CN115572624A - 一种高温合成气激冷洗涤一体化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温合成气激冷洗涤一体化工艺，采用的设备包括激冷洗涤塔、黑水循环泵、黑水过滤器、下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器。本发明采用废热锅炉回收合成气热量，并在该基础上提出一种一体化的激冷洗涤工艺与设备，通过激冷水浴与塔盘组合方式降低粗合成气的温度，同时实现合成气的粗除尘及精除尘，塔底黑水进入下游炭黑水处理系统进行闪蒸处理，在同一设备内实现了合成气的激冷降温和洗涤除尘，简化了合成气初步净化的流程，精简了设备数量，降低了设备投资和框架投资。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，具体指一种高温合成气激冷洗涤一体化工艺。
背景技术
按高温合成气的冷却方式，气化技术主要分为激冷式和废热锅炉式。废热锅炉式流程可以通过回收工业余热来副产蒸汽，能量利用率高。通常废热锅炉出口合成气的温度比所产蒸汽的温度至少高5～100℃，在废热锅炉运行周期的末期，由于废热锅炉的积灰、结垢问题严重，换热效果变差，出口合成气的温度会更高。因此，需要对出口的合成气进行进一步的激冷降温。同时为保证下游单元的用气需求，合成气需要进行洗涤除灰，以满足合成气含灰<1mg/Nm3。
激冷洗涤专利CN 204198699 U提供了一种气流床煤气化系统的粗合成气除灰装置，包括文丘里洗涤器、水浴分离罐和洗涤塔。气化炉所产的高温合成气经激冷室后，进入水浴分离罐除灰后再进入洗涤塔进行进一步的净化除灰。该专利所公布的技术，主要是针对煤气化技术，合成气含灰量大，在气化炉下部激冷室激冷之后再经过混合器润湿后，再一次在水浴罐内进行激冷，最后用洗涤塔进行洗涤。该专利是在德士古典型气化合成气洗涤除灰工艺中增加了一个水浴分离罐，进行二次激冷和除灰，相对于其他技术，该技术可以增加粗合成气的除灰效果，而且所需设备数量少，相对于德士古的气化技术，可以通过二次激冷流程的设置，避免洗涤塔的复杂设计和洗涤塔底部黑水含固量高的问题。
专利CN 204417444 U提供了一种气化洗涤塔，主要包括旋流分离器，塔盘、文丘里进气管和补水管。该专利针对激冷降温后的合成气在洗涤塔洗涤除尘时，洗涤水对塔釜内的液体形成造成搅动，影响颗粒沉降和底部水浴换热的问题提出一种解决方案，主要特点为高压水通过补水口进入环形分布管进入与文丘里进气管内部与气体接触，来实现合成气洗涤除灰的目的，其优点为高压水能均匀进入，洗涤效果号，同时补入的水不会对洗涤塔内下方液面产生搅动，使洗涤下来的固定颗粒能有效沉降到底部。
废热锅炉流程的重油气化技术，粗合成气经过废热锅炉后，虽然温度还是较高，但是相对于炉膛内的温度，已处于较低水平，而且油气化中合成气带灰量要明显低于煤气化的带灰量，采用专利CN 204198699 U的提供的技术方案，也可以达到合成气的洗涤除灰的目的，但是其存在设备数量多，投资较大，设备和管道布置较难，系统激冷洗涤用水量大，热量利用率低等缺点。专利CN 204417444 U仅是针对洗涤塔内洗涤除灰的问题提出的一种解决方案，并未考虑合成气的激冷降温问题。目前现有常规的激冷洗涤工艺中，通常分别设置激冷罐和合成气洗涤塔，流程复杂，设备数量多，布置难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能简化合成气初步净化流程、精简设备数量、降低设备投资和框架投资的高温合成气激冷洗涤一体化工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种高温合成气激冷洗涤一体化工艺，采用的设备包括激冷洗涤塔、黑水循环泵、黑水过滤器、下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器；
