CN104449880A - 一种粗煤气净化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粗煤气净化方法及装置,涉及煤气化技术领域,能够分级冷却粗煤气,得到高品质油品及高品质净化煤气;净化工艺简单,设备投资较少。本发明公开的粗煤气净化方法包括步骤:1)利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤所述粗煤气中的粉尘;2)利用轻质油喷淋所述粗煤气,以回收所述粗煤气中的重焦油和部分轻质油;3)采用水洗工艺再冷却所述粗煤气,以脱除残余的轻质油并去除所述粗煤气中的杂质气体,得到净化后的煤气。本发明公开的粗煤气净化方法及装置适用于煤气化后处理过程中。

Description

一种粗煤气净化方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及煤气化技术领域,尤其涉及一种粗煤气净化方法及装置。
背景技术
[0002] 原料煤经气化或者热解而获得清洁燃料或者其它初级化工产品在我国具有广阔 的应用前景。原料煤在气化或热解过程中产生的粗煤气中含有大量粉尘、水蒸汽以及焦油 等,同时还有H 2S和NH3等杂质气体产生。为了生产适于出售或满足下游工序的洁净煤气, 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。
[0003] 目前,传统的净化工艺包括冷却、除尘、洗涤等主要工序内容。以传统焦炉煤气为 例,煤气净化除尘回收焦油的工艺是向高温粗煤气中直接喷洒循环氨水,将其直接冷却,然 后使煤气进入初冷器中,间接冷却至25°C左右。然后将冷凝下来的氨水和焦油送入机械化 氨水澄清槽,分离出氨水、焦油及焦油渣。除尘冷却后的粗煤气进一步冷却,以初步脱除萘, 并用氨水脱除硫。脱硫后的煤气中含有大量的氨,主要是因为在脱硫过程中用到了氨水,所 以下一步就要使用饱和器法去除氨,然后通过再次冷却以最终去除萘。终冷洗苯是煤气净 化出场的最后一道工序,主要是洗掉煤气中含有的苯,主要的工艺设备是终冷塔,通过冷凝 水冷凝,洗出苯,最终得到洁净煤气。简而言之,上述净化工艺流程为:粗煤气一初冷一捕焦 油一预冷一初脱萘一脱硫一饱和器法脱氨一终冷洗萘一脱苯一净煤气。
[0004] 该传统净化工艺直接喷淋循环氨水进行冷却,会产生大量含酚废水,造成二次污 染;另外,此净化流程复杂,设备投资大。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于,提供一种粗煤气净化方法及装置,能够分级冷却粗煤气, 得到高品质油品及高品质净化煤气,同时减少废水产量;净化工艺简单,设备投资较少。
[0006] 为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0007] -方面,本发明提供了一种粗煤气净化方法,包括步骤:
[0008] 1)利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤所述粗煤气中的粉尘;
[0009] 2)利用轻质油喷淋所述粗煤气,以回收所述粗煤气中的重焦油和部分轻质油; [0010] 3)采用水洗工艺再冷却所述粗煤气,以脱除残余的轻质油并去除所述粗煤气中的 杂质气体,得到净化后的煤气。
[0011] 进一步地,步骤2)还包括:收集所述重焦油和所述粉尘的混合物,将所述粉尘从 所述重焦油中脱除后,通过换热,回收所述重焦油中携带的热量,冷却后的重焦油返回至步 骤1)中作为急冷油。
[0012] 另外,步骤3)还包括:收集所述水洗工艺中的轻质油,并将所述轻质油返回至步 骤2)中喷淋所述粗煤气;和/或
[0013] 收集所述水洗工艺中的水液,并将所述水液循环至步骤3)中重新参与水洗工艺。
[0014] 优选地,在步骤1)之前,所述方法还包括步骤:
[0015] 利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气的温度;
[0016] 经除尘装置除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒;
[0017] 经废热回收装置回收所述粗煤气中的高品位热量;
[0018] 或者,所述方法还包括步骤:
[0019] 利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气的温度;
[0020] 经废热回收装置回收所述粗煤气中的高品位热量;
[0021] 经除尘装置除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒。
[0022] 可选地,步骤1)中,经所述急冷油冷却后的粗煤气温度为200〜350°C ;和/或
[0023] 步骤2)中,经所述轻质油喷淋后的粗煤气温度为80〜130°C。
