CN110305700A - 一种高压合成气深度净化装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压合成气深度净化装置及工艺，净化装置包括文丘里洗涤器，经管线与文丘里洗涤器连通的板式塔，经管线与板式塔连通的撞击式泡沫洗涤器，该撞击式泡沫洗涤器自上而下设置有洗涤管、洗涤液喷头、旋流板除沫器、折流板除雾器、顺流强化混合元件，净化时以文丘里洗涤器和板式塔作为粗合成气的预处理，以撞击式泡沫洗涤器作为深度净化精除尘。与现有技术相比，本发明工艺流程相对简单，净化效率高，粗合成气洗涤后的粉尘含量<1mg/Nm³；雾沫夹带浓度<30mg/m³。

Description

一种高压合成气深度净化装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种合成气净化系统，尤其是涉及一种高压合成气深度净化装置及工艺。

背景技术

原煤气化可以生成以一氧化碳和氢气为主的合成气，用以生产甲醇，合成乙二醇等化学品。经气化后生成的粗合成气通常带有一定的粉尘，如果不进行深度净化，粗合成气中的细微粉尘就会被带到下游的生产工艺系统中，易造成管道、床层的积灰、堵塞、催化剂中毒等，对下游工序造成不良影响。

现有的合成气除尘技术一般采用湿式洗涤，其原理是以液体作为洗涤液，通过气液两相的接触，实现气液两相间的传热、传质等过程，以满足气体净化、冷却等要求。较常用的主要有填料塔洗涤、喷淋塔洗涤、文丘里洗涤等。粗合成气深度除尘效果对系统有较大的影响，目前行业内对粗合成气洗涤后的粉尘含量要求为不大于1mg/Nm³。

常规洗涤技术除尘效果较差，而且洗涤液大多是雾化后与粉尘进行接触，这就会造成出口烟气中夹带有很多细颗粒粉尘，无法做到亚微粒子粉尘的深度去除，无法满足粉尘含量不大于1mg/Nm³的净化要求。通常喷淋塔在大风量和高压烟气条件下其处理效率较低；填料塔塔板效率高，但管路设计复杂，价格高、体积大，极易出现堵塞，不太适用于粉尘的净化；文丘里洗涤器的效率高，但出口烟气携带水分较多。现有的技术手段通常是两级甚至三级及以上常规设备的串联，仅依靠简单的增加后续处理设备、延长流程来脱除亚微颗粒是极其不合理的，这样会极大的增加设备投资，增加了处理工艺的复杂性，同时设备压降较大，由于净化系统是在高温高压状态下进行操作的，过多的管道无疑也对管道的应力设计分析提出更高要求。为此，亟需研发新型的合成气深度净化工艺及装置，使气、液两相接触更加充分，传质效果更好，增加捕集液与粉尘颗粒的碰撞、拦截及粘附的概率，实现净化工艺的简约化，处理设备的集成化，管道布置的简单化，以解决目前存在的对亚微粒子粉尘去除效果不佳，所需设备多，压降大，出口烟气含水量大等问题。

现有的一些研究和专利也对合成气的净化做出了阐述。专利文件CN102031158B公开了一种煤气净化装置，其采用的工艺为旋风洗涤器、板式塔和喷淋塔的三级组合工艺，合成气从旋风洗涤器入口进入，在喷淋水润湿及离心力作用下除去大部分灰渣，湿合成气进入板式塔进一步净化后进入喷淋塔，喷淋塔洗涤后的含渣废水通过循环泵回送至旋风洗涤器和板式塔内，旋风洗涤器和板式塔排放的废渣则进入废渣处理系统。该系统均为常规的洗涤设备组合，系统的压力损失较大。尤其是作为最后一级深度处理的喷淋塔，其传质效率较低，且洗涤液在喷淋塔内是以雾化的方式与煤气进行接触，处理后的煤气中不可避免的会夹带难以脱除的细微雾滴，这些雾滴中往往捕集了较多的细微颗粒，无法真正解决亚微粒子粉尘的深度去除；同时喷淋塔存在设备体积较大，管路设计较复杂，在高压条件下的应力管道布置难度大、设备管道投资高等的缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压合成气深度净化装置及净化工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高压合成气深度净化装置，包括：

文丘里洗涤器，

经管线与所述文丘里洗涤器连通的板式塔，

经管线与所述板式塔连通的撞击式泡沫洗涤器，该撞击式泡沫洗涤器自上而下设置有洗涤管、洗涤液喷头、旋流板除沫器、折流板除雾器、顺流强化混合元件。

所述板式塔外置循环泵，该循环泵入口与所述板式塔的循环液出口连通，循环泵出口溶液经管线分三路流通，一路与所述文丘里洗涤器连通，一路与所述板式塔循环液进口连通，一路与渣水处理系统连通。

