CN204162669U - 一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置 - Google Patents

一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置 Download PDF

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李平
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Abstract

本实用新型公开了一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，气化产生合成气和熔渣经过激冷后，进入蒸汽发生器，蒸汽发生器通过导向管与洗涤冷却塔相连接，进入洗涤冷却塔的合成气与喷淋水进行传质传热。本实用新型通过“激冷气激冷+蒸汽发生器+洗涤冷却塔”的方式回收气流床气化炉产合成气的显热，生成中压或高压蒸汽，同时控制了去下游合成气的温度、湿度以及含尘量，可以广泛应用于甲醇和烯烃生产、费托(F-T)合成等领域。

Description

一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置
技术领域
本实用新型涉及一种可吸收高温合成气显热，同时达到洗涤除尘效果的装置。
背景技术
当前，世界石油价格的不断飙升和国际上对石油资源的争夺愈演愈烈，使世界各国都加强了石油替代能源的研究与开发。我国是世界第二大能源消费国，经济快速发展，能源需求持续增长。根据预测，2020年我国原油消费量将达到4.5~5亿吨，对外依存度将超过60%。能源安全稳定供给及相关的环境问题，已成为制约经济发展的瓶颈，能源安全面临严峻考验。
为了保障能源安全供应和可持续发展，国家制定了“节约优先，立足国内，煤为基础，多元发展”的能源战略。作为基础能源和重要原料，煤炭在国民经济和社会发展中的战略地位进一步突出。发展煤气化为核心的煤炭清洁高效转化技术，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的主要方向，以甲醇为主导产品的煤基能源化学品是当前发展的热点，是国民经济和社会可持续科学发展的客观要求，符合国家重大战略需求。
开发适于甲醇及烃类合成(F-T合成)的高效节能的大型化煤气化技术，对促进资源可持续高效利用、实现污染物近零排放、保护环境，保障国家能源安全，促进国民经济可持续科学发展具有重大的战略意义。
高温高压下气流床煤气化过程中传递过程起着重要作用，不同强化传递过程的技术手段以及显热回收方式产生了不同形式的气流床气化炉，其中具有代表性的是Shell气化的废锅流程和GSP气化的激冷流程。采用废锅流程，煤气中水蒸汽含量较低，煤气进变换反应还需另补充蒸汽，装置投资巨大，因此不适于化工生产；激冷流程的煤气化工艺在我国煤气化装置中占了大部分市场份额。激冷流程用于生产合成氨、制氢较为合适，而应用于生产甲醇、F-T合成不太理想，能量利用效率较低。这是由于产品气用作羟基合成气(F-T合成)或生产甲醇，仅需要对粗煤气进行部分变换，煤气中的水气比(mol)达到0.6以上即可满足变换的要求。如果采用激冷流程，水气比将超过1.4，煤气中的蒸汽量大大过量，进变换之前必须进行冷凝分离。能量利用效率较低，并且大大增加了循环水消耗。
为了解决上述高温粗煤气冷却、增湿问题，同时满足各种应用要求和能量利用效率目标，迫切需要一种新型高温合成气显热回收与洗涤除尘装置。
实用新型内容
本实用新型是为了克服现有技术存在的以上缺点，而提出的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置。其能最大限度的利用气化产物的高温显热，并对粗煤气进行有效的降温、增湿和除尘净化处理。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于，包括一承压壳体、一气化炉、一蒸汽发生器、一环形通道、一导向管、一洗涤冷却塔，其中气化炉、承压壳体、蒸汽发生器和环形通道同轴设置，通过导向管将壳体与洗涤冷却塔相连。
蒸汽发生器入口区域带有激冷气入口，设有中心通道和上升通道两个流道，底部设有渣池，外壳的上部侧面设有粗煤气出口与导向管连接至洗涤冷却塔，塔的上部设有喷水口，粗煤气和喷淋水在塔板上进行传质传热。塔釜设有排灰水口，净化后的合成气从塔顶离开。
上述高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其中，所述的低温激冷气优选为180~380℃的净化后粗煤气或惰性气体。粗煤气在进入蒸汽发生器之前先被激冷至900℃左右。
上述高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其中，灰渣在粗煤气携带下经过蒸汽发生器进入渣池，大颗粒的灰和渣被捕集，少量的细灰随着粗煤气折返进入蒸汽发生器环形通道。
上述高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其中，携带细灰颗粒的粗煤气经过导向管进入洗涤冷却塔的气体分布管，导向管的出口气体温度控制在300~400℃。
上述高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其中，粗煤气在洗涤冷却塔内被喷淋水充分的洗涤冷却。洗涤水伴随细灰进入塔釜形成灰水，去灰水处理系统；增湿净化后的合成气从塔顶离开进入后续工段，出口温度控制在200~300℃。
