CN204661345U - 一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置 - Google Patents

Abstract

一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，包括与气化炉连接的降温器，以及通过管路顺序连接的除尘器、洗涤器、过热器、催化反应器、换热器、冷却器，除尘器与降温器连接；还包括设置在除尘器与洗涤器间的含盐水浓缩器，该含盐水浓缩器包括气液接触蒸发段、液体收集桶和设在该液体收集桶内的气液分离器，该气液分离器的出口通过管路与洗涤器连接；液体收集桶底部通过带循环泵管路连接至气液接触蒸发段，洗涤器的出水端通过管路与气液接触蒸发段顶部入口连接，气液接触蒸发段顶部入口通过管路与除尘器的出口端连接。本实用新型通过对合成气洗涤含盐水进行提浓，降低从主工艺过程排出的灰水和含盐水流量，简化灰水和含盐水进一步处理的难度。

Description

一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置

技术领域

    本实用新型涉及一种合成气含盐洗涤水的浓度提高装置，具体地说是一种为煤气化过程中产生的灰水以及煤制合成气经过洗涤后产生的含盐洗涤水的浓度提高装置。

背景技术

 煤炭气化是在高温高压条件下将固体煤炭中的有机质转化为气态的小分子可燃物的过程，而煤中含有的无机物杂质在经历气化反应的条件下也发生一定的变化，特别是高温条件和还原性气氛的作用，部分无机物可能被还原或高温蒸发而随着气化产生的主产品合成气一起离开气化炉。

合成气一般需经过水洗涤以去除合成气中的多种有机物和无机物杂质，洗涤后合成气送进一步净化，而合成气洗涤水吸收了合成气中各种杂质，卤化物等的存在使得洗涤循环水具有腐蚀性。

气流床气化炉一般采用熔渣水淬冷技术，渣水中累积了细尘和多种无机盐，所含卤化物等使得渣水具有腐蚀性。

合成气在干式除尘后，一般需要洗涤降温，降温过程伴随着水的蒸发。目前的合成气洗涤流程中，主要采用洗涤水大循环，也即洗涤用水远远大于蒸发所需水量，这样有利于气液接触和洗涤效果，但与此同时，也使得洗涤水中盐浓度较低，而水循环可使含盐浓度提高。

     一般洗涤系统中，当循环水浓度达到一定值时，需要进行排放，避免过度积累，影响洗涤；而当有氯化物存在时，水的腐蚀性更是水继续循环的限制因素，系统需要持续排放大量含盐或氯化物浓度较低水至水处理单元。对这些水的处理，由于杂质浓度较低且水流量大导致处理规模大，效率低，成本高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，对含盐洗涤水的浓度进行提高使其浓缩，降低从主工艺过程排出的灰水和含盐水流量，从而简化灰水和含盐水进一步处理的难度，有利于改进煤转化过程的环境效益。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：

一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，包括与气化炉连接的降温器，还包括通过管路依次顺序连接的除尘器、洗涤器、过热器、催化反应器、换热器、冷却器，除尘器与降温器连接；以及包括设置在除尘器与洗涤器之间的含盐水浓缩器，该含盐水浓缩器包括气液接触蒸发段、液体收集桶和设在该液体收集桶内的气液分离器，该气液分离器的出口通过管路与洗涤器底部连接；液体收集桶底部通过带循环泵管路连接至气液接触蒸发段顶部入口，洗涤器的出水端通过管路与气液接触蒸发段顶部入口连接，气液接触蒸发段顶部入口通过管路与除尘器的出口端连接。

所述含盐水浓缩器下部还通过管路与附尘器的出气端连接。

所述洗涤器内由上往下设有一级洗涤腔和二级洗涤腔，一级洗涤腔设有液体补充口，换热器的出口和冷却器的冷凝液出口通过管路合并连接后再与洗涤器的一级洗涤腔连接，该一级洗涤腔上设有一级循环水回路，二级洗涤腔上设有二级循环水回路，气液分离器的出气端与洗涤器的二级洗涤腔连接，一级洗涤循环水回路通过管路与二级洗涤循环水回路连接。

