CN108977230A - 一种煤制燃气工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤制燃气工艺方法，该方法所采用的煤制燃气装置包括粉煤气化单元、激冷单元、热量回收单元、除灰单元、循环气增压单元、汽包单元、燃气预热单元和冷却单元；该煤制燃气工艺方法气化温度高，煤种适应性强，可使用当地廉价煤种作为原料，大幅降低制气成本；环保性能好，无有机废水，煤气中飞灰含量低。燃气压力常压～0.5MPa，热值900～2500kcalNm3，适宜氧化铝、陶瓷、玻璃等行业需要中低热值燃气的需要。

Description

一种煤制燃气工艺方法
技术领域
本发明涉及一种煤制燃气工艺方法，具体涉及一种气流床煤气化工艺方法。
背景技术
氧化铝、陶瓷、玻璃等行业需要消耗大量清洁、低价燃料。燃料费用和供应已成为影响企业经济效益的重要因素。由于天然气价格高企，这类企业难以承受高昂成本，特别是中低端产品企业；天然气现主要用于民用，无法保证对工业企业的稳定供应，难以在这类企业中大规模使用。现有需大量燃料的企业往往采用自建固定床(含二段炉)、流化床等煤气化炉生产燃料气，由于煤气化过程中产生含有机物污水、燃料气燃烧过程产生SO2等污染物未完全处理，特别是在国内陶瓷行业纷纷采用以传统固定床煤气化炉为主的小规模、分散式的煤制气技术，给环境治理带来很大困难。解决需大量燃料的企业的燃料供应问题，是目前这类企业生存和发展遇到的瓶颈问题。
气流床煤气化技术，因其大规模、高效、清洁，废水不含有机物，煤种适应性广，单系列规模从500吨/天到4000吨/天，成为当前煤气化的主流技术。通过大规模气流床气化技术实施集中供燃料气，燃料气脱硫净化后再送下游用户，能彻底解决现有企业带来的排放问题。但现有的气流床煤气化装置操作压力高，设备复杂，投资高，对采用中低热值燃气的企业用户来说成本高，同时在废水排放和操作弹性上还有进一步优化的空间。
因此，企业界迫切需要一种低成本、高效、清洁的煤制燃气装置。
发明内容
本发明要解决的是现有煤制燃气工艺中存在的煤种适应性差、环保差、效率低、操作不灵活、经济性差等问题，提供了一种低成本、高效的煤制燃气装置，具有环保性能好、操作弹性大的工业燃气制备方法。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：
采用粉煤高温气流床气化工艺，气化炉采用水冷壁耐火衬里，气化炉出渣口温度高且可调节，煤种适应性强。
高温气流床气化，碳转化率高，无有机物生成；系统采用干法除灰，无水洗涤的工艺。控制辅助气化剂的加入量，合成气中水蒸汽含量低，冷却至40℃无水冷凝，无废水排放。
气化炉上部设置部分换热段，出气化炉合成气温度低，后续循环激冷气消耗少；采用气化炉水冷壁、废热锅炉和燃气预热单元回收气化后燃气的显热，热量回收充分。在燃气预热单元通过燃气与脱硫净化后的燃气换热可将燃气温度降低到～100℃，同时可减少燃气冷却消耗的循环冷却水。系统的热效率高。
气化炉操作灵活，可改变气化炉的煤负荷或者入炉氧气浓度，调整气化炉的燃气产量和热值。
气化炉压力常压～0.5MPa，较高压装置设备投资大幅降低。
具体技术方案如下：
一种煤制燃气工艺方法，采用的煤制燃气装置包括粉煤气化单元、激冷单元、热量回收单元、除灰单元、循环气增压单元、汽包单元、燃气预热单元和冷却单元组成。
来自粉煤输送装置的粉煤、来自公用工程的氧化剂和气化剂进入粉煤气化单元，生产燃气；粉煤气化单元燃气出口温度900-1200℃，熔渣出口温度高于煤灰熔点100℃；约40～75％的灰渣以熔融态从熔渣出口排出，约25～60％的灰渣以飞灰的型式随燃气进入激冷单元；粉煤气化压力为常压～0.5MPa。气化单元采用气流床气化炉、水冷壁耐火衬里。。
来自循环气增压单元的激冷气在激冷单元对出粉煤气化单元的高温燃气进行冷却，温度降至700-800℃，激冷气量为出粉煤气化单元燃气量的30-60％。
出激冷单元的燃气进入热量回收单元副产中高压蒸汽。热量回收单元内部分设多个换热器，按燃气温度从高到低依次设置蒸汽发生器、蒸汽过热器、锅炉水预热器。出热量回收单元燃气的温度降低到140～160℃。
出热量回收单元的燃气进入除灰单元，除去细灰，细灰含量低于10mg/Nm3。
出除灰单元的一部分去循环气增压单元，去循环气增压单元的比例30～60％；出循环气增压单元的95％燃气去激冷单元，5％去气化单元、热量回收单元和除灰单元吹扫；循环气增压单元增加燃气压力为10-100kPa。
