CN104194839A - 粉煤加压输送至加压气化炉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将粉煤加压输送至加压气化炉的方法。包括如下步骤：(1)利用CO₂将煤仓中的粉煤输送至锁斗中；(2)利用均压罐对锁斗进行充压至2.3～2.7MPa；然后将均压罐与高压缓冲罐相连通，继续对锁斗进行充压至4.75～4.85MPa；(3)将锁斗与粉煤进料罐相连通，以向粉煤进料罐中进料；进料完成后，关闭锁斗与粉煤进料罐之间的连通；(4)将锁斗与均压罐进行连通均压至3.4～3.9MPa；(5)均压完成后，将锁斗中的CO₂泄放到低压缓冲罐中，至其压力为0.8～1.0MPa，然后将剩余CO₂放空；(6)通过合成气将粉煤进料罐中的粉煤经加料器连续输送至加压气化炉的烧嘴中，至此即实现对粉煤加压输送。本发明方法采用顺序控制使得间隙操作的4个粉煤锁斗接近连续操作，使得粉煤可以向气化炉连续稳定地供料，同时可有效地节省CO₂压缩功。

Description

粉煤加压输送至加压气化炉的方法

技术领域

本发明涉及一种粉煤加压输送至加压气化炉的方法，属于煤化工技术领域。

背景技术

煤气化的过程是将难以加工处理的固体原料煤转化为易于净化、易于应用的合成气(CO+H₂)或燃料气的过程。煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术，是发展煤基合成液体燃料、甲醇、二甲醚、低碳烯烃、先进的整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统、煤基多联产系统、制氢、燃料电池等工业过程的龙头技术。目前已工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床、流化床和气流床气化技术。气流床气化炉具有高温、高压、混合较好的特点，可以在单位时间、单位体积内发挥出高的生产能力，能较好地满足大型化工装置单系列、大型化的发展趋势，并且气流床气化炉对煤种适应性强，几乎可以适用于所有煤种，与固定床和流化床气化炉相比，其碳转化率高，合成气中有效气体含量高、甲烷含量较低且不含焦油等产物。目前应用于工业生产的煤处理量在1000吨/天以上的煤气化装置大多采用气流床气化炉，因此气流床煤气化技术代表着大规模高效煤气化技术的主要发展方向。气流床气化炉主要有Shell、GSP、Texaco、K-T、Prenflo、E-gas、Eagle、多喷嘴气化炉等，其中Shell、GSP、Prenflo等气化炉采用干煤粉进料方式。气流床气化工艺中，需要将煤磨成小于1mm的粉煤，粉煤与气化剂一起喷入气化炉，煤原料的形态与输送方式对煤气化炉的稳定、安全、长周期运行、合成气组成、气化炉能效等均有重要影响，因此将粉煤稳定、可控、高效地输送到气化炉中是粉煤加压气化工艺的关键技术之一。气力输送煤粉是加压条件下实现粉煤输送的较好的方法之一，高压气化要求煤粉在比气化更高的压力下输送，使用尽可能少的惰性气体(CO₂、N₂等)输送尽可能多的煤粉，一般粉煤浓度高达300-600kg/m³，是典型的密相气力输送过程。用粉煤气化生产合成气时，用N₂作为粉煤的输送气，则使得N₂进入系统，便成了无用的惰性气体，N₂会增加各项消耗指标，增加装置投资，增加成本。

付长亮、张爱民在《现代煤化工生产技术》一书中(化学工业出版社，北京，2009年版，P128-130)介绍了一个用于GSP气化炉的加压粉煤输送工艺，首先将研磨与干燥的粉煤由低压N₂或CO₂送到煤的加压和投料系统，该系统包括料仓、锁斗和密相流化床加料斗。1个煤料仓连接并将煤加料到2个锁斗，锁斗完成加料后，即用加压气N₂或CO₂加压至与加料斗相同的压力，然后粉煤依靠重力交替将粉煤送至加料斗，然后再用加压的输送气N₂或CO₂从加料斗中将干粉煤送到气化炉的组合喷嘴中，粉煤流量通过入炉煤粉管线上的流量计测量。通过2个锁斗交替使用来实现气化炉的连续粉煤进料，锁斗带有泄压阀，通过泄压和加压循环来实现锁斗的加料和给料。该工艺方法的缺点是输送气N₂或CO₂不能合理地循环使用，增加料输送气的消耗和压缩功耗，将输送气N₂或CO₂与粉煤一起输送到气化炉内，增加了合成气中的N₂或CO₂含量，降低了合成气的有效气体组成。

