CN110591761A - 一种煤炭流化床部分气化联产装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭部分气化多联产领域，公开了一种煤炭流化床部分气化联产装置，本发明的装置中流化床气化炉设有给料装置、气化剂入口、炉底排焦装置和冷焦器，顶部的燃气出口外接旋风分离器；旋风分离器后依次连接余热回收装置、高温除尘器、焦油冷凝装置和电捕焦油器，并在焦油冷凝装置和电捕焦油器底部接有焦油池。本发明的工艺为将煤颗粒在流化床气化炉内热解并部分气化，产出半焦产品和气化气，气化气经器处理后获得焦油和煤气。利用本发明的装置能够使用颗粒小于10mm的煤颗粒作为原料，部分气化联产半焦、焦油和高品质煤气等多种产品，可有效降低污染物排放量，实现富含挥发份煤炭高效洁净的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭部分气化多联产领域，具体涉及一种煤炭流化床部分气化联产装置及工艺。
背景技术
我国是一个富煤、贫油、少气的国家，长期以来以煤炭为主要能源资源，但煤炭利用一直处于一种单一发展的煤炭生产，现有的煤炭主要利用方式是直接燃烧利用。直接燃烧不仅没有有效利用煤炭中的含富氢组分，而且在小规模工业窑炉或民用散烧过程中由于煤炭挥发分快速析出，燃烧容易产生碳黑等小颗粒污染物，同时所含的硫氮也容易生成硫氧化物和氮氧化物等污染源，产生大量污染物。把煤作为单一用途来利用，想要实现较高的转化率，转化过程往往需要复杂的工艺和较高运行成本，且能源的总体利用效率也不高，因此煤的多联产系统应运而生。
煤的多联产技术的实质是以煤炭为原料，依据煤不同组分和不同转化阶段的反应性不同的特点，把多种煤炭转化技术有机集成在一起，获得多种高附加值的化工产品、多种洁净的二次能源及其他产品，则可使煤炭多化技术简化从而减少投资，降低成本，也减少了煤中污染物的脱除问题。煤的多联产系统是将煤的多个生产工艺作为一个系统来考虑，从整体的利用效率的角度来提高煤炭资源利用率，追求总体生产效益的最大化和污染物排放的最小化，能够更好的解决所面临的资源和环境问题。
现在煤的多联产技术主要包括煤热解多联产技术、煤完全气化多联产技术和煤部分气化多联产技术。煤热解多联产技术是先把煤加入热解气化炉经热裂解析出挥发份，所产生的热解气可以作为工业用气、民用煤气，热解煤气和焦油也可通过进一步的工艺获得化工原料，热解所产生的半焦则可以直接被送到燃烧炉中作为燃料燃烧产生蒸汽，用于发电、供热。但该技术以煤热解为基础，获得的煤气主要以干馏煤气为主，煤气产量低，煤炭气化份额较低，限制了联产系统煤炭利用效率的进一步提高。
煤完全气化多联产技术是在气化单元内将煤完全转化，将固相碳燃料转化为合成气，合成气则可以用作燃料、化工原料和联合循环发电及供热制冷领域，实现联产多种高品质产品，该技术能够实现系统的近零排放，系统中的颗粒物、SO2、NOx和固体废物等污染物可以有效地得到控制，但该技术主要为气相产品，常需采用高温、高压、长停留时间来获得，增加技术难度，设备投资成本较高。
煤部分气化多联产技术是依据煤不同组分和不同转化阶段的反应性不同的特点，实施煤热解、气化、燃烧的分级转化，实现简化操作技术，减少投资，降低成本的目的。部分气化反应不追求煤炭的高转化率，煤可在要求相对低的气化炉内实现部分气化，没有被气化的半焦则可以直接作为燃料燃烧或作为半焦产品产出。根据不同用户需求，部分气化可产生相应的煤气成分；另还可以通过调整适当的生产工艺获得其他多种副产品。
专利CN 107841346A公开了一种煤炭空气部分气化热电燃气多联产装置及方法，该装置包括循环硫化床燃烧炉和循环流化床气化炉，前者顶部的烟气通过烟气排放管线、烟气换热器和蒸汽发生装置实现供热或蒸汽发电；后者的顶部燃气经分离后接至燃气排放管线；两者下部的分离物料和半焦经返料器返回燃烧炉，将流化床气化技术和半焦燃烧技术相结合，提高煤炭利用系统的整体效率。但它采用的双流化床联产热电燃气的工艺，整个工艺复杂，气化炉采用高温(900-1000℃)，两个流化床之间的协调稳定运行操控难度较大，投资运行成本相对较高。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的不足，提供一种煤炭流化床部分气化联产装置及工艺，装置中仅采用单个流化床气化炉，实现半焦、焦油和高品质煤气的联产，降低工艺操控难度和投资运行成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种煤炭流化床部分气化联产装置，包括流化床气化炉、给料装置、炉底排焦装置、冷焦器、旋风分离器、高温除尘器、余热回收装置、焦油冷凝装置、电捕焦油器和焦油池；