所述高温合成气激冷洗涤一体化工艺包括以下步骤：
经过废热锅炉冷却后的高温合成气进入激冷洗涤塔，实现激冷和洗涤的目的；
激冷洗涤塔下部距塔底一定高度设有黑水出口，通过管线与黑水循环泵入口相连，经过黑水循环泵增压后的黑水，进入黑水过滤器进行过滤，之后返回激冷洗涤塔的激冷水入口，激冷水通过下降管内的激冷环使激冷水能够在下降管内形成均匀的水膜，对合成气进行初步的激冷降温；
合成气沿着下降管向下进入塔底水浴，实现了大部分灰分的脱除和激冷降温，再向上穿过组合式气泡分割器，对大气泡进行分割，继续向上依次穿过设置的塔盘实现精除尘，下部塔盘设有高温灰水入口，最上层塔盘设有变换冷凝液/锅炉水进口，激冷洗涤塔顶部设有旋流板除沫器，用于除去合成气中携带的液态水。
在本发明中，所述激冷洗涤塔出口合成气含灰量低于1mg/Nm3。
优选地，所述激冷洗涤塔底部设有去黑水闪蒸处理系统的管线。
优选地，所述的激冷洗涤塔是合成气实现激冷和洗涤除灰的场所，包含下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器，其塔径根据合成气的处理负荷而定，控制空塔气速在0.1～0.4m/s，下降管底部与设备下切线的高度为0.8～2m。
优选地，所述的下降管是实现合成气进入激冷洗涤塔激冷水浴的导气管，底部始终保持在水浴液位以下，管内流速控制在10～30m/s。
优选地，所述的激冷环固定在下降管内，根据合成气带灰情况可选的在水浴内设置1～3块组合式气泡分割器；
所述的组合式气泡分割器由下部开三角缝的角铁组成，每层分隔器有两层角铁组成，两层角铁之间呈30～60°。
优选地，所述激冷装置固定在入口合成气接管内，根据所需激冷水量大小，激冷环入水口为1～8个，均布在同一平面。
优选地，所述激冷环上均匀的开喷水孔，喷水孔的直径为5～15mm，开孔方向斜向下与垂线夹角在10～60°范围内，以保证水能够很好的喷向接口管并形成水膜以保护设备。
在本发明中，所述废热锅炉的上游连接气化炉，所述气化炉与废热锅炉通过导气管相连通，所述导气管在靠近废热锅炉端内置有管板，且该管板与外界冷凝水相连接从而形成管板冷却室；所述导气管之外还设置有用于为冷凝水提供循环动力的动力机构；
在气化炉中反应后的高温粗合成气通过导气管进入废热锅炉的管板冷却室；
废热锅炉底部的饱和锅炉水与一定量的冷锅炉水混合后，通过动力机构强制循环回管板冷却室的水冷通道，对管板冷却室的挠性管板和合成气管进行充分冷却；
冷却后的粗合成气进入废热锅炉合成气换热盘管内进行冷却降温，废热锅炉壳侧副产蒸汽；
冷却锅炉水通过水冷通道后又回到废热锅炉底部水浴。
优选地，所述废热锅炉中设置有合成气换热盘管，所述管板中内置有4～16根与合成气换热盘管相连接从而将合成气向换热盘管导入的合成气管；
所述水冷通道设于合成气管之外，用以冷却保护合成气管和管板；
所述废热锅炉的上部设置有供冷的锅炉水输入的第一管道，所述废热锅炉的下部设置有用于抽出饱和锅炉水的第二管道，所述第一管道与第二管道通过第三管道汇合，该第三管道与所述水冷通道的入口相连接，所述水冷通道的出口连接于管板冷却室中。
上述结构能有效提高管板冷却效果、降低低负荷工况外排污水量，使冷却水温灵活可调、有利于提高系统安全性，从而对废热锅炉进行保护。
