CN1944592A - 一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备 - Google Patents

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方林木
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Abstract

本发明公开了一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备，其特征在于该工艺包括油改煤喷嘴雾化、油改煤气化炉内燃烧、急冷室内洗涤降温、灰渣收集排放、煤气洗涤除尘五部分，即利用高速水煤浆与氧气在喷嘴口雾化，较均匀混合入油改煤气化炉并进行剧烈的部分氧化反应，生成的水煤气出油改煤气化炉入可卸式急冷室洗涤降温，煤气中大部分灰渣被水所清除，进入灰渣收集排放系统排出，水煤气连续通过两级文氏管和气水分离器，洗净水煤气中残存的细灰，最后经除沫器除去碳黑水滴，送后工序生产。该工艺实现油气化装置原料转型、投资改造费用低、装置检修清理方便、碳转化率高和热损少使煤耗低、多级洗涤实现水煤气高清洁度的优点。

Description

一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备
技术领域
本发明涉及煤资源洁净利用领域中的一种合成原料气的制备工艺及急冷设备，特别是涉及油气化装置原料转型的急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备。
背景技术
中国于70年代建设了15套中型油气化装置，以重油部分氧化法工艺生产，用重油为原料，重油与少于完全燃烧理论量的氧进行非催化的不完全燃烧反应，产生主要含一氧化碳和氢气的水煤气即合成原料气。中型油气化装置工艺技术成熟，生产安全稳定，操作检修方便。
随着国际原油价格持续高涨，供给油气化装置生产的重油货紧价扬，该工艺暴露出生产成本高的缺点，导致生产企业因成本大幅上升而亏损的局面，纷纷停止油气化装置生产。而国内烟煤资源丰富，烟煤价格约为重油价格的四分之一，用烟煤代替重油生产有明显成本优势，但该工艺不能直接用烟煤进行生产，也没有从该工艺上改造后进行水煤浆气化在内的煤气化生产新工艺。
中型油气化装置采用油碳浆方式进料，油碳浆与水煤浆的共同点为含水湿料，且该装置在加压气化条件下生产，而水煤浆加压气化具有气化指标好，节能高效的优点，故将该装置改造成水煤浆气化装置有优势。目前水煤浆气化工艺中急冷室不可拆卸，装置检修清理不便，引进水煤浆气化工艺的生产装置投资费用高，采用目前技术因工艺完全不一样原油气化装置不能得到利用。
本发明针对国内煤资源现状及目前水煤浆气化工艺中急冷室不可拆卸的不足，充分利用油气化装置设施，提出自主创新，对油气化装置实施水煤浆改造，实现用烟煤在油气化装置上生产目标。通过对油气化装置改造、试烧、摸索、完善，最终开发出急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备，成功实现油气化装置的原料转型。
发明内容
本发明的目的是提供一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺及急冷设备，该工艺可实现油气化装置原料转型，采用烟煤生产；老装置改造充分利用原有设施，改造费用低，新上装置因国产化程度高，投资费用也低；独立的燃烧室结构，碳转化率高和热损少，煤耗低；急冷室可卸式结构设计，装置检修清理方便；多级洗涤，水煤气清洁度高。
