CN105779018A - 一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统以及利用所述系统进行的水煤浆气化煤气余热回收利用方法。本发明的水煤浆气化煤气余热回收利用系统包括：水煤浆气化炉(3)、流化床气化装置(4)、气体换热器(5)及流化床热解器(6)；所述水煤浆气化炉(3)的煤气出口与所述流化床气化装置(4)的气体进口连接；所述流化床气化装置(4)的气体出口与所述气体换热器(5)的煤气进口连接；所述气体换热器(5)的氮气出口与所述流化床热解器(6)的气体进口连接。本发明提供的基于流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺，结合了流化床气化的技术优势，整体系统设备简单，易于操作，热效率高，无污染。

Description

一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统及方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及到水煤浆气化煤气余热回收利用系统及方法。
背景技术
水煤浆气流床气化，将原料煤制成水煤浆，在气化剂的携带作用下，两者并流接触，煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应。与固定床气化和流化床气化相比气流床气化的反应温度高，反应速率快，煤料停留时间短，产物不含焦油、甲烷等物质。水煤浆气化的主要特点是气化温度高、强度大、煤种适应性相对较强、气化指标好。
由于水煤浆在气化介质中的浓度低、反应物并流，产品气体与燃料之间不能进行内部换热，其结果是出口气体温度比移动床和流化床的都高，为了保证较高的热效率，一般在后续热量回收装置上设置换热面积较大的换热设备。在高温下反应，存在出气化炉的气体显热高、冷煤气效率低、原料消耗高等缺点。水煤浆气化过程气化室出口温度一般在1300℃以上，并且由于水煤浆气化的特点，气化炉出口的煤气中含有大量的H2O和CO2，对于水煤浆气化制合成气的工艺，合理回收合成气高温显热是一个十分重要的工程问题。
目前水煤浆气化产生煤气的冷却主要有两种方法：一是气化煤气激冷工艺，二、煤气经过废热锅炉换热生产蒸汽。
中国专利CN204569850U号公开了具有双激冷环的水煤浆气化炉技术方案。该专利中水煤浆气化炉包括燃烧室气化室、激冷室外壁、第一激冷环、第二激冷环、气体上升管、气体下降管等。第一激冷环流出的冷却水沿气体下降管流下，在管壁上形成由上至下逐渐变薄的水膜，第二激冷环流出的水流能够在中间位置补充水膜，使气体下降管底部的水膜能达到足够厚度，有效保护气体下降管，以及对产生的高温气体进行有效的降温。这种技术的缺点是效率低并且本身不节能并造成能源的浪费，由于洗涤水和煤气是直接接触产生洗涤污水并且处理困难，带来严重的环境污染问题。
中国专利CN203079923U号公开了水冷壁废锅流程的水煤浆加压气化技术方案。该发明水煤浆加压气化装置，由气化炉燃烧室、气化炉烧嘴、辐射废热回收锅炉和对流废热回收锅炉构成，气化炉烧嘴分别设置在气化炉燃烧室顶部，气化炉烧嘴与气化炉燃烧室内部相通，煤浆输送管线与气化炉烧嘴相连，气化炉燃烧室下方直接与辐射废热回收锅炉相连，辐射废热锅炉上部设置有气体出口，对流废热回收锅炉与气体出口连通；气化炉产生的煤气经过对流辐射锅炉和辐射废热锅炉进行煤气余热回收。这个工艺所产生的低压蒸汽量很大，但由于压力太低，利用价值较低，煤气余热的利用率较低，并且冷煤气效率同样较低，使得煤气生产成本大大增加，并且辐射锅炉水冷壁上容易结渣、渣堵，导致气化炉运行不正常，甚至停车。
发明内容
针对现有技术不节能、不环保的问题，本发明的第一个目的在于提供一种节能、安全、环保的水煤浆气化煤气余热回收利用系统。
针对目前水煤浆气化余热回收利用率低的问题，本发明的第二个目的在于提供一种能提高有效气体含量，提高冷煤气效率的水煤浆气化煤气余热回收利用的方法。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统，包括：水煤浆气化炉(3)、流化床气化装置(4)、气体换热器(5)及流化床热解器(6)，所述水煤浆气化炉(3)的煤气出口与所述流化床气化装置(4)的气体进口连接；所述流化床气化装置(4)的气体出口与所述气体换热器(5)的煤气进口连接；所述气体换热器(5)的氮气出口与所述流化床热解器(6)的气体进口连接。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统还包括：磨煤机(1)、水煤浆制备装置(2)。所述磨煤机(1)的半焦出口与所述水煤浆制备装置(2)的半焦进口连接；所述水煤浆制备装置(2)的出口与所述水煤浆气化炉(3)的水煤浆进口连接。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统还包括油气冷凝装置(7)，所述流化床热解器(6)的油气出口与所述油气冷凝装置(7)连接。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统还包括：半焦仓(8)；所述半焦仓(8)的进口与所述流化床热解器(6)的半焦出口连接。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统中，所述半焦仓(8)的半焦出口与所述流化床气化装置(4)的半焦进口连接。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统中，所述半焦仓(8)的半焦出口与所述磨煤机(1)的进口连接。
