CN103215078B - 利用副产二氧化碳气体对煤锁进行的充泄压工艺及其加煤系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用副产二氧化碳气体对煤锁进行的充泄压工艺及其加煤系统。煤锁充泄压方法包括：将煤锁的上锥阀打开，下锥阀关闭；将原料煤由煤斗加入煤锁，将原料煤加入之后将上锥阀关闭；通过压缩机使来自后续净化工段的二氧化碳压缩升压，在上锥阀关闭之后，使用该二氧化碳对煤锁进行充压；煤锁被加压至气化炉的压力之后，将煤锁的下锥阀打开，原料煤通过过渡仓进入到气化炉；原料煤进入气化炉之后，将煤锁的下锥阀关闭，煤锁经位于煤锁上部的充压/一次泄压管口进行一次泄压，再经二次泄压管口进行二次泄压。加煤系统包括：煤斗，煤锁，过渡仓，和气化炉；其中，煤锁包括上锥阀、煤锁主体、下锥阀、充压/一次泄压管口、二次泄压管口。

Description

利用副产二氧化碳气体对煤锁进行的充泄压工艺及其加煤系统

技术领域

本发明涉及一种煤气化领域的煤锁充泄压工艺，特别是涉及一种采用二氧化碳气体对煤锁进行充泄压的工艺。本发明还涉及一种加煤系统。

背景技术

现有技术中，各种加压固定床气化炉的加煤系统都用间歇操作的煤锁间歇地向气化炉中加煤，煤锁需频繁的在常压和压力下切换，煤锁上下阀开启频繁、降压和充压时间长、造成加煤系统耗时较长、严重影响气化炉负荷的提高、进料连续性和性能稳定性。

目前工业化应用的加煤系统，气化炉装置正常运行时，通常用气化炉下游装置的冷煤气或循环煤锁气作为煤锁的充泄压介质，也可以采用氮气充压。泄压气体经洗涤净化、收集储存、或作为燃料气、或压缩后返回系统，或压缩后循环利用。但是，采用煤气充压的煤锁气成分复杂，含有较高含量的氢气、一氧化碳、甲烷等易爆易燃气体，要求的安全等级较高，气体中含有大量的固体煤和灰尘颗粒，对设备和管道具有磨蚀性；气体中也含有粘结性的焦油类物质，容易造成对设备和管道的堵塞。因此冷煤气或循环煤锁气充泄压工艺和设备工作条件恶劣，设备检修频繁，为了提高运行可靠性，通常采用压缩设备备用的方式（例如一用一备或一用二备），但设备备用增加设备投资和维护费用、占用场地，并会损耗部分有效气。现有技术还存在以下一些缺陷：

冷煤气充泄压工艺：因为下游冷煤气压力较气化炉压力低，因此煤锁充压后期需要时间较长，充压后煤锁压力仍低于气化炉压力，因此仍然需要煤锁和气化炉的均压管线和阀门来进行煤锁和气化炉的最终均压。因为均压煤气含尘，并且可能高温串气，因此均压管线和阀门工作条件恶劣，阀门容易泄漏，容易造成煤锁加压和泄压过程中煤锁的气密检查失败，导致正常操作中断。泄压后的冷煤气有以下几种利用途径：

途径一：泄压后的冷煤气作为燃料气，需另设常压煤气柜对泄压煤气进行储存；并需设置燃料气鼓风机，冷煤气才能作为燃料气使用。因此设备多，占地面积大。例如固定床鲁奇炉干灰气化技术通常采用冷煤气作为煤锁的充泄压介质，本技术已在国内某合成氨装置上使用了近30年。

途径二：冷煤气经洗涤后进入常压煤气柜，经压缩机压缩后返回工艺系统。因为冷煤气中带有煤尘和焦油，容易对设备和管道造成磨蚀和堵塞，因此压缩机工作条件恶劣，往往需要一开多备。因此同途径一，同样占地面积大，设备多，投资大。

途径三：冷煤气直接火炬放空，则造成有效气体损失，浪费有效气体。

循环煤锁气充泄压工艺，泄压煤气经洗涤后进入常压煤气柜，充压时气柜中的煤气经煤锁气压缩机压缩升压，对煤锁进行充压。因为煤锁气带有煤尘和焦油，容易对设备和管道等造成磨蚀和堵塞，因此压缩机工作条件恶劣，检修频率高，维护费用大，压缩设备可采用一用多备的模式。例如BGL固定床熔渣气化技术通常采用循环煤锁气作为煤锁的充泄压介质，本技术在国外已经成功使用了20年以上。

