶瓷过滤器4(或者是高温烧结金属过滤器)、废热锅炉5和激冷塔6，所述激冷塔6上段设煤气出口6.2和煤焦油进口6.3，下段设煤气出进口6.1和煤焦油出口6.4，所述煤气出口6.2连接气柜7，煤焦油出口6.4经循环管路8连接煤焦油进口6.3，所述循环管路8上还设有离心泵8.2、煤焦油冷却器8.3以及可与煤焦产品罐连接的分流口8.1
工艺方法：
将原料煤送入干燥器1中进行预干燥，干燥后的原料煤(含水量≤2％质量百分数)经热解炉2热解后产生含灰含煤焦油的粗煤气(500～1000℃)，粗煤气先进高温旋风分离器3分离除去大颗粒灰尘(颗粒度为为5～200μm，占粗煤气中灰尘总质量的65-75％)，然后送入高温陶瓷过滤器4进一步除去煤气中的余下灰尘(主要为颗粒度为小于5μm的细小灰尘)，除尘后的煤气(含尘量≤20mg/Nm3)再经废热锅炉5回收余热，换热后的350-300℃的煤由激冷塔6下段的煤气进口6.1进入在激冷塔6内，与来自激冷塔6上段煤焦油进口6.3的40-80℃煤焦油液逆流接触进行洗涤、冷却，煤气内的煤焦油被冷凝同时进入煤焦油液中由塔底的煤焦油出口6.4进入循环管路8，在循环管路8中煤焦油液(供维持循环的煤焦油量)经离心泵8.2加压，然后经煤焦油冷却器8.3冷却至40-80℃后部分送入煤焦油进口6.3用于为激冷塔6内煤气洗涤降温，余下部分经分流口8.1送至焦油产品罐，塔顶经洗涤降温后的洁净煤气(40～100℃)由煤气出口6.2排出送入气柜7。

Claims (10)

1.一种煤气净化工艺，其特征在于，将原料煤在干燥器中进行预干燥，然后送入高温热解炉热解，热解产生含灰含煤焦油的粗煤气送入高温旋风分离器除去大颗粒灰尘，除去大颗粒灰尘后的粗煤气再经高温过滤器进一步除尘，除尘后的煤气再经废热锅炉回收余热，换热至350-300℃的煤气进激冷塔与40-80℃的煤焦油液逆流接触进行洗涤、冷却，煤气中含有的煤焦油进入煤焦油液中由塔底排出，塔顶洗涤冷却至40～100℃洁净煤气送气柜。
2.如权利要求1所述的煤气净化工艺，其特征在于，所述原料煤预干燥后含水量质量百分数为≤2％。
3.如权利要求1或2所述的煤气净化工艺，其特征在于，所述热解产生含灰含煤焦油的粗煤气送入高温旋风分离器除去粒径为5～200μm的大颗粒灰尘。
4.如权利要求1或2所述的煤气净化工艺，其特征在于，在干燥器中对原料煤进行预干燥过程中得到的水蒸汽可回收利用。
5.如权利要求1所述的煤气净化工艺，其特征在于，所述高温过滤器为高温烧结金属过滤器或高温陶瓷过滤器。
6.如权利要求1所述的煤气净化工艺，其特征在于，所述废热锅炉回收余热前的煤气中含尘量≤20mg/Nm3。
7.如权利要求1所述的煤气净化工艺，其特征在于，所述激冷塔塔底排出的煤焦油液冷却后部分回送至激冷塔塔顶，由塔顶进入塔内继续与煤气逆流接触进行洗涤、冷却，回收煤气中的煤焦油，余下部分送入煤焦油产品罐。
8.一种煤气净化系统，包括热解炉，其特征在于，所述热解炉的原料煤进口与干燥器连接，所述热解炉出口与高温旋风分离器的煤气进口连接，所述高温旋风分离器的煤气出口与高温过滤器的煤气出口，所述高温过滤器的煤气出口与废热锅炉的煤气进口连接，所述废热锅炉的煤气出口与激冷塔的煤气进口连接，所述激冷塔的煤气出口与气柜连接；所述激冷塔还设有煤焦油进口及煤焦油出口。
9.如权利要求8所述的煤气净化系统，其特征在于，所述激冷塔的煤焦油出口经循环管路与煤焦油进口连接，所述循环管路上还设有离心泵、煤焦油冷却装置、以及与煤焦油产品罐连接的分流口。
10.如权利要求8或9所述的煤气净化系统，其特征在于，高温烧结金属过滤器或高温陶瓷过滤器。
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