在本发明中，所述废热锅炉的上游连接气化炉，所述气化炉与废热锅炉通过导气管相连通，所述气化炉为气化原料与气化剂反应生成合成气的场所，气化压力为常压～6.5MPaG，气化温度在1200～1500℃，气化剂为纯氧、高压蒸汽，重质油品为炼厂各装置所产重油，如：常压渣油、减压渣油、减压蜡油、催化油浆、加氢尾油、焦化尾油、乙烯焦油等以碳氢元素为主的重馏分油中的一种或几种。气化炉为冷壁式或热壁式。冷壁式为水冷壁式，热壁式为耐火材料式。所述废锅，是回收高温合成气热量的火锅废热锅炉。废锅壳侧副产饱和蒸汽的规格根据需要选择，通常为4～13MPaG。废锅出口合成气温度一般比蒸汽侧温度高4～100℃。所述导气管在靠近废热锅炉端内置有管板，且流程中设置有管板冷却保护的系统。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用废热锅炉回收合成气热量，并在该基础上提出一种一体化的激冷洗涤工艺与设备，通过激冷水浴与塔盘组合方式降低粗合成气的温度，同时实现合成气的粗除尘及精除尘，塔底黑水进入下游炭黑水处理系统进行闪蒸处理，在同一设备内实现了合成气的激冷降温和洗涤除尘，简化了合成气初步净化的流程，精简了设备数量，降低了设备投资和框架投资。
附图说明
图1为本发明实施例的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，如图1所示，采用的设备包括激冷洗涤塔、黑水循环泵、黑水过滤器、下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器，具体位置与连接关系与图1相符。
上述高温合成气激冷洗涤一体化工艺包括以下步骤：
经过废热锅炉冷却后的高温合成气进入激冷洗涤塔，实现激冷和洗涤的目的；
激冷洗涤塔下部距塔底一定高度设有黑水出口，通过管线与黑水循环泵入口相连，经过黑水循环泵增压后的黑水，进入黑水过滤器进行过滤，之后返回激冷洗涤塔的激冷水入口，激冷水通过下降管内的激冷环使激冷水能够在下降管内形成均匀的水膜，对合成气进行初步的激冷降温；
合成气沿着下降管向下进入塔底水浴，实现了大部分灰分的脱除和激冷降温，再向上穿过组合式气泡分割器，对大气泡进行分割，继续向上依次穿过设置的塔盘实现精除尘，下部塔盘设有高温灰水入口，最上层塔盘设有变换冷凝液/锅炉水进口，激冷洗涤塔顶部设有旋流板除沫器，用于除去合成气中携带的液态水。
在本实施例中，所述激冷洗涤塔出口合成气含灰量低于1mg/Nm3。
激冷洗涤塔底部设有去黑水闪蒸处理系统的管线。
激冷洗涤塔是合成气实现激冷和洗涤除灰的场所，包含下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器，其塔径根据合成气的处理负荷而定，控制空塔气速在0.1～0.4m/s，下降管底部与设备下切线的高度为0.8～2m。
下降管是实现合成气进入激冷洗涤塔激冷水浴的导气管，底部始终保持在水浴液位以下，管内流速控制在10～30m/s。
激冷环固定在下降管内，根据合成气带灰情况可选的在水浴内设置1～3块组合式气泡分割器；组合式气泡分割器由下部开三角缝的角铁组成，每层分隔器有两层角铁组成，两层角铁之间呈30～60°。
激冷装置固定在入口合成气接管内，根据所需激冷水量大小，激冷环入水口为1～8个，均布在同一平面。
激冷环上均匀的开喷水孔，喷水孔的直径为5～15mm，开孔方向斜向下与垂线夹角在10～60°范围内，以保证水能够很好的喷向接口管并形成水膜以保护设备。
在本实施例中，废热锅炉的上游连接气化炉，废热锅炉为火管废热锅炉，气化炉1与火管废热锅炉6通过导气管2相连通，导气管2在靠近废热锅炉6端内置有管板31，且该管板31与外界冷凝水相连接从而形成管板冷却室3；导气管2之外还设置有用于为冷凝水提供循环动力的动力机构4。运行时：
气化原料101进入气化炉1，在气化炉1中反应后的高温粗合成气102通过导气管2进入废热锅炉6的管板冷却室3；
废热锅炉6底部的饱和锅炉水107与一定量的冷锅炉水108混合后，通过动力机构4强制循环回管板冷却室3的水冷通道32，对管板冷却室3的挠性管板和合成气管33进行充分冷却；冷却后粗合成气105及连续排污106自废热锅炉6的侧部输出；