为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种利用上述水煤浆气化煤气余热回收利用系统进行的基于流化床气化的煤气余热回收利用及净化的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，包括以下步骤：
由所述水煤浆气化炉(3)产生的煤气进入所述流化床气化炉(4)中，在煤气高温余热条件下，得到含有CO和H2的合成气；
从所述流化床气化炉(4)中得到的所述合成气，经过所述气体换热器(5)将氮气预热，所述预热的氮气作为煤热解反应的热载体；
将预热过的、温度为500℃-600℃的所述氮气作为煤热解的热载体送入所述流化床热解器(6)中，进行热解反应。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法还包括步骤：将在所述流化床热解器(6)中发生的热解反应所产生的油气混合物送入所述油气冷凝装置(7)进行冷凝得到附加产品，所述附加产品包括油、煤气。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法中，将所述半焦仓(8)中一部分半焦作为水煤浆制备原料送入所述磨煤机(1)中进行研磨。
进一步地，所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法中所述半焦仓(8)中一部分半焦送入所述流化床气化炉(4)中作为碳源。
根据本发明的水煤浆气化煤气余热回收利用系统结合了流化床气化的技术优势，整体系统设备简单，易于操作，在煤气冷却过程中没有污水产生，热效率高，无污染，具有节能环保的效果。
根据本发明的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，利用化学法利用煤气余热，利用了水煤浆气化的高温煤气显热，同时利用了煤气中的CO2和H2O与碳反应生成CO和H2增加了有效气体含量，提高了冷煤气效率。
附图说明
图1为本发明的装置及工艺原理的示意图。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题是提供一种安全可靠、煤气余热回收利用率高、冷媒气效率高、将节能环保的热量回收系统及工艺。本发明的技术方案是根据水煤浆气流床气化的特点，首先是出口煤气温度在1200℃-1600℃之间，再有气化炉出口粗煤气中含有约10％-20％的H2O和10％-20％的CO2。将高温煤气通入流化床气化炉中与半焦进行气化反应，C+CO2＝2CO；C+H2O＝CO+H2。上述两个反应均为吸热反应。通过在流化床中发生的气化反应，既降低了煤气温度，又提高了煤气中CO和H2的含量。经过初步降温的煤气与惰性气体氮气进行换热，高温氮气作为煤热解的热解气使用，热解产生油、煤气等高附加值产品，半焦作为水煤浆原料和流化床气化炉进料原料使用。水煤浆气化煤气余热用化学法得到分级充分利用。
下面结合附图所示的实施例进一步说明本发明的结构及方法。
图1为本发明一种基于流化床气化的煤气余热回收利用及净化的工艺的原理示意图。图中：1、磨煤机，2、水煤浆制备装置，3、水煤浆气化炉，4、流化床气化装置，5、气体换热器，6、流化床热解器，7、油、气冷凝装置，8、半焦仓。
如图1所示，本发明的一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统包括：磨煤机(1)、水煤浆制备装置(2)、水煤浆气化炉(3)、流化床气化装置(4)、气体换热器(5)、流化床热解器(6)、油气冷凝装置(7)、半焦仓(8)。所述水煤浆气化炉煤气出口与流化床气化装置气体进口连接；所述流化床气化装置气体出口与气体换热器煤气进口连接；所述气体换热器氮气出口与流化床热解器气体进口连接；所述流化床油气出口与油气冷凝装置连接；所述流化床热解装置半焦出口与半焦仓进口连接；所述半焦仓出口与流化床气化装置半焦进口连接；所述半焦仓半焦出口与磨煤机进口连接；所述磨煤机半焦出口与水煤浆制备装置半焦进口连接。
利用图1所示的系统进行气化煤气余热回收利用及净化工艺的具体步骤包括：
(1)由水煤浆气化炉产生的高温煤气1200℃-1600℃进入流化床气化炉中，煤气中约含10-20％的CO2和10％-20％的H2O，在煤气高温余热条件下煤气中H2O和CO2与半焦进行C+CO2＝2CO；C+H2O＝CO+H2反应。合成气有效成分CO、H2含量提高4％-5％。