经热量回收单元预热后的锅炉水去汽包单元，出汽包单元的饱和水进入粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器，出粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器的水汽混合物返回汽包单元，分离产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过热量回收单元过热后出界区。蒸汽压力0.5-10.0MPa。
出除灰单元的燃气通过燃气预热器对净化后的燃气预热，燃气的温度降低到～100℃。
出燃气预热器的燃气进一步冷却到40℃，进下游脱硫装置。
所述燃气的热值为900-2500kcalNm3。
所述煤的处理负荷为设计负荷的50-120％。
所述氧化剂包括空气、氧气或者富氧空气，气化剂包括水蒸气或者CO2或者二者的混合物。
可调节富氧的浓度得到不同热值的燃气。
所述除灰单元可以采用布袋、旋风分离器、陶瓷过滤器、粉末冶金过滤等型式。
所述燃气冷却单元可以采用循环冷却水冷却或者空冷冷却等型式。
本发明的优点在于：该煤制燃气装置气化温度高，煤种适应性强，可使用当地廉价煤种作为原料，大幅降低制气成本；碳转化率>95％，煤耗、蒸汽消耗低；环保性能好，无有机废水，煤气中飞灰含量低。燃气压力常压～0.5MPa，热值900～2500kcalNm3，气化炉煤负荷50-120％，操作简单灵活，运行稳定，投资成本低，适宜氧化铝、陶瓷、玻璃等行业需要中低热值燃气的需要。
附图说明
图1是实施例1的煤制燃气工艺方法示意图；
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实例，该领域的技术人员可以根据上述发明的内容对本发明进行非本质的改进和调整。
实施例1
如图1所示，本实施例中，煤制燃气装置包括粉煤气化单元、激冷单元、热量回收单元、除灰单元、循环气增压单元、汽包单元、燃气预热单元和冷却单元组成。
来自粉煤输送装置的粉煤、来自公用工程的氧化剂和气化剂进入粉煤气化单元，生产燃气；粉煤气化单元燃气出口温度900-1200℃，熔渣出口温度高于煤灰熔点100℃；约40～75％的灰渣以熔融态从熔渣出口排出，约25～60％的灰渣以飞灰的型式随燃气进入激冷单元；粉煤气化压力为常压～0.5MPa。气化单元采用气流床气化炉、水冷壁耐火衬里。
来自循环气增压单元的激冷气在激冷单元对出粉煤气化单元的高温燃气进行冷却，温度降至700-800℃，激冷气量为出粉煤气化单元燃气量的30-60％。
出激冷单元的燃气进入热量回收单元副产中高压蒸汽。热量回收单元内部分设多个换热器，按燃气温度从高到低依次设置蒸汽发生器、蒸汽过热器、锅炉水预热器。出热量回收单元燃气的温度降低到140～160℃。
出热量回收单元的燃气进入除灰单元，除去细灰，细灰含量低于10mg/Nm3。
出除灰单元的一部分去循环气增压单元，去循环气增压单元的比例30～60％；出循环气增压单元的95％燃气去激冷单元，5％去气化单元、热量回收单元和除灰单元吹扫；循环气增压单元增加燃气压力为10-100kPa。
经热量回收单元预热后的锅炉水去汽包单元，出汽包单元的饱和水进入粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器，出粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器的水汽混合物返回汽包单元，分离产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过热量回收单元过热后出界区。蒸汽压力0.5-10.0MPa。
出除灰单元的燃气通过燃气预热器对净化后的燃气预热，燃气的温度降低到～100℃。
出燃气预热器的燃气进一步冷却到40℃，进下游脱硫装置。
某粉煤气化制备燃气装置，按照附图1所示的工艺流程，实现煤物料气化制备燃气的方法。燃气产量为50000Nm3/h(湿基)，热值为2100kcal/Nm3(湿基，低热值)，压力为0.08MPaG，温度为40℃；副产1.0MPaG、250℃过热蒸汽。煤质数据如表1所示。
表1煤质组成
ASH 18.66
C 67.78
H 3.8
N 0.71
S 0.77
O 8.27
来自粉煤输送装置的粉煤22.85吨/h(含水2％)，来自空分装置19600Nm3/h、氧气含量61％的富气，以及来自公用工程的3.5吨/h的蒸汽通过喷嘴进入粉煤气化单元，气化炉操作压力为0.1MPaG，在气化炉发生气化反应生产燃气。富氧通过公用工程低压蒸汽加热到160℃。粉煤气化单元燃气出口温度1000℃，熔渣出口温度1450℃；约65％的灰渣以熔融态从熔渣出口排出，约35％的灰渣以飞灰的型式随燃气进入激冷单元。气化单元采用气流床气化炉、水冷壁耐火衬里。气化炉碳转化率95％。
来自循环气增压单元的激冷气在激冷单元对出粉煤气化单元的高温燃气进行冷却，温度降至770℃，激冷气量为出粉煤气化单元燃气量的43％。