[0024] 另一方面,本发明实施例还提供了 一种粗煤气净化装置,包括:
[0025] 油急冷装置,用于利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤所述粗煤 气中的粉尘;
[0026] 与所述油急冷装置相连的油洗装置,用于利用轻质油喷淋所述粗煤气,以回收所 述粗煤气中的重焦油和部分轻质油;
[0027] 与所述油洗装置相连的再冷却分离装置,用于采用水洗工艺再冷却所述粗煤气, 以脱除残余的轻质油并去除所述粗煤气中的杂质气体,得到净化后的煤气。
[0028] 进一步地,所述油洗装置还与分离器相连,用于将粉尘从重焦油和粉尘的混合物 中脱除;
[0029] 所述分离器还与换热器相连,用于回收所述重焦油中携带的热量;
[0030] 所述换热器还与所述油急冷装置相连,冷却后的重焦油返回至所述油急冷装置作 为急冷油。
[0031] 可选地,所述再冷却分离装置还与油水分离器相连,用于收集所述再冷却分离装 置中的轻质油,并将所述轻质油返回至所述油洗装置中喷淋所述粗煤气;和/或
[0032] 所述油水分离器还通过第二通道与所述再冷却分离装置相连,用于收集所述再冷 却分离装置中的水液,并将所述水液再循环至所述再冷却分离装置中重新参与水洗工艺。
[0033] 优选地,所述粗煤气净化装置还包括:
[0034] 煤气激冷装置,用于利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气 的温度;
[0035] 除尘装置,用于除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒;
[0036] 废热回收装置,用于回收所述粗煤气中的高品位热量;
[0037] 其中,所述煤气激冷装置依次与所述除尘装置、所述废热回收装置、所述油急冷装 置相连,或者所述煤气激冷装置依次与所述废热回收装置、所述除尘装置、所述油急冷装置 相连。
[0038] 可选地,所述油急冷装置包括文丘里急冷器;和/或
[0039] 所述油洗装置包括填料塔或板式塔中的至少一种;和/或
[0040] 所述再冷却分离装置包括填料塔或板式塔中的至少一种。
[0041] 本发明实施例提供的粗煤气净化方法及装置,先使用重焦油作为急冷油直接喷淋 冷却粗煤气,高粘度的重焦油与粗煤气混合,能够有效地洗涤粗煤气中的粉尘;然后使用 轻质油喷淋粗煤气,基于相似相容原理,能够有效回收粗煤气中的重焦油和部分轻质油,这 样,粉尘主要与高粘度的重焦油混合在一起,而轻质油中基本上不含有粉尘,从而能够得到 高品质的重焦油和轻质油;然后再采用水洗工艺再冷却粗煤气,使粗煤气中含有的少量残 余轻质油以及部分水蒸气被冷凝下来,形成油水混合物,同时吸收粗煤气中的H 2S和NH3等 杂质气体,且由于H2S和NH3分别呈碱性和酸性,二者将同时溶于水中并相互反应,从而得到 了净化后的煤气;本发明实施例中,通过分级冷却粗煤气,依次回收了粗煤气中的重焦油、 轻质油,并除去了 H2S和NH3等杂质气体,相比于现有技术直接用氨水喷淋冷却时得到的重 焦油、轻质油和粉尘的混合物,本发明在一定程度上提高了重焦油、轻质油、以及净化煤气 的品质,减少了废水产量,并且,相比于现有技术的净化方法,本发明实施例提供的净化方 法工艺简单、所需设备投资较少。
附图说明
[0042] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0043] 图1为本发明实施例提供的一种粗煤气净化方法流程图;
[0044] 图2为本发明实施例提供的一种粗煤气净化装置结构示意图。
具体实施方式
[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0046] 如图1所示,本发明实施例提供了一种粗煤气净化方法,包括步骤:
[0047] S1、利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤粗煤气中的粉尘;
[0048] S2、利用轻质油喷淋粗煤气,以回收粗煤气中的重焦油和部分轻质油;
[0049] S3、采用水洗工艺再冷却粗煤气,以脱除残余的轻质油并去除粗煤气中的杂质气 体,得到净化后的煤气。
[0050] 本发明实施例提供的粗煤气净化方法,先使用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗 煤气,高粘度的重焦油与粗煤气混合,能够有效地洗涤粗煤气中的粉尘;然后使用轻质油喷 淋粗煤气,基于相似相容原理,能够有效回收粗煤气中的重焦油和部分轻质油,这样,粉尘 主要与高粘度的重焦油混合在一起,而轻质油中基本上不含有粉尘,从而能够得到高品质 的重焦油和轻质油;然后再采用水洗工艺再冷却粗煤气,使粗煤气中含有的少量残余轻质 油以及部分水蒸气被冷凝下来,形成油水混合物,同时吸收粗煤气中的H 2S和NH3等杂质气 体,且由于H2S和NH3分别呈碱性和酸性,二者将同时溶于水中并相互反应,从而得到了净化 后的煤气;本发明实施例中,通过分级冷却粗煤气,依次回收了粗煤气中的重焦油、轻质油, 并除去了 H2S和NH3等杂质气体,相比于现有技术直接用氨水喷淋冷却时得到的重焦油、轻 质油和粉尘的混合物,本发明在一定程度上提高了重焦油、轻质油、以及净化煤气的品质, 减少了废水产量,并且,相比于现有技术的净化方法,本发明实施例提供的净化方法工艺简 单、所需设备投资较少。