上述高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其中，所述的激冷水可来自煤气化后续净化单元的澄清灰水或闪蒸冷凝水。
本实用新型采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是显著的：由于采用了余热锅炉和激冷流程相结合的方式，有效回收了合成气的高位显热，富产大量中高压蒸汽作为动力蒸汽或驱动透平，可以大大降低动力煤消耗，从而明显降低系统的能耗；同时激冷流程的引入，从经济上大大缩减了设备尺寸，降低了水冷壁等结构制造的投资费用，保证了合成气中的水汽含量，有利于后续工段的变换反应，便于化工生产。
附图说明
图1为本实用新型高温合成气显热回收与洗涤除尘装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例激冷气入口截面示意图；
图3为本实用新型实施例喷淋水入口截面示意图。
附图标记说明
1－气化炉；2－蒸汽发生器；3－导向管；4－洗涤冷却塔；5－渣池；6－灰水收集池；7－水冷壁；8－耐火砖；9－环形通道；10－激冷气入口；11－喷淋水入口；12－塔板；13－气体分布管；14－承压外壳；15－渣池排渣口；16－灰水出口；17－合成气出口；18－水冷壁管；19－水冷壁鳍片。
具体实施方式
下面结合附图和较佳实施例，以详细说明本实用新型的性能和特征。
图1为本实用新型提供的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置示意图，所述的气化炉1与粗煤气蒸汽发生器2采用耐火砖或者水冷壁进行过渡连接，蒸汽发生器中心通道、环形通道9和承压外壳14等均采用圆筒形设计，蒸汽发生器入口区域的低温激冷气入口10与粗煤气入口形成一定夹角，斜向下射流。温度为1300~1500℃的高温粗煤气携带灰渣从气化炉1向下流动，在粗煤气入口区域被低温激冷气10激冷至约900℃，经蒸汽发生器2的吸热作用，折流经过环形通道9至导向管3，温度降至约300~400℃。灰渣在粗煤气携带下经过蒸汽发生器进入渣池，大颗粒的灰和渣被捕集，通过排渣口排出；少量的细灰随着粗煤气折返进入蒸汽发生器环形通道。
导向管3与承压外壳14相接，方向倾斜向上或者向下，倾斜角α在10-80度之间，导向管可以采用水冷壁或者耐火砖结构。
携带细灰的粗煤气进入洗涤冷却塔后先经过气体分布板的作用在塔内转向，而后与来自塔顶的喷淋水接触，通过调整喷淋水的量来控制合成气中的水汽含量。经洗涤冷却后的合成气含灰量降低，出塔顶温度可降至200~300℃。而洗涤后的灰水去灰水处理系统，处理后的灰水可循环作为喷淋水使用。
结合图2，粗煤气入口区域的激冷气入口10沿承压外壳14的圆周均匀布置，可设置多层，低温激冷气可为净化后的低温粗煤气、CO2或氮气等惰性气体，激冷气的温度优选取值为180℃~380℃。
结合图3，喷淋水入口沿洗涤冷却塔圆周两层错位分布，每层布置四个喷淋口，每个喷淋口上设置3个喷雾头。
本实用新型适合于大规模煤气化化工生产中气化产物的余热回收利用，尤其适用于甲醇生产或者费托合成系统中气化岛气化产物的显热回收利用和粗煤气的冷却、净化、增湿单元，对提高煤气化系统的能源利用效率具有重要意义。
实施例1
将本实用新型提供的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置应用于日处理量3000t煤的水煤浆气化系统，采用后系统循环的低温粗煤气激冷时，其操作参数和可达到的主要性能指标如下：
合成气干基体积流量：259435 Nm3/h；
合成气进入蒸汽发生器入口温度：1320℃；
激冷气温度：278℃；
激冷气流量：306133 Nm3/h；
粗煤气进入导向管温度：550℃；
粗煤气出激冷室温度：218℃；
系统散热损失：<0.3%；
系统可用率：>96%；
蒸汽发生器水冷壁运行压力（管程）：>10.0MPa；
粗煤气夹带的灰渣颗粒85%在进入环形通道之前被底部渣池捕集，约14%的飞灰在洗涤冷却塔内被洗除，剩余不足1%的飞灰被合成气夹带进入下游工艺系统。
实施例2
将本实用新型提供的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置应用于日处理量1500t煤的干煤粉气化系统，采用后系统循环的低温粗煤气激冷时，其操作参数和可达到的主要性能指标如下：
合成气干基体积流量：151063 Nm3/h；
合成气进入蒸汽发生器的入口温度：1435℃；
激冷气温度：255℃；
激冷气流量：203935 Nm3/h；
粗煤气进入导向管温度：588℃；
粗煤气出激冷室温度：228℃；
系统散热损失：<0.3%；
系统可用率：>96%；
蒸汽发生器水冷壁运行压力（管程）：>10.0MPa；
粗煤气夹带的灰渣颗粒75%在进入环形通道之前被底部渣池捕集，约24%的飞灰在洗涤冷却塔内被洗除，剩余不足1%的飞灰被合成气夹带进入下游工艺系统。
与现有技术相比，本实用新型专利提供的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置：能量利用效率提高3~5%，灰脱除率提高5~20%，设备投资费用与全废锅流程相比降低35~55%，洗涤用水量与全水激冷流程相比降低20~40%。 