出激冷单元的燃气进入热量回收单元副产中高压蒸汽。热量回收单元内部分设多个换热器，按燃气温度从高到低依次设置蒸汽发生器、蒸汽过热器、锅炉水预热器。出热量回收单元燃气的温度降低到160℃。
出热量回收单元的燃气进入除灰单元，除去细灰，细灰含量低于10mg/Nm3。
出除灰单元的一部分去循环气增压单元，去循环气增压单元的比例43％；出循环气增压单元的95％燃气去激冷单元，5％去气化单元、热量回收单元和除灰单元吹扫；循环气增压单元增加燃气压力20kPa。
来自公用工程的104C锅炉水经热量回收单元预热后去汽包单元，出汽包单元的饱和水进入粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器，出粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器的水汽混合物返回汽包单元，分离产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过热量回收单元过热后出界区。副产1.0MPaG、250℃过热蒸汽34.8吨/h。
出除灰单元的燃气通过燃气预热器对净化后的燃气预热，净化后的燃气温度从40℃增加到100℃，出除灰单元的燃气的温度降低到～100℃。
出燃气预热器的燃气进一步冷却到40℃，进下游脱硫装置。燃气组成如表2所示。
表2燃气组成(摩尔分率)
H2 0.2438
CO 0.4912
CO2 0.0490
H2S 0.0023
COS 0.0001
CH4 0.0001
N2 0.1709
H2O 0.04263
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的认识能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种煤制燃气工艺方法，其特征在于，该方法所采用的煤制燃气装置包括粉煤气化单元、激冷单元、热量回收单元、除灰单元、循环气增压单元、汽包单元、燃气预热单元和冷却单元；
来自粉煤输送装置的粉煤、来自公用工程的氧化剂和气化剂进入粉煤气化单元，生产燃气；粉煤气化单元燃气出口温度900-1200℃，熔渣出口温度高于煤灰熔点100℃；约40～75％的灰渣以熔融态从熔渣出口排出，约25～60％的灰渣以飞灰的形式随燃气进入激冷单元；粉煤气化压力为常压～0.5MPa。气化单元采用气流床气化炉、水冷壁耐火衬里；
来自循环气增压单元的激冷气在激冷单元对出粉煤气化单元的高温燃气进行冷却，温度降至700-800℃，激冷气量为出粉煤气化单元燃气量的30-60％；
出激冷单元的燃气进入热量回收单元副产中高压蒸汽；热量回收单元内部分设多个换热器，按燃气温度从高到低依次设置蒸汽发生器、蒸汽过热器、锅炉水预热器。出热量回收单元燃气的温度降低到140～160℃；
出热量回收单元的燃气进入除灰单元，除去细灰，细灰含量低于10mg/Nm3；
出除灰单元的一部分去循环气增压单元，去循环气增压单元的比例30～60％；出循环气增压单元的95％燃气去激冷单元，5％去气化单元、热量回收单元和除灰单元吹扫；循环气增压单元增加燃气压力为10-100kPa；
经热量回收单元预热后的锅炉水去汽包单元，出汽包单元的饱和水进入粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器，出粉煤气化单元水冷壁和热量回收单元的蒸汽发生器的水汽混合物返回汽包单元，分离产生饱和蒸汽，饱和蒸汽通过热量回收单元过热后出界区；蒸汽压力0.5-10.0MPa；
出除灰单元的燃气通过燃气预热器对净化后的燃气预热，燃气的温度降低到～100℃；
出燃气预热器的燃气进一步冷却到40℃，进下游脱硫装置。
2.根据权利要求1所述的一种煤制燃气化装置，其特征在于，所述燃气的热值为900-2500kcalNm3。
3.根据权利要求1所述的一种煤制燃气装置，其特征在于，所述煤的处理负荷为设计负荷的50-120％。
4.根据权利要求1所述的一种煤制燃气装置，其特征在于，所述氧化剂包括空气、氧气或者富氧空气，气化剂包括水蒸气或者CO2或者二者的混合物。
5.根据权利要求1、4所述的一种煤制燃气化装置，其特征在于，调节富氧的浓度得到不同热值的燃气。
6.根据权利要求1所述的一种煤制燃气装置，其特征在于，所述除灰单元采用布袋、旋风分离器、陶瓷过滤器、粉末冶金过滤形式。
7.根据权利要求1所述的一种煤制燃气装置，其特征在于，所述燃气冷却单元采用循环冷却水冷却或者空冷冷却形式。
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