CN104190207A - 煤气提纯系统及煤气提纯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤气提纯系统及煤气提纯方法。该煤气提纯系统包括：煤气提纯模块，煤气提纯模块包括煤气压缩机和设置在煤气压缩机下游的煤气提纯装置，煤气提纯装置包括尾气出口和煤气出口；尾气放空模块，尾气放空模块的尾气进气端与煤气提纯装置的尾气出口可通断地连接；以及尾气能量回收模块，尾气能量回收模块的进气端与尾气出口连通，尾气能量回收模块的出气端与尾气进气端连接，尾气能量回收模块用于回收来自尾气出口的尾气的压力能，尾气能量回收模块的能量输出端连接至煤气压缩机上。应用本发明的技术方案，实现了尾气压力能的有效回收，减少了能源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及可燃工艺气体回收利用领域，具体而言，涉及一种煤气提纯系统及煤气提纯方法。
背景技术
高炉煤气是一种含有可燃hi氧化碳的气体，是一种低热值的气体燃料，可用于冶金企业的自用燃气，如加热热轧钢锭、预热钢水包等；也可以供给民用，如果加入焦炉煤气，就叫做“混合煤气”。变压吸附提纯高炉煤气生产过程中产生的提纯尾气(主要成分是氮气、二氧化碳等，不含粉尘，含水分低，压力为0.22Mpa，温度为70～80摄氏度)，提纯尾气一般直接通过减压阀降压放空，而白白浪费掉尾气的压力能。煤气提纯生产成品煤气的同时会产生尾气，而现在高炉煤气尾气是通过减压阀减压后，高炉煤气尾气通过减压阀排放，使得高炉煤气尾气中所含的压力能没有得到有效的利用。
发明内容
本发明旨在提供一种煤气提纯系统及煤气提纯方法，使直接降压放空的尾气的压力能得到回收利用。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤气提纯系统，包括：煤气提纯模块，煤气提纯模块包括煤气压缩机和设置在煤气压缩机下游的煤气提纯装置，煤气提纯装置包括尾气出口和煤气出口；尾气放空模块，尾气放空模块的尾气进气端与煤气提纯装置的尾气出口可通断地连接；以及尾气能量回收模块，尾气能量回收模块的进气端与尾气出口连通，尾气能量回收模块的出气端与尾气进气端连接，尾气能量回收模块用于回收来自尾气出口的尾气的压力能，尾气能量回收模块的能量输出端连接至煤气压缩机上。
进一步地，尾气放空模块的尾气进气端通过第一阀门与煤气提纯装置的尾气出口可通断地连接。
进一步地，尾气放空模块包括顺序连接的尾气缓冲罐、保护阀门组和排气筒，其中，保护阀门组包括调压阀组和安全阀，调压阀组的第一端与安全阀的第一端分别连通至尾气缓冲罐上，调压阀组的第二端与安全阀的第二端共同连通在排气筒上。
进一步地，尾气能量回收模块包括尾气压力能变换装置、第二阀门和第三阀门，第二阀门设置于尾气能量回收模块的进气端与尾气压力能变换装置之间，第三阀门设置在尾气压力能变换装置与尾气能量回收模块的出气端之间，尾气压力能变换装置的能量输出端连接至煤气压缩机上。
进一步地，尾气压力能变换装置为透平膨胀机。
进一步地，第二阀门与尾气压力能变换装置之间安装有第一压力变送器，第三阀门与尾气压力能变换装置之间安装有第二压力变送器。
进一步地，尾气能量回收模块还包括设置于尾气能量回收模块的进气端和出气端之间的流量计。
进一步地，尾气压力能变换装置的能量输出端通过电磁耦连接至驱动电机，驱动电机的动力输出轴连接至煤气压缩机上。
根据本发明的另一方面，提供了一种煤气提纯方法，将待提纯煤气压缩成压缩气体，并将压缩气体提纯后分别输出提纯煤气和尾气；回收尾气的压力能并转化为机械能，并将机械能用于对待提纯煤气的压缩。
进一步地，在煤气提纯系统正常开机工作前，未经压力能回收的尾气直接通过尾气放空模块放空；在煤气提纯系统正常工作后，将回收压力能后的尾气通过尾气放空模块放空。
