CN114015474A - 一种水煤浆气化利用co2的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水煤浆气化利用CO2的方法，将低温甲醇洗装置的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。本发明能够将降低低温甲醇清洗装置CO2的排放量，同时降低水煤浆气化的原煤消耗，将低温甲醇洗装置送来的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉，使之与进入气化炉的煤反应生成CO，从而减少CO2的排放量，同时提高碳转化率，节约成本。
Description
技术领域
本发明属于煤化工领域，具体涉及一种水煤浆气化工艺氧气管线通入CO2气体的工艺方法。
背景技术
煤化工装置中，低温甲醇清洗装置CO2排放量大。当大气中的CO2浓度增加，会阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。CO2浓度增加会破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。二氧化碳是数量最多的温室气体，约占大气总容量的0.03％。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，破坏了大气组分平衡，大气的温室效应也随之增强，已引起了全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各国的关注。现有的水煤浆气化技术是将水煤浆与氧气喷入气化炉中，在气化炉内高温高压状态下生成以CO和H2为主要组分的极为复杂的物理和化学的反应，其中有部分煤完全反应生成约为干气总量15％-25％的CO2，会增加了原料消耗。为能够将降低CO2排放量，同时降低水煤浆气化的原煤消耗，将低温甲醇洗装置送来的高压CO2气体通过水煤浆氧气吹扫氮管线通入到气化炉，使之与进入气化炉的煤反应生成CO，从而减少CO2的排放量，同时间接的提高碳转化率。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供一种水煤浆气化利用CO2的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种水煤浆气化利用CO2的方法，将低温甲醇洗装置的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。
进一步的，来自低温甲醇洗装置的高压CO2气体先经过高压CO2储罐，再通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。
进一步的，以水煤浆和氧气为原料，对气化炉进行投料，气化炉运行平稳后，再将低温甲醇洗装置的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉中。
进一步的，所述气化炉为四喷嘴对置式气化炉。
进一步的，所述二氧化碳的加入量为氧气流量的10-20％。
进一步的，所述气化炉的负荷为80-100％。
进一步的，所述高压CO2气体的压力为8.2-9.2MPa。
气化反应主要包括燃烧反应和还原反应两类主要的反应。首先是煤的燃烧反应，部分煤与氧化剂发生剧烈的氧化反应，放出大量的热，从而维持气化炉的高温环境，燃烧的主要产物是二氧化碳和水。由于气化炉中是欠氧燃烧，煤中的碳不能完全与气化剂发生燃烧，剩余的碳又与燃烧产物发生还原反应，碳和二氧化碳的反应，碳与水蒸气的反应，生成一氧化碳和氢气。
将来自低温甲醇洗装置送来的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉，CO2与进入气化炉的煤在高温下反应生成CO。煤的气化反应也是一个十分复杂的，既有煤和气化剂之间的反应，也有气化剂与生成物之间的反应，既有异相反应，又有均相反应。
水煤浆气化炉内反应方程式见下表1-1：
表1-1水煤浆气化炉内反应方程式
碳一与氧反应中反应1)、2)、4)的平衡组成中几乎都是生成物，因此可以认为是不可逆反应。CO2还原反应
H＝173.3kJ/moL是可逆反应。实验得出，此反应为吸热反应，因此温度升高有利于C与CO2反应生成CO,反应在不同温度下CO2与CO的平衡组成如表1-2所示。在气化炉内，此反应是重要的二次反应，很大程度上决定了碳转化的程度。实验数据表1-2表示不同炉温情况下CO越高，说明有更多是为C与CO2发生了还原反应，碳的转化率就越高。
表1-2在不同温度下CO2还原反应的CO2与CO的平衡组成
| 温度/℃ | 450 | 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | 950 | 1000 |