本发明目的是这样实现的：急冷室可卸式水煤浆气化工艺包括油改煤喷嘴雾化、油改煤气化炉内燃烧、急冷室内洗涤降温、灰渣收集排放、煤气洗涤除尘五部分，即利用高速水煤浆与氧气在喷嘴口内相撞，进行气流雾化，使水煤浆与氧气较均匀混合入油改煤气化炉，在油改煤气化炉内进行剧激的部分氧化反应，生成的水煤气出油改煤气化炉入可卸式急冷室，与洗涤水进行直接质量、热量交换，煤气中大部分灰渣被水所清除，进入灰渣收集排放系统排出，被洗涤水冷激到露点温度为水蒸汽所饱和的水煤气，连续通过两级文氏管和气水分离器，洗净水煤气中残存的细灰，最后经除沫器除去碳黑水滴后送后工序生产。急冷设备是可卸式急冷室，用于油改煤气化炉产生的煤气洗涤降温。
本发明的优点是：
1、用烟煤作原料在油气化装置上生产，实现油气化装置原料转型。
油气化装置因原料重油价高导致生产成本高亏损而停产，在原装置上作技术创新改造，采用急冷室可卸式水煤浆气化工艺，装置以烟煤为原料生产二年，生产成本大幅度下降，装置运行周期达到了原有水平，生产能力也达到设计负荷，成功实现油气化装置原料转型。
2、老装置改造充分利用原有设施，改造费用低，新上装置因国产化程度高，投资费用也低。
采用急冷室可卸式水煤浆气化工艺改造原油气化装置，充分利用原有设施，厂房不增加也不需改造，原有主要设备气化炉、气水分离器、除沫器等均可继续使用，较大部分管道伐门仍好利用，与油气化装置相配套的空分装置及后工序装置均能利用，不需要另外投资建设，故整个改造投资费用相当低。因该工艺除高压煤浆泵外全部实现国产化，故新上装置投资费用也低。
3、急冷室可卸式结构设计，装置检修清理方便。
急冷室设计成独立的可卸式结构形式，并与油改煤气化炉底法兰相连接，急冷室可拆下进行检修清理，工作量不大且较方便；在油改煤气化炉不降温下可检查急冷室及炉口，此种结构对于气化炉筑炉及清理有明显优势。
4、独立的燃烧室结构，碳转化率高和热损少，煤耗低。
因采用独立的油改煤气化炉作燃烧室，燃烧室高度较高，与气化炉和急冷室连体的燃烧室比较，高度增加30％，该结构具有停留时间长的特点，故碳转化率高；同时高保温的炉衬设计，低炉壁温度控制，具有热损失少的特点，故煤耗低。
5、多级洗涤，水煤气清洁度高
在油改煤气化炉内反应生成的水煤气，经可卸式急冷室洗涤降温，煤气中大部分灰渣被水所清除，然后连续通过两级文氏管洗涤，洗净水煤气中残存的细灰，最后经除沫器除去碳黑水滴，得到清洁度高的水煤气。
附图说明
图1是本发明的急冷室可卸式水煤浆气化工艺流程图。
图2是本发明的油改煤气化炉炉壳结构图。
图3是本发明的可卸式急冷室结构图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明是一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺，该工艺包括油改煤喷嘴雾化、油改煤气化炉内燃烧、急冷室内洗涤降温、灰渣收集排放、煤气洗涤除尘五部分，即利用高速水煤浆与氧气在喷嘴口内相撞，进行气流雾化，使水煤浆与氧气较均匀混合入油改煤气化炉，在油改煤气化炉内进行剧激的部分氧化反应，生成的水煤气出油改煤气化炉入可卸式急冷室，与洗涤水进行直接质量、热量交换，煤气中大部分灰渣被水所清除，进入灰渣收集排放系统排出，被洗涤水冷激到露点温度为水蒸汽所饱和的水煤气，连续通过两级文氏管和气水分离器，洗净水煤气中残存的细灰，最后经除沫器除去碳黑水滴后送后工序。