应用本发明的技术方案，高炉煤气通过煤气压缩机压缩，使得高炉煤气的压力升高，使高炉煤气在压缩之后提纯的速率被加快，煤气提纯模块的煤气提纯装置对高炉煤气进行提纯，生产出成品煤气和尾气，而尾气中含有压力能，尾气排放到尾气放空模块中，并在放空排放到大气之前流经尾气能量回收模块，尾气的压力能在尾气能量回收模块中被变换成驱动煤气提纯模块的煤气压缩机的机械能，实现了尾气压力能的有效回收，减少了能源的浪费。
特别地，本发明所提供的煤气提纯系统同样地使用与其他的有压力能的煤气提纯的加工工艺中，从而实现未被利用的压力能重新被回收利用，减少能源的浪费，实现节约能源的经济效益。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的提纯高炉煤气的煤气提纯系统的第一实施例的系统结构示意简图；以及
图2示出了本发明的提纯高炉煤气的煤气提纯系统的第二实施例的系统结构示意简图。
附图标记说明：
10、煤气提纯模块；11、煤气压缩机；12、煤气提纯装置；121、尾气出口；122、煤气出口；13、煤气预处理装置；14、真空泵；15、煤气加压器；20、尾气放空模块；21、第一阀门；22、尾气缓冲罐；23、保护阀门组；231、调压阀组；232、安全阀；24、排气筒；30、尾气能量回收模块；31、第二阀门；32、第三阀门；33、尾气压力能变换装置；34、第一压力变送器；35、流量计；36、第二压力变送器；40、驱动电机；50、增速器；60、电磁耦。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，根据本发明的第一实施例，该煤气提纯系统包括：煤气提纯模块10、尾气放空模块20以及尾气能量回收模块30。其中，煤气提纯模块10包括煤气压缩机11和设置在煤气压缩机11下游的煤气提纯装置12，煤气提纯装置12包括尾气出口121和煤气出口122。尾气放空模块20的尾气进气端与煤气提纯装置12的尾气出口121可通断地连接；尾气能量回收模块30的进气端与尾气出口121连通，尾气能量回收模块30的出气端与尾气进气端连接，尾气能量回收模块30用于回收来自尾气出口121的尾气的压力能，尾气能量回收模块30的能量输出端连接至煤气压缩机11上。
煤气通过煤气压缩机11压缩，使得煤气的压力升高，使煤气在压缩之后被提纯的速率加快，高炉煤气提纯模块10的煤气提纯装置12对煤气进行提纯，生产出成品煤气和尾气，而尾气中含有压力能，尾气排放到尾气放空模块20中，并在放空排放到大气之前流经尾气能量回收模块30，尾气的压力能在尾气能量回收模块30中被回收并变换成驱动高炉煤气提纯模块10的煤气压缩机11的机械能，实现了尾气压力能的有效回收，减少了能源的浪费。
高炉煤气从煤气压缩机11的进气口A进入煤气压缩机11中被压缩，然后由煤气压缩机11向煤气预处理装置13传输，并且被压缩的高炉煤气在煤气预处理装置13中进行煤气提纯之前的准备工作(例脱硫工艺预处理、脱氧工艺预处理、加热升温工艺预处理等等)，然后煤气预处理装置13将预处理完成的高炉煤气输送到-煤气提纯装置12中进行煤气提纯，继而生产出成品煤气，并产生了尾气。生产的成品煤气从煤煤气出口122继续向系统的下游输送，产生的尾气从尾气出口121继续向下游输送。
生产的成品煤气由煤气出口122向下游的真空泵14输送，有真空泵14处理成品煤气，使得煤气符合向用户输送的条件，经过真空泵14处理的成品煤气，还要经过煤气加压器15进一步的加压之后，才能最终从管路C向用户输送。
优选地，尾气放空模块20的尾气进气端通过第一阀门21与煤气提纯装置12的尾气出口121可通断地连接。尾气放空模块20包括顺序连接的尾气缓冲罐22、保护阀门组23和排气筒24，其中，保护阀门组23包括调压阀组231和安全阀232，调压阀组231的第一端(即调压阀组231与尾气缓冲罐22的第一出气口连接的调压阀进气口端)和安全阀232的第一端(即安全阀232与尾气缓冲罐22的第二出气口连接的安全阀进气口)分别连通在尾气缓冲罐22上，调压阀组231的第二端(即调压阀组231的出气端)与安全阀232的第二端(即安全阀232的出气端)共同连接在排气筒24上，尾气从排气筒24的出气口B排放至大气中。