CN106544058A - 固定床加压气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固定床加压气化系统，涉及气化工艺技术领域，为解决产出的煤气中甲烷含量高，对系统产能影响较大的问题。所述固定床加压气化系统包括：气化反应器、甲烷转化装置、煤气废锅、洗涤饱和塔和灰水处理系统；甲烷转化装置的进气口与气化反应器的出气口相连通，甲烷转化装置的顶部设置有气化剂入口，经由气化剂入口进入甲烷转化装置的气化剂包括氧气；煤气废锅与甲烷转化装置的出气口相连通；洗涤饱和塔与煤气废锅相连通；灰水处理系统分别与气化反应器、煤气废锅和洗涤饱和塔相连通。所述固定床加压气化系统能有效解决产出气体甲烷含量高、煤气夹带焦油等有机物的缺点。

Description

固定床加压气化系统
技术领域
本发明涉及气化工艺技术领域，尤其是涉及一种固定床加压气化系统。
背景技术
目前，传统的煤炭颗粒固定床气化技术是采用空气添加蒸汽常压下高温燃烧固定床间歇式循环进行煤炭转化制造煤气(一氧化碳和氢气)的技术。一般来说，此类煤炭气化工艺装置由煤仓、给料计量罐、气化炉、灰贮斗、除尘器、空气风机及其辅助配套设施组成；气化剂多为空气和水蒸气，压力接近常压；效率低、能耗大，对环境污染大。另有德国鲁奇公司的鲁奇炉也为加压固定床气化工艺，鲁奇炉加压固定床气化工艺只用于褐煤、烟煤等燃料的煤气化，其在气化反应器出口将气体进行激冷并将煤气中夹带的煤灰和焦炭等有机物洗掉，其生产出来的煤气中甲烷含量高，对系统产能影响较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定床加压气化系统，以解决现有技术中存在的气化系统生产出的煤气中甲烷含量高，对系统产能影响较大的技术问题。
本发明提供的固定床加压气化系统，包括：
气化反应器，所述气化反应器为压力容器，其工作压力为0.5MPa～5.0MPa，所述气化反应器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；
甲烷转化装置，所述甲烷转化装置的进气口与所述气化反应器的出气口相连通，所述甲烷转化装置的顶部设置有气化剂入口，经由所述气化剂入口进入所述甲烷转化装置的气化剂包括氧气；
煤气废锅，所述煤气废锅与所述甲烷转化装置的出气口相连通；
洗涤饱和塔，所述洗涤饱和塔与所述煤气废锅相连通；
灰水处理系统，所述灰水处理系统分别与所述气化反应器、所述煤气废锅和所述洗涤饱和塔相连通。
进一步地，所述甲烷转化装置的内部设置有耐热耐磨衬里。
可选地，所述气化反应器与所述甲烷转化装置之间设置有旋风除尘设备，所述旋风除尘设备的进气口与所述气化反应器的出气口相连通，所述旋风除尘设备的出气口与所述甲烷转化装置的进气口相连通。
可选地，所述甲烷转化装置与所述煤气废锅之间设置有旋风除尘设备，所述旋风除尘设备的进气口与所述甲烷转化装置的出气口相连通，所述旋风除尘设备的出气口与所述煤气废锅的进气口相连通。
进一步地，所述灰水处理系统包括：闪蒸罐、沉降槽、灰水槽、除氧水槽和含尘焦油槽，所述闪蒸罐与所述洗涤饱和塔相连，所述沉降槽分别与所述闪蒸罐、所述含尘焦油槽和所述灰水槽相连，所述灰水槽与所述除氧水槽相连，所述除氧水槽与所述洗涤饱和塔相连。
优选地，所述气化反应器的底部连通有第一排灰锁斗，所述第一排灰锁斗的进口与所述气化反应器的排渣口连通，所述第一排灰锁斗为变压排渣罐，与排灰阀相连。
可选地，所述甲烷转化装置的底部连通有第二排灰锁斗，所述第二排灰锁斗的进口或出口设置有气动自动锁渣球阀；所述煤气废锅的底部连通有第三排灰锁斗，所述第三排灰锁斗的进口或者出口设置气动自动锁渣球阀。
进一步地，所述第二排灰锁斗、所述第三排灰锁斗分别与所述闪蒸罐或者沉降槽相连。
可选地，所述气化反应器的顶部设置有变压进料锁斗，所述变压进料锁斗与所述气化反应器之间连接有给料罐，所述变压进料锁斗与原料仓连通，所述变压进料锁斗上设置有充压泄压气体接口。
优选地，所述气化反应器的底部设有排灰炉篦以及气化剂进口；所述排灰炉篦为一变速旋转和排灰的结构，采用耐热耐磨铸钢制备，为多层多边扇形结构，所述排灰炉篦与电机相连；所述气化反应器的气化剂进口为环形多孔分布结构。