所述撞击式泡沫洗涤器外置循环泵，该循环泵入口与所述撞击式泡沫洗涤器的洗涤液出口连通，循环泵出口溶液经管线分两路流通，一路与所述板式塔连通，一路与所述洗涤液喷头连通。

所述洗涤管为竖直的直管，伸入到所述撞击式泡沫洗涤器的壳体内，这样极大的节约了占地面积，同时管路的简单设计也避免了在高压状态下的管路应力及弯头磨损严重的问题。

所述洗涤液喷头设置在所述洗涤管内，为大开孔的喷头，开孔直径为20～150mm，洗涤液经洗涤液喷头垂直向上喷射与合成气在洗涤管内逆向撞击，在一定条件下形成泡沫区，主要的洗涤过程即发生在此区域内，在泡沫区内气液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，使气液两相充分湍流接触，大大增加了洗涤液与粉尘颗粒的碰撞，拦截及粘附的概率。使用的大开孔的喷嘴可以使洗涤液具有一定的含固量而不堵塞，经洗涤后分离的液体可以循环使用，降低了洗涤液的补充量，节约运行成本；大开孔喷嘴的另一大优点是喷出的液体不发生雾化，因此排气中含有较少使气液难以分离的细小液滴，可以避免已捕集下来的细颗粒被雾沫带走，因此对脱除亚微粒子更为有效，真正做到粉尘的深度净化处理。洗涤后的合成气经顺流混合元件进行二次湍流混合，强化了洗涤效果。

所述折流板除雾器、旋流板除沫器设置在所述撞击式泡沫洗涤器的壳体内，位于所述洗涤管的外侧。净化后的合成气在洗涤器内进行气液分离，液体进入洗涤器下部，经循环泵进行循环使用，气体经折流板和旋流板除雾器，除去夹带的液滴和液沫后经出口管道排出进入下游工序。通过工艺水管线对洗涤器进行补水以及对除雾器进行定期冲洗。

所述顺流强化混合元件通过法兰或焊接的方式连接在所述洗涤管的末端，该混合元件上部为圆柱结构，圆柱直径与洗涤管相同，圆柱下部沿环向均布4～48片导向叶片，叶片的倾斜角度为5～60°；混合元件的底板为锥体结构，锥体顶角为60～120°；混合元件总长度为300～1500mm。导向叶片促使气液两相混合物沿叶片产生旋转，呈螺旋状向下运动，达到二次强化气液两相混合洗涤的效果。

一种高压合成气深度净化工艺，以文丘里洗涤器和板式塔作为粗合成气的预处理，以撞击式泡沫洗涤器作为深度净化精除尘，粗合成气进入文丘里洗涤器进行一级洗涤后进入板式塔进行二级洗涤，板式塔内的洗涤液通过循环泵进行循环利用，一部分送至文丘里洗涤器，一部分送至板式塔，还有一部分送至渣水处理系统；经过两级处理的合成气进入撞击式泡沫洗涤器内进行深度净化，气液两相在撞击式泡沫洗涤器内进行气液分离，分离后的净化气体进入下游工序，分离后的液体经循环泵进行循环使用，一部分送至板式塔内补水，一部分送至撞击式泡沫洗涤器循环使用，同时通过工艺水管线对撞击式泡沫洗涤器进行补水以及对除雾器进行定期冲洗。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、从工艺角度来讲，本发明工艺流程相对简单，净化效率高，粗合成气洗涤后的粉尘含量<1mg/Nm³；雾沫夹带浓度<30mg/m³。在实际运行中操作稳定可靠，管理和维护工作量小；操作弹性大，能适用于处理气量波动较大的场合；同时占地面积小，适用于受现场空间限制的改扩建项目。

2、从设备角度来讲，撞击式泡沫洗涤器能达到的技术效果：洗涤器进口管为直管设计，与洗涤器集成在一起，避免了高压条件下弯头易磨损的情况；设备集成化程度较高，可节省设备投资30％以上；采用泡沫洗涤技术，使气液两相的传质过程大大增强；协同顺流强化混合元件在单台设备内实现了两级高效洗涤净化；液体不需要雾化，出口气体中雾沫夹带的浓度低，对亚微粒子去除效果较好。