| φ(CO<sub>2</sub>)％ | 97.8 | 60.2 | 41.3 | 24.1 | 12.4 | 5.9 | 2.9 | 1.2 | 0.9 |
| φ(CO)％ | 2.2 | 39.8 | 58.7 | 75.9 | 87.6 | 94.1 | 97.1 | 98.8 | 99.1 |
本发明的有益效果：
本发明能够将降低低温甲醇清洗装置CO2的排放量，同时降低水煤浆气化的原煤消耗，将低温甲醇洗装置送来的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉，使之与进入气化炉的煤反应生成CO，从而减少CO2的排放量，同时提高碳转化率，节约成本。
附图说明
图1为高压二氧化碳储罐的结构示意图。
图2为四喷嘴水煤浆气化炉一对烧嘴的氧气、氮气、二氧化碳的系统图。
图3为氧气管线向烧嘴通入CO2的细节图。
图4为四喷嘴气化炉烧嘴位置示意图。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
图1中，安全阀起跳压力为操作压力的1.05倍-1.1倍。图2和3中，高压氮气(压力为12.5Mpa-13.4Mpa)，图中右侧的高压氮气经过吹扫氧气高压氮管线，用于吹扫氧气；图中下方的高压氮气经过隔离氮气管线，起到隔离作用。二氧化碳经过二氧化碳管线通入氧气管线中。四喷嘴水煤浆气化炉的氧气、二氧化碳进入气化炉另外一对烧嘴(烧嘴C和烧嘴D)的管线参照图2、3中进入气化炉一对(烧嘴A和烧嘴B)的管线。
如图1所示，气化框架内或周围设置一高压CO2储罐并设置相应安全阀组件，高压CO2储罐出口管线上设置温度、压力检测点。将低温甲醇清洗装置送来的压力为8.2-8.7MPa的高压CO2暂存于高压CO2储罐中待用。如图2、3、4所示，气化炉为四喷嘴对置式气化炉，以水煤浆和氧气为原料，对气化炉进行投料，当气化炉投料成功升压及并气完成后，根据气化炉各参数对照(表1-3)，启动CO2加入程序，通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。根据气化炉炉膛温度，缓慢调整合适的CO2添加量，当气化炉炉膛温度微降时，停止调整二氧化碳补入调节阀，适当调节氧煤比，稳定气化炉工况即可。从而实现减少CO2温室气体排放量，间接提高气化碳转化率的目的。
表1-3二氧化碳加入对照表
| 气化炉负荷 | 二氧化碳加入量 |
| 80％ | 单烧嘴氧气流量的10％ |
| 90％ | 单烧嘴氧气流量的15％ |
| 100％ | 单烧嘴氧气流量的20％ |
实施例1
如图1、2、3所示，四喷嘴对置式气化炉，气化炉高25540mm，直径3880mm，日投煤量为3000吨。气化炉操作压力为6.5Mpa，操作温度为1300～1350℃。以浓度为61.5％的水煤浆为原料，用空分装置送来的78000m3/h纯度为99.6％氧气切割雾化水煤浆，同时提供氧化反应需要的氧原子。碳转化率为98％，工艺气有效气组分为81.3％。气化炉投料成功，并气后按照原定CO2加入程序(表1-3)向氧气管线中添加CO2，添加率为氧气总量的15％～20％。添加CO2碳转化率提高至99％，工艺气有效气组分增加至81.8％。
Claims (7)
1.一种水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，将低温甲醇洗装置的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。
2.根据权利要求1所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，来自低温甲醇洗装置的高压CO2气体先经过高压CO2储罐，再通过氧气管线通入到气化炉中，并与进入气化炉的煤反应。
3.根据权利要求1所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，以水煤浆和氧气为原料，对气化炉进行投料，气化炉运行平稳后，再将低温甲醇洗装置的高压CO2气体通过氧气管线通入到气化炉中。
4.根据权利要求1所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，所述气化炉为四喷嘴对置式气化炉。
5.根据权利要求1或4所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，所述二氧化碳的加入量为氧气流量的10-20％。
6.根据权利要求5所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，所述气化炉的负荷为80-100％。
7.根据权利要求1所述的水煤浆气化利用CO2的方法，其特征在于，所述高压CO2气体的压力为8.2-9.2MPa。
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