相对于现有技术，本发明所述的固定床加压气化系统具有以下优势：
本发明所述的固定床加压气化系统工作过程中，气化反应器中生成的高温气体进入甲烷转化装置中，经甲烷转化装置处理后的气体进入煤气废锅中。通过甲烷转化装置的气化剂入口向甲烷转化装置中通入少量氧气，以使得由气化反应器输送过来的气体中的部分煤气和煤气夹带的煤灰、焦油等有机物燃烧产生热量，从而使得温度上升到1000℃-1100℃左右，煤气中的甲烷与二氧化碳或者水蒸气发生吸热分解反应，生成一氧化碳和氢气，从而使得煤气中的甲烷达到分解产生有效气体的目的。
与现有技术中的气化系统相比，本发明提供的固定床加压气化系统中设置有甲烷转化器，甲烷转化器将甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而降低气体中甲烷含量，同时增加固定床加压气化系统的有效气体转化率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例提供的固定床加压气化系统的工艺流程示意图一；
图2为本发明实施例提供的固定床加压气化系统的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的固定床加压气化系统的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的固定床加压气化系统的结构示意图三；
图5为本发明实施例提供的固定床加压气化系统的工艺流程示意图二。
图中：10-预热器；20-混合器；30-气化反应器；31-原料仓；32-变压进料锁斗；33-给料罐；34-夹套汽包；40-甲烷转化装置；50-煤气废锅；51-煤气废锅汽包；52-耐磨瓦；60-洗涤饱和塔；70-灰水处理系统；71-闪蒸罐；72-沉降槽；73-灰水槽；74-除氧水槽；75-含尘焦油槽；76-灰水泵；77-除氧水泵；80-旋风除尘设备。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-5所示，本发明实施例提供的固定床加压气化系统，包括：气化反应器30、甲烷转化装置40、煤气废锅50、洗涤饱和塔60和灰水处理系统70，上述各结构均通过管路相连，在与甲烷转化装置40相连的管路内壁设置有耐热耐磨衬里。
气化反应器30为压力容器，其工作压力为0.5MPa～5.0MPa，气化反应器30自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层，气化反应器30为半夹套结构或者全夹套结构，气化反应器30的夹套结构与夹套汽包34相连通，气化反应器30与混合器20相连通，混合器20与预热器10相连通，气化反应器30具有气化剂进口、进料口、排渣口和出气口；经由气化反应器30的气化剂进口进入气化反应器30内部的气化剂为氧气+水蒸气、富氧+水蒸气，还可以是富氧+水蒸汽+CO2或者氧气+水蒸汽+CO2。
气化反应器30的炉壁可以为全夹套结构或者半夹套结构，夹套结构与夹套汽包34相连，夹套汽包34用于将夹套结构中产出的水蒸汽通入气化反应器30中，从而进一步减少外界水蒸汽的用量；当气化反应器30的炉壁为半夹套结构时，气化反应器30包括夹套部和耐火部，气化反应器30分为上下两个区域，耐火部位于上部区域，夹套部位于下部区域，夹套部内壁采用碳钢+不锈钢复合钢板或者碳钢+不锈钢堆焊，且夹套部具有吸收热膨胀量消除热应力变形能力，耐火部内存耐热耐火材料，向火面为耐磨浇注料或者重质耐火料衬里。在气化反应器30中，出气口设置于气化反应器30上部侧壁或者顶盖上，且出气口内侧具有耐热浇注衬里。气化反应器30的顶部设置有变压进料锁斗32，变压进料锁斗32与气化反应器30之间连接有给料罐33，变压进料锁斗32与原料仓31连通，变压进料锁斗32上设置有充压泄压气体接口，进料锁斗充压可以使用本装置煤气和其他惰性气体；变压进料锁斗32的数量可以为一个、两个或者多个，当变压进料锁斗32的数量为两个或者多个时，各变压进料锁斗32之间连接有平衡管道。在本实施例的一种具体实施方式中，变压进料锁斗32的数量为两个，两个变压进料锁斗32之间连接有平衡管道。