所述的流化床气化炉的底部或下部设有炉底排焦装置，下部设有气化剂入口，中下部设有给料装置，顶部的燃气出口外接旋风分离器；所述旋风分离器后依次连接余热回收装置、高温除尘器、焦油冷凝装置和电捕焦油器；所述焦油冷凝装置和电捕焦油器底部连接焦油池；所述的炉底排焦装置和所述的旋风分离器均带有冷焦器。
优选地，所述的旋风分离器包括串接的第一旋风分离器和第二旋风分离器，进一步降低燃气中固体含量，提高煤气洁净度。
上述的炉底排焦装置进出口均设有高温阀，可根据需要集中排放半焦。
上述的高温除尘器为静电除尘器，可提高除尘效率获得洁净度更高的煤气产品。
本发明还提供了一种煤炭流化床部分气化联产工艺，采用上述的煤炭流化床部分气化联产装置，具体包括以下工艺步骤：
(1)将煤颗粒从气化炉中下部的给料装置加入至流化床气化炉炉内，在流化床气化炉下部通入气化剂；控制炉内氧煤比不大于0.3Nm3/Kg，煤颗粒在气化炉内发生热解燃烧及部分气化反应，产生气化煤气和半焦颗粒；较粗的半焦颗粒从炉底排焦装置排出进入冷焦器，冷却后作为半焦产品送出；
(2)步骤(1)中流化床气化炉内产生的气化煤气携带半焦颗粒进入旋风分离器进行气固分离；分离出的半焦颗粒排至冷焦器内，冷却后作为半焦产品送出；
(3)步骤(2)分离出的气化气进入余热回收装置进行冷却；被冷却的气化气进入高温除尘装置除尘后，再进入焦油冷凝装置冷却，冷凝析出的焦油和液相水排出至焦油池，经油水分离后的焦油作为产品送出；
(4)步骤(3)中产出的煤气进入电捕焦油器进一步除去焦油雾和水雾，所得到的净煤气作为产品送出；电捕焦油器捕集的焦油和水排出至焦油池，经油水分离后的焦油作为产品送出。
上述煤炭流化床部分气化联产工艺的步骤(1)中煤颗粒的粒度小于10mm。目前煤炭生产过程中小于10mm的碎煤颗粒占总产煤量的70％以上，本发明可避免原料煤颗粒度的限制。
上述煤炭流化床部分气化联产工艺的步骤(1)中气化剂为纯O2、O2/CO2混合气或空气。采用空气作为气化剂可控制煤气的生产成本，获得氮气含量较高的低成本燃料气；采用少量纯氧或O2/CO2混合气作为气化剂，可获得氮气含量低的高品质合成气。
上述煤炭流化床部分气化联产工艺的流化床气化炉在常压或加压下运行，运行温度500-800℃。采用常压和较低温度进行部分气化，不仅可以获得高价值的焦油产品，同时可减小装置的操控难度，降低运行成本。
上述的步骤(3)经余热回收装置冷却的气化气温度为400-500℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明可以利用小于颗粒10mm的碎煤颗粒，不同与现有固定床煤炭热解或气化技术需要10mm以上块煤原料的限制，大幅度降低原料成本。
(2)本发明将富含挥发分的煤炭通过部分气化联产半焦、焦油和高品质煤气，所产煤气和焦油可以用于生产洁净天然气、液体燃料或高价值化学品，提高煤炭利用价值和利用效益；所产半焦由于挥发分含量低、硫氮含量低，用于作为小规模散煤燃烧的替代燃料，可有效降低污染物排放量，从而实现富含挥发分煤炭高效洁净的资源化利用。
(3)本发明提高了煤炭联产系统的碳转化率和整体效率，降低设备的复杂性、工艺操控难度和运行成本。
附图说明
图1为本发明的煤炭流化床部分气化联产装置的示意图。
其中，1、流化床气化炉；2、给料装置；3、炉底排焦装置；4、冷焦器；5、第一旋风分离器；6、第二旋风分离器；7、余热回收装置；8、高温除尘器；9、焦油冷凝装置；10、电捕焦油器；11、焦油池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
如图1所示，本发明的煤炭流化床部分气化联产装置包括流化床气化炉1、给料装置2、炉底排焦装置3、冷焦器4、第一旋风分离器5、第二旋风分离器6、余热回收装置7、高温除尘器8、焦油冷凝装置9、电捕焦油器10和焦油池11。
流化床气化炉1的底部或下部设有炉底排焦装置3，下部设有气化剂入口，中下部设有给料装置2，顶部的燃气出口外接第一旋风分离器5；第一旋风分离器5后依次连接第二旋风分离器6、余热回收装置7、高温除尘器8和焦油冷凝装置9和电捕焦油器10；焦油冷凝装置9和电捕焦油器10底部连接焦油池11；炉底排焦装置3、第一旋风分离器5和第二旋风分离器6均带有冷焦器4；炉底排焦装置3的进出口均设有高温阀。