氮气充泄压工艺：采用氮气管网来的氮气进行煤锁充压，泄压氮气经洗涤后放空。煤锁向气化炉加煤时，加压氮气会随煤进入气化炉，最终氮气进入粗煤气中。氮气是大多数合成反应的惰性气（除了氨合成反应或合成气中需要氮气的场合），因此氮气不适合大多数合成反应上游煤气化的煤锁加压，例如煤制天然气、煤制甲醇、煤制合成油等。氮气充泄压也浪费氮气，充压时容易造成氮气管网压力波动。

发明内容

为了解决现有煤气充泄压技术中存在的煤气易燃易爆、设备投资大、占地多和有效产品气损耗的缺陷，同时为了解决加煤系统的连续性和安全稳定问题，本发明提供了一种利用后续工段脱除的副产二氧化碳废气经压缩机加压后对煤锁进行的充泄压工艺，能够实现合理利用废气，减少场地占用和设备投资，降低维护费用的目的，优化了整个工艺。

为了实现上述目的，本发明提供了一种对煤锁进行充泄压的方法，其包括以下步骤：将煤锁的上锥阀打开，下锥阀关闭；将原料煤由煤斗加入煤锁，将原料煤加入之后将上锥阀关闭；通过压缩机使来自后续净化工段的二氧化碳压缩升压，在上锥阀关闭之后，使用该二氧化碳对煤锁进行充压；煤锁被加压至气化炉的压力之后，将煤锁的下锥阀打开，原料煤通过过渡仓进入到气化炉；原料煤进入气化炉之后，将煤锁的下锥阀关闭，煤锁经位于煤锁上部的充压/一次泄压管口进行一次泄压，再经二次泄压管口进行二次泄压。

在本发明的优选实施方式中，其还包括：煤锁泄压至常压之后，将煤锁的上锥阀打开，从煤斗向煤锁重新加煤，开始新的循环。

在本发明的优选实施方式中，二氧化碳可取自后续净化工段脱除和副产的二氧化碳气体。

在本发明的优选实施方式中，煤锁采用压力高于气化炉压力至少3bar的气体充压，充压时间为120～150秒。

在本发明的优选实施方式中，煤锁的泄压分一次泄压和二次泄压两个阶段进行，一次泄压时间为180～240秒，二次泄压管线上设置抽射器，用低压氮气驱动，二次泄压时间为120～180秒。

本发明还提供了一种加煤系统，其包括：煤斗，煤锁，过渡仓，和气化炉；其中，煤锁包括上锥阀、煤锁主体、下锥阀、充压/一次泄压管口、二次泄压管口，其中，使用来自后续净化工段的二氧化碳对煤锁进行充泄压。

在本发明的优选实施方式中，加煤系统具有两个煤斗和两个煤锁，原料煤交替地由两个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤，一个煤锁在从相应的煤斗加煤的同时，另一个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤。

在本发明的优选实施方式中，气化炉的上部连接“Y”型过渡仓，所述过渡仓的上部具有两个接口，每个接口各接一个煤锁。

在本发明的优选实施方式中，煤锁对称地设置两个充压/一次泄压管口，充压管线和一次泄压管线分别设在煤锁的上部，充压管线和一次泄压管线使用相同的充压/一次泄压管口。

在本发明的优选实施方式中，煤锁的上锥阀和下锥阀均为液动阀，所述液动阀由两个电磁阀控制，一个控制开，一个控制关，其中，上锥阀和下锥阀的开关由煤锁的料位及煤锁的压力进行控制。

采用本发明的技术方案，可以取得以下的技术效果：

1、二氧化碳为惰性气体，后工序副产的二氧化碳其中只含有极少量的氢气、一氧化碳和甲烷等可燃易爆气体，二氧化碳气体本身不具有可燃易爆的性质，可以确保压缩机系统和煤锁系统安全。

2、后续工段副产的二氧化碳气体相当干净，不含煤尘和焦油等杂质，有利于保证二氧化碳压缩机稳定可靠的工作。

3、二氧化碳为废气利用，泄压二氧化碳经煤锁气洗涤放空，不会造成有效气的损失，也不会增加二氧化碳的排放。

4、本发明采用两个煤锁，交替地通过过渡仓向气化炉加煤。本发明克服了单个煤锁加煤不连续不稳定、设备维护频繁的缺陷，使加煤系统稳定、安全，控制过程简单，有效地提高了气化炉的加煤负荷、进料过程的连续性和气化炉操作的稳定性。

5、煤锁采用来自后续工段脱除和放空的二氧化碳废气加压后作为充压气体，有效地避免了使用可燃易爆煤气或氮气及其充泄压时的消耗，充分利用工艺放空的惰性二氧化碳气体，降低了设备投资、维护费用和减少了占地面积，节省了资源、优化了全厂工艺，使加煤工艺系统更加安全可靠。

6、充压和一次泄压使用同一管口，减少了设备开口、增强了设备强度和稳定性，二次泄压管口的设置有效地解决了靠压力抽出剩余煤锁气困难的问题，促进了气化炉加煤工艺系统的安全性和操作稳定性。