附图说明

图1为实施例1中高压合成气深度净化装置示意图；

图2为顺流强化混合元件的结构示意图；

图3为图2中A-A面的剖视图。

图中，1为文丘里洗涤器、2为第一管线、3为板式塔、301为循环液出口、302为循环液进口、4为第一循环泵、5为第二管线、6为第三管线、7为第四管线、8为撞击式泡沫洗涤器、801为洗涤管、802为泡沫区域、803为洗涤液喷头、804为烟气出口、805为旋流板除沫器、806为折流板除雾器、807为顺流强化混合元件、807-1为混合元件锥底、807-2为导向叶片、808为洗涤液出口、9为第二循环泵、10为第五管线、11为第六管线、12为工艺水管线、13为排污管线、14为渣水处理系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

高压合成气深度净化装置，其结构如图1所示，包括文丘里洗涤器1，经第一管线2与文丘里洗涤器1连通的板式塔3，经第四管线7与板式塔3连通的撞击式泡沫洗涤器8。板式塔3外置第一循环泵4，第一循环泵4的入口与板式塔的循环液出口301连通，第一循环泵4的出口分三路流通，一路经第三管线6与所述文丘里洗涤器连通，一路经第二管线5与板式塔循环液进口302连通，一路经排污管线13送至渣水处理系统14。

撞击式泡沫洗涤器8自上而下设置有洗涤管801、洗涤液喷头803、旋流板除沫器805、折流板除雾器806、顺流强化混合元件807。其中，洗涤管801为竖直的直管，伸入到撞击式泡沫洗涤器的壳体内，洗涤液喷头803为大开孔的喷嘴，设置在洗涤管801内，旋流板除沫器805、折流板除雾器806设置在撞击式泡沫洗涤器的壳体内，位于洗涤管801的外侧，顺流强化混合元件807连接在洗涤管801的末端。采用的顺流强化混合元件807的结构如图2所示，混合元件的底板为锥体结构，锥体顶角为60～120°，混合元件总长度为300～1500mm，本实施例中混合元件的锥底807-1的顶角α为120°，混合元件总长H为1200mm，环向均布4～48片导向叶片，本实施例中环向均布导向叶片24片，如图3所示，导向叶片807-2倾斜角度的范围可以在5～60°，本实施例中倾斜角度β为30°。通过这样设置，流体在向下流动时，被迫沿叶片产生旋转，达到二次强化混合洗涤的效果。洗涤液通过洗涤液喷头803垂直向上喷射，造成气液两相高速逆向对撞，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区域802，在此区域内气液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，达到高效混合及洗涤效果，之后合成气继续沿洗涤管向下流动，并经过顺流强化混合元件807进行再次强化混合，之后合成气在洗涤器内进行气液分离，液体进入洗涤器，经洗涤液出口808流出，通过第二循环泵9分两路进行循环利用，一部分循环液通过第五管线10进入板式塔内进行补水，一部分则通过第六管线11进入喷头803内继续循环利用，净化后的气体则依次通过折流板除雾器806和旋流板除沫器805以除去气体中夹带的液滴和液沫，之后合格的合成气通过气体出口804流出进入下游工序。撞击式泡沫洗涤器8通过工艺水管线12进行系统的补水以及折流板除雾器和旋流板除沫器的定期冲洗用水。

上述洗涤器管为直管设计，与洗涤器集成在一起，避免了高压条件下弯头易磨损的情况；设备集成化程度较高，可节省设备投资30％以上；采用泡沫洗涤技术，使气液两相的传质过程大大增强；协同顺流强化混合元件在单台设备内实现了两级高效洗涤净化；液体不需要雾化，出口气体中雾沫夹带的浓度低，对亚微粒子去除效果较好。