实施例按照以上描述装置操作，煤种选用烟煤，粒径小于10mm。
实施例
一种煤炭流化床部分气化联产工艺包括以下工艺步骤：
(1)煤炭原料经给料装置2给入流化床气化炉1内，在流化床气化炉1下部通入O2/CO2混合气，煤炭在炉内发生部分气化反应产生气化气和半焦颗粒；流化床气化炉在常压下运行，控制运行温度为500-800℃，氧煤比不大于0.3Nm3/Kg，较粗的半焦颗粒从炉底排焦装置3排出，进入冷焦器4冷却后作为半焦产品送出；
(2)流化床气化炉1产生的气化气携带半焦颗粒进入第一旋风分离器5和第二旋风分离器6，半焦颗粒被分离下来排出至冷焦器4，冷却后作为半焦产品送出；
(3)分离出的气化气进入余热回收装置7，冷却至400-500℃，冷却后的气化气再经过高温除尘器8除尘后进入焦油冷凝装置9，高温除尘器8采用静电除尘器，运行温度控制在500℃左右；气化气中焦油冷凝析出进入焦油池11，经油水分离后得到的焦油作为产品送出，这些焦油可进行深加工合成汽柴油或其他化工产品。
(4)除去焦油气的煤气通过电捕焦油器10进一步净化，其中少量焦油雾和水雾被电捕焦油器捕集汇入焦油池11，剩余煤气为净煤气作为产品直接外供使用；电捕焦油器捕集的焦油和水排出至焦油池，经油水分离后得到的焦油作为产品送出。
本装置给料量为20t/h，半焦产率约11t/h，焦油产率约1.6t/h，煤气产量约6000Nm3/h。
Claims (9)
1.一种煤炭流化床部分气化联产装置，其特征在于，包括流化床气化炉、给料装置、炉底排焦装置、冷焦器、旋风分离器、余热回收装置、高温除尘器、焦油冷凝装置、电捕焦油器和焦油池；
所述的流化床气化炉的底部或下部设有炉底排焦装置，下部设有气化剂入口，中下部设有给料装置，顶部的燃气出口外接旋风分离器；所述旋风分离器后依次连接余热回收装置、高温除尘器、焦油冷凝装置和电捕焦油器；所述焦油冷凝装置和电捕焦油器底部连接焦油池；所述的炉底排焦装置和所述的旋风分离器均带有冷焦器。
2.根据权利要求1所述的煤炭流化床部分气化联产装置，其特征在于，所述的旋风分离器包括串接的第一旋风分离器和第二旋风分离器。
3.根据权利要求1所述的煤炭流化床部分气化联产装置，其特征在于，所述的炉底排焦装置进出口均设有高温阀。
4.根据权利要求1所述的煤炭流化床部分气化联产装置，其特征在于，所述的高温除尘器为静电除尘器。
5.一种煤炭流化床部分气化联产工艺，其特征在于，采用权利要求1-4任一项权利要求所述的煤炭流化床部分气化联产装置，具体包括以下工艺步骤：
(1)将煤颗粒从气化炉中下部的给料装置加入至流化床气化炉炉内，在流化床气化炉下部通入气化剂；控制炉内氧煤比不大于0.3Nm3/Kg，煤颗粒在气化炉内发生热解燃烧及部分气化反应，产生气化煤气和半焦颗粒；较粗的半焦颗粒从炉底排焦装置排出进入冷焦器，冷却后作为半焦产品送出；
(2)步骤(1)中流化床气化炉内产生的气化煤气携带半焦颗粒进入旋风分离器进行气固分离；分离出的半焦颗粒排至冷焦器内，冷却后作为半焦产品送出；
(3)步骤(2)分离出的气化气进入余热回收装置进行冷却；被冷却的气化气进入高温除尘装置除尘后，再进入焦油冷凝装置冷却，冷凝析出的焦油和液相水排出至焦油池，经油水分离后的焦油作为产品送出；
(4)步骤(3)中产出的煤气进入电捕焦油器进一步除去焦油雾和水雾，所得到的净煤气作为产品送出；电捕焦油器捕集的焦油和水排出至焦油池，经油水分离后的焦油作为产品送出。
6.根据权利要求5所述的煤炭流化床部分气化联产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的煤颗粒的粒度小于10mm。
7.根据权利要求5所述的煤炭流化床部分气化联产工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的气化剂为纯O2、O2/CO2混合气或空气。
8.根据权利要求5所述的煤炭流化床部分气化联产工艺，其特征在于，所述的流化床气化炉在常压或加压下运行，运行温度500-800℃。
9.根据权利要求5所述的煤炭流化床部分气化联产工艺，其特征在于，所述的步骤(3)经余热回收装置冷却的气化气温度为400-500℃。
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