7、每个煤锁设置两个充泄压管口，极大地减少了充泄压时间，充压和一次泄压时间均较短，保证了气化炉加煤工艺系统的连续性和短暂性，有利于提高气化炉负荷，也提高了气化炉运行的安全可靠性和稳定性。

8、二次泄压利用很少的低压氮气做驱动，抽出残存的煤锁气，使煤锁压力降低至接近常压，解决了其它泄压系统耗时长、阀门开启困难的问题，使整个加煤工艺系统能够快速、有效的进行。

通过所提供的描述将更明显看到本发明更多的适用领域。应当理解，本部分的描述和特定例子仅用于说明，并不限制本发明的范围。

附图说明

结合附图，通过本文提供的优选实施例，将能够更好地理解本发明。本文提供的附图只是为了说明目的，而不会限制本发明的范围，其中：

图1是本发明的煤锁及加煤系统的示意图。

图2是本发明的煤锁及加煤系统的另一示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述本发明的实施例。下列描述本质上仅仅是示例性的，并不限制本发明及其应用或使用。

参照图1，示出了本发明的优选实施方式。根据本发明的利用副产二氧化碳废气进行充泄压的熔渣气化炉加煤工艺系统包括煤斗1、煤锁2、过渡仓3和气化炉4。煤锁2包括上锥阀5、煤锁主体10和下锥阀6、充压/一次泄压管口7、二次泄压管口8。其中充压/一次泄压管口7指的是管口7既用于充压又用于一次泄压。

在本发明的优选实施方式中，加煤系统设置有两个煤斗1和两个煤锁2，煤交替由两个煤锁2通过过渡仓3向气化炉4加煤。如图1所示，气化炉4上部连接“Y”型过渡仓3，过渡仓3上部具有两个接口，每个接口各接一个煤锁2。煤锁2的上锥阀5和下锥阀6均为液动阀，每个液动阀由两个电磁阀控制，一个控制开，一个控制关。上锥阀5和下锥阀6的开关由煤锁2料位及煤锁2的压力进行控制。一个煤锁2在从煤斗1加煤的同时，另一个煤锁2通过过渡仓3向气化炉4加煤，从而保证气化炉4连续稳定的进料。

在加煤操作时，煤锁2的上锥阀5打开，下锥阀6关闭；原料煤由煤斗1加入煤锁2，加完煤后上锥阀5关闭；煤锁2由后续净化工段来的二氧化碳经二氧化碳压缩机13加压至气化炉4的压力后，下锥阀6打开，原料煤通过过渡仓3进入到气化炉4。煤锁中煤全部进入气化炉4，加煤结束后，煤锁2的下锥阀6关闭，煤锁2经上部一次泄压管口7进行一次泄压，再经二次泄压管口（抽射口）8二次泄压。煤锁2泄压至常压后上锥阀5打开，从煤斗1向煤锁2重新加煤，然后上锥阀5关闭，煤锁2加压，开始一个新的循环。

优选地，利用副产二氧化碳废气，经压缩机13加压后对煤锁2充压，二氧化碳可取自后续净化工段脱除和副产的二氧化碳气体。

优选地，每个煤锁2对称地设置两个进出管口7，充压管线和一次泄压管线在煤锁2上部，使用同一个管口7。

优选地，煤锁2采用压力高于气化炉压力至少3bar的气体充压，充压时间为120～150秒。

优选地，煤锁2的泄压分一次泄压和二次泄压两个阶段进行，一次泄压时间为180～240秒。

优选地，二次泄压管线上设置抽射器9，用低压氮气驱动，二次泄压时间为120～180秒。

参照图2，后续净化工段如低温甲醇洗工段的脱碳塔脱除和放空的高纯度、少杂质的二氧化碳经压缩机13压缩增压至高于气化炉压力，能顺利快速地对煤锁2进行快速充压。

每个煤锁2设置两个充泄压管口7，以确保能够对煤锁2进行迅速的充压和一次泄压。在收到上锥阀5关闭信号后，开始对相应的煤锁2充压，充压时间一般不超过120～150秒，充压过程由煤锁测压装置进行联锁控制，煤锁2最终压力充至不超过气化炉4压力50kPa。

煤锁2充压后的气体与煤锁2中原料煤中微量气体及可能从气化炉4中串入的少量气体混合后的气体称为煤锁气。煤锁2的泄压分一次泄压和二次泄压两个阶段进行，以减少泄压时间。一次泄压仍经由充泄压管口7进行，当收到下锥阀6关闭信号后，开始对相应的煤锁2进行一次泄压，一次泄压时间一般不超过180～240秒，泄压至150kPa左右。一次泄压后的煤锁气经煤锁气洗涤器11净化、气柜12收集储存，经压缩机13压缩循环利用，或者经煤锁气洗涤器11净化后直接放空（见图2）。