中国专利ZL02111205.3公开了一种粉煤加压气化过程中的粉煤进料方法，先用压力为0.2-0.8MPa、温度为200-300℃的低压惰性气体烟气或N₂将粉煤送入中间罐，然后用压力为2.0-8.0MPa、温度为100-300℃的惰性气体N₂或CO₂对中间料罐充压，使中间料罐中的压力与其相连的高压粉煤仓相同，打开中间料罐底部的控制阀，和连接在中间料罐与高压粉煤仓之间的平衡管上的平衡管控制阀，粉煤进入高压粉煤仓，然后经旋转给料阀进入混合器，再由压力为2.0-8.0MP_a、温度为20-500℃、流速为20-200米/秒的载气如过热水蒸气、CO₂、煤气、N₂或它们的混合气携带进入气化炉，该发明的加料方法的优点是粉煤的输送过程是依靠旋转给料阀与载气的组合协同完成的，加料量稳定可靠，设备结构简单，容易制作，投资低，但未考虑惰性气体的循环利用，压缩能耗高，且只有一个高压粉煤仓和混合器，不能保证连续进料。

中国专利CN1702149A(成都市通用工程技术开发公司)介绍了一种粉煤气化工艺中的粉煤气流输送方法，采用CO₂或烟道气对粉煤储仓进行充压安全密封，然后用CO₂对粉煤锁斗和粉煤给料仓充压，将粉煤送到气化炉。粉煤贮仓充压使用的CO₂或烟道气的温度为5-50℃，压力为微正压到1.0MPa，粉煤锁斗和给料仓充压的CO₂气体温度为常温到100℃之间，压力为0.1-6.9MPa。设置2个或2个以上的粉煤锁斗，交替给粉煤给料仓进料，交替充压，交替泄压，同时也设置了2个或2个以上的粉煤给料仓交替充压，交替给料，交替泄压。该专利方法用CO₂替代N₂作为粉煤输送的动力载体，不影响制备的合成气的质量，除随煤带入的元素氮外，不会增加N₂含量，气体有效成分高。使用CO₂取代N₂作为安全密封气，会随煤粉将部分CO₂带入气化炉，会参与气化炉内的非催化反应，获得相应的产品合成气，实现了资源合理使用。

中国专利CN1318550C(煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院)介绍了一种干粉煤加压气化方法，其粉煤输送工艺为：先将干粉煤用旋风分离器送入煤粉贮仓，然后用煤粉泵经另一旋风分离器送入加煤常压仓，在常压仓底部设置了两段加煤通道，两计量仓向向常压状态的两变压罐加煤粉，装满后关闭阀门并升压至与下方两输送罐压力相同后，停止升压并将粉煤进入两输送罐，两输送罐输出的干煤粉用载气N₂或CO₂以密相送入气化炉的喷嘴。

中国专利CN101679886A(西门子公司)提出了一种采用N₂/CO₂混合气作为惰性气体介质或输送气的粉煤加压输送方法，在另一个中国专利中CN101679887A中(西门子公司)提出了采用纯CO₂作为惰性气体介质或输送气的粉煤加压输送方法，目的是降低在产物气体中的由粉煤进料系统引起的N₂含量的增加。实施2个专利包括常压的粉煤存贮器、加载有高操作压力的计量添加容器和若干粉煤进料阀，N₂/CO₂混合气或CO₂气体要加热到超过在过程高压下的双相区域边界值的温度。使用混合气的目的是为了减少粉煤进料系统中使用CO₂作为惰性介质或输送介质而由液态CO₂的影响而引起的风险或者为了降低在使用纯CO₂时所需的加热费用。

中国专利CN10251708A(河南龙宇煤化工有限公司)提出了壳牌粉煤气化制甲醇过程中，回收使用低温甲醇洗工段释放出的CO₂，逐步减少压缩机中的N₂含量，逐步使粉煤输送过程中的输送气和反吹气N₂被CO₂锁替代的工艺，不涉及具体的粉煤输送过程和方法。