利用第一阀门21对尾气放空模块20进行有效地保护，当尾气放空模块20中的尾气缓冲罐22或者保护阀门组23的其中之一损坏而导致尾气放空模块20无法正常地放空尾气，这时候就能够通过关闭第一阀门21，使得尾气无法从尾气放空模块20中流通，系统采用其他备用的放空形式(未图示)。尾气缓冲罐22则能够有效地对输送过来的尾气的速率等进行有效的缓冲，使得尾气排放顺利。尾气主要经由调压阀组231所在的管线向大气中排放，而为了进一步保证尾气排放的安全，在尾气放空模块20上增设了安全阀232，优选地，安全阀232为安全溢流阀，当流经尾气缓冲罐22的尾气的压强或流量过大的时候，经由调压阀组231所在管路无法正常排放尾气，安全溢流阀就会对尾气进行溢流减压或减少从调压阀组231所在管路流过的尾气的流量，保证尾气的正常排放。
优选地，为了最大可能地保证尾气由调压阀组231所在的管路上通流，因此该管路有主流通管路和辅助流通管路组成，其中，主流通管路中依次包括的调压阀分别为截止阀一、流量调节阀和截止阀二；而辅助流通管路中设置有控制阀门，并且辅助流通管路的进气端与截止阀一的入气口所在的管段连通，辅助流通管路的出气口与截止阀二的出气口所在的管段连通。由于在正常的尾气排放过程中，主流统管路中的流量调节阀需要经常调节管路中的流量，因此该流量调节阀较容易损坏。当流量调节阀正常工作的时候，截止阀一、流量调节阀和截止阀二同时开启，而辅助流通管路中的控制阀门处于关闭状态；当该流量调节阀发生故障或者损坏而无法正常工作，此时截止阀一和截止阀二同时关闭，而控制阀门开启，这时候尾气从辅助流通管道中进行流通，并最后经排气筒24放空。
具体地，尾气能量回收模块30包括尾气压力能变换装置33、第二阀门31和第三阀门32，第二阀门31设置于尾气能量回收模块30的进气端与尾气压力能变换装置33之间，第三阀门32设置在尾气压力能变换装置33与尾气能量回收模块30的出气端之间，尾气压力能变换装置33的能量输出端连接至煤气压缩机11上。
当启动系统工作的初期，尾气能量回收模块30中的第二阀门31和第三阀门32是关闭的，而第一阀门21开启，为由第一阀门21流向尾气放空模块20进行发空。而当系统开机一段时间之后，系统处于正常的工作状态的时候，也就是说系统中的尾气的压力能保持在一个相对稳定的范围，这时候将第一阀门21关闭，而同时打开第二阀门31和第三阀门32，使得具有稳定压力能的尾气通过尾气能量回收模块30，并由尾气压力能变换装置33将尾气中的压力能转换成为机械能，并加以利用转换后的机械能。
优选地，尾气压力能变换装置33为透平膨胀机。在本发明中，透平膨胀机的膨胀量为50000Nm3/h，透平膨胀机的进气口压力为0.22Mpa，出气口压力为0.03Mpa，而透平膨胀机的润滑系统是透平膨胀机的一个辅助系统，因膨胀机运行时期转子会调整旋转，转子是由华东轴承支撑，润滑系统提供润滑油给轴承，防止因其转动产生热量使轴承磨损。润滑系统与煤气压缩机11不连接，润滑系统通过管道与轴承上的油腔相连。在煤气提纯系统中，安装一根直径为500mm的钢管到透平膨胀机的进气口端。
优选地，第二阀门31与尾气压力能变换装置33之间安装有第一压力变送器34，第三阀门32与尾气压力能变换装置33之间安装有第二压力变送器36。尾气能量回收模块30还包括设置在尾气能量回收模块30的进气端和出气端之间的流量计35。由于压力和温度的监测数据是判断透平膨胀机是否正常运行的依据，为了清楚明了地了解尾气能量回收模块30的进气端的气体压力，因此安装了第一压力变送器34，利用第一压力变送器34来测定尾气能量回收模块30的进气端的压力变化(透平膨胀机进气口处的压力范围为0.20～0.24Mpa，在正常的情况下，系统不会超过0.24Mpa，因此进气口端的压力控制在0.22Mpa比较合适)，使得操作人员能及时了解尾气能量回收模块30的工作情况，从而使操作人员能够根据尾气能量回收模块30的实际工作情况来实际调节第二阀门31的开口开度，及时正确地调节进入到尾气能量回收模块30的尾气流量，而尾气流量的变化则可以从流量计35上清楚地显示。