CN106186130A - 一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法 - Google Patents

一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法,先用经过洗涤净化的高闪气制取低压蒸汽，再用低压蒸汽直接加热气化灰水，从而彻底解决了灰水换热器的结垢问题，使得高闪气热能获得充分利用。同时，高闪气中的氨气、硫化氢等有用组分通过企业原有汽提塔被有效分离和回收利用，排放的高闪气完全达到国家环保要求。该发明投资少，运行成本低，经济效益和社会效益显著，年投资收益率200％左右，半年左右即可收回全部投资。

Description

一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法
技术领域
本发明属于煤化工、新能源化工、石油化工等化工领域的废气、废水处理环节，具体涉及气化洗涤黑水高温闪蒸产生的含水蒸气、氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳等组分的高温闪蒸气(简称高闪气，下同)中，水蒸气的热能利用和氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳的资源回收方法。
背景技术
煤化工、甲醇、乙醚、二甲醚等化工和新兴能源企业在煤气化和气化气的冷却、洗涤过程中，形成了220-280℃的高温气化洗涤水，称作气化洗涤黑水，其中含有氨气、二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢气、氮气、氩气、氧硫化碳等气体组分，以及碳酸钙、碳酸镁、碳酸钠、硅酸钙、硅酸铝、硅酸钠等无机盐类。这股黑水不能直接排放，必须降温至40℃左右进行絮凝、沉淀、澄清处理，其中的上清液，称作灰水，重新返回气化系统循环利用，沉淀下来的灰泥作为固废进一步处理。由于黑水温度较高，如采用循环冷却水加以冷却，将消耗大量的冷量，并且黑水的高温热能白白浪费掉了。目前，企业一般是通过高温黑水闪蒸罐，闪蒸出170-179℃的高闪气，按质量百分比，其中水蒸气占90-95％，液态水占3-6％，二氧化碳占2-5％，氨气占0.2-0.5％，一氧化碳占0.2-0.6％，硫化氢占0.05-0.1％，氢气、氮气、氧硫化碳、氩气共占0.03-0.1％。由于液态水的存在，其中会溶解部分无机盐类，在通过灰水换热器利用高闪气的热量时，其中的水蒸气发生冷凝和温降，放出的热量首先会蒸发掉高闪气中的液态水分，进而使液态水中的无机盐在灰水换热器壳程的管道和阀门处析出结晶，其中的硅酸钙、碳酸钙、碳酸镁会形成结垢；由于高闪气中不凝气的存在和含量波动，使得其中的水蒸气在冷凝时受热不均匀，这样，即使有水蒸气冷凝下来，也很难将在灰水换热器管壁上的结垢完全溶解、冲掉，以至于影响灰水换热器的换热效果，卧式管壳式灰水换热器情况尤其如此；由于换热效果不好，冷凝效果下降，高闪气中水蒸气冷凝量越来越少，而其中的液态水还是会蒸发掉，这将导致灰水换热器结垢情况越来越重，最终严重影响换热效率；由于高闪气不能充分冷凝，就难以充分利用其热能，许多厂家迫于无奈，只好将其直接放空，既损失了热能，又严重污染了环境，还浪费了氨气、硫、二氧化碳等资源。另一方面，企业在用高闪气通过灰水换热器加热灰水时，由于灰水中上述碳酸钙、碳酸镁、硅酸钙、硅酸铝等无机盐几乎处于饱和状态，温度上升时，非常易于在灰水换热管内壁结晶析出，形成结垢，并且愈结愈多，甚至将换热管堵死；而由于硅酸钙的存在，结下来的垢用一般的强酸强碱均难以溶解，非常难以清除，使得企业不得不经常更换灰水换热器，严重影响着生产系统正常运行和经济效益。为此，积极探索新的处理方法和处理装置，将气化灰水换热器结垢的问题彻底解决，在满足国家环保标准的前提下，对高闪气、灰水实现资源综合利用和节约能源的目标，成为上述企业和科研机构的重要和急切的任务。
因此，煤化工企业和甲醇、烯烃、二甲醚等新兴能源企业，急需一种方法，彻底解决高闪气利用中的气化灰水换热器结垢问题，将高闪气的热量充分利用；同时投资相对适中，并尽可能实现运行正收益。只有这样，才能保障煤化工和新兴能源化工产业的长期健康发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法，使高闪气的高温热能可以被企业有效利用，并将其中的氨气、二氧化碳、硫化氢分离和分别回收，达到国家环保要求，实现资源综合利用和能源节约，从而变废为宝，最终提高生产质量，提升社会和经济效益。
为实现上述目的，本发明采用的方案是：一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法,包括以下步骤：
