CN106318470A - 采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法。该方法包括如下步骤：将干粉煤进行气化反应产生的合成气利用水蒸汽和雾化水进行一次激冷，再进行变换反应，变换反应完成后再利用雾化水进行二次激冷，激冷完毕完成所述合成气的冷却。本发明的优点在于工艺简单，操作方便，节省投资，缩小了灰水处理规模，大大减轻了污水处理的负担，同时提高了合成气的氢碳比。

Description

采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法

技术领域

本发明涉及一种采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法。

背景技术

目前的气化主流技术是采用气流床技术，有代表性的主要有三种工艺：

一种是水煤浆加压气化技术，以美国GE公司的水煤浆最为典型，采用水煤浆湿法进料，气化合成气直接水激冷的工艺，该技术有技术成熟(气化压力高，煤浆输送简单、安全可靠)，投资低等优点，但存在气化效率低，碳转化率低(约96％)，比煤耗、比氧耗较高，原料受限(成浆性、灰分、灰熔点)等不足，且后续的“黑水”处理难度较大。

第二种是干粉煤加压气化技术，以荷兰壳牌公司的干粉气化最为典型，采用干煤粉进料，多喷嘴气化，气化合成气采用废锅流程冷却的工艺，该技术有煤种适应性广，碳转化率高(约99％)，比煤耗、比氧耗较低，热效率高等优点，但存在投资高，对于后接一氧化碳变换的工艺流程，该工艺生产的产品气中蒸汽含量不足，需补加蒸汽，激冷合成气加压所需功耗大，设备结构复杂等不足。

第三种也是干粉煤加压气化技术，采用干煤粉进料，气化合成气直接水激冷的工艺，该技术以GSP加压气化技术最为典型，该工艺结合了水煤浆技术和壳牌气化技术各自的优势，对现行化工生产更有利，但该工艺也存在着灰水处理量较大，气化排放废水多，合成气氢碳比较低等不足。

目前商业化的干粉煤气化炉中，干粉煤气化废锅流程出口合成气氢碳比约0.3、水气比约0.23，干粉煤气化激冷流程出口合成气氢碳比约0.4、水气比约0.8，若满足下游费托合成合成气氢碳比要求，变换单元存在高水气比变换需要配汽且存在超温风险，低水气比变换存在流程长，压降大的弊端，在现行清洁高效利用煤炭资源和节水环保的今天，如何减少投资，缩短工艺流程来得到合成气供下游装置使用，是目前该领域技术人员一直致力于研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法。

本发明提供的采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法，包括如下步骤：

将干粉煤进行气化反应产生的合成气利用水蒸汽和雾化水进行一次激冷，再进行变换反应，变换反应完成后再利用雾化水进行二次激冷，激冷完毕完成所述合成气的冷却。

上述方法所述气化反应步骤中，气化剂为氧气配水蒸汽；所述氧气和水蒸汽的配比为每1Nm³氧气中含有0.1-0.4kg或0.16kg水蒸汽；

气化反应的压强为4.0-4.3MPaG；

气化反应的温度为1350-1500℃。

所述一次激冷步骤中，水蒸汽和雾化水可由气化炉燃烧室上部喷入，从而与上行的合成气相遇完成一次激冷。

所述水蒸汽和雾化水的温度为180-220℃，具体可为200℃；

所述雾化水为雾化的水蒸汽。

经过所述一次激冷后所述合成气的温度不高于900℃，具体可为900℃。

所述变换反应为所述一次激冷步骤喷入的水蒸汽和雾化水与所述合成气中的CO反应生成CO₂和H₂的反应。

所述变换反应步骤中，压强为4.0-4.3MPaG；

温度为900-1100℃；

反应时间大于3秒或3-10秒，以利于反应的充分进行。

该变换反应是在无催化剂的条件下进行的。

反应如下：

CO+H₂O＝CO₂+H₂C+H₂O＝CO+H₂

一次激冷后的合成气经过该变换反应，可提高合成气中氢碳比值，减少下游变换工艺负担；同时水蒸气还与飞灰中残碳发生反应生成，生成CO和H₂，这可将降低飞灰中的残碳率，并增加有效合成气量；将COS基本全部转化为H₂S，使得下游脱硫系统不在考虑脱除COS的问题，净化后的总硫指标更低。

所述二次激冷步骤中，所用雾化水的温度为180-220℃，具体可为200℃；

经过所述二次激冷后所述合成气的温度为360℃～380℃。

合成气经过二次激冷，不仅完成了冷却，还增加了合成气中水蒸气含量，生产出的粗合成气中蒸汽含量高，对于后续接变换工艺的装置，不需要再补加蒸汽，从而简化流程，节省投资。