甲烷转化装置40的进气口与气化反应器30的出气口相连通，甲烷转化装置40的顶部设置有气化剂入口，经由气化剂入口进入甲烷转化装置40的气化剂包括氧气，还可以为氧气加二氧化碳、氧气加水蒸气、氧气加氮气等混合保护气。
煤气废锅50与甲烷转化装置40的出气口相连通，煤气废锅50为一碳钢材质外壳、高温铬钼钢列管的竖琴式传热装置。煤气废锅50包括具有空腔的外壳，空腔的上部设置有蒸汽过热器换热列管、中部设置有废热锅炉换热列管、下部为除尘区，废热锅炉换热列管与煤气废锅汽包51相连通，煤气废锅汽包51与蒸汽过热器换热列管相连通，蒸汽过热器换热列管与夹套汽包34相连通，夹套汽包34与气化反应器30相连通。煤气废锅50内部衬有耐热浇筑衬里，进气口出设置有防冲挡板，蒸汽过热器换热列管和废热锅炉换热列管的顶部均设有耐磨瓦52。
洗涤饱和塔60与煤气废锅50相连通，洗涤饱和塔60为一固阀/垂直筛板结构的气液接触塔，使煤气降温增湿，实现煤气洗尘和水气饱和的目的。洗涤饱和塔60为多层塔板，通过三条工艺路线向塔板供水。洗涤饱和塔60内上部清液通过泵送入下部塔板、从界区外的变换装置送入的冷凝液送入顶部塔板。洗涤饱和塔60将煤气洗尘并提高水汽比后，通过气水分离器后做为产品外送。
灰水处理系统70分别与气化反应器30、甲烷转化装置40、煤气废锅50和洗涤饱和塔60相连通。闪蒸罐71、沉降槽72、灰水槽73、除氧水槽74和含尘焦油槽75，闪蒸罐71与洗涤饱和塔60相连，沉降槽72分别与闪蒸罐71、含尘焦油槽75和灰水槽73相连，灰水槽73与除氧水槽74相连，除氧水槽74的除氧水与洗涤饱和塔60相连。闪蒸罐71与洗涤饱和塔60下部排水管线相连，并通过减压再沸使液体中不凝气体进行释放；沉降槽72与闪蒸罐71底部排水相连，通过重力沉降的方式将液体中的固体进行分离，其上部清液通过溢流方式进入灰水槽73储存使用；除氧水槽74是为通过加热除氧的方式来降低水溶氧的设备，其与灰水槽73送水相连；除氧水槽74的除氧水与洗涤饱和塔60相连；含尘焦油槽75与沉降槽72底部相连，收集沉降槽72底部含焦油灰浆。由于灰水处理系统70将洗涤气体后的灰水进行分离处理，实现了废渣和水的分离，分离出来的水可在固定床加压气化系统中循环使用，因此，降低了水的消耗量，且降低了污水的排放量。从除氧水槽74来的除氧水通过灰水加热器加热后进入中部塔板供水。
洗涤饱和塔60内的洗尘水通过管道送入到闪蒸罐71，闪蒸罐71为一通过减压再沸形式将液体中融入不凝气体进行释放的容器，实现液体释放不凝气、降温、含固浓缩的目的。闪蒸罐71设置为一到三级，压力逐渐进行递减，闪蒸罐71内的液体通过管道送入沉降槽72。沉降槽72为一通过重力沉降使液体中的固定进行分离的设备，其底部浓缩液外送，上部清液溢流返回循环使用，从而实现系统水循环重复使用的目的。
洗涤饱和塔60、甲烷转化装置40、煤气废锅50底部排出高含灰黑水经过闪蒸罐71，灰水温度下降到100℃以下后送入沉降槽72，水中细灰汇集与沉降槽72底部送入到含尘焦油槽75，再通过泵压外送。沉降槽72顶部溢流出来的清液送入到灰水槽73，再经由灰水槽73的灰水泵76送回系统循环使用。
进一步地，甲烷转化装置40的内部设置有耐热耐磨衬里。
为了对气化反应器30生产出来的煤气进行进一步除灰除尘操作，在本实施例的其中一种具体实施方式中，气化反应器30与甲烷转化装置40之间设置有旋风除尘设备80，旋风除尘设备80的进气口与气化反应器30的出气口相连通，旋风除尘设备80的出气口与甲烷转化装置40的进气口相连通。旋风除尘设备80用于对气化反应器30产生的气体进行除尘除灰。
或者，在本实施例中的另一种具体实施方式中，甲烷转化装置40与煤气废锅50之间设置有旋风除尘设备80，旋风除尘设备80的进气口与甲烷转化装置40的出气口相连通，旋风除尘设备80的出气口与煤气废锅50的进气口相连通。在此处设置旋风除尘设备80能够更好地除尘除灰，减小煤气废锅50的磨损，延长其使用寿命。
