CN107557080A - 一种高湿褐煤燃气净化系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高湿褐煤燃气净化系统，包括燃气冷凝净化器，燃气冷凝净化器连接油水混合物储罐和燃气冷却器；燃气冷却器连接过滤罐组，过滤罐组连接液体冷却器，该液体冷却器与液体储罐连接；燃气冷凝净化器的出液口通过管路连接油水混合物储罐的进液口，在该连接管路上设置有第一阀门；油水混合物储罐的出液口通过管路连接燃气冷凝净化器的进液口，在该管路上设置有第二阀门。本发明物料适应性广，还可应用于处理高湿污泥、高湿生物质和高湿煤炭等气化过程中得到的富含焦油和水分的燃气。
Description
技术领域
本发明涉及低品质煤的清洁利用技术领域，具体是一种高湿褐煤燃气净化系统及工艺。
背景技术
我国褐煤资源也较丰富，己探明的保有储量约1300亿吨。褐煤是煤化程度最低的煤种，含水率较高，碳含量低，氢含量变化较大，挥发分高，使得其长途运输经济性差。但褐煤的化学反应活性较好，更易热解气化。煤的热解则是煤气化和热加工等煤炭洁净利用技术的基础过程。褐煤的气化可生产工业燃气、户用煤气和化工合成气。与传统的褐煤燃烧技术相比，气化的利用方式不仅提高了煤的利用效率，还能减轻环境污染，是洁净、高效利用煤炭的重要途径。中国专利CN201310034572.7公开了一种高湿褐煤热解的热解和气化系统，褐煤无须预干燥可直接利用褐煤中水分作为气化剂，提高气化效率。但是，经过大量实验和理论计算证实，褐煤热解后会产生含有大量水分和大分子焦油的燃料气。在燃料气冷凝过程中会沉积大量的含有较多水分的焦油和碳颗粒，其中焦油的成分较为复杂。焦油和水分、碳颗粒易结合为粘稠物，堵塞管道和阀门，降低燃气的品质。此外，焦油中还含有大量能量，约占燃料气总能量的5％-20％。因此，在高湿褐煤热解气化利用过程中，必须对产生的燃料气进行有效净化，并副产焦油。此前未见高湿褐煤热解气净化工艺和系统的相关报到。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高湿褐煤燃气净化系统及工艺。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高湿褐煤燃气净化系统，包括燃气冷凝净化器，燃气冷凝净化器连接油水混合物储罐和燃气冷却器；燃气冷却器连接过滤罐组，过滤罐组连接液体冷却器，该液体冷却器与液体储罐连接；燃气冷凝净化器的出液口通过管路连接油水混合物储罐的进液口，在该连接管路上设置有第一阀门；油水混合物储罐的出液口通过管路连接燃气冷凝净化器的进液口，在该管路上设置有第二阀门。
其中，过滤罐组包括并联设置的第一过滤罐和第二过滤罐，第一过滤罐和第二过滤罐入口管路上分别设置第三阀门和第四阀门；第一过滤罐和第二过滤罐下端出口处分别设置第九阀门和第十阀门，各阀门分别通过管路连接液体冷却器，各过滤罐下方还设置有洁净燃气出口，第一过滤罐和第二过滤罐的洁净燃气出口分别设置第七阀门和第八阀门。
其中，第一过滤罐和第二过滤罐入口连接解吸液加入管，该管路上设置第五阀门、第六阀门。
其中，第一过滤罐和第二过滤罐内分别自上而下设置水分吸附剂、焦油吸附剂。
其中，水分吸附剂为氧化铝、硅胶或者硅胶与氧化铝的混合物，焦油吸附剂为多孔活性炭、5A分子筛或多孔活性炭与5A分子筛的混合物。
其中，燃气冷凝净化器内竖向设置多根球形冷凝管，燃气冷凝净化器内球形冷凝管下方设置有过滤填料；燃气冷凝净化器侧壁内设置水夹套。
本发明还提供了一种高湿褐煤燃气净化工艺，包括以下步骤：
S1：高湿褐煤热解产生的高温高湿燃气经燃气冷凝净化器顶部进气口直接进入燃气冷凝净化器，通过管壁与循环冷却水进行换热，燃气中冷凝的焦油液体和水分经层层过滤后流入油水混合物储罐，碳颗粒被吸附固定在净化器的过滤材料中，燃气冷凝过程释放的热量被循环冷却水带走；
S2：油水混合物储罐内的油水混合物经静置分层，分离出大部分的重组分焦油，少部分的焦油和水的混合物经燃气冷凝净化器顶部进入冷凝净化器，用于净化器内管壁以及过滤层的清洗，清洗后的液体重新流入油水混合物储罐；
S3：由燃气冷凝净化器下部排出的燃气进入第一过滤罐，在第一过滤罐内燃气中的剩余水分、硫化氢被水分吸附剂吸收，燃气中的轻组分焦油被焦油吸附剂吸收，最后得到洁净干燥的燃料气体从第一过滤罐的底部出口经第七阀门流出，用于后续工段；
S4：待第一过滤罐内的吸附材料饱和之后，关闭第三阀门，开启第四阀门，启动第二过滤罐，进行燃气过滤；