冷却后的粗合成气进入废热锅炉6的合成气换热盘管5内进行冷却降温，废热锅炉6壳侧副产饱和蒸汽104；
冷却锅炉水通过水冷通道32后又回到废热锅炉2底部水浴。
气化炉1下部通过内衬耐火材料或者外布水冷壁的导气管2相连，气化炉1和导气管2的外侧金属壳体相焊接。
废热锅炉6中设置有合成气换热盘管5，管板31中内置有4～16根与合成气换热盘5管相连接从而将合成气向换热盘管5导入的合成气管33。
水冷通道32设于合成气管33之外，用以冷却保护合成气管33和管板31。
废热锅炉6的上部设置有供冷的锅炉水103输入的第一管道，废热锅炉6的下部设置有用于抽出饱和锅炉水107的第二管道，第一管道与第二管道通过第三管道汇合，该第三管道与水冷通道32的入口相连接，水冷通道32的出口连接于管板冷却室3中。
动力机构4设于第三管道上。本实施例的动力机构4为水泵，水泵为工频或变频式离心泵，其流量根据气化负荷、气化温度、管板结构、装置运行初期和末期合成气管积灰、结垢情况而定，根据重质油气化技术特点，冷却水量在50～200t/h；水泵的扬程根据管路布置和管板水冷通道的压降而定，为50～200m。
冷的锅炉水103为废热锅炉6产汽所需，根据管板冷却水量和温度需求，部分或全部与从废热锅炉6中抽出的饱和锅炉水在动力机构前混合，其余的直接注入废热锅炉；在动力机构4入口混入一定量冷的锅炉水108，控制进入管板的水温在180～260℃之间。
废热锅炉6壳侧副产饱和蒸汽的规格为4～13MPaG，废热锅炉6出口合成气温度比蒸汽侧温度高8～100℃。
气化炉1为重质油品进料与气化剂反应产生合成气的场所，气化压力为常压～6.5MPaG，气化温度在1200～1500℃，气化剂为纯氧、高压蒸汽，重质油品为炼厂各装置所产重油；重油为常压渣油、减压渣油、加氢尾油、焦化尾油、乙烯焦油中的一种或几种。气化炉1为冷壁式或热壁式，冷壁式为水冷壁式，热壁式为耐火材料式。
在本实施例中，为降低动力机构的汽蚀余量方便选泵，及尽可能降低循环锅炉水在管板冷却室3发生汽化造成局部超温，废热锅炉6产汽所用的冷锅炉水分为两路，一路直接进入废热锅炉，一路在管板冷却水泵入口处与废热锅炉底部循环的锅炉水混合。
气化炉所产89t/h粗合成气，操作温度～1300℃左右，操作压力6.5MPaG，通过火管废热锅炉被冷却至350℃，废热锅炉壳侧副产超高压饱和蒸汽，出废热锅炉的粗合成气进入激冷洗涤塔的下降管，下降管尺寸为DN400，合成气流速为22m/s；合成气从下降管底部流出，下降管底部距下切线高度文2.5m；粗合成气再向上穿过两层组合式气泡分割器，其两层角铁的夹角为60°；下降管内的激冷环共4个入水口，激冷环上开有6个直径为6mm的喷水孔，激冷水流量为60t/h。激冷洗涤塔上部设有5块泡罩塔盘，3#与4#塔盘之间的洗涤水采用的黑水闪蒸系统送来的高温热水，水量约为50t/h，塔顶1#塔盘的洗涤水采用的变换凝液，水量为35t/h，洗涤冷激冷塔出口粗合成气温度为178℃，含灰量低于1mg/Nm3。
Claims (10)
1.一种高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：
所述高温合成气激冷洗涤一体化工艺采用的设备包括激冷洗涤塔、黑水循环泵、黑水过滤器、下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器；
所述高温合成气激冷洗涤一体化工艺包括以下步骤：
经过废热锅炉冷却后的高温合成气进入激冷洗涤塔，实现激冷和洗涤的目的；
激冷洗涤塔下部距塔底一定高度设有黑水出口，通过管线与黑水循环泵入口相连，经过黑水循环泵增压后的黑水，进入黑水过滤器进行过滤，之后返回激冷洗涤塔的激冷水入口，激冷水通过下降管内的激冷环使激冷水能够在下降管内形成均匀的水膜，对合成气进行初步的激冷降温；
