CN114479942A - 一种制备煤气化合成气的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种制备煤气化合成气的方法和系统，所述方法包括：使低灰熔点煤浆与氧气在气化炉下段进行第一气化，得到一段合成气；使高灰熔点煤浆进入气化炉上段与来自所述气化炉下段的所述一段合成气混合，并进行第二气化。本公开通过使低灰熔点煤浆进入气化炉下段，使高灰熔点煤浆进入气化炉上段，能够利用气化炉上段的高灰熔点煤浆捕捉来自气化炉下段的高温粘性飞灰，防止气化炉内壁的飞灰粘结和结焦，延长气化炉的稳定运行时间，实现两种不同灰熔点的煤在一个气化炉内燃烧的可能性。
Description
技术领域
本公开涉及煤气化领域，具体地，涉及一种制备煤气化合成气的方法和系统。
背景技术
对于具有废热锅炉流程的煤气化系统来说，飞灰是堵塞废热锅炉的主要因素。现有技术中，为了降低进入废热锅炉的飞灰含量，通常使用与气化煤种相同的煤粉或煤浆作为激冷物质加入到气化炉内进行激冷，激冷物质的加入量过多容易造成汽化炉上段温度过低导致结焦，过少则会增加飞灰的粘结。尤其是，当用于气化的煤种的灰熔点过低时，上述结焦和飞灰问题更加明显。
发明内容
本公开为了减少汽化炉内的结焦和飞灰，提供了一种制备煤气化合成气的方法和系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种制备煤气化合成气的方法，所述方法包括：使低灰熔点煤浆与氧气在气化炉下段进行第一气化，得到一段合成气；使高灰熔点煤浆进入气化炉上段与来自所述气化炉下段的所述一段合成气混合，并进行第二气化。
可选地，所述方法还包括：将所述第二气化得到的二段合成气进行过滤，得到飞灰和所述煤气化合成气；将所述飞灰返回至所述气化炉下段，将所述煤气化合成气引出系统。
可选地，所述方法还包括：在进行所述过滤之前，将所述二段合成气进入废热锅炉进行换热。
可选地，所述方法还包括：将所述低灰熔点煤浆通过第一煤浆泵送入所述气化炉下段，经第一喷嘴雾化后与所述氧气混合；
将所述高灰熔点煤浆通过第二煤浆泵送入所述气化炉上段，经第二喷嘴雾化后与所述一段合成气混合。
可选地，所述高灰熔点煤浆的灰熔点与所述低灰熔点煤浆的灰熔点的差值为150～200℃；
优选地，所述高灰熔点煤浆的灰熔点为1300～1380℃，所述低灰熔点煤浆的灰熔点为1150～1180℃。
可选地，所述高灰熔点煤浆的灰熔点与所述气化炉上段的气化温度的差值为100～200℃；
所述气化炉下段的气化温度与所述低灰熔点煤浆的灰熔点的差值为80～120℃。
可选地，进入所述气化炉上段的所述高灰熔点煤浆与进入所述气化炉下段的所述低灰熔点煤浆的重量比为1：(5～7)。
本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的方法制备煤气化合成气的系统，所述系统包括：低灰熔点煤浆进料管线、高灰熔点煤浆进料管线、氧气入口管线、两段气化炉和煤气化合成气出口管线；
所述两段气化炉包括上下连通的气化炉下段和气化炉上段，所述气化炉下段设有低灰熔点煤浆进料口和氧气入口，所述气化炉上段设有高灰熔点煤浆进料口，所述气化炉上段设有二段合成气出口；
所述低灰熔点煤浆进料管线与所述低灰熔点煤浆进料口连通，所述高灰熔点煤浆进料管线与所述高灰熔点煤浆进料口连通，所述氧气入口管线与所述氧气入口连通，所述二段合成气出口与所述系统的煤气化合成气出口连通。
可选地，所述系统还包括飞灰过滤器，所述飞灰过滤器设有二段合成气入口、飞灰出口和所述系统的煤气化合成气出口；所述气化炉上段的所述二段合成气出口与所述二段合成气入口连通，所述飞灰出口与所述气化炉下段的飞灰入口连通，所述系统的煤气化合成气出口通过管线与外界连通；