对于目前我国煤炭间接液化合成油和煤基合成甲醇已经应用和正在实施的工业项目来讲，在气流床煤气化过程时，粉煤的加压输送一般使用CO₂气体输送，其好处在于可以将后续气体净化低温甲醇洗工段分离出的常压CO₂使用起来，使常压CO₂压缩到高压，用于给粉煤加压及输送粉煤到气化炉，这样生产的粗合成气中惰性气体N₂含量低，粗合成气中的CO₂经过低温甲醇洗后可以有效脱除，净化后的合成气有效成分较高，有利于费托合成和甲醇合成反应的进行。对于传统的粉煤加压输送工艺来说，消耗的CO₂量约240Nm³/吨粉煤，消耗的CO₂压缩功约45.5KW/吨粉煤，单位粉煤输送需要的CO₂气量过高，降低了输送效率，增加了后续脱碳工段负荷，同时CO₂压缩功消耗指标过高，使得CO₂压缩机的投资非常大，造成企业的生产成本明显增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种将粉煤加压输送至加压气化炉的方法，解决了气流床煤气化过程中惰性气体CO₂输送粉煤工艺中的输送气CO₂消耗量过高和消耗的CO₂压缩功过高的问题。

本发明所提供的将粉煤加压输送至加压气化炉的方法，包括如下步骤：

(1)利用CO₂将煤仓中的粉煤输送至锁斗中；

(2)利用均压罐对所述锁斗进行充压至2.3～2.7MPa；然后将所述均压罐与高压缓冲罐相连通，继续对所述锁斗进行充压至4.75～4.85MPa；

(3)将所述锁斗与所述粉煤进料罐相连通，以向所述粉煤进料罐中进料；进料完成后，关闭所述锁斗与所述粉煤进料罐之间的连通；

(4)将所述锁斗与所述均压罐进行连通均压至3.4～3.9MPa；

(5)均压完成后，将所述锁斗中的CO₂泄放到低压缓冲罐中，至其压力为0.8～1.0MPa，然后将剩余CO₂放空，锁斗压力为常压等待进料；

(6)通过合成气将所述粉煤进料罐中的粉煤经加料器连续输送至加压气化炉的烧嘴中，至此，即实现对粉煤加压输送。

本发明的方法中，设置4个所述锁斗，以交替使用。

本发明的方法中，步骤(5)之后，开启所述锁斗的放空阀，将所述锁斗内的压力泄压至常压，即完成一个所述锁斗的循环，每个循环可为2小时。

本发明的方法中，设置2个所述均压罐，每个所述均压罐对2个所述锁斗进行充压。

本发明的方法中，设置2个所述粉煤进料罐，每个所述粉煤进料罐与2个所述锁斗相连通。

本发明的方法中，从低温甲醇洗来的CO₂压力为2bara(由于该方案CO₂用量少，低温甲醇洗2.7bara的CO₂闪蒸气量可以满足要求)，通过压缩机升压到8bara送到低压CO₂缓冲罐中，该缓冲罐的压力为6-8bara(由于有间隙中压CO₂送到此罐，该罐压力有一定的波动范围)，低压缓冲罐的CO₂部分用于常压粉煤输送，其余增压到50bara送到中压CO₂缓冲罐，该压力的CO₂主要用于锁斗、粉煤进料罐的稳压及底部松动流化气，同时部分气体通过压缩机增压到80bara送到CO₂高压缓冲罐，高压缓冲罐的CO₂用于锁斗的增压。

本发明粉煤加压输送至加压气化炉的方法，具有以下优点：

(1)本发明通过逐级增压和逐级泄压的方式，不将加压利用后的CO₂直接放空，而是依据CO₂气体的压力逐级降压回收循环利用，只在锁斗中CO₂释放到低压罐变成1.0MPa时，进一步释放到常压放空时，仅有少部分CO₂不循环使用。这使得CO₂获得有效的回收与循环利用，有效地降低了CO₂的压缩功和消耗指标。

(2)本发明方法在锁斗间设置了均压罐，有利于4个锁斗间的压力平衡和切换交替使用，回收利用锁斗的余压，可有效减少CO₂压缩功，增加了CO₂回收利用率，并且有利于加压粉煤的连续性输送。

(3)本发明方法将从粉煤进料罐送到煤气化烧嘴的输送气由CO₂改为合成气，因为合成气的压力约为3.6MPa，这样可以节省压缩功，同时尽可能地避免了CO₂进入煤气化炉，有利于提高生产出的合成气的有效气成分，减少后续低温甲醇洗的负荷。