S5：解吸液经第五阀门和顶部进口进入第一过滤罐，对第一过滤罐进行解吸操作，解吸出的轻组分焦油以及烃类气体经管道和第九阀门进入液体冷凝器，冷凝之后的液体进入液体储罐，在储罐内静止分层，分离出焦油和废解吸。
其中，燃气冷凝净化器的冷却水出口温度为50-90℃，燃气冷凝净化器的运行温度为50-120℃。
有益效果：本发明的一种高湿褐煤燃气净化系统及工艺，具有以下有益效果：
物料适应性广，还可应用于处理高湿污泥、高湿生物质和高湿煤炭等气化过程中得到的富含焦油和水分的燃气。冷凝水不与燃气直接接触，避免了污水的生成，洁净环保；冷却水的出口温度为50-90℃，可直接为解吸附操作过程所需的热量，降低了操作费用；可脱除燃气中的重焦油、水分和灰尘颗粒，省去了除尘设备。本发明的焦油和水分的混合物可直接用作净化器的清洗，无废水排放，节能环保。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图中，1-燃气冷凝净化器，2-油水混合物储罐，3A-燃气冷却器，3B-液体冷却器，4A-第一过滤罐，4B-第二过滤罐，5-液体储罐，6A-第一阀门，6B-第二阀门，6C-第三阀门，6D-第四阀门，6E-第五阀门，6F-第六阀门，6G-第七阀门，6H-第八阀门，6I-第九阀门，6J-第十阀门，11-球形冷凝管，12-过滤填料；a-高湿热解气体，b-冷却水，c-重组分焦油与水混合物，d-洁净燃气，e-解吸液，f-冷却液，g-轻组分焦油，h-废解吸液，i-水分吸附剂，k-焦油吸附剂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种高湿褐煤燃气净化系统，包括燃气冷凝净化器1，燃气冷凝净化器1连接油水混合物储罐2和燃气冷却器3A；燃气冷却器3A连接过滤罐组，过滤罐组连接液体冷却器3B，该液体冷却器3B与液体储罐5连接；燃气冷凝净化器1的出液口通过管路连接油水混合物储罐2的进液口，在该连接管路上设置有第一阀门6A；油水混合物储罐2的出液口通过管路连接燃气冷凝净化器1的进液口，在该管路上设置有第二阀门6B。过滤罐组包括并联设置的第一过滤罐4A和第二过滤罐4B，第一过滤罐4A和第二过滤罐4B入口管路上分别设置第三阀门6C和第四阀门6D；第一过滤罐4A和第二过滤罐4B下端出口处分别设置第九阀门6I和第十阀门6J，各阀门分别通过管路连接液体冷却器3B，各过滤罐下方还设置有洁净燃气出口，第一过滤罐4A和第二过滤罐4B的洁净燃气出口分别设置第七阀门6G和第八阀门6H；第一过滤罐4A和第二过滤罐4B入口连接解吸液加入管，该管路上设置第五阀门6E、第六阀门6F，第一过滤罐4A和第二过滤罐4B内分别自上而下设置水分吸附剂i、焦油吸附剂k。水分吸附剂i为氧化铝、硅胶或者硅胶与氧化铝的混合物，焦油吸附剂k为多孔活性炭、5A分子筛或多孔活性炭与5A分子筛的混合物。燃气冷凝净化器1内竖向设置多根球形冷凝管11，燃气冷凝净化器1内球形冷凝管11下方设置有过滤填料12；燃气冷凝净化器1侧壁内设置水夹套。
实施例1
由高湿褐煤直接热解系统产出的富含焦油、水分和碳颗粒的600℃高湿热解气体a，主要气体成分为H2，CO和CH4等可燃气体，其中含有大量焦油及水蒸气，不经预处理直接进入燃气冷凝净化器1，通过管壁与循环冷却水进行换热；冷却水的出口温度为50-90℃，燃气冷凝净化器1的运行温度为50-120℃；高湿热解气体a中大部分的重组分焦油和水分被冷凝，冷凝的重组分焦油与水混合物c经层层过滤后流入油水混合物储罐2，大部分碳颗粒也被吸附固定在燃气冷凝净化器1的过滤材料中，在燃气冷凝净化器1中的过滤填料12可为石棉纤维；少部分的重组分焦油与水混合物c经燃气冷凝净化器1顶部进入燃气冷凝净化器1，用于燃气冷凝净化器1内管壁以及过滤层的清洗，清洗后的液体重新流入油水混合物储罐2；经净化处理后的燃气进入过滤罐组，在过滤罐组内燃气中的剩余水分、硫化氢等被水分吸附剂i吸收，燃气中的轻组分焦油被焦油吸附剂k吸收，最后得到洁净燃气d；待过滤罐组内的吸附材料饱和之后，对吸附材料进行解吸附操作，解吸后产生的废解吸液h经冷凝后分离重新送入气化系统，解吸液经冷凝沉淀后分离出轻组分焦油g，过滤罐组的第一过滤罐4A和第二过滤罐4B的吸附和解吸附操作交替进行，实现整个工艺的连续运转。
第一过滤罐4A处于工作状态，第二过滤罐4B处于解吸维护状态时，顶部第三阀门6C和第六阀门6F开启，顶部第四阀门6D和第五阀门6E闭合；底部第七阀门6G和第十阀门6J开启，底部第九阀门6I和第八阀门6H闭合；第一过滤罐4A和第二过滤罐4B内水分吸附剂i为氧化铝，焦油吸附剂k为多孔活性炭。