进一步地，气化反应器30的顶部设置有变压进料锁斗32，变压进料锁斗32与气化反应器30之间连接有给料罐33，变压进料锁斗32与原料仓31连通，变压进料锁斗32上设置有充压泄压气体接口。气化反应器30的底部连通有第一排灰锁斗，第一排灰锁斗的进口与气化反应器30的排渣口连通，第一排灰锁斗为变压排渣罐，与排灰阀相连。甲烷转化装置40的底部连通有第二排灰锁斗，第二排灰锁斗的进口或出口设置有气动自动锁渣球阀。煤气废锅50的底部连通有第三排灰锁斗，第三排灰锁斗的进口或者出口设置有启动自动锁渣球阀。第二排灰锁斗、第三排灰锁斗均与闪蒸罐71或者沉降槽72相连。
优选地，气化反应器30的底部设有排灰炉篦以及气化剂进口；排灰炉篦为一变速旋转和排灰的结构，采用耐热耐磨铸钢制备，为多层多边扇形结构，排灰炉篦与电机相连；气化剂进口为环形多孔分布结构。电机驱动排灰炉篦转动，从而将气化反应器30底部内侧的废渣清除，防止废渣粘结在气化反应器30的内壁上。
本发明实施例的固定床加压气化系统工作过程中，气化反应器30中生成的高温气体进入甲烷转化装置40中，经甲烷转化装置40处理后的气体进入煤气废锅50中。通过甲烷转化装置40的气化剂入口向甲烷转化装置40中通入少量氧气，以使得由气化反应器30输送过来的气体中的部分煤气和煤气夹带的煤灰、焦油等有机物燃烧产生热量，从而使得温度上升到1000℃-1100℃左右，煤气中的甲烷与二氧化碳或者水蒸气发生吸热分解反应，生成一氧化碳和氢气，从而使得煤气中的甲烷达到分解产生有效气体的目的。
与现有技术中的气化系统相比，本发明实施例提供的固定床加压气化系统中设置有甲烷转化器，甲烷转化器将甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而降低气体中甲烷含量，同时增加固定床加压气化系统的有效气体转化率。且效率高、污染小、占地少、投资省、节能环保、有效发挥行业产能和经济效益，能有效解决固定床加压气化甲烷含量高、煤气夹带焦油等有机物的缺点；本实施例提供的固定床加压气化系统使用的以烟煤、无烟煤、焦炭为原料的加压气化方式实现了洁净煤气化、节能减排、环境友好，有着极好的产业化前景和广泛的社会效益。
此外，本发明实施例中的固定床加压气化系统在工作过程中，气化反应器30中生成的高温气体进入甲烷转化装置40进行处理后进入煤气废锅50，在煤气废锅50中，废热锅炉换热列管中包含有冷却水，冷却水吸收进入煤气废锅50中气体的热量，冷却水受热后进入煤气废锅汽包51，在煤气废锅汽包51中副产水蒸汽，水蒸汽进入蒸汽过热器换热列管中，使水蒸汽加热为过热蒸汽，蒸汽过热器换热列管与夹套汽包34相连，由于夹套汽包34与气化反应器30相连通，因此煤气废锅汽包51可将在煤气废锅50中产生的水蒸汽通入气化反应器30的下部区域，当水蒸汽直接进入气化反应器30的下部区域时，进入气化反应器30内的水蒸汽的温度低于气化反应器30的内部温度，因此，可以起到对于气化反应器30的底部区域降温的作用。此外，当气化反应器30中的气化剂中包含水蒸汽时，进入气化反应器30的水蒸汽可作为气化剂的一部分参与气化反应。当使用的气化剂中不包含水蒸汽时，煤气废锅50中产生的过热蒸汽可用于预热气化剂，预热后的气化剂经由气化剂入口进入气化反应器30内。
本发明实施例提供的固定床加压气化系统利用气化反应产生的气体的热量副产水蒸汽、且利用气化反应产生的气体显热副产过热蒸汽，并可在使用的气化剂中含有水蒸汽时将副产的水蒸汽通入气化反应器30中作为气化剂的一部分参与反应，因此，提高了热量的利用率，且减少了外界水蒸汽的通入量。
当使用的气化剂中不包含水蒸汽，仅为CO2+氧气或者CO2+富氧时，夹套部产生的水蒸汽可用于预热气化剂，水蒸汽不作为气化剂，能进一步的降低原料煤和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。从而使得煤气中水蒸汽含量极少，因煤气洗涤冷却而产生的废水基本消除，煤气中的组分更适合作为燃料气使用。