[0051] 需要说明的是,本发明实施例中所述的粗煤气可以为煤化工行业产生的粗煤气, 比如煤热解或煤气化后产生的粗煤气,尤其可以为高温含油含灰的粗煤气,具体地,该粗煤 气中含有大量粉尘和焦油,其中,焦油包括重焦油和轻质油,轻质油主要包括苯、甲苯、二甲 苯、萘,粗煤气中同时还含有水蒸气、H 2S和NH3等杂质气体。
[0052] 本发明实施例中,经过步骤SI、S2后,粗煤气中的粉尘被脱除干净,同时重焦油被 去除,再经过步骤S3后,粗煤气中的轻质油被脱除,同时还去除了水蒸气、H 2S和NH3等杂质 气体,得到了洁净的煤气。
[0053] 这样,通过控制各个步骤中粗煤气的温度及压力,利用较短的流程就能脱除含尘 含油粗煤气中的杂质,得到洁净煤气,并获得不同沸点的重焦油和轻质油品,且油品较好; 相比于现有技术主要通过氨水来冷却或回收焦油的净化工艺,本发明实施例提供的方法仅 在步骤S3中使用了水,因而,产生的废水量大大降低,节能环保。
[0054] 具体地,步骤S1中,可以通过文丘里急冷器来实现重焦油作为急冷油直接喷淋冷 却粗煤气,这样,在急冷器内,粗煤气和急冷油直接接触快速混合,形成气液混合物并进入 步骤S2中。
[0055] 在粗煤气和急冷油直接接触快速混合过程中,粗煤气的温度快速降低,由于粗煤 气中含有大量焦油,温度降低后,一部分高沸点重焦油冷凝下来,和被洗涤下来的粉尘一起 在步骤S2中被沉淀到所采用的装置的底部。
[0056] 其中,根据粗煤气的组成及其压力,通过调节急冷油的用量,可以控制急冷后 粗煤气的温度,比如,经上述步骤S1后,可以将粗煤气温度降低至350°C以下,优选为 200-300°C,进一步优选为约240°C。
[0057] 步骤S2中,可以采用油洗装置,比如填料塔或板式塔中的至少一种来实现轻质油 喷淋粗煤气,但由于粗煤气中包含重焦油和灰尘,为避免重焦油冷凝后粘附在装置上,油洗 装置可以优选为板式塔。具体地,来自步骤S1的气液混合物可以从油洗装置的中部进入, 同时使用轻质油作为回流液,从油洗装置的顶部喷淋,该轻质油与粗煤气相接触,因相似相 容,有效地回收了粗煤气中的重焦油和部分轻质油。脱除了重焦油和部分轻质油的粗煤气 可以从油洗装置的顶部排出;在油洗装置顶部中部侧线会产出部分轻质焦油,该油品中富 含苯、萘等物质;而重焦油和粉尘等重组分在油洗装置的底部收集,为重焦油和粉尘的混合 物。
[0058] 步骤S2过程中,通过调节油洗装置的压力和油洗装置顶部回流的轻质油液量,可 以控制喷淋后粗煤气的温度范围,比如,可以将粗煤气降温至80〜130°C,优选降温至90〜 1KTC。
[0059] 进一步地,步骤S2还可以包括:收集重焦油和粉尘的混合物,将粉尘从重焦油中 脱除后,通过换热,回收重焦油中携带的热量,冷却后的重焦油可以返回至步骤S1中作为 急冷油,也可以作为产品有利用。
[0060] 这样,在步骤S3采用水洗工艺对粗煤气进行处理之前,先使用步骤S1和S2通过 重焦油急冷和利用轻质油喷淋对粗煤气进行处理,能够将粗煤气中携带的大量热量转移到 急冷油重焦油中,并通过换热,有效地回收急冷油中的热量,从而达到热量的充分利用。
[0061] 经过步骤SI、S2后,粗煤气中的粉尘被脱除干净,重焦油和部分轻质油被回收,获 得不同沸点的重焦油和轻质油的同时,还回收了大量热量。相比于现有技术直接用氨水喷 淋冷却,本发明实施例不仅能够有效地回收热量并副产蒸汽,还能有效地减少废水产量。
[0062] 具体地,可以通过分离器比如三相分离卧螺离心机、旋液分离器等将粉尘从重焦 油中脱除;然后可以通过换热器回收重焦油中携带的热量。
[0063] 步骤S3中,可以采用再冷却分离装置比如填料塔或板式塔中的至少一种来实现 水洗工艺,优选地,再冷却分离可以优选为填料塔。经过步骤SI、S2后,粗煤气中的粉尘 已经被洗涤干净,焦油含量也大大降低,重焦油全部脱除殆尽,但还含有少量轻质油品蒸汽 (通常以苯、萘为主)、水蒸气、以及H 2S和NH3等杂质气体。在再冷却分离装置的顶部循环 喷淋水液,将粗煤气继续冷却至常温,粗煤气中的轻质油品和水蒸气被冷凝下来,形成油水 混合物,同时吸收H 2S和NH3等杂质气体;并且,由于H2S呈酸性,NH3呈碱性,这两种物质将 在再冷却分离装置中同时被吸收,并相互发生作用、相互促进,一举两得;净化后的洁净煤 气从再冷却分离装置顶部排出。
[0064] 步骤S3中采用水洗工艺对粗煤气进行再冷却,同时吸收了 H2S和NH3,减少了杂质 气体对下游设备的腐蚀,同时还能进一步脱除粗煤气中残余的苯和萘等轻质油品,净化后 的煤气质量较好。