合成气沿着下降管向下进入塔底水浴，实现了大部分灰分的脱除和激冷降温，再向上穿过组合式气泡分割器，对大气泡进行分割，继续向上依次穿过设置的塔盘实现精除尘，下部塔盘设有高温灰水入口，最上层塔盘设有变换冷凝液/锅炉水进口，激冷洗涤塔顶部设有旋流板除沫器，用于除去合成气中携带的液态水。
2.根据权利要求1所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述激冷洗涤塔出口合成气含灰量低于1mg/Nm3。
3.根据权利要求1所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述激冷洗涤塔底部设有去黑水闪蒸处理系统的管线。
4.根据权利要求1所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述的激冷洗涤塔是合成气实现激冷和洗涤除灰的场所，包含下降管、激冷环、塔盘和旋流板除沫器，其塔径根据合成气的处理负荷而定，控制空塔气速在0.1～0.4m/s，下降管底部与设备下切线的高度为0.8～2m。
5.根据权利要求4所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述的下降管是实现合成气进入激冷洗涤塔激冷水浴的导气管，底部始终保持在水浴液位以下，管内流速控制在10～30m/s。
6.根据权利要求4所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述的激冷环固定在下降管内，根据合成气带灰情况可选的在水浴内设置1～3块组合式气泡分割器；
所述的组合式气泡分割器由下部开三角缝的角铁组成，每层分隔器有两层角铁组成，两层角铁之间呈30～60°。
7.根据权利要求4所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述激冷装置固定在入口合成气接管内，根据所需激冷水量大小，激冷环入水口为1～8个，均布在同一平面。
8.根据权利要求4所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述激冷环上均匀的开喷水孔，喷水孔的直径为5～15mm，开孔方向斜向下与垂线夹角在10～60°范围内，以保证水能够很好的喷向接口管并形成水膜以保护设备。
9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述废热锅炉的上游连接气化炉，所述气化炉与废热锅炉通过导气管相连通，所述导气管在靠近废热锅炉端内置有管板，且该管板与外界冷凝水相连接从而形成管板冷却室；所述导气管之外还设置有用于为冷凝水提供循环动力的动力机构；
在气化炉中反应后的高温粗合成气通过导气管进入废热锅炉的管板冷却室；
废热锅炉底部的饱和锅炉水与一定量的冷锅炉水混合后，通过动力机构强制循环回管板冷却室的水冷通道，对管板冷却室的挠性管板和合成气管进行充分冷却；
冷却后的粗合成气进入废热锅炉合成气换热盘管内进行冷却降温，废热锅炉壳侧副产蒸汽；
冷却锅炉水通过水冷通道后又回到废热锅炉底部水浴。
10.根据权利要求9所述的高温合成气激冷洗涤一体化工艺，其特征在于：所述废热锅炉中设置有合成气换热盘管，所述管板中内置有4～16根与合成气换热盘管相连接从而将合成气向换热盘管导入的合成气管；
所述水冷通道设于合成气管之外，用以冷却保护合成气管和管板；
所述废热锅炉的上部设置有供冷的锅炉水输入的第一管道，所述废热锅炉的下部设置有用于抽出饱和锅炉水的第二管道，所述第一管道与第二管道通过第三管道汇合，该第三管道与所述水冷通道的入口相连接，所述水冷通道的出口连接于管板冷却室中。
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