CN108341397A - 一种烟气回收利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气回收利用系统及方法，具体是利用高温烟道气的热量对煤进行热解，然后将煤热解产生的热解气与烟道气中的二氧化碳反应，生成合成气一氧化碳和氢气。本发明实现了对高温烟道气中热量和二氧化碳的回收利用，减少了能量的损失，同时达到了二氧化碳减排的目的，并且生成的一氧化碳和氢气可以作为合成氨和合成甲醇的原料。

Description

一种烟气回收利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种烟气回收利用系统及方法，具体涉及烟道气循环利用及合成气制备，属于化工技术领域。
背景技术
合成气是一种含有氢气和一氧化碳的混合气体。合成气可用制备多种化工产品，例如，合成气通过费托方法制备液态烃，包括烯烃，也可以用于制备甲醇等。合成气通常由甲烷大规模生成，其中生成方法主要有三种，一是通过甲烷水蒸气重整，二是通过甲烷氧化法重整，三是通过甲烷二氧化碳重整，这些方法在使用过程中或多或少存在着问题。例如水蒸气重整过程可能受焦炭形成的影响，可能需要周期性的催化剂再生，并且重整过程中需要大量的热量。
中国专利CN1935634A公开了一种采用循环流化床的吸附强化甲烷水蒸气重整制氢工艺和装置，将甲烷水蒸气重整制氢工艺中的催化作用于吸附过程同时在复合催化剂上进行。复合催化剂在使用一段时间由于达到吸附平衡需要进行再生，以恢复吸附活性。因此需要将复合催化剂定期送入再生单元中进行再生。但是，频繁再生过程增加了催化剂的还原过程，同时也使催化剂经历了不必要的高低温变换，催化剂中的活性组分易被氧化钙包覆，从而导致催化剂活性下降，影响制氢效果。
公开号为CN 101721957 B的专利公开了一种连续催化CH4-CO2重整反应器，在倒“T”型反应器顶部设有催化剂加料机构，并采用螺旋输送机连续加入催化剂，实现连续操作，底部两侧连通用相对应的左横侧臂和右横侧臂，两端设有O2进料与焦炉煤气进料，底部设有卸料机构和水封装置防止污染，反应器中设催化床，上侧面设出气口。但这套装置结构复杂，工业上难放大投产，而且这个设备投资大，难以实现工业化。
公开号为 CN 1648034 A的专利公开了一种二氧化碳-甲烷重整制合成气工艺，该工艺是在热转化反应器的高温炭体系中加入预热富含CH4气和CO2、水蒸汽和氧气，使温度升高到950℃以上，在H2O-O2辅助条件下，高温C和H2O、O2及输入的H2、CH4以及CO2进行化学反应生成合成气，然后降温换热被输出。本发明反应温度高，催化剂具有消耗性，需要消耗大量的水蒸气。
发明内容
针对目前制备合成气过程中存在的问题，本发明提供了一种烟气回收利用系统及方法，实现对烟道气中热量和二氧化碳的回收利用，具体是将高温烟道气的热量回收进行煤热解，然后将烟道气中的二氧化碳与煤热解产生的热解气反应生成合成气氢气和一氧化碳。
本发明提供了一种烟气回收利用系统，包括反应炉、烟道气二氧化碳吸收装置、二氧化碳收集装置及吸收液再生装置和氮气加热装置；
所述反应炉主体为圆柱型结构，上下均为圆台形结构，圆柱从内到外依次设有烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元，所述烟气换热单元顶部设置烟气进口，下部设置烟气出口，并且换热单元与煤热解单元通过高温导热砖隔开，高温导热砖上设置有翅片结构；
所述煤热解单元顶部设置有加煤口，底部设置焦炭排出口，煤热解单元均匀设置有13根氮气通入管，氮气通入管上均匀设置有排气孔，并且煤热解单元与合成气单元之间通过不锈钢隔开，不锈钢上设置有均匀的排气孔；
所述合成气单元下部设置有二氧化碳进气口，中部设置有合成气反应区，上部设置有合成气出口，合成气反应区填充催化剂，并且合成气反应区上设置有催化剂加入口和排出口，合成气出口连接有双层管道，合成气单元外壁设置有加热装置和保温壁；
所述烟道气二氧化碳吸收装置，内部设置有塔板，底部设置有烟气进口，并且在装置上部设置有吸收液喷头，烟气与吸收液对流，同时在吸收装置上设置废气排放口；
所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置底部设置有自动控温加热器，并且的外部设置有液位显示计，二氧化碳收集装置进口设置有双层管道，管道内层为吸收二氧化碳富液流通管，管道外层为合成气流通管。
上述装置中，所述烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元的直径比为1:1:1。
上述装置中，所述高温导热砖上设置的翅片为半圆结构，并且交叉设置在导热砖上。
上述装置中，所述氮气通入管长度与煤热解单元高度相同。
上述装置中，所述的合成气反应区填充的催化剂为褐煤半焦。
本发明提供了一种烟气回收利用方法，采用上述装置，包括以下步骤：