所述系统还包括废热锅炉，所述废热锅炉的入口与所述气化炉上段的所述二段合成气出口连通，所述废热锅炉的出口与所述飞灰过滤器的所述二段合成气入口连通。
可选地，所述系统还包括第一煤浆泵和第一喷嘴；所述第一煤浆泵的进料管线与所述低灰熔点煤浆进料管线连通，所述第一煤浆泵的出料管线与所述第一喷嘴的入口连通，所述第一喷嘴的出口与所述气化炉下段的所述低灰熔点煤浆进料口连通；
所述系统还包括第二煤浆泵和第二喷嘴；所述第二煤浆泵的进料管线与所述高灰熔点煤浆进料管线连通，所述第二煤浆泵的出料管线与所述第二喷嘴的入口连通，所述第二喷嘴的出口与所述气化炉上段的所述高灰熔点煤浆进料口连通；
所述第二喷嘴还设有高压合成气入口。
本公开通过使低灰熔点煤浆进入气化炉下段，使高灰熔点煤浆进入气化炉上段，能够利用气化炉上段的高灰熔点煤浆捕捉来自气化炉下段的高温粘性飞灰，防止气化炉内壁的飞灰粘结和结焦，延长气化炉的稳定运行时间，实现两种不同灰熔点的煤在一个气化炉内燃烧的可能性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开的一种实施方式中制备煤气化合成气的系统的示意图。
附图标记说明
1.低灰熔点煤浆 2.高灰熔点煤浆 3.氧气
4.高压合成气 5.二段合成气 6.煤气化合成气
7.飞灰 A.低灰熔点煤浆罐 B.高灰熔点煤浆罐
C.第一煤浆泵 D.第二煤浆泵 E1.气化炉下段
E2.气化炉上段 F.第一喷嘴 G.第二喷嘴
H.废热锅炉 I.飞灰过滤器
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的上和下，具体可参考图1的图面方向。“内、外”是指针对装置本身的轮廓而言的。
如图1所示，本公开第一方面提供一种制备煤气化合成气的方法，所述方法包括：使低灰熔点煤浆1与氧气3在气化炉下段E1进行第一气化，得到一段合成气；使高灰熔点煤浆2进入气化炉上段E2与来自所述气化炉下段E1的所述一段合成气混合，并进行第二气化。
本公开通过使低灰熔点煤浆进入气化炉下段，使高灰熔点煤浆进入气化炉上段，能够利用气化炉上段的高灰熔点煤浆捕捉来自气化炉下段的高温粘性飞灰，防止气化炉内壁的飞灰粘结和结焦，延长气化炉的稳定运行时间，实现两种不同灰熔点的煤在一个气化炉内燃烧的可能性。
本公开对于所述的低灰熔点煤浆1和高灰熔点煤浆2的种类和组成没有限制，可以为本领域常规的，例如可以采用具有特定灰熔点的煤制成的煤浆，或者可以采用不同灰熔点的煤通过一定的比例混合制成的混合煤浆，其灰熔点由于所采用的煤的种类和混合比例的不同而不同，此处不再赘述。本公开对于进入气化炉的上述煤浆中的水含量没有限制，可以为本领域的常规选择，例如可以为59～61重量％。
在本公开采用不同灰熔点的煤通过一定比例混合制成混合煤浆的实施方式中，其制备方法可以是为本领域常规的，例如本公开的高灰熔点煤浆2可以通过如下方法制备得到：将神游2号煤和神游3号煤(均购自神华集团有限责任公司)按照(6～7)：(4～3)的重量比混合后通入水，经过磨煤机研磨制成粗煤浆，采样分析粗煤浆中的水含量，当粗煤浆中水含量在59～61重量％范围内时停止加水，即得本公开的高灰熔点煤浆2。
根据本公开，可以利用飞灰过滤器I将混合了气化炉上段E2和气化炉下段E1的不同灰熔点煤的飞灰7返回气化炉下段E1，进而调节气化炉下段E1煤浆的灰熔点温度，增大气化炉上段E2和气化炉下段E1的温差范围，从而增加两段气化炉操作窗口范围，一种具体实施方式中，如图1所示，所述方法还可以包括：将所述第二气化得到的二段合成气5进行过滤，得到飞灰7和所述煤气化合成气6，将所述飞灰7返回至所述气化炉下段E1，将所述煤气化合成气6引出系统；进一步地，为了通过调节气化炉下段E1的煤浆灰熔点温度，增大气化炉上段E2和气化炉下段E1的温差范围，同时充分利用飞灰7中的热量，所述方法还可以包括：在进行所述过滤之前，将所述二段合成气5进入废热锅炉H进行换热。