尾气在尾气能量回收模块30中被回收完压力能之后，尾气的温度和压力均有所变化，为了使得操作人员也能及时地了解尾气能量回收模块30的出气端的压力变化，因而在尾气能量回收模块30的出气端设置了第二压力变送器36，实时地检测尾气能量回收模块30的出气端的压力情况，操作人员根据第二压力变送器36测量得到的压力数据，根据需要调节第三阀门32的开口开度，及时调节尾气能量回收模块30的出气端的尾气流量，从而正确地调节该出气端的尾气压力(按能量利用最大化原理来讲，透平膨胀机后压力越低，其做功越大，但在实际工作中，出口压力也是一个变化的范围区间0.002～0.040Mpa，是因为气候还有一段管道，若要气体流出，气体必须要克服一定的阻力，若透平膨胀机后压力不保持一定正压，后面气体就会回流，使透平膨胀机产生振动，从而导致透平膨胀机运行不稳)。
如图2所示，根据本发明的第二实施例，在第一实施例的煤气提纯系统的结构组成的基础上，尾气压力能变换装置33的能量输出端通过电磁耦60连接至驱动电机40，驱动电机40的动力输出轴连接至煤气压缩机11上。电磁耦60是采用磁力传动的方式——非接触式磁力耦合传动，磁力驱动装置是利用永磁材料或电磁铁产生磁力，可以实现力和转矩无接触传递，实现无机械连接驱动。因此，利用电磁耦60将透平膨胀机产生的机械能先转化为电磁力，在利用电磁耦60转化的电磁力来驱动煤气压缩机11，使得透平膨胀机和煤气压缩机11之间不存在刚性连接问题，在透平膨胀机发生故障或者产生振动的时候，不会对煤气压缩机11产生运行上振动的影响，间接有效地保护了煤气压缩机11的运行安全(在不考虑透平膨胀机与煤气压缩机11之间的振动的相互影响，透平膨胀机的能量输出端可以直接与煤气压缩机11的驱动轴连接，从而直接驱动煤气压缩机11转动工作)。电磁耦60将煤气压缩机11的电机转子和透平膨胀机之间安装了非接触式磁力耦合传动机构，就是在电机转子一端和透平膨胀机转子的一端安装电磁铁，透平膨胀机转动产生的机械能通过磁力耦合传动机构将透平膨胀机产生的机械能传递给煤气压缩机11的电动机，降低了电动机的负荷。
为了进一步提高驱动电机40驱动煤气压缩机11的工作转速，在驱动电机40的驱动输出轴端增设了增速器50。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种煤气提纯方法，将待提纯气体压缩成压缩气体，使得高炉煤气(即待提纯气体)具有一定的压力，并将压缩气体提纯后分别输出提纯煤气(即成品煤气)和尾气；回收尾气的压力能转化为机械能，并将机械能用于对待提纯煤气的压缩，利用本发明的煤气体系统，将尾气经由该系统的尾气能量回收模块30将尾气的压力能回收，并将回收到的压力能转化为机械能来驱动煤气压缩机11来对高炉煤气进行压缩，充分利用能源，避免能源的浪费。
进一步地，在利用分发明提供的煤气提纯系统中，尾气能量回收模块30的进气端设置有第二阀门31，尾气能量回收模块30的进气端与第一阀门21的进气口连通，尾气能量回收模块30的出气端设置有第三阀门32，尾气能量回收模块30的出气端与第一阀门21的出气端连通；因而该煤气提纯方法中，在煤气提纯系统正常开机工作前，开启设置在输出尾气的管路上的第一阀门21，并关闭第二阀门31和第三阀门32，尾气流经与第一阀门21的出气口连通的尾气放空模块20将尾气放空，即未经压力能回收的尾气直接通过尾气放空模块20放空；在煤气提纯系统正常工作后，关闭第一阀门21，并开启第二阀门31和第三阀门32，尾气流经尾气能量回收模块30以回收尾气的压力能，尾气放空模块20将尾气放空，即在系统正常工作后将回收了压力能后的尾气通过尾气放空模块20放空。在判断煤气提纯系统是否正常工作的依据是系统中检测到的气体流量和压力的数据，因此，在开机前，应该首先确认系统中各零部件的工作性能是否正常，然后在开机工作。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的技术方案将尾气的压力能转化为机械能，用于煤气提纯系统的煤气压缩机的供能降低煤气压缩机的轴功率，从而降低煤气压缩机的用电量；也可以再将机械能转化为电能，共工厂使用；减少了发电过程，降低了能量转换的损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤气提纯系统，其特征在于，包括：