[0065] 另外,步骤S3还可以包括:收集水洗工艺中的轻质油,并将该轻质油返回至步骤 S2中喷淋粗煤气;和/或
[0066] 收集水洗工艺中的水液,并将该水液循环至步骤S3中重新参与水洗工艺。
[0067] 具体地,步骤S3中形成的油水混合物可以从再冷却分离装置中排出,经过静置分 层后,上层清液为轻质油品,可以将一部分该轻质油品返回至S2中喷淋粗煤气,另一部分 轻质油品作为产品油利用;下部分的水液可以作为废水排放,或者,大部分水液经冷却回收 热量后可以返回至步骤S3的再冷却分离装置顶部再次喷淋水液,重新参与水洗工艺,以使 废水循环利用,从而大大降低了废水排放量,节能环保。
[0068] 本发明实施例中,通过步骤S1〜S3,依次对粗煤气进行油急冷、轻质油洗以及再 冷却分离,对粗煤气进行了分级冷却净化,减少了粗煤气中苯、萘等有机蒸汽的残余,提高 了焦油的质量和回收率,其中,苯和萘时轻质油的主要组分。回收的焦油分为重焦油和轻质 油,并利用分离器如三相分离卧螺离心机除去重焦油中的粉尘杂质,进一步提高了油品品 质。
[0069] 进一步地,本发明实施例提供的粗煤气净化方法,在上述步骤S1之前,所述方法 还可以包括如下步骤:
[0070] S01、利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低粗煤气的温度;
[0071] S02、经除尘装置除去粗煤气中的部分粉尘颗粒;
[0072] S03、经废热回收装置回收粗煤气中的高品位热量。
[0073] 也就是说,在进行上述步骤S1〜S3之前,可以先利用煤气对粗煤气进行激冷、除 尘、热回收等环节,以降低粗煤气温度,中止副反应,提高焦油和粗煤气品质,同时回收粗煤 气中的大量的高品位热量。
[0074] 具体地,上述步骤S01具体可以为:利用煤气在煤气化装置的出口对粗煤气进行 激冷,以降低粗煤气的温度,中止副反应,提高粗煤气中的焦油产量和品质;其中,所使用的 煤气可以为使用本发明的方法净化冷却后的煤气。
[0075] 由于煤气化装置出口的粗煤气中夹带了大量固体颗粒,粉尘含量较高,为了避免 粉尘对激冷后后处理系统的影响,可以首先将一部分粉尘除去,即可以通过步骤S02经除 尘装置除去粗煤气中的部分粉尘颗粒。
[0076] 具体地,除尘装置可以包括旋风分离器和高温过滤器。比如,可以初步通过旋风 分离器除去粒径大于10 U m的大颗粒粉尘,通常,该大颗粒粉尘占粗煤气粉尘质量分数的 80%以上;再通过高温过滤器除去剩余的极少量的大颗粒粉尘和大部分细小颗粒粉尘。高 温过滤器除尘效果较好,最终得到的粗煤气中含尘量极少,通常< 20mg/Nm3,提高了煤气品 质。旋风分离器制造简单,效果不及高温过滤器,设置在高温过滤器之前,能大大降低高温 过滤器的过滤负荷,二者组合使用,达到了最优的除尘效果。需要说明的是,该除尘系统中 可以设置n级旋风分离器,其中n > 1,一般建议二级旋风分离器是最优的设置。
[0077] 经过除尘的粗煤气温度稍有降低,但仍然具有较高的温度。为了降低后处理中重 焦油和冷却水的使用量,同时回收热量,可以通过废热回收装置进行热量回收,即可以进行 上述步骤S03。
[0078] 具体地,废热回收装置可以包括废热锅炉,即通过废热锅炉副产蒸汽回收粗煤气 中的高品位热量。或者,废热回收装置可以包括高温换热器,即通过高温换热器降低粗煤气 的温度,以回收粗煤气中的高品位热量;其中,高温换热器的冷却介质可以使用煤气化装置 的原料气,回收的高品位热量用于加热该原料气,节省了煤气化系统的整体能耗,或者,高 温换热器的冷却介质还可以使用空气,空气被加热后送至原料煤系统,用于干燥原料煤,同 样能够节约煤气化系统的整体能耗。
[0079] 需要说明的是,本发明实施例中,上述步骤S02和S03的先后顺序是可以互换的, 即除尘装置和废热回收装置的先后顺序可以互换。一般来说,含粉尘量较大的粗煤气可以 先除尘再进行废热回收,这样有利于废热回收;而含粉尘量小的粗煤气可以先进行废热回 收再除尘,这样能够降低除尘系统的设计温度,同时有利于减少热量损失。
[0080] 这样,经过步骤S02和S03后,粗煤气含有微量的粉尘、温度大约400°C。为了进一 步回收粗煤气的热量和洗涤除尘,通过上述步骤S1〜S3对该粗煤气进行处理。
[0081] 需要说明的是,从煤气化装置排出的粗煤气可以直接通过上述步骤S1〜S3进行 处理,优选地,当原始粗煤气(即直接从煤气化装置排出的粗煤气)的温度不太高,比如低 于650°C,且粉尘含量不是太大时,比如< 5g/Nm3,优选< lg/Nm3,直接通过上述步骤S1〜 S3对粗煤气进行处理;当原始粗煤气温度较高、粉尘含量较大时,可以先通过上述步骤 S01〜S03的激冷、除尘、热回收等环节对原始粗煤气进行处理后再通过上述步骤S1〜S3 对粗煤气进行处理。