经过二次激冷后的合成气可进入干法除灰系统，除去合成气中携带的飞灰，送入水洗塔再次降温除尘后，得到～210℃的粗合成气送出界区。

本发明提供的两次激冷冷却合成气的方法，提高了粗合成气中的氢碳比和水气比，减少了下游变换工艺的负担，并节省了补入蒸汽的步骤；节省了传统废锅流程中废锅部分的投资及合成气激冷的压缩功耗；缩小了传统水浴激冷流程造成的黑水处理规模，减少了废水排放量。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施例1、

气化反应：

干粉煤与氧气及水蒸汽一起分别送至气化炉中，在炉内燃烧室发生气化反应，反应条件为4.3MPaG，1500℃，生成合成气和液态渣。形成的液态渣沿水冷壁向下流动进入底部渣池，激冷成固体状出气化炉。

一次激冷：

在气化炉燃烧室的上部设置水平均匀布置水蒸气和雾化水激冷喷嘴的汽水一次激冷段，由气化炉燃烧室生成的大量合成气携带飞灰(约1500℃)上行，进入水蒸汽和雾化水一次激冷段，由汽水一次激冷段的水蒸气和雾化水激冷喷嘴喷出的水蒸汽和雾化水(温度均为200℃，雾化水也即由水蒸汽雾化而得的水))对该合成气进行一次激冷，激冷后合成气的温度降至900℃。

变换反应：

将汽水一次激冷段的水蒸气和雾化水激冷喷嘴喷出的水蒸气和雾化水加温加压，与经过一次激冷后的合成气进行变换反应，该合成气中的CO发生变换反应，压强为4.3MPaG，温度为1000℃，反应时间为8秒，生成CO₂和H₂，提高合成气中氢碳比值；同时水蒸气还与飞灰中残碳发生反应生成，生成CO和H₂，这可将降低飞灰中的残碳率，并增加有效合成气量。二次反应段发生的反应如下：

CO+H₂O＝CO₂+H₂C+H₂O＝CO+H₂

二次激冷：

经过变换反应后的合成气继续上行，进入水平均匀布置雾化水二次激冷喷嘴的二次激冷段，由雾化水二次激冷喷嘴喷出温度为200℃雾化水(也即由水蒸汽雾化而得的水)对经过变换反应的合成气进行二次激冷，使合成气的温度冷却至380℃～360℃送出气化炉。

出气化炉的合成气中含有一定的飞灰，送至除灰单元经飞灰过滤器除灰后送至水洗塔，经水洗塔减温吹灰后送至下游工艺单元。

出气化炉渣池的炉渣经除渣单元处理后送至渣厂。

飞灰过滤器收集的飞灰经除灰单元处理后送至飞灰储仓。

传统干粉煤气化废锅流程出口合成气组分见列1；传统干粉煤气化激冷流程出口合成气组分见列2，本发明流程出口合成气组分见列3。

表1、本发明流程出口合成气和传统流程出口合成气组分对照表

从上表1可以看出，若采用干粉煤气化废锅流程出口合成气氢碳比约为0.3、水气比约为0.23，干粉煤气化激冷流程出口合成气氢碳比约为0.4、水气比约为0.8；若采用本发明，出口合成气氢碳比可达到0.8、水气比约为1。

可见，本发明利用雾化水/水蒸汽两次激冷合成气，该工艺提高了粗合成气中的氢碳比和水气比，减少了下游变换工艺的负担，并节省了补入蒸汽的步骤；节省了传统废锅流程中废锅部分的投资及合成气激冷的压缩功耗；缩小了传统水浴激冷流程造成的黑水处理规模，减少了废水排放量。

Claims (7)

1.一种采用雾化水两次激冷冷却合成气的方法，包括如下步骤：

将干粉煤进行气化反应产生的合成气利用水蒸汽和雾化水进行一次激冷，再进行变换反应，变换反应完成后再利用雾化水进行二次激冷，激冷完毕完成所述合成气的冷却。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气化反应步骤中，气化剂为氧气配水蒸汽；所述氧气和水蒸汽的配比为每1Nm³氧气中含有0.1-0.4kg或0.16kg水蒸汽；

气化反应的压强为4.0-4.3MPaG；

气化反应的温度为1350-1500℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：经过所述一次激冷后所述合成气的温度不高于900℃或为900℃。

4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述变换反应为所述一次激冷步骤喷入的水蒸汽和雾化水与所述合成气中的CO反应生成CO₂和H₂的反应。

5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述变换反应步骤中，压强为4.0-4.3MPaG；

温度为900-1100℃；

反应时间大于3秒或3-10秒。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于：经过所述二次激冷后所述合成气的温度为360℃～380℃。

7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于：所述一次激冷步骤中，所述水蒸汽和雾化水的温度为180-220℃或200℃；

所述雾化水为雾化的水蒸汽。