(4)本发明方法中增设有CO₂低压缓冲罐来回收CO₂，使CO₂可以得到更充分的循环使用，可显著节省了CO₂的压缩功。

(5)本发明方法中采用顺序控制使得间隙操作的4个粉煤锁斗接近连续操作，使得粉煤可以向气化炉连续稳定地供料，同时可有效地节省CO₂压缩功。

附图说明

图1为本发明将粉煤加压输送至加压气化炉的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。对于一个日投煤量4000吨的加压粉煤气化炉，来详细论述本发明的粉煤加压输送工艺方法。

在本发明中，来自于低温甲醇洗工段的CO₂压力为0.2MPa，通过压缩机先升压到0.6-0.8MPa进入低压缓冲罐，低压缓冲罐中的CO₂一部分用于常压粉煤输送，剩余部分通过压缩机增压到5.0MPa进入CO₂中压缓冲罐，中压CO₂一部分用于锁斗、粉煤进料罐的稳压及底部松动流化气，剩余部分通过压缩机增压到8.0MPa，进入CO₂高压缓冲罐，高压缓冲罐用于锁斗的增压。常压CO₂气体逐级压缩至低压缓冲罐、中压缓冲罐和高压缓冲罐，只用这一个系统来满足4个锁斗A1、A2、B1、B2和2个煤进料罐A、B的需求，而每2个锁斗放料共同进入1个煤进料罐，即锁斗A1和A2放料进入一个煤进料罐A，锁斗B1和B2放料进入另一个煤进料罐B。

本发明首先使用合成气净化工段低温甲醇洗释放出的0.2MPa的低压CO₂将常压粉煤输送到锁斗A1中，锁斗共设置了4个即A1、A2、B1和B2，按时序交替使用。

本发明第二步是利用均压罐A中的CO₂，对锁斗A1进行充压，可充压到2.5MPa，均压罐设置有2个即均压罐A和均压罐B，每一个均压罐负责对2个锁斗充压，即均压罐A负责对锁斗A1和锁斗A2充压；均压罐B负责对锁斗B1和锁斗B2充压。

本发明第三步是当均压过程完成后，将锁斗A1切换到高压缓冲罐，用来自于高压缓冲罐的CO₂对锁斗A1充压，锁斗A1中的压力由2.5MPa增压到4.8MPa，其中高压缓冲罐的压力为8.0MPa。

本发明第四步是将增至4.8MPa的锁斗A1和粉煤进料罐A联通，开启锁斗A1的放料阀，将高压粉煤放料到粉煤进料罐A后，关闭放料阀和联通阀，此时锁斗A1压力为4.8MPa。

本发明第五步是将锁斗A1和均压罐A均压，均压后两罐压力均为3.65MPa。

本发明第六步是关闭均压阀，连通锁斗A1和低压缓冲罐，将锁斗A1中的CO₂泄放到低压罐中，锁斗A1泄压至1.0MPa后，关闭低压泄放阀。

本发明第七步是使用增压后的合成气将煤进料罐A和B中的粉煤经加料器连续输送到气化炉的烧嘴中，粉煤加料器中采用一定量的合成气输送粉煤，而不用CO₂，这可以提高煤气化炉生产的合成气中有效气的组成，并可减少后续低温甲醇洗CO₂的负荷。

本发明第八步开启锁斗A1放空阀，将锁斗A1泄压到常压，等待下一循环的粉煤进料，完成锁斗A1的一个小的循环。

本发明其他3个锁斗A2、B1、B2操作方式与锁斗A1一样，只是间隔开顺序跟随在锁斗A1后操作，4个锁斗操作共计2小时完成一个大的循环，2小时输煤量为4个锁斗A1、A2、B1和B2的容量的总和，粉煤进料罐的压力一直维持在4.8MPa，输煤速率为168吨/小时，日输煤量约为4000吨。本发明中来自于低温甲醇洗工段的CO₂压力为0.2MPa，通过压缩机先升压到0.6-0.8MPa进入低压缓冲罐，低压缓冲罐中的CO₂一部分用于常压粉煤输送，剩余部分通过压缩机增压到5.0MPa进入CO₂中压缓冲罐，中压CO₂一部分用于锁斗、粉煤进料罐的稳压及底部松动流化气，剩余部分通过压缩机增压到8.0MPa，进入CO₂高压缓冲罐，高压缓冲罐用于锁斗的增压。常压CO₂气体逐级压缩至低压缓冲罐、中压缓冲罐和高压缓冲罐，只用这一个系统来满足4个锁斗A1、A2、B1、B2和2个煤进料罐A、B的需求，而每2个锁斗放料共同进入1个煤进料罐，即锁斗A1和A2放料进入一个煤进料罐A，锁斗B1和B2放料进入另一个煤进料罐B。