所述油改煤喷嘴雾化为煤浆槽1内浓度为55-65％的煤浆经高压煤浆泵2加压后送入油改煤喷嘴3，浓度≥90％的氧气分二路进入油改煤喷嘴3，水煤浆和氧气在油改煤喷嘴3中高速流动，在喷嘴口内相撞，进行气流雾化，使水煤浆与氧气较均匀混合并得到充分雾化。
原重油喷嘴为双套管外混合型，喷嘴中心走重油，环隙走氧。设计保留入喷嘴氧通道，即外环隙走氧，同时增加一路中心氧通道，由原中心油雾化管改造为中心氧管；原油通道改为煤浆通道，由内环道流出；设计与油改煤气化炉炉口相配套的喷嘴安装法兰。
所述油改煤气化炉内燃烧为水煤浆与氧气出油改煤喷嘴3入油改煤气化炉4，雾化混合较均匀，在炉膛操作温度1300-1400℃、压力2-6MPa下，进行剧激的部分氧化反应，生成主要含一氧化碳和氢气的水煤气。
原油气化炉为中国型激冷法气化炉，炉壳材质为16Mn，炉衬耐火材料由内向外依次为刚玉砖、优质粘土砖、轻质粘土砖、硅藻土砖。如附图2所示，原油气化炉炉壳现改作油改煤气化炉炉壳37，仍作为独立燃烧炉结构，油改煤气化炉入口35接油改煤喷嘴3，油改煤气化炉出口36接可卸式急冷室5。炉衬耐火材料原刚玉砖由高铬砖代替，提高抗煤熔渣侵蚀；根据炉壳要求，炉壁温度须低于200℃，故用高铝砖代替优质粘土砖，轻质高铝砖代替轻质粘土砖，硅酸铝纤维毯代替硅藻土砖。炉温测定系统增设高铬砖温度测定装置38。
所述急冷室内洗涤降温为水煤气出油改煤气化炉4入可卸式急冷室5，冷却洗涤水入可卸式急冷室5并从上部四周流出，与高温气体混合，一起进入有一定液位水中，直接进行质量热量交换，把水煤气中大部分灰渣洗涤下来，同时降低水煤气温度到200℃，产生大量饱和水蒸汽，达到洗涤降温目的。
原急冷室是一台独立于油气化炉外设备，是由一个直立圆筒和一个中间开孔的椭圆形下封头组成，管外设置水冷夹套，对此管强制冷却。如附图3所示，现保留独立并可拆卸的设备，置于油改煤气化炉底部，急冷室大法兰46与油改煤气化炉4底部法兰连接；急冷室直立圆筒体45加长，增加体积；急冷室冷却洗涤水进口40位置不变，水冷夹套43上部加长，伸入油改煤气化炉底口36内；急冷室混合气水排出口41由底部改为侧面中部位置，底部出口改为排渣口42，接灰渣收集排放装置；急冷室中心管44加长，其出口低于混合气水排出口位置。
所述灰渣收集排放为可卸式急冷室5洗涤下来的水煤气中大部分灰渣经集渣伐6进入灰渣收集排放系统的集渣罐7，集渣罐7收集到一定量的灰渣后，按设定操作程序将灰渣经排渣伐8从集渣罐7排出，实现灰渣收集排放。
原油气化装置无集排渣系统。集排渣系统设计不带破渣机的水煤浆气化集排渣工艺；设计有锥度能顺利排渣的集渣罐结构；在油气化炉底与地面高度有限条件下设计出集渣罐系统，满足集排渣要求；设计一套卸压、排渣、冲洗、加压操作程序。
所述煤气洗涤除尘为被洗涤水冷激到露点温度为水蒸汽所饱和的水煤气，出可卸式急冷室5，进入一级气水分离器9实现气水分离，连续通过一文氏管10、二级气水分离器11、二级文氏管12及三级气水分离器13，经洗涤水洗涤除去煤气中残存的细灰并实现气水分离，最后经除沫器14除去碳黑水滴，合格的煤气送后工序。
原油气化装置气体洗涤工艺采用一、二级文氏管与除沫器组合洗涤除尘工艺。现保留一、二级文氏管与除沫器组合洗涤除尘工艺，文氏管尺寸按生产负荷重新设计；洗涤工艺不设洗涤塔，并能满足洗涤除尘要求；保留一、二、三级气水分离器，内部结构按易于气水分离不易堵原则设计；液位调节系统由中位调节设计为二位调节。
以神华煤为原料的急冷室可卸式水煤浆气化装置运行情况：
原料煤分析(质量)如下：
全水份17％，灰份7％，挥发份28％，固定碳59％，硫含量0.4％。
灰熔点温度分析如下：
初始变形温度1230℃，软化温度1256℃，流动温度1290℃。
采用操作条件如下：