[0082] 本发明实施例提供的粗煤气净化方法,对粗煤气特别是煤化工行业的高温含油含 灰粗煤气进行分级冷却,即整个净化方法过程中,粗煤气的分级冷却可以为三级:第一级为 步骤S03中通过废热回收装置降低粗煤气温度并回收粗煤气中的高品位热量,第二级为步 骤S1和S2中通过重焦油急冷和利用轻质油喷淋以降低粗煤气的温度,第三级为步骤S3中 采用水洗工艺再冷却粗煤气,这样,实现了含灰和含油的高温热解粗煤气的冷却、净化,依 次得到了高品质的重焦油、轻质油以及高品质净化煤气,并且,各级冷却过程中回收了相应 的热量,能够副产大量蒸汽,尤其是步骤S03以及步骤S1和S2过程中,回收的热量能够产 生较高品位的蒸汽;并且在净化过程中脱除了粗煤气中的硫和氨,减轻了设备腐蚀。
[0083] 相应地,如图2所示,本发明实施例还提供了一种粗煤气净化装置,能够用于本发 明实施例提供的任意一种粗煤气净化方法中,该粗煤气净化装置可以包括:
[0084] 油急冷装置10,用于利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤粗煤气 中的粉尘;
[0085] 与油急冷装置10相连的油洗装置20,用于利用轻质油喷淋粗煤气,以回收粗煤气 中的重焦油和部分轻质油;
[0086] 与油洗装置20相连的再冷却分离装置30,用于采用水洗工艺再冷却粗煤气,以脱 除残余的轻质油并去除粗煤气中的杂质气体,得到净化后的煤气。
[0087] 本发明实施例提供的粗煤气净化装置,先使用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗 煤气,高粘度的重焦油与粗煤气混合,能够有效地洗涤粗煤气中的粉尘;然后使用轻质油喷 淋粗煤气,基于相似相容原理,能够有效回收粗煤气中的焦油和部分轻质油,这样,粉尘主 要与1¾粘度的重焦油混合在一起,而轻质油中基本上不含有粉尘,从而能够得到1¾品质的 重焦油和轻质油;然后再采用水洗工艺再冷却粗煤气,使粗煤气中含有的少量残余轻质油 以及部分水蒸气被冷凝下来,形成油水混合物,同时吸收粗煤气中的H 2S和NH3等杂质气体, 且由于H2S和NH3分别呈碱性和酸性,二者将同时溶于水中并相互反应,从而得到了净化后 的煤气;本发明实施例中,通过分级冷却粗煤气,依次除去粗煤气中的重焦油、轻质油以及 H 2S和NH3等杂质气体,并相应的得到了高品质的重焦油、轻质油、以及净化煤气,并且,相比 于现有技术中的净化方法,本发明实施例提供的净化装置工艺简单、所需设备投资较少。
[0088] 具体地,油急冷装置10可以为文丘里急冷器,这样,在急冷器内,粗煤气和急冷油 直接接触快速混合,形成气液混合物并进入油洗装置20中。
[0089] 油洗装置20可以为填料塔或板式塔中的至少一种,但由于粗煤气中包含重焦油 和灰尘,为了避免油洗过程中重焦油粘附堵塞在装置中,油洗装置20可以优选为板式塔。
[0090] 如图2所示,来自油急冷装置10的气液混合物可以从油洗装置20的中部进入,使 用轻质油作为回流液,从油洗装置20的顶部喷淋,该轻质油与粗煤气相接触,因相似相容, 有效地回收了粗煤气中的重焦油和部分轻质油。脱除了重焦油和部分轻质油的粗煤气可以 从油洗装置的顶部排出;在油洗装置20顶部中部侧线会产出部分轻质焦油,该油品中富含 苯、萘等物质;而重焦油和粉尘等重组分在油洗装置20的底部收集,为重焦油和粉尘的混 合物。
[0091] 油洗装置20还可以与分离器21相连,用于将粉尘从重焦油和粉尘的混合物中脱 除;分离器21还可以与换热器22相连,用于回收重焦油中携带的热量;换热器22还可以 与油急冷装置10相连,冷却后的重焦油一部分可以返回至油急冷装置10作为急冷油重新 理由,另一部分可以作为产品油利用;而经分离器21分离后的粉尘等作为焦渣排出。具体 地,分离器21可以为三相分离卧螺离心机或旋液分离器。
[0092] 这样,利用重焦油还可以有效地回收粗煤气中的热量,热量回收后,冷却的重焦油 还可以循环利用,重新被返回至油急冷装置10作为急冷油。
[0093] 如图2所示,油洗装置20、分离器21以及换热器22形成了油洗系统200,主要用 于脱除重焦油,并可以回收粗煤气中的热量。
[0094] 此外,再冷却分离装置30还可以与油水分离器31相连,用于收集再冷却分离装置 30中的轻质油,并将该轻质油返回至油洗装置20中喷淋粗煤气;和/或油水分离器31还 通过第二通道与再冷却分离装置30相连,用于收集再冷却分离装置30中的水液,并将该水 液再循环至再冷却分离装置30中重新参与水洗工艺,比如,油水分离器31可以与泵32相 连,用于将油水分离器31中的废水抽出;泵32还可以与换热器33相连,用于回收再冷却分 离装置30中水液中的热量,冷却后的该水液循环至再冷却分离装置30中重新参与水洗工 艺。具体地,再冷却分离装置30可以包括填料塔或板式塔中的至少一种,但由于此时粗煤 气中仅含油少量的轻质油品、水蒸气、以及H 2S和NH3等杂质气体,因此,为了保证再冷却分 离效果,该再冷却分离装置30可以优选填料塔。