根据本公开，为了使低灰熔点煤浆1进入气化炉下段E1，使高灰熔点煤浆2进入气化炉上段E2，一种实施方式中，如图1所示，所述方法还可以包括：将所述低灰熔点煤浆1通过第一煤浆泵C送入所述气化炉下段E1，经第一喷嘴F雾化后与所述氧气3混合；将所述高灰熔点煤浆2通过第二煤浆泵D送入所述气化炉上段E2，经第二喷嘴G雾化后与所述一段合成气混合。
根据本公开，为了能够利用气化炉上段E2的高灰熔点煤浆2捕捉来自气化炉下段E1的高温粘性飞灰7，一种实施方式中，所述高灰熔点煤浆2的灰熔点与所述低灰熔点煤浆1的灰熔点的差值可以为150～200℃，优选可以为170～190℃；一种优选地实施方式中，所述高灰熔点煤浆2的灰熔点可以为1300～1380℃，优选可以为1340～1370℃，所述低灰熔点煤浆1的灰熔点可以为1150-1180℃，优选可以为1160～1170℃。
根据本公开，所述高灰熔点煤浆的灰熔点可以高于所述气化炉上段的气化温度，以利用该高灰熔点煤浆捕捉来自气化炉下段E1的粘性飞灰，同时防止低灰熔点煤浆1的结焦，一种具体实施方式中，所述高灰熔点煤浆2的灰熔点与所述气化炉上段E2的气化温度的差值可以为100～200℃，优选可以为130～180℃。
根据本公开，为了使低灰熔点煤浆1能够在气化炉下段E1进行第一气化，所述气化炉下段E1的气化温度可以高于所述低灰熔点煤浆1的灰熔点，一种具体实施方式中，所述气化炉下段E1的气化温度与所述低灰熔点煤浆1的灰熔点的差值可以为80～120℃，优选可以为90～110℃。
在根据本公开的一种具体实施方式中，为了更好的捕捉来自气化炉下段E1的粘性飞灰，进入所述气化炉上段E2的所述高灰熔点煤浆2与进入所述气化炉下段E1的所述低灰熔点煤浆1的重量比可以为1：(5～7)，优选可以为1：(5～6)。
如图1所示，本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的方法制备煤气化合成气的系统，所述系统包括：低灰熔点煤浆进料管线、高灰熔点煤浆进料管线、氧气入口管线、两段气化炉和煤气化合成气出口管线；所述两段气化炉包括上下连通的气化炉下段E1和气化炉上段E2，所述气化炉下段E1设有低灰熔点煤浆进料口和氧气入口，所述气化炉上段E2设有高灰熔点煤浆进料口，所述气化炉上段E2设有二段合成气出口；所述低灰熔点煤浆进料管线与所述低灰熔点煤浆进料口连通，所述高灰熔点煤浆进料管线与所述高灰熔点煤浆进料口连通，所述氧气入口管线与所述氧气入口连通，所述二段合成气出口与所述系统的煤气化合成气出口连通。
本公开的系统通过使低灰熔点煤浆进入气化炉下段，使高灰熔点煤浆进入气化炉上段，能够利用气化炉上段的高灰熔点煤浆捕捉来自气化炉下段的高温粘性飞灰，从而防止气化炉内壁的飞灰粘结和结焦，延长了气化炉的稳定运行时间，实现了两种不同煤在一个气化炉内燃烧的可能性。
为了使混合了气化炉上段E2和气化炉下段E1的不同灰熔点煤的飞灰7返回气化炉下段E1，进而调节气化炉下段E1煤浆灰熔点温度，增大气化炉上段E2和气化炉下段E1的温差范围，从而增加两段气化炉操作窗口范围，一种具体实施方式中，如图1所示，本公开的系统还可以包括飞灰过滤器I，优选地，所述飞灰过滤器I设有二段合成气入口、飞灰出口和所述系统的煤气化合成气出口；所述气化炉上段E2的所述二段合成气出口与所述二段合成气入口连通，所述飞灰出口与所述气化炉下段E1的飞灰入口连通，所述系统的煤气化合成气出口通过管线与外界连通；进一步地，为了通过调节气化炉下段E1煤浆灰熔点温度，增大气化炉上段E2和气化炉下段E1的温差范围，同时充分利用飞灰7中的热量，所述系统还可以包括废热锅炉H，优选地，所述废热锅炉的入口与所述气化炉上段E2的所述二段合成气出口连通，所述废热锅炉的出口与所述飞灰过滤器I的所述二段合成气入口连通。