煤浆浓度60％，煤浆流量11m3/h，氧气纯度98.5％，氧气流量5000Nm3/h，气化炉操作压力2.1-2.3MPa，气化炉操作温度1330-1350℃。
运行结果：
干煤气流量16500Nm3/h，煤气中CO+H2含量80％(干基)，生成渣量640Kg/h(干基)。

Claims (2)

1、一种急冷室可卸式水煤浆气化工艺，其特征在于该工艺包括油改煤喷嘴雾化、油改煤气化炉内燃烧、急冷室内洗涤降温、灰渣收集排放、煤气洗涤除尘五部分，即利用高速水煤浆与氧气在喷嘴口雾化，较均匀混合入油改煤气化炉并进行剧激的部分氧化反应，生成的水煤气出油改煤气化炉入可卸式急冷室洗涤降温，煤气中大部分灰渣被水所清除，进入灰渣收集排放系统排出，水煤气连续通过两级文氏管和气水分离器，洗净水煤气中残存的细灰，最后经除沫器除去碳黑水滴后送后工序生产；所述油改煤喷嘴雾化为管道(15)送来浓度为55％-65％的水煤浆进煤浆槽(1)，经管道(16)入高压煤浆泵(2)加压后由管道(17)送入油改煤喷嘴(3)，浓度≥90％的氧气由氧管道(18)来，经管道(19)进入油改煤喷嘴(3)，同时分出一小部分氧气由管道(20)进入油改煤喷嘴(3)顶部，水煤浆和氧气在油改煤喷嘴(3)中高速流动，在喷嘴口内相撞，进行气流雾化，使水煤浆与氧气较均匀混合并得到充分雾化；所述油改煤气化炉内燃烧为水煤浆与氧气出油改煤喷嘴(3)入油改煤气化炉(4)，雾化混合较均匀，在炉膛操作温度1300-1400℃、压力2-6MPa下进行剧激的部分氧化反应，生成主要含一氧化碳和氢气的水煤气；所述急冷室内洗涤降温为水煤气出油改煤气化炉(4)入可卸式急冷室(5)，冷却洗涤水由管道(21)来，经管道(22)入可卸式急冷室(5)并从上部四周流出，与高温气体混合，一起进入有一定液位水中，直接进行质量热量交换，把水煤气中大部分灰渣洗涤下来，同时降低水煤气温度到200℃，产生大量饱和水蒸汽，达到洗涤降温目的；所述灰渣收集排放为可卸式急冷室(5)洗涤下来的水煤气中大部分灰渣经集渣伐(6)进入灰渣收集排放系统的集渣罐(7)，集渣罐(7)收集到一定量的灰渣后，按卸压、排渣操作程序将灰渣经排渣伐(8)从集渣罐(7)排出，实现灰渣收集排放；所述煤气洗涤除尘为被洗涤水冷激到露点温度为水蒸汽所饱和的水煤气，出可卸式急冷室(5)，进入一级气水分离器(9)实现气水分离，气体经管道(26)入一级文氏管，经由管道(23)来的洗涤水洗涤，进二级气水分离器(11)进行气水分离，气体再经管道(28)入二级文氏管，经由管道(24)来的洗涤水洗涤，进三级气水分离器(13)进行气水分离，洗净水煤气中残存的细灰并实现气水分离，最后经除沫器(14)除去碳黑水滴，合格的煤气由管道(32)送后工序，其中一级气水分离器(9)分离出碳黑水经管道(27)排出，二级气水分离器(11)分离出碳黑水经管道(29)排出，三级气水分离器(13)分离出碳黑水经管道(31)排出，除沫器(14)除下碳黑水经管道(33)排出，均送入管道(34)去碳黑水处理工序处理。
2、一种用于权利要求1所述工艺的急冷设备，其特征在于该急冷设备是可拆卸的洗涤降温设备，即可卸式急冷室，置于油改煤气化炉(4)底部，急冷室大法兰(46)与油改煤气化炉(4)底部法兰连接，设置的水冷夹套(43)上部伸入油改煤气化炉底口(34)内，侧面上部设有冷却洗涤水进口(40)，侧面中部设有混合气水排出口(41)，急冷室中心管(44)出口低于混合气水排出口位置，急冷室底部出口为排渣口(42)。
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