A、220-280℃的气化洗涤黑水减压至绝对压力0.8-1MPa，闪蒸出的压力0.8-1MPa、温度170-179℃的高温闪蒸气体(简称高闪气)，按质量百分比，其中水蒸气占90-95％，液态水占3-6％，二氧化碳占2-5％，氨气占0.2-0.5％，硫化氢占0.05-0.1％，一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气共占0.23-0.7％，经高温洗涤液多级洗涤净化后，引入净化水换热器(1)壳程，脱盐水或企业变换冷凝液氨回收汽提塔净化后的高温合格液经增压泵(2)增压后打入净化水换热器(1)的高温蒸发器(3)，再由蒸发循环泵(4)从蒸发器(3)中打入换热器(1)的管程，吸收热量后进入高温蒸发器(3)中循环蒸发，产生163-173℃的低压蒸汽，绝对压力0.67-0.86MPa；高闪气在净化水换热器(1)壳程中冷凝后，进入分离器(5)中气液分离，冷凝液经增压泵(6)打入企业原有的氨回收汽提塔(7)，未冷凝的高闪气靠余压引入企业原有的氨回收汽提塔(7)，与进入氨回收汽提塔(7)的变换冷凝液一并进行汽提，其中高闪气中的氨气从汽提塔(7)侧线抽出加以回收，高闪气中的二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气从汽提塔(7)顶部排出，靠余压引入企业硫回收进一步回收硫，其中的一氧化碳燃烧成为二氧化碳，氢气燃烧成为水，从硫回收系统排出时，成为纯度较高的二氧化碳气体，共含有质量百分比0.02-0.1％的氮气、氧硫化碳、氩气和水蒸气；
B、高温蒸发器(3)产生的低压蒸汽从蒸发器(3)中靠余压引入灰水加热罐(8)下部，从除氧器排出的气化灰水经增压泵(9)打入灰水加热罐(8)顶部，经布液后自上而下流动，气液接触中，水蒸气不断冷凝，灰水被加热至160-170℃，保持加热罐(8)内压力在0.62-0.79MPa；
C、加热罐(8)底部灰水经增压泵(10)进一步增压后，打入企业气化系统加以利用。
经过上述步骤A-C，高闪气和气化灰水在灰水加热罐直接热交换，取消了灰水换热器，彻底解决了灰水换热器结垢问题，高闪气的热量获得充分利用；同时，高闪气中的氨气、硫化氢等有用组分通过企业原有汽提塔被有效分离和回收利用，排放的高闪气完全达到国家环保要求。该发明投资少，运行成本低。对于年产60万吨甲醇的化工企业来讲，投资800万元左右，每年节约蒸汽能源20万吨，折合2000万元；回收浓氨水(质量百分比20％)约5000吨，折合350万元；扣除电费、水费、折旧、人工、维护支出后，年净收益在1800万元以上，不足一年即可收回全部投资。
附图说明
附图为本发明实施例实验装置结构示意图。
具体实施方式
一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法,包括以下步骤：
A、220-280℃的气化洗涤黑水减压至0.8-1MPa(绝对压力，下同)，闪蒸出的压力0.8-1MPa、温度170-179℃的高温闪蒸气体(简称高闪气，按质量百分比，其中水蒸气占90-95％，液态水占3-6％，二氧化碳占2-5％，氨气占0.2-0.5％，硫化氢占0.05-0.1％，一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气共占0.23-0.7％)，经高温洗涤液多级洗涤净化后，引入净化水换热器(1)壳程，脱盐水(或企业变换冷凝液氨回收汽提塔净化后的高温合格液)经增压泵(2)增压后打入净化水换热器(1)的高温蒸发器(3)，再由蒸发循环泵(4)从蒸发器(3)中打入换热器(1)的管程，吸收热量后进入蒸发器(3)中循环蒸发，产生163-173℃的低压蒸汽，压力0.67-0.86MPa；高闪气在换热器(1)壳程中冷凝后，进入分离器(5)中气液分离，冷凝液经增压泵(6)打入企业原有的氨回收汽提塔(7)，未冷凝的高闪气靠余压引入企业原有的氨回收汽提塔(7)，与进入氨回收汽提塔的变换冷凝液一并进行汽提，，其中高闪气中的氨气从汽提塔(7)侧线抽出加以回收，高闪气中的二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气等从汽提塔(7)顶部排出，靠余压引入企业硫回收进一步回收硫，其中的一氧化碳燃烧成为二氧化碳，氢气燃烧成为水，从硫回收系统排出时，成为纯度较高的二氧化碳气体，共含有约0.02-0.1％的氮气、氧硫化碳、氩气和水蒸气(质量百分比)；
B、低压蒸汽从蒸发器(3)中靠余压引入灰水加热罐(8)下部，从除氧器排出的气化灰水经增压泵(9)打入灰水加热罐(8)顶部，经布液后自上而下流动，气液接触中，水蒸气不断冷凝，灰水被加热至160-170℃，保持加热罐(8)内压力在0.62-0.79MPa；
C、加热罐(8)底部灰水经增压泵(10)进一步增压后，打入企业气化系统加以利用。
本发明主要设备包括：
1、低压蒸汽制取系统：由净化水换热器1、高温蒸发器3、蒸发循环泵4、增压泵2、6及相应的管道、阀门组成；
2、灰水加热系统：由灰水加热罐8、增压泵9、10及相应的管道和阀门组成。