根据本公开，为了使低灰熔点煤浆1进入气化炉下段E1，一种实施方式中，如图1所示，所述系统还可以包括第一煤浆泵C和第一喷嘴F；所述第一煤浆泵C的进料管线与所述低灰熔点煤浆1进料管线连通，所述第一煤浆泵C的出料管线与所述第一喷嘴F的入口连通，所述第一喷嘴F的出口与所述气化炉下段E1的所述低灰熔点煤浆1进料口连通。
根据本公开，为了使高灰熔点煤浆2进入气化炉上段E2，如图1所示，所述系统还可以包括第二煤浆泵D和第二喷嘴G；所述第二煤浆泵D的进料管线与所述高灰熔点煤浆2进料管线连通，所述第二煤浆泵D的出料管线与所述第二喷嘴G的入口连通，所述第二喷嘴G的出口与所述气化炉上段E2的所述高灰熔点煤浆2进料口连通；进一步地一种实施方式中，所述第二喷嘴G还可以设有高压合成气入口，以对所述第二喷嘴G中的高灰熔点煤浆2进行雾化，本公开对于该高压合成气的来源没有限制，例如可以来自本公开所述煤气化合成气系统的下游流程中的合成气循环压缩机。
本公开对具有所述气化炉上段E2和所述气化炉下段E1的两段气化炉以及飞灰过滤器I的种类没有限制，可以为本领域常规的，一种实施方式中，所述两段气化炉可以为气化炉上段E2和气化炉下段E1单独进料的两段气化炉，所述飞灰过滤器I可以为带有反吹系统的飞灰过滤器。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
实施例
采用如图1所示的系统进行煤气化合成气的制备，该系统包括：低灰熔点煤浆进料管线、高灰熔点煤浆进料管线、氧气入口管线、飞灰过滤器I、废热锅炉H、两段气化炉、煤气化合成气出口管线、第一煤浆泵C、第一喷嘴F、第二煤浆泵D和第二喷嘴G。
两段气化炉包括上下连通的气化炉下段E1和气化炉上段E2，低灰熔点煤浆1经第一煤浆泵C进入第一喷嘴F，由第一喷嘴F雾化后进入气化炉下段E1，与进入气化炉下段E1的氧气3反应进行第一气化，得到一段合成气；高灰熔点煤浆2经第二煤浆泵D进入第二喷嘴G，由进入第二喷嘴G的高压合成4雾化后进入气化炉上段E2，与一段合成气混合并进行第二气化，得到二段合成气5；该二段合成气5依次经过废热锅炉H和飞灰过滤器I回收热量及飞灰7内的煤之后，将制得的煤气化合成气6引出系统，过滤后的飞灰7返回气化炉下段E1；其中，所用低灰熔点煤浆1为神游2号煤(购自神华集团有限责任公司)制成的煤浆，灰熔点为1180℃；所用高灰熔点煤浆2为神游2号煤和神游3号煤(购自神华集团有限责任公司)按照6：4的重量比混合制成的混合煤浆，灰熔点为1380℃；气化炉上段E2的气化温度为1230℃，气化炉下段E1的气化温度为1280℃，进入气化炉上段E2的高灰熔点煤浆2与进入气化炉下段E1的低灰熔点煤浆1的重量比为1：5，系统稳定运行时间为1440h。
对比例
采用常规的两段气化炉进行煤气化合成气的制备，不同的是：两段气化炉的上段和下段均使用神游2号煤(购自神华集团有限责任公司)制成的低灰熔点煤浆进料，其灰熔点为1180℃，下段的气化温度为1280℃，上段通入的低灰熔点煤浆量与下段通入低灰熔点煤浆量的重量比为1:6，上段的气化温度约1100℃，由于上段气化温度接近低灰熔点煤浆，因此气化炉上段进料煤浆易出现粘性飞灰，导致气化炉上段堵塞。该系统运行时间约700h，装置操作费用较高。