二次泄压由低压氮气驱动，利用抽射器9经管口8抽出剩余煤锁气，以使煤锁2的压力降至接近常压。控制二次泄压时间不超过120～180秒，这样使整个充泄压时间尽量短，减少熔渣气化炉4的加煤时间间隔，有利于提高气化炉4的负荷，并确保加煤系统连续稳定运行，保证气化炉4的连续进料和性能稳定。

由图2可以看出，从净化工段来的二氧化碳经压缩机13加压后经充泄压管口7进入煤锁10，用于给煤锁10充压，一次泄压时从充泄压管口7经泄压管线进入煤锁气洗涤器11后，可直接由阀门控制放空。

二氧化碳可以来自下游净化工段例如低温甲醇洗工段的脱碳塔，其放空的废气二氧化碳纯度高、杂质少，二氧化碳也可以由其他地方来，只要其满足纯度高、杂质少的要求，并对煤锁充泄压无影响即可。

下游净化工段界区的典型的副产二氧化碳废气组分组成如下：(V%，常压)

CO₂    ≥98.8%

CO    ≤0.01%

H₂     ≤0.03%

CH₄    ≤0.4%

无固体颗粒和可凝焦油类杂质。

其中可燃易爆组分的组成远在燃烧爆炸极限范围之外，因此本发明采用副产二氧化碳废气作为工作介质本质上是安全的。

下游净化工段可以采用干法净化方法例如变压吸附技术或湿法净化方法例如低温甲醇洗技术。粗煤气经净化后成为合成气（主要成分为氢气和一氧化碳），被脱除的二氧化碳为废气，在本发明中利用被脱除的二氧化碳作为煤锁充泄压的介质。从下游净化工段来的二氧化碳气体经压缩机13压缩升压，满足对煤锁2的充压条件。系统和设备配置简单可靠。

上面已经参照具体实施例详细描述了本发明，显然，在不脱离所附权利要求中所限定的本发明范围的情况下，可以进行更改和变化。更具体地，尽管本发明的一些方面在本文中被确定为优选的或者有利的，但是本发明不必限制于本发明的这些优选实施例。

Claims (9)

1.一种对煤锁进行充泄压的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将煤锁的上锥阀打开，下锥阀关闭；

将原料煤由煤斗加入煤锁，将原料煤加入之后将上锥阀关闭；

通过二氧化碳压缩机使来自后续净化工段的二氧化碳压缩升压，在上锥阀关闭之后，使用该二氧化碳对煤锁进行充压；

煤锁被加压至气化炉的压力之后，将煤锁的下锥阀打开，原料煤通过过渡仓进入到气化炉；

原料煤进入气化炉之后，将煤锁的下锥阀关闭，煤锁经位于煤锁上部的充压/一次泄压管口进行一次泄压，再经二次泄压管口进行二次泄压，

其中，提供两个煤斗和两个煤锁，原料煤交替地由两个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤，一个煤锁在从相应的煤斗加煤的同时，另一个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：煤锁泄压至常压之后，将煤锁的上锥阀打开，从煤斗向煤锁重新加煤，开始新的循环。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳可取自后续净化工段脱除和副产的二氧化碳气体。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，煤锁采用压力高于气化炉压力至少3bar的气体充压，充压时间为120～150秒。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，煤锁的泄压分一次泄压和二次泄压两个阶段进行，一次泄压时间为180～240秒，二次泄压管线上设置抽射器，用低压氮气驱动，二次泄压时间为120～180秒。

6.一种加煤系统，其特征在于，其包括：

两个煤斗，

两个煤锁，

过渡仓，和

气化炉；

其中，煤锁包括上锥阀、煤锁主体、下锥阀、充压/一次泄压管口、二次泄压管口，其中，使用来自后续净化工段的二氧化碳对煤锁进行充泄压，

其中，原料煤交替地由两个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤，一个煤锁在从相应的煤斗加煤的同时，另一个煤锁通过过渡仓向气化炉加煤。

7.如权利要求6所述的加煤系统，其特征在于，气化炉的上部连接“Y”型过渡仓，所述过渡仓的上部具有两个接口，每个接口各接一个煤锁。

8.如权利要求6所述的加煤系统，其特征在于，煤锁对称地设置两个充压/一次泄压管口，充压管线和一次泄压管线分别设在煤锁的上部，充压管线和一次泄压管线使用相同的充压/一次泄压管口。

9.如权利要求6所述的加煤系统，其特征在于，煤锁的上锥阀和下锥阀均为液动阀，所述液动阀由两个电磁阀控制，一个控制开，一个控制关，其中，上锥阀和下锥阀的开关由煤锁的料位及煤锁的压力进行控制。