实施例2
在实施例1的基础上，高湿热解气体a的温度为550℃，水分含量为1000-8000mg/Nm3，焦油含量为1000-3000mg/Nm3，冷却水b进口温度为20℃，冷却水b出口温度为70℃，燃气冷凝净化器1的运行温度为90℃，第一过滤罐4A和第二过滤罐4B内水分吸附剂i为硅胶，焦油吸附剂k为多孔活性炭和5A分子筛的混合物。
实施例3
在实施例1的基础上，高湿热解气体a的温度为650℃，水分含量为6000mg/Nm3，焦油含量为2000mg/Nm3，冷却水b进口温度为30℃，冷却水b出口温度为90℃，冷凝净化器1的运行温度为100℃，第一过滤罐4A和第二过滤罐4B内水分吸附剂i为硅胶与氧化铝的混合物，焦油吸附剂k为多孔活性炭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：包括燃气冷凝净化器，燃气冷凝净化器连接油水混合物储罐和燃气冷却器；燃气冷却器连接过滤罐组，过滤罐组连接液体冷却器，该液体冷却器与液体储罐连接；燃气冷凝净化器的出液口通过管路连接油水混合物储罐的进液口，在该连接管路上设置有第一阀门；油水混合物储罐的出液口通过管路连接燃气冷凝净化器的进液口，在该管路上设置有第二阀门。
2.根据权利要求1所述的一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：其中，过滤罐组包括并联设置的第一过滤罐和第二过滤罐，第一过滤罐和第二过滤罐入口管路上分别设置第三阀门和第四阀门；第一过滤罐和第二过滤罐下端出口处分别设置第九阀门和第十阀门，各阀门分别通过管路连接液体冷却器，各过滤罐下方还设置有洁净燃气出口，第一过滤罐和第二过滤罐的洁净燃气出口分别设置第七阀门和第八阀门。
3.根据权利要求2所述的一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：其中，第一过滤罐和第二过滤罐入口连接解吸液加入管，该管路上设置第五阀门、第六阀门。
4.根据权利要求2所述的一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：其中，第一过滤罐和第二过滤罐内分别自上而下设置水分吸附剂、焦油吸附剂。
5.根据权利要求4所述的一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：其中，水分吸附剂为氧化铝、硅胶或者硅胶与氧化铝的混合物，焦油吸附剂为多孔活性炭、5A分子筛或多孔活性炭与5A分子筛的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种高湿褐煤燃气净化系统，其特征在于：其中，燃气冷凝净化器内竖向设置多根球形冷凝管，燃气冷凝净化器内球形冷凝管下方设置有过滤填料；燃气冷凝净化器侧壁内设置水夹套。
7.一种高湿褐煤燃气净化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：高湿褐煤热解产生的高温高湿燃气经燃气冷凝净化器顶部进气口直接进入燃气冷凝净化器，通过管壁与循环冷却水进行换热，燃气中冷凝的焦油液体和水分经层层过滤后流入油水混合物储罐，碳颗粒被吸附固定在净化器的过滤材料中，燃气冷凝过程释放的热量被循环冷却水带走；
S2：油水混合物储罐内的油水混合物经静置分层，分离出大部分的重组分焦油，少部分的焦油和水的混合物经燃气冷凝净化器顶部进入冷凝净化器，用于净化器内管壁以及过滤层的清洗，清洗后的液体重新流入油水混合物储罐；
S3：由燃气冷凝净化器下部排出的燃气进入第一过滤罐，在第一过滤罐内燃气中的剩余水分、硫化氢被水分吸附剂吸收，燃气中的轻组分焦油被焦油吸附剂吸收，最后得到洁净干燥的燃料气体从第一过滤罐的底部出口经第七阀门流出，用于后续工段；
S4：待第一过滤罐内的吸附材料饱和之后，关闭第三阀门，开启第四阀门，启动第二过滤罐，进行燃气过滤；
S5：解吸液经第五阀门和顶部进口进入第一过滤罐，对第一过滤罐进行解吸操作，解吸出的轻组分焦油以及烃类气体经管道和第九阀门进入液体冷凝器，冷凝之后的液体进入液体储罐，在储罐内静止分层，分离出焦油和废解吸。
8.根据权利要求7所述的一种高湿褐煤燃气净化工艺，其特征在于：其中，燃气冷凝净化器的冷却水出口温度为50-90℃，燃气冷凝净化器的运行温度为50-120℃。
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