[0095] 如图2所示,再冷却分离装置30、油水分离器31、泵32以及换热器33形成了再冷 却分离系统300,有效地回收了粗煤气中的轻质油品、并脱除了粗煤气中的水蒸气、以及H 2S 和NH3等杂质气体。整个粗煤气净化装置中,仅在再冷却分离系统300中使用了水、并且废 水循环利用,相比于现有技术主要通过水来冷却或回收焦油的净化工艺,本发明实施例的 粗煤气净化装置产生的废水量大大降低,节能环保。
[0096] 进一步地,本发明实施例中,粗煤气净化装置还可以包括:
[0097] 煤气激冷装置(未示出),用于利用煤气激冷来自煤气化装置70的粗煤气,以降低 粗煤气的温度;除尘装置50,用于除去粗煤气中的部分粉尘颗粒;
[0098] 废热回收装置60,用于回收粗煤气中的高品位热量;
[0099] 其中,如图2所示,煤气激冷装置可以依次与除尘装置50、废热回收装置60、油急 冷装置10相连;或者,煤气激冷装置也可以依次与废热回收装置60、除尘装置50、油急冷装 置10相连。
[0100] 也就是说,本发明实施例中,粗煤气净化装置的除尘装置50与废热回收装置60的 先后顺序可以互换。一般来说,含粉尘量较大的粗煤气可以先除尘再进行废热回收,这样有 利于废热回收;而含粉尘量较小的粗煤气可以先进行废热回收再除尘,这样能够降低除尘 装置的设计温度,同时有利于减少热量损失。
[0101] 具体地,本发明实施例中,煤气激冷装置可以为任何能够使用煤气对煤气化装置 出口的粗煤气进行激冷的装置,本领域技术人员可以根据实际情况具体选择,本发明对此 不作限定。
[0102] 除尘装置50可以包括旋风分离器51和高温过滤器52。其中,旋风分离器51可以 设置为二级旋风分离器,用于除去粗煤气中粒径大于10 U m的大颗粒粉尘;高温过滤器52 用于除去剩余的极少量的大颗粒粉尘和大部分细小颗粒粉尘。
[0103] 可选地,旋风分离器51和高温过滤器52的下部均可以设有积灰罐53,分别用于 收集旋风分离器51和高温过滤器52收集下的粉尘颗粒。具体地,至于积灰罐53的具体结 构,本领域技术人员可以根据实际情况具体选择,本发明对此不作限定。
[0104] 废热回收装置60可以为废热锅炉,也可以为高温换热器,总之,只要能充分回收 粗煤气中的高品位热量即可,本领域技术人员可以根据实际情况具体选择,本发明对此不 作限定。
[0105] 煤气化装置70可以为气化炉,总之,只要能使煤颗粒进行气化反应,获得粗煤气 即可,本领域技术人员可以根据实际情况具体选择,本发明对此不作限定。
[0106] 可以理解的是,本发明实施例提供的粗煤气净化装置能够用于本发明实施例提供 的任何一种粗煤气净化方法中,它们具有相同或相应的技术特征,因而能够达到相同的有 益效果,在上述介绍粗煤气净化方法时已经对能够达到的有益效果作了详细介绍,因此本 发明在此不再重复赘述。
[0107] 下面,通过具体实施例对本发明实施例提供的粗煤气净化方法及装置进行系统介 绍。
[0108] 实施例
[0109] 如图2所述,原料煤和原料气在气化炉70内发生煤气化反应,产生高温含油含灰 的粗煤气;粗煤气在气化炉70出口被净化冷却后的煤气激冷,温度降低,中止了副反应,提 高了粗煤气中焦油的产量和品质。由于气化炉70出口的粗煤气中夹带了大量固体颗粒,粉 尘含量较高,为了避免粉尘对激冷后后处理系统的影响,首先需要把粉尘除去。初步通过旋 风分离器51除去粒径大于10 y m的大颗粒粉尘,该大颗粒粉尘通常占粗煤气中粉尘的质 量分数>80%,再通过高温过滤器52除去剩余的极少量的大颗粒粉尘和大部分细小颗粒粉 尘。高温过滤器52除尘效果较好,最终得到的粗煤气中含尘量极少,通常彡20mg/Nm 3,提高 了煤气品质。旋风分离器51制造简单,效果不及高温过滤器52,设置在高温过滤器52之前, 能够大大降低高温过滤器52的过滤负荷,二者组合在一起,达到了最优的效果。具体地,可 以设置n级旋风分离器52 (n > 1),一般建议如图2所示二级旋风分离器52是最优的设置。
[0110] 经过除尘的粗煤气温度稍有降低,但仍然具有较高的温度。为了降低后处理冷却 水的使用量,同时回收热量。可通过废热回收装置60进行热量回收。如图2所示,废热回 收装置60可以包括废热锅炉,通过副产蒸汽回收粗煤气中的高品位热量。或者,废热回收 装置60也可以包括高温换热器(未示出),以降低粗煤气的温度,回收粗煤气中的高品位 热量。具体地,高温换热器的冷却介质可以使用气化炉的原料气,回收的热量用于加热原料 气,从而节省了煤气化系统的整体能耗。或者,高温换热器的冷却介质还可以使用空气,空 气被加热后送至原料煤系统,用于干燥原料煤,同样能够节约煤气化系统的整体能耗。
[0111] 其中,除尘装置50和废热回收装置60的先后顺序可以互换。一般来说,含粉尘量 较大的粗煤气先除尘再废热回收,有利于废热的回收;而含粉尘量较小的粗煤气可以先进 行废热回收再除尘,能够降低除尘装置的设计温度,同时有利于减少热量损失。