（1）将温度为800~900℃的烟道气通过烟气进口通入换热单元换热后，从烟气出口流出，然后进入烟道气二氧化碳吸收装置，与喷头喷出的二氧化碳吸收液接触，形成二氧化碳富液；
（2）二氧化碳富液经过双层管道，合成气对富液预热，预热后的富液经过自动控温加热器加热后，二氧化碳从吸收液中解吸，形成贫液和二氧化碳，贫液回收利用；
（3）通过氮气通入管向煤热解单元通入氮气，同时煤热解单元的原料煤经过烟道气的加热升温到400~800℃，发生热解反应，热解气与氮气混合气经过不锈钢壁上的开孔进入合成气单元；
（4）步骤（2）形成的二氧化碳经过合成气单元下部的二氧化碳进气口进入合成气反应区，与热解气混合，在催化作用下发生反应生成合成气氢气和一氧化碳，产生的合成气经合成气出口排出，其中通过加热装置控制反应区温度为648~850℃。
上述方法中，所述的合成气单元压力为0.1MPa，煤热解单元压力为0.3~0.5MPa。
反应原理：煤热解后产生的热解气组分为甲烷、氢气、一氧化碳，利用烟道气制合成气原理主要是将烟道气中的二氧化碳与热解气中甲烷反生反应，具体反应式如下：
CH4+CO2→H2+CO ∆H=+261kJ/mol
本发明的有益效果：
（1）本发明实现了高温烟道气的循环利用，以减少二氧化碳的排放，同时实现了热量的回收；
（2）本发明将煤热解单元与烟气换热单元通过高温导热砖隔开，能够实现高温烟道气直接对煤热解单元加热，减少换热过程的能量损失；
（3）本发明将煤热解产生的煤热解气直接通入到合成气单元，减少了热解气的净化工艺；
（4）合成单元使用的催化剂为褐煤半焦，价格便宜，同时二氧化碳与半焦中的炭发生反应生成一氧化碳，提高了合成气中一氧化碳的含量；
（5）本发明在煤热解单元外壁设置加热装置，加热装置既可以对合成单元提供热量，又可以对煤热解单元提供热量，可以保证反应区的温度平衡。
附图说明
图1为烟回收利用系统图；
图2为氮气进入口装置图；
图3为烟道气二氧化碳吸收装置图；
1为烟气换热单元、2为煤热解单元、3为合成气单元、4为双层管道、5为烟道气二氧化碳吸收装置、6为二氧化碳收集及吸收液再生装置、7为氮气进入口、8为氮气加热装置、101为烟气进口、102为烟气出口、103为高温导热砖、104为翅片、201为加煤口、202为焦炭排出口、203为氮气通入管、204为不锈钢、301为二氧化碳进气口、302为合成气反应区、303为合成气出口、304为催化剂加入口、305为催化剂排出口、306为加热装置、501为吸收液进口、502为吸收液出口、503为烟气进口、504为废气排放口、505为吸收液喷头、506为塔板、507为收集槽。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
如图1所示，
本发明提供了一种烟气回收利用系统，包括反应炉、烟道气二氧化碳吸收装置、二氧化碳收集装置及吸收液再生装置和氮气加热装置；
所述反应炉主体为圆柱型结构，上下均为圆台形结构，圆柱从内到外依次设有烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元，所述烟气换热单元顶部设置烟气进口，下部设置烟气出口，并且换热单元与煤热解单元通过高温导热砖隔开，高温导热砖上设置有翅片结构；
所述煤热解单元顶部设置有加煤口，底部设置焦炭排出口，煤热解单元均匀设置有13根氮气通入管，氮气通入管上均匀设置有排气孔，并且煤热解单元与合成气单元之间通过不锈钢隔开，不锈钢上设置有均匀的排气孔；
所述合成气单元下部设置有二氧化碳进气口，中部设置有合成气反应区，上部设置有合成气出口，合成气反应区填充催化剂，并且合成气反应区上设置有催化剂加入口和排出口，合成气出口连接有双层管道，合成气单元外壁设置有加热装置和保温壁；
所述烟道气二氧化碳吸收装置，内部设置有塔板，底部设置有烟气进口，并且在装置上部设置有吸收液喷头，烟气与吸收液对流，同时在吸收装置上设置废气排放口；
所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置底部设置有自动控温加热器，并且的外部设置有液位显示计，二氧化碳收集装置进口设置有双层管道，管道内层为吸收二氧化碳富液流通管，管道外层为合成气流通管。
上述装置中，所述烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元的直径比为1:1:1。
上述装置中，所述高温导热砖上设置的翅片为半圆结构，并且交叉设置在导热砖上。
上述装置中，所述氮气通入管长度与煤热解单元高度相同。
上述装置中，所述的合成气反应区填充的催化剂为褐煤半焦。
反应炉的作用：反应炉设置有烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元，通过烟气换热单元对高温烟道气的热量进行回收，回收的热量进行煤热解，然后将烟道气中的二氧化碳与煤热解产生的煤气在合成气单元进行催化反应，生成一氧化碳和氢气；