本发明在锁斗与放空阀间设有除尘过滤器，防止锁斗中CO₂放空时将煤粉细颗粒带到环境中，造成污染。在粉煤进料罐到低压缓冲罐间设置有除尘过滤器，防止高压粉煤进料罐向低压缓冲罐泄压时煤粉细颗粒进入压缩机，造成压缩机运行故障。

按照本发明的工艺方法，2个小时完成4个锁斗和2个粉煤进料罐的加压粉煤输送操作的1个大循环，具体加压粉煤输送操作时序见表1。

依据本发明提出的粉煤加压输送工艺消耗的CO₂量约120Nm³/吨粉煤，消耗的CO₂压缩功约22.8KW/吨粉煤，而对传统的粉煤加压输送工艺来说，消耗的CO₂量约240Nm³/吨粉煤，消耗的CO₂压缩功约45.5KW/吨粉煤，表2和表3给出了本发明加压粉煤输送过程中CO₂消耗指标与传统加压粉煤输送工艺的CO₂消耗指标的对比数据。本发明的粉煤加压输送工艺大幅度降低了CO₂的消耗量和压缩功的消耗，提高了粉煤的输送效率，降低了后续脱碳工段的负荷，同时CO₂压缩功消耗指标降低，使得CO₂压缩机的投资显著减小，可有效降低了合成气的生产成本。

表1为加压粉煤输送过程操作时序表。

表1加压粉煤输送过程操作时序表

表2为加压粉煤输送系统压缩机轴功率。

表2加压粉煤输送系统压缩机轴功率

(日投煤量4000吨的粉煤气化炉，输煤CO₂消耗及压缩功消耗)

表3为本发明加压粉煤输送工艺与传统粉煤输送工艺对比压缩机轴功率。

表3加压粉煤输送工艺与传统粉煤输送工艺对比压缩机轴功率

注：表3中数据为针对日投煤量4000吨干粉煤气化炉(气化压力4.0MPa)采用本发明技术及传统技术粉煤输送的消耗指标计算值。

表3中传统粉煤输煤工艺指的是壳牌粉煤气化成套技术及航天炉粉煤气化成套技术中采用的输煤工艺。

由上述表中的数据可得知，本发明的粉煤输送工艺CO₂消耗量是传统粉煤输送工艺的一半，消耗的压缩功率是传统粉煤输送工艺的54％，大大降低了粉煤输送工艺的能耗。

Claims (5)

1.将粉煤加压输送至加压气化炉的方法，包括如下步骤：

(1)利用CO₂将煤仓中的粉煤输送至锁斗中；

(2)利用均压罐对所述锁斗进行充压至2.3～2.7MPa；然后将所述均压罐与高压缓冲罐相连通，继续对所述锁斗进行充压至4.75～4.85MPa；

(3)将所述锁斗与所述粉煤进料罐相连通，以向所述粉煤进料罐中进料；进料完成后，关闭所述锁斗与所述粉煤进料罐之间的连通；

(4)将所述锁斗与所述均压罐进行连通均压至3.4～3.9MPa；

(5)均压完成后，将所述锁斗中的CO₂泄放到低压缓冲罐中，至其压力为0.8～1.0MPa，然后将剩余CO₂放空；

(6)通过合成气将所述粉煤进料罐中的粉煤经加料器连续输送至加压气化炉的烧嘴中，至此，即实现对粉煤加压输送。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设置4个所述锁斗，以交替使用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(5)之后，开启所述锁斗的放空阀，将所述锁斗内的压力泄压至常压，即完成一个所述锁斗的循环。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：设置2个所述均压罐，每个所述均压罐对2个所述锁斗进行充压。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于：设置2个所述粉煤进料罐，每个所述粉煤进料罐与2个所述锁斗相连通。