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种制备煤气化合成气的方法，其特征在于，所述方法包括：使低灰熔点煤浆与氧气在气化炉下段进行第一气化，得到一段合成气；使高灰熔点煤浆进入气化炉上段与来自所述气化炉下段的所述一段合成气混合，并进行第二气化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述第二气化得到的二段合成气进行过滤，得到飞灰和所述煤气化合成气；将所述飞灰返回至所述气化炉下段，将所述煤气化合成气引出系统。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：在进行所述过滤之前，将所述二段合成气进入废热锅炉进行换热。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述低灰熔点煤浆通过第一煤浆泵送入所述气化炉下段，经第一喷嘴雾化后与所述氧气混合；
将所述高灰熔点煤浆通过第二煤浆泵送入所述气化炉上段，经第二喷嘴雾化后与所述一段合成气混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高灰熔点煤浆的灰熔点与所述低灰熔点煤浆的灰熔点的差值为150～200℃；
优选地，所述高灰熔点煤浆的灰熔点为1300～1380℃，所述低灰熔点煤浆的灰熔点为1150～1180℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高灰熔点煤浆的灰熔点与所述气化炉上段的气化温度的差值为100～200℃；
所述气化炉下段的气化温度与所述低灰熔点煤浆的灰熔点的差值为80～120℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，进入所述气化炉上段的所述高灰熔点煤浆与进入所述气化炉下段的所述低灰熔点煤浆的重量比为1：(5～7)。
8.一种采用权利要求1～7中任意一项所述的方法制备煤气化合成气的系统，其特征在于，所述系统包括：低灰熔点煤浆进料管线、高灰熔点煤浆进料管线、氧气入口管线、两段气化炉和煤气化合成气出口管线；
所述两段气化炉包括上下连通的气化炉下段和气化炉上段，所述气化炉下段设有低灰熔点煤浆进料口和氧气入口，所述气化炉上段设有高灰熔点煤浆进料口，所述气化炉上段设有二段合成气出口；
所述低灰熔点煤浆进料管线与所述低灰熔点煤浆进料口连通，所述高灰熔点煤浆进料管线与所述高灰熔点煤浆进料口连通，所述氧气入口管线与所述氧气入口连通，所述二段合成气出口与所述系统的煤气化合成气出口连通。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括飞灰过滤器，所述飞灰过滤器设有二段合成气入口、飞灰出口和所述系统的煤气化合成气出口；所述气化炉上段的所述二段合成气出口与所述二段合成气入口连通，所述飞灰出口与所述气化炉下段的飞灰入口连通，所述系统的煤气化合成气出口通过管线与外界连通；
所述系统还包括废热锅炉，所述废热锅炉的入口与所述气化炉上段的所述二段合成气出口连通，所述废热锅炉的出口与所述飞灰过滤器的所述二段合成气入口连通。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括第一煤浆泵和第一喷嘴；所述第一煤浆泵的进料管线与所述低灰熔点煤浆进料管线连通，所述第一煤浆泵的出料管线与所述第一喷嘴的入口连通，所述第一喷嘴的出口与所述气化炉下段的所述低灰熔点煤浆进料口连通；
所述系统还包括第二煤浆泵和第二喷嘴；所述第二煤浆泵的进料管线与所述高灰熔点煤浆进料管线连通，所述第二煤浆泵的出料管线与所述第二喷嘴的入口连通，所述第二喷嘴的出口与所述气化炉上段的所述高灰熔点煤浆进料口连通；
所述第二喷嘴还设有高压合成气入口。
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