烟道气二氧化碳吸收装置作用：从烟气换热单元出来的低温烟道气进入二氧化碳吸收装置，气体与与喷头喷出的二氧化碳吸收液接触，其中气体从吸收装置的底部自下而上与从上到下的吸收液接触，形成富二氧化碳液；
二氧化碳收集装置及吸收液再生装置的作用：从吸收装置出来的富液首先经过双层管道预热，其中管道内层为吸收二氧化碳富液流通管，管道外层为合成气流通管，预热后的富液经过进入收集装置再次加热，释放出二氧化碳，同时生成吸收液贫液，二氧化碳被持续抽走，然后进入合成气反应区反应；
氮气加热装置的作用：通过将氮气预热升温到100~150℃，然后通入到煤热解单元，一是通过氮气将反应区含有的氧气等驱离，二是通过氮气保证煤热解单元的正压，同时确保压力高于合成气单元，三是通过预热后的氮气对原料煤进行预热。
采用上述反应系统生产合成气的方法为：
首先将温度为800℃的烟道气通过烟气进口通入换热单元换热后，从烟气出口流出，然后进入烟道气二氧化碳吸收装置，与喷头喷出的二氧化碳吸收液接触，形成二氧化碳富液；
二氧化碳富液经过双层管道，合成气对富液预热，预热后的富液经过自动控温加热器加热后，二氧化碳从吸收液中解吸，形成贫液和二氧化碳，贫液回收利用；
通过氮气通入管向煤热解单元通入100℃的氮气，同时煤热解单元的原料煤经过烟道气的加热升温到800℃，发生热解反应，热解气与氮气混合气经过不锈钢壁上的开孔进入合成气单元；
将收集的二氧化碳经过合成气单元下部的二氧化碳进气口进入合成气反应区，与热解气混合，在褐煤半焦催化作用下发生反应生成合成气氢气和一氧化碳，产生的合成气经合成气出口排出，其中通过加热装置控制反应区温度为850℃。

Claims (7)

1.一种烟气回收利用系统及方法，其特征在于：包括反应炉、烟道气二氧化碳吸收装置、二氧化碳收集装置及吸收液再生装置和氮气加热装置；
所述反应炉主体为圆柱型结构，上下均为圆台形结构，圆柱从内到外依次设有烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元，所述烟气换热单元底部设置烟气进口，顶部设置烟气出口，并且换热单元与煤热解单元通过高温导热砖隔开，高温导热砖上设置有翅片结构；
所述煤热解单元顶部设置有加煤口，底部设置焦炭排出口，煤热解单元均匀设置有13根氮气通入管，氮气通入管上均匀设置有排气孔，并且煤热解单元与合成气单元之间通过不锈钢隔开，不锈钢上设置有均匀的排气孔；
所述合成气单元下部设置有二氧化碳进气口，中部设置有合成气反应区，上部设置有合成气出口，合成气反应区填充催化剂，并且合成气反应区上设置有催化剂加入口和排出口，合成气出口连接有双层管道，合成气单元外壁设置有加热装置和保温壁；
所述烟道气二氧化碳吸收装置，内部设置有塔板，底部设置有烟气进口，并且在装置上部设置有吸收液喷头，烟气与吸收液对流，同时在吸收装置上设置废气排放口；
所述二氧化碳收集及吸收液再生装置，该装置底部设置有自动控温加热器，并且的外部设置有液位显示计，二氧化碳收集装置进口设置有双层管道，管道内层为吸收二氧化碳富液流通管，管道外层为合成气流通管。
2.根据权利要求1所述的一种烟气回收利用系统，其特征在于：所述烟气换热单元、煤热解单元和合成气单元的直径比为1:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种烟气回收利用系统，其特征在于：所述高温导热砖上设置的翅片为半圆结构，并且交叉设置在导热砖上。
4.根据权利要求1所述的一种烟气回收利用系统，其特征在于：所述氮气通入管长度与煤热解单元高度相同。
5.根据权利要求1所述的一种烟气回收利用系统，其特征在于：所述的合成气反应区填充的催化剂为褐煤半焦。
6.一种烟气回收利用方法，采用权利要求1~4所述的系统，其特征在于：包括以下步骤：
将温度为800~900℃的烟道气通过烟气进口通入换热单元换热后，从烟气出口流出，然后进入烟道气二氧化碳吸收装置，与喷头喷出的二氧化碳吸收液接触，形成二氧化碳富液；
二氧化碳富液经过双层管道，合成气对富液预热，预热后的富液经过自动控温加热器加热后，二氧化碳从吸收液中解吸，形成贫液和二氧化碳，贫液回收利用；
通过氮气通入管向煤热解单元通入氮气，同时煤热解单元的原料煤经过烟道气的加热升温到400~800℃，发生热解反应，热解气与氮气混合气经过不锈钢壁上的开孔进入合成气单元；
步骤（2）形成的二氧化碳经过合成气单元下部的二氧化碳进气口进入合成气反应区，与热解气混合，在催化作用下发生反应生成合成气氢气和一氧化碳，产生的合成气经合成气出口排出，其中通过加热装置控制反应区温度为648~850℃。
7.根据权利要求书6所述的一种烟气回收利用方法，其特征在于：所述的合成气单元压力为0.1MPa，煤热解单元压力为0.3~0.5Mpa。
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