Claims (7)

1.一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于，包括承压壳体(14)、气化炉(1)、蒸汽发生器(2)、环形通道(9)、导向管(3)、洗涤冷却塔(4)，其中气化炉(1)、承压壳体(14)、蒸汽发生器(2)和环形通道(9)同轴设置，通过导向管(3)将壳体(14)与洗涤冷却塔(4)相连；
所述的蒸汽发生器(2)，其与气化炉下出口连接处设有低温激冷气入口(10)，蒸汽发生器(2)的正下方设有一渣池(5)和排渣口(15)；
所述的洗涤冷却塔(4)内部有气体分布管(13)与导向管(3)相连接，喷淋水(11)向下与上升的粗合成气在塔内结构(12)上进行传质传热；洗涤冷却塔(4)下方设有排水口(16)。
2.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：所述激冷气入口(10)在蒸汽发生器入口区域沿承压外壳(14)的圆周均匀布置，可设多层，每层设多个喷口。
3.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：所述的低温激冷气优选为180~380℃的净化后粗煤气或惰性气体。
4.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：蒸汽发生器(2)采用列管式或盘管式水冷壁结构设计(7)，环形通道(9)近承压外壳(14)处采用水冷壁或耐火材料衬里(8)。
5.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：所述的导向管(3)倾斜向上或者倾斜向下布置，倾斜角α的范围为10-80度之间。
6.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：所述的导向管(3)为水冷壁或者耐火砖设计，末端与洗涤冷却塔(4)内的气体分布管(13)相连接。
7.如权利要求1所述的一种高温合成气显热回收与洗涤除尘装置，其特征在于：所述的洗涤冷却塔(4)，其喷淋水(11)接口可在塔体(4)周围多层多个分布。
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