[0112] 经过除尘装置50和废热回收装置60后,粗煤气中含有微量的粉尘,温度也有近 400°C。为了进一步回收粗煤气的热量并洗涤除尘,粗煤气进入油急冷装置10。油急冷装置 10设置为文丘里油急冷器,并利用后系统回收的重焦油作为急冷油。在文丘里急冷器内,粗 煤气和急冷油直接接触快速混合,形成气液混合物,并进入油洗装置20。其中,在文丘里急 冷器内,粗煤气的温度急速降低至240°C左右。由于粗煤气中含有大量焦油,温度降低后,一 部分高沸点重焦油冷凝下来,和被洗涤下来的粉尘一起进入油洗装置20。
[0113] 需要说明的是,当原始粗煤气的温度不太高,比如低于650°C,且粉尘含量不是太 大比如< 5g/Nm3,优选< lg/Nm3时,可以直接将粗煤气通入油急冷装置10,而省略前面的煤 气激冷装置40、除尘装置50、废热回收装置60等。相对应的,经过油急冷装置10后粗煤气 温度可降低至350°C以下,根据粗煤气组成及压力,通过调节急冷油的用量,可控制经过油 急冷装置10后粗煤气的温度,优选在200〜300°C。
[0114] 油急冷装置10的气液混合物从油洗装置20中部进入油洗装置20。将后系统冷 凝的轻质油作为回流液,从油洗装置20的顶部喷淋,和从气液混合物中脱离并上升的粗煤 气相接触,高效的回收了粗煤气中的焦油。脱除了重焦油和部分轻质油的粗煤气从油洗装 置20的顶部排出,粗煤气温度可降至80〜130°C,通过调节油洗装置20的压力和顶部回流 液量可控制温度范围,优选在90〜110°C。油洗装置20顶部中部侧线会产出部分轻质油, 该轻质油中富含苯、萘等物质。重组分在油洗装置20的塔釜富集,为重焦油和粉尘混合物。 用旋液分离器21脱除重焦油中的粉尘后,重焦油继续经换热器22冷却回收热量。冷却后 的重焦油一部分作为急冷油返回至油急冷装置10 ;另一部分作为产品油利用。
[0115] 经过油洗装置20后,粗煤气中的粉尘已经洗涤干净,焦油含量也大大降低,重焦 油全部脱除殆尽,但还含有少量轻质油品蒸汽(以苯、萘为主)、水蒸汽、以及NH 3和H2S等 杂质气体,在再冷却分离装置30中进一步除去。再冷却分离装置30为填料塔,填料塔塔顶 循环喷淋油水分离罐31中的废水,将粗煤气继续冷却至常温,轻质油品和水蒸汽被冷凝下 来,形成油水混合物,同时吸收NH 3和H2S等杂质气体。由于NH3呈碱性,H2S呈酸性,两种物 质在填料塔中同时吸收,相互促进,一举两得;净化后的洁净煤气从填料塔顶部排出。
[0116] 油水混合物从填料塔塔釜排出,经过静置分层后,上层清液为轻质油品,一部分轻 质油品返回至油洗装置20,另一部分作为产品油利用;下层的水液作为废水排放,大部分 水液经换热器32冷却后返回至填料塔顶部,循环利用,降低废水排放量。
[0117] 对比例
[0118] 采用与实施例1相同的工艺条件对相同的煤颗粒进行相同的煤气化反应,产生高 温含油含灰的粗煤气;采用本说明书背景技术中提到的传统净化工艺对该粗煤气进行净化 处理,具体为:向高温粗煤气中直接喷洒循环氨水,将其直接冷却,然后使煤气进入初冷器 中,间接冷却至25 °C左右。然后将冷凝下来的氨水和焦油送入机械化氨水澄清槽,分离出氨 水、焦油及焦油渣。除尘冷却后的粗煤气进一步冷却,以初步脱除萘,并用氨水脱除硫。脱 硫后的煤气中含有大量的氨,再使用饱和器法去除氨,然后通过再次冷却以最终去除萘,然 后在终冷塔中通过终冷洗苯洗掉煤气中含有的苯,最终得到洁净煤气。
[0119] 实验结果
[0120] 本发明实施例的最大优势在于对粗煤气中的热量进行了回收、且净化过程中产生 的废水量较少:本发明实施例热量回收过程中,能副产10〜12MPa高压蒸汽和3〜4MPa中 压蒸汽,回收了 60%的高品位热量,而现有技术的对比例中却没有回收任何热量;同时,对 比例采用氨水直接喷洒冷却粗煤气,冷却用的低压循环氨水量为7〜8吨/吨干基煤,废水 量为3. 5〜4吨/吨干基煤,而本发明实施例中,填料塔的冷却水量为1. 5〜2吨/吨干基 煤,废水量1. 1〜1. 5吨/吨干基煤,由此可见,本发明实施例有效地减少了废水产量。
[0121] 对比例中,回收的重焦油产率为3. 5%〜4% (干煤),轻质油产率为1.0〜1. 1 % (干煤);而本发明实施例中,重焦油产率为2.5%〜3% (干煤),轻质油产率为2%〜 2.5% (干煤),其中,轻质油可近似为粗苯,可见,本发明实施例中轻质油的产量提高将近 一倍。
[0122] 这主要是由于对比例中采用氨水直接喷洒冷却粗煤气,使粗煤气中的重焦油及轻 质油同时冷凝下来,大量轻质油溶于重焦油,使得重焦油产率较大但其纯度较低,需要将该 重焦油通过后续再处理才能分别得到品质较好的重焦油和轻质油;而本发明实施例中,依 次对粗煤气进行油急冷、轻质油洗以及再冷却分离,且各过程中温度依次降低,利用各油品 沸点的不同,依次收集到了品质相对较高的重焦油和轻质油。