气化反应产生的气体通过除尘、显热回收和水饱和洗涤后，使气体温度下降一部分，同时使气体中的水蒸汽达到饱和。此外，本发明提供的固定床加压气化系统利用气体热量使煤气中的蒸汽达到饱和状态，直接达到后续变换反应所需要的水蒸汽含量。而洗涤气体产生的灰水经过灰水处理系统70处理后循环使用，因此，大量减少了水消耗量，减少了污水排放量，同时也取消了后续变换反应对外来新鲜蒸汽的加入。
综上，本发明实施例提供的固定床加压气化系统具有高效节能、无污染、环保好、碳有效利用率高、流程简单、占地少、设备结构合理及维修投资省等多项优势。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种固定床加压气化系统，其特征在于，包括：
气化反应器，所述气化反应器为压力容器，其工作压力为0.5MPa～5.0MPa，所述气化反应器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；
甲烷转化装置，所述甲烷转化装置的进气口与所述气化反应器的出气口相连通，所述甲烷转化装置的顶部设置有气化剂入口，经由所述气化剂入口进入所述甲烷转化装置的气化剂包括氧气；
煤气废锅，所述煤气废锅与所述甲烷转化装置的出气口相连通；
洗涤饱和塔，所述洗涤饱和塔与所述煤气废锅相连通；
灰水处理系统，所述灰水处理系统分别与所述气化反应器、所述煤气废锅和所述洗涤饱和塔相连通。
2.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述甲烷转化装置的内部设置有耐热耐磨衬里。
3.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述气化反应器与所述甲烷转化装置之间设置有旋风除尘设备，所述旋风除尘设备的进气口与所述气化反应器的出气口相连通，所述旋风除尘设备的出气口与所述甲烷转化装置的进气口相连通。
4.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述甲烷转化装置与所述煤气废锅之间设置有旋风除尘设备，所述旋风除尘设备的进气口与所述甲烷转化装置的出气口相连通，所述旋风除尘设备的出气口与所述煤气废锅的进气口相连通。
5.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述灰水处理系统包括：闪蒸罐、沉降槽、灰水槽、除氧水槽和含尘焦油槽，所述闪蒸罐与所述洗涤饱和塔相连，所述沉降槽分别与所述闪蒸罐、所述含尘焦油槽和所述灰水槽相连，所述灰水槽与所述除氧水槽相连，所述除氧水槽与所述洗涤饱和塔相连。
6.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述气化反应器的底部连通有第一排灰锁斗，所述第一排灰锁斗的进口与所述气化反应器的排渣口连通，所述第一排灰锁斗为变压排渣罐，与排灰阀相连。
7.根据权利要求5所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述甲烷转化装置的底部连通有第二排灰锁斗，所述第二排灰锁斗的进口或出口设置有气动自动锁渣球阀；所述煤气废锅的底部连通有第三排灰锁斗，所述第三排灰锁斗的进口或者出口设置气动自动锁渣球阀。
8.根据权利要求7所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述第二排灰锁斗、所述第三排灰锁斗分别与所述闪蒸罐或者所述沉降槽相连。
9.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述气化反应器的顶部设置有变压进料锁斗，所述变压进料锁斗与所述气化反应器之间连接有给料罐，所述变压进料锁斗与原料仓连通，所述变压进料锁斗上设置有充压泄压气体接口。
10.根据权利要求1所述的固定床加压气化系统，其特征在于，所述气化反应器的底部设有排灰炉篦以及气化剂进口；所述排灰炉篦为一变速旋转和排灰的结构，采用耐热耐磨铸钢制备，为多层多边扇形结构，所述排灰炉篦与电机相连；所述气化反应器的气化剂进口为环形多孔分布结构。
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