实施例2

高压合成气深度净化工艺，煤气化产生的高压(6.2MPa)粗合成气首先进入文丘里洗涤器1进行一级洗涤后，合成气通过第一管线2进入板式塔3进行二级洗涤，板式塔内的洗涤液经板式塔底部的循环液出口301流出，通过第一循环泵4分三路流通，一部分循环液通过第三管线6进入文丘里洗涤器，一部分经第二管线5进入板式塔上部的循环液进口302，一部分经排污管线13进入渣水处理系统14，实现洗涤液的循环利用和排污处理。经过两级预处理的合成气从板式塔上部流出，经第四管线7进入撞击式泡沫洗涤器8内进行深度处理，合成气垂直进入洗涤管801，洗涤管为一直管段，没有任何的弯头，并与洗涤器8集成在一起，形成一个单一的撬装设备，洗涤液通过洗涤液喷头803垂直向上喷射，造成气液两相高速逆向对撞，当气液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区802，在此区域内气液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新，达到高效混合及洗涤效果，之后合成气继续沿洗涤管向下流动，并经过顺流强化混合元件807进行再次强化混合洗涤，本实施例中采用的顺流强化混合元件的底板为锥体结构，锥体顶角α为90°，环向均布导向叶片32片，导向叶片807-2倾斜角度β为45°，混合元件总长度H为800mm。通过这样设置，流体在向下流动时，被迫沿叶片产生旋转，达到二次强化混合洗涤的效果。之后合成气在洗涤器内进行气液分离，液体进入洗涤器的下部，经洗涤液出口808流出，通过第二循环泵9分两路进行循环利用，一部分循环液通过第五管线10进入板式塔内进行补水，一部分则通过第六管线11进入喷头803内继续循环利用，净化后的气体则依次通过折流板除雾器806和旋流板除沫器805以除去气体中夹带的液滴和液沫，之后合格的合成气通过气体出口804流出进入下游工序。洗涤器8通过工艺水管线12进行系统的补水以及折流板除雾器和旋流板除沫器的定期冲洗用水。

上述工艺流程相对简单，净化效率高，粗合成气洗涤后的粉尘含量<1mg/Nm³；雾沫夹带浓度<30mg/m³。在实际运行中操作稳定可靠，管理和维护工作量小；操作弹性大，能适用于处理气量波动较大的场合；同时占地面积小，适用于受现场空间限制的改扩建项目。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语、“上”、“下”、“末端”等指示方位或位置关系，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组件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。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，包括：

文丘里洗涤器，

经管线与所述文丘里洗涤器连通的板式塔，

经管线与所述板式塔连通的撞击式泡沫洗涤器，该撞击式泡沫洗涤器自上而下设置有洗涤管、洗涤液喷头、旋流板除沫器、折流板除雾器、顺流强化混合元件。

2.根据权利要求1所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述板式塔外置循环泵，该循环泵入口与所述板式塔的循环液出口连通，循环泵出口溶液经管线分三路流通，一路与所述文丘里洗涤器连通，一路与所述板式塔的循环液进口连通，一路与渣水处理系统连通。

3.根据权利要求1所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述撞击式泡沫洗涤器外置循环泵，该循环泵入口与所述撞击式泡沫洗涤器的洗涤液出口连通，循环泵出口溶液经管线分两路流通，一路与所述板式塔连通，一路与所述洗涤液喷头连通。

4.根据权利要求1所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述洗涤管为竖直的直管，伸入到所述撞击式泡沫洗涤器的壳体内。

5.根据权利要求1或4所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述洗涤液喷头设置在所述洗涤管内，为大开孔的喷头，开孔直径为20～150mm，洗涤液与合成气逆向喷射。

6.根据权利要求1或4所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述折流板除雾器、旋流板除沫器设置在所述撞击式泡沫洗涤器的壳体内，位于所述洗涤管的外侧。

7.根据权利要求1或4所述的一种高压合成气深度净化装置，其特征在于，所述顺流强化混合元件通过法兰或焊接的方式连接在所述洗涤管的末端，该混合元件上部为圆柱结构，圆柱直径与洗涤管相同，圆柱下部沿环向均布4～48片导向叶片，叶片的倾斜角度为5～60°；混合元件的底板为锥体结构，锥体顶角为60～120°；混合元件总长度为300～1500mm，所述导向叶片促使气液两相混合物沿叶片产生旋转，呈螺旋状向下运动，达到二次强化气液两相混合洗涤的效果。

8.一种高压合成气深度净化工艺，其特征在于，以文丘里洗涤器和板式塔作为粗合成气的预处理，以撞击式泡沫洗涤器作为深度净化精除尘，粗合成气进入文丘里洗涤器进行一级洗涤后进入板式塔进行二级洗涤，板式塔内的洗涤液通过循环泵进行循环利用，一部分送至文丘里洗涤器，一部分送至板式塔，还有一部分送至渣水处理系统；经过两级处理的合成气进入撞击式泡沫洗涤器内进行深度净化，气液两相在撞击式泡沫洗涤器内进行洗涤和分离，分离后的净化气体进入下游工序，分离后的液体经循环泵进行循环使用，一部分送至板式塔内补水，一部分送至撞击式泡沫洗涤器循环使用，同时通过工艺水管线对撞击式泡沫洗涤器进行补水以及对除雾器进行定期冲洗。