Claims (1)

1.一种煤化工气化洗涤黑水高温闪蒸气的热能利用方法,其特征在于：包括以下步骤：
A、220-280℃的气化洗涤黑水减压至绝对压力0.8-1MPa，闪蒸出的压力0.8-1MPa、温度170-179℃的高温闪蒸气体(简称高闪气)，按质量百分比，其中水蒸气占90-95％，液态水占3-6％，二氧化碳占2-5％，氨气占0.2-0.5％，硫化氢占0.05-0.1％，一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气共占0.23-0.7％，经高温洗涤液多级洗涤净化后，引入净化水换热器(1)壳程，脱盐水或企业变换冷凝液氨回收汽提塔净化后的高温合格液经增压泵(2)增压后打入净化水换热器(1)的高温蒸发器(3)，再由蒸发循环泵(4)从蒸发器(3)中打入换热器(1)的管程，吸收热量后进入高温蒸发器(3)中循环蒸发，产生163-173℃的低压蒸汽，绝对压力0.67-0.86MPa；高闪气在净化水换热器(1)壳程中冷凝后，进入分离器(5)中气液分离，冷凝液经增压泵(6)打入企业原有的氨回收汽提塔(7)，未冷凝的高闪气靠余压引入企业原有的氨回收汽提塔(7)，与进入氨回收汽提塔(7)的变换冷凝液一并进行汽提，其中高闪气中的氨气从汽提塔(7)侧线抽出加以回收，高闪气中的二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢气、氮气、氧硫化碳、氩气从汽提塔(7)顶部排出，靠余压引入企业硫回收进一步回收硫，其中的一氧化碳燃烧成为二氧化碳，氢气燃烧成为水，从硫回收系统排出时，成为纯度较高的二氧化碳气体，共含有质量百分比0.02-0.1％的氮气、氧硫化碳、氩气和水蒸气；
B、低压蒸汽从蒸发器(3)中靠余压引入灰水加热罐(8)下部，从除氧器排出的气化灰水经增压泵(9)打入灰水加热罐(8)顶部，经布液后自上而下流动，气液接触中，水蒸气不断冷凝，灰水被加热至160-170℃，保持加热罐(8)内压力在0.62-0.79MPa；
C、加热罐(8)底部灰水经增压泵(10)进一步增压后，打入企业气化系统加以利用。
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