(2)经过流化床气化装置4后，煤气温度降低到950℃-1000℃，煤气经过气体换热器将氮气预热，此时煤气温度进一步降低到500℃-600℃。
(3)经过煤气预热的煤气预热氮气到500℃-600℃，该氮气作为煤热解的热载体送入流化床热解器6中。
(4)热解产生的油气混合物送入油、气冷凝装置7进行冷凝，得到油、煤气等附加产品。
(5)热解半焦进入半焦仓8中，一部分半焦作为水煤浆制备原料送入研磨机1中进行研磨，将研磨后的煤粉与水制成水煤浆。
(6)半焦仓8中一部分半焦作为流化床气化炉中反应的碳源送入流化床气化装置4中，在流化床气化装置中发生气化反应。
实施例
由水煤浆气化炉产生的高温煤气1300℃进入流化床气化炉中，煤气中约含15％的CO2和10％的H2O，在煤气高温余热条件下煤气中H2O和CO2进行C+CO2＝2CO；C+H2O＝CO+H2反应。合成气有限成分CO、H2含量提高5％。经过流化床气化装置4后，煤气温度降低到950℃，煤气经过气体换热器将氮气预热，此时煤气温度进一步降低为600℃。经过煤气预热的煤气预热氮气到550℃，该氮气作为长焰煤煤热解的热载体送入流化床热解器中。热解产生的油气混合物送入油气冷凝装置进行冷凝，得到油、煤气等附加产品。热解半焦进入半焦仓8中，一部分半焦作为水煤浆制备原料送入研磨机中进行研磨，将研磨后的煤粉与水制成水煤浆。半焦仓中一部分半焦作为流化床气化炉中反应的碳源送入流化床气化炉中，在流化床气化炉中只发生气化反应。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种水煤浆气化煤气余热回收利用系统，包括：水煤浆气化炉(3)、流化床气化装置(4)、气体换热器(5)及流化床热解器(6)；所述水煤浆气化炉(3)的煤气出口与所述流化床气化装置(4)的气体进口连接；所述流化床气化装置(4)的气体出口与所述气体换热器(5)的煤气进口连接；所述气体换热器(5)的氮气出口与所述流化床热解器(6)的气体进口连接。
2.根据权利要求1所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统，其特征在于，还包括：磨煤机(1)、水煤浆制备装置(2)；
所述磨煤机(1)的半焦出口与所述水煤浆制备装置(2)的半焦进口连接；所述水煤浆制备装置(2)的出口与所述水煤浆气化炉(3)的水煤浆进口连接。
3.根据权利要求1或2所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统，其特征在于，还包括油气冷凝装置(7)，所述流化床热解器(6)的油气出口与所述油气冷凝装置(7)连接。
4.根据权利要求1或2所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统，其特征在于，还包括：半焦仓(8)；所述半焦仓(8)的进口与所述流化床热解器(6)的半焦出口连接。
5.根据权利要求4所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统，其特征在于，所述半焦仓(8)的半焦出口与所述流化床气化装置(4)的半焦进口连接。
6.根据权利要求4所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统，其特征在于，所述半焦仓(8)的半焦出口与所述磨煤机(1)的进口连接。
7.一种利用权利要求1-6之一所述的水煤浆气化煤气余热回收利用系统进行的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
由所述水煤浆气化炉(3)产生的煤气进入所述流化床气化炉(4)中，在煤气高温余热条件下，得到含有CO和H2的合成气；
从所述流化床气化炉(4)中得到的所述合成气，经过所述气体换热器(5)将氮气预热，所述预热的氮气作为煤热解反应的热载体；
将预热过的、温度为500℃-600℃的所述氮气作为煤热解的热载体送入所述流化床热解器(6)中，进行热解反应。
8.根据权利要求7所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，其特征在于，还包括步骤：将在所述流化床热解器(6)中发生的热解反应所产生的油气混合物送入所述油气冷凝装置(7)进行冷凝得到附加产品，所述附加产品包括油、煤气。
9.根据权利要求8所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，其特征在于，将所述半焦仓(8)中一部分半焦作为水煤浆制备原料送入所述磨煤机(1)中进行研磨。
10.根据权利要求9所述的水煤浆气化煤气余热回收利用方法，其特征在于，所述半焦仓(8)中一部分半焦送入所述流化床气化炉(4)中作为碳源。
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