[0123] 经多次实验,利用上述实施例和对比例中的方法分别对粗煤气进行净化,净化后 的煤气中的各成分含量见表1:
[0124] 表 1
[0125]
Figure CN104449880AD00141
[0126] 由表1可知,利用本发明实施例对粗煤气净化后,煤气中的重焦油,轻质油品比如 萘、苯,以及氨和硫化氢等杂质气体含量均低于对比例。可见,采用本发明实施例提供的煤 气净化方法对粗煤气进行分级冷却净化,能够有效地减少粗煤气中苯、萘等有机蒸汽的残 余,并且,采用水洗工艺对粗煤气进行再冷却,会同时吸收H 2S和NH3等杂质气体,还能进一 步脱除粗煤气中残余的苯和萘等轻质油品,使得净化后的煤气质量较好。
[0127] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Figure CN104449880AD00142

Claims (10)

1. 一种粗煤气净化方法,其特征在于,包括步骤: 1) 利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤所述粗煤气中的粉尘; 2) 利用轻质油喷淋所述粗煤气,以回收所述粗煤气中的重焦油和部分轻质油; 3) 采用水洗工艺再冷却所述粗煤气,以脱除残余的轻质油并去除所述粗煤气中的杂质 气体,得到净化后的煤气。
2. 根据权利要求1所述的粗煤气净化方法,其特征在于,步骤2)还包括:收集所述重 焦油和所述粉尘的混合物,将所述粉尘从所述重焦油中脱除后,通过换热,回收所述重焦油 中携带的热量,冷却后的重焦油返回至步骤1)中作为急冷油。
3. 根据权利要求1所述的粗煤气净化方法,其特征在于,步骤3)还包括:收集所述水 洗工艺中的轻质油,并将所述轻质油返回至步骤2)中喷淋所述粗煤气;和/或 收集所述水洗工艺中的水液,并将所述水液循环至步骤3)中重新参与水洗工艺。
4. 根据权利要求1所述的粗煤气净化方法,其特征在于,步骤1)之前,所述方法还包括 步骤: 利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气的温度; 经除尘装置除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒; 经废热回收装置回收所述粗煤气中的高品位热量; 或者,所述方法还包括步骤: 利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气的温度; 经废热回收装置回收所述粗煤气中的高品位热量; 经除尘装置除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒。
5. 根据权利要求1〜4任一项所述的粗煤气净化方法,其特征在于,步骤1)中,经所述 急冷油冷却后的粗煤气温度为200〜350°C ;和/或 步骤2)中,经所述轻质油喷淋后的粗煤气温度为80〜130°C。
6. -种粗煤气净化装置,其特征在于,包括: 油急冷装置,用于利用重焦油作为急冷油直接喷淋冷却粗煤气,以洗涤所述粗煤气中 的粉尘; 与所述油急冷装置相连的油洗装置,用于利用轻质油喷淋所述粗煤气,以回收所述粗 煤气中的重焦油和部分轻质油; 与所述油洗装置相连的再冷却分离装置,用于采用水洗工艺再冷却所述粗煤气,以脱 除残余的轻质油并去除所述粗煤气中的杂质气体,得到净化后的煤气。
7. 根据权利要求6所述的粗煤气净化装置,其特征在于,所述油洗装置还与分离器相 连,用于将粉尘从重焦油和粉尘的混合物中脱除; 所述分离器还与换热器相连,用于回收所述重焦油中携带的热量; 所述换热器还与所述油急冷装置相连,冷却后的重焦油返回至所述油急冷装置作为急 冷油。
8. 根据权利要求6所述的粗煤气净化装置,其特征在于,所述再冷却分离装置还与油 水分离器相连,用于收集所述再冷却分离装置中的轻质油,并将所述轻质油返回至所述油 洗装置中喷淋所述粗煤气;和/或 所述油水分离器还通过第二通道与所述再冷却分离装置相连,用于收集所述再冷却分 离装置中的水液,并将所述水液再循环至所述再冷却分离装置中重新参与水洗工艺。
9. 根据权利要求6所述的粗煤气净化装置,其特征在于,所述粗煤气净化装置还包括: 煤气激冷装置,用于利用煤气激冷来自煤气化装置的粗煤气,以降低所述粗煤气的温 度; 除尘装置,用于除去所述粗煤气中的部分粉尘颗粒; 废热回收装置,用于回收所述粗煤气中的高品位热量; 其中,所述煤气激冷装置依次与所述除尘装置、所述废热回收装置、所述油急冷装置 相连,或者所述煤气激冷装置依次与所述废热回收装置、所述除尘装置、所述油急冷装置相 连。
10. 根据权利要求6〜9任一项所述的粗煤气净化装置,其特征在于,所述油急冷装置 包括文丘里急冷器;和/或 所述油洗装置包括填料塔或板式塔中的至少一种;和/或 所述再冷却分离装置包括填料塔或板式塔中的至少一种。
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