煤气提纯模块(10)，所述煤气提纯模块(10)包括煤气压缩机(11)和设置在所述煤气压缩机(11)下游的煤气提纯装置(12)，所述煤气提纯装置(12)包括尾气出口(121)和煤气出口(122)；
尾气放空模块(20)，所述尾气放空模块(20)的尾气进气端与所述煤气提纯装置(12)的尾气出口(121)可通断地连接；以及
尾气能量回收模块(30)，所述尾气能量回收模块(30)的进气端与所述尾气出口(121)连通，所述尾气能量回收模块(30)的出气端与所述尾气进气端连接，所述尾气能量回收模块(30)用于回收来自所述尾气出口(121)的尾气的压力能，所述尾气能量回收模块(30)的能量输出端连接至所述煤气压缩机(11)上。
2.根据权利要求1所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气放空模块(20)的尾气进气端通过第一阀门(21)与所述煤气提纯装置(12)的尾气出口(121)可通断地连接。
3.根据权利要求1所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气放空模块(20)包括顺序连接的尾气缓冲罐(22)、保护阀门组(23)和排气筒(24)，其中，所述保护阀门组(23)包括调压阀组(231)和安全阀(232)，所述调压阀组(231)的第一端与所述安全阀(232)的第一端分别连通至所述尾气缓冲罐(22)上，所述调压阀组(231)的第二端与所述安全阀(232)的第二端共同连通在所述排气筒(24)上。
4.根据权利要求1所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气能量回收模块(30)包括尾气压力能变换装置(33)、第二阀门(31)和第三阀门(32)，所述第二阀门(31)设置于所述尾气能量回收模块(30)的进气端与所述尾气压力能变换装置(33)之间，所述第三阀门(32)设置在所述尾气压力能变换装置(33)与所述尾气能量回收模块(30)的出气端之间，所述尾气压力能变换装置(33)的能量输出端连接至所述煤气压缩机(11)上。
5.根据权利要求4所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气压力能变换装置(33)为透平膨胀机。
6.根据权利要求4所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述第二阀门(31)与所述尾气压力能变换装置(33)之间安装有第一压力变送器(34)，所述第三阀门(32)与所述尾气压力能变换装置(33)之间安装有第二压力变送器(36)。
7.根据权利要求6所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气能量回收模块(30)还包括设置于所述尾气能量回收模块(30)的进气端和出气端之间的流量计(35)。
8.根据权利要求4所述的煤气提纯系统，其特征在于，所述尾气压力能变换装置(33)的能量输出端通过电磁耦(60)连接至驱动电机(40)，所述驱动电机(40)的动力输出轴连接至所述煤气压缩机(11)上。
9.一种煤气提纯方法，其特征在于，
将待提纯煤气压缩成压缩气体，并将所述压缩气体提纯后分别输出提纯煤气和尾气；
回收所述尾气的压力能并转化为机械能，并将所述机械能用于对所述待提纯煤气的压缩。
10.根据权利要求9所述的煤气提纯方法，其特征在于，
在煤气提纯系统正常开机工作前，未经压力能回收的尾气直接通过尾气放空模块(20)放空；
在煤气提纯系统正常工作后，将回收所述压力能后的尾气通过所述尾气放空模块(20)放空。
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