所述气液分离器与气体收集管连接，该气体收集管通过管路与洗涤器底部连接。

所述气液分离器为旋流式气液分离器。

所述气化炉的排渣口通过管路与渣水收集箱连接，该渣水收集箱通过管路与过滤器连接，该过滤器出口端通过带泵管路与气液接触蒸发段的顶部入口连接，该管路中的泵出口端还通过管路与渣水收集箱连接。

所述换热器的出口和冷却器的冷凝液出口通过管路合并连接后还与渣水收集箱连接。

本实用新型可应用于煤化工合成或煤气化化联合循环发电生产中的气流床和流化床气化炉生产工艺，利用来自气化炉合成气较高温度具有的显热将含尘和含有多种盐份的煤气化渣水/灰水和煤气洗涤含盐水进行蒸发提浓，大大降低从主工艺过程排出的灰水和含盐水流量，从而简化灰水和含盐水进一步处理的难度，有利于改进煤转化过程的环境效益。

附图说明

    附图1为本实用新型连接原理示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如附图1所示，一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，包括与气化炉连接的降温器，还包括通过管路依次顺序连接的除尘器1、洗涤器4、过热器、催化反应器、换热器5、冷却器6，除尘器1与降温器连接；以及包括设置在除尘器1与洗涤器4之间的含盐水浓缩器3，该含盐水浓缩器3包括气液接触蒸发段33、液体收集桶31和设在该液体收集桶31内的气液分离器32，该气液分离器32的出口通过管路与洗涤器4连接；液体收集桶31底部通过带循环泵管路连接至气液接触蒸发段33顶部入口，洗涤器4的出水端通过管路与气液接触蒸发段顶部入口连接，气液接触蒸发段33顶部入口通过管路与除尘器1的出口端连接。除尘器1一般选择高温干式除尘器，对合成气进行干式除尘。气液接触蒸发段33与气液分离器相连，在气液分离器的出气端还可接装一个气体收集管，合成气经该气体收集管后再通过管路进入到洗涤器内。气液分离器32与气体收集管8连接，该气体收集管通过管路与洗涤器底部连接。

气液分离器为旋式气液分离器，合成气G1进入到该气液分离器32后，由该气液分离器32的多个出口切向流出与液体收集桶31的内表面，从气液分离器出来的合成气标记为G4，在液体收集桶内夹带着未蒸发液体的合成气G5再进入气液分离器32内，与气体相比液体倾向沿液体收集桶的内表面进行旋流，分离出的液体沿桶液体收集桶内表面向下流至液体收集桶底部，从气液分离器出来的合成气G6则进入到气体收集管8内，再经管路进入到洗涤器4底部。气液分离器需要采取必要的防结垢和盐沉积措施，包括自动定期反洗表面。由于含盐水的提浓介质具有对设备材料的腐蚀性，因此气液接触蒸发段、气液分离器和液体收集桶都是选择耐腐蚀性材料掉成。

为进一步提浓含盐水浓缩器3内的未蒸发液体，可引入一部分温度较高的合成气通入到含盐水浓缩器底部收集的未蒸发液体中，利用该合成气的显热将未蒸发液体中部分水进一步蒸发，使其更加浓缩，具体为将含盐水浓缩器下部还通过管路与附尘器的出气端连接。与此同时，根据具体的合成气工艺条件，可有一部分合成气作为提浓的旁路直接引去洗涤器，此旁路可调节提浓步骤的蒸发温度和蒸发处理量。

此外，本方案中的洗涤器4内设有两级洗涤，具体为在洗涤器内由上往下设有一级洗涤腔和二级洗涤腔，一级洗涤腔设有液体补充口L0，该液体补充口一般向一级洗涤腔内补充几乎不含各种盐份的新鲜水，由外界水源引入，换热器5的出口和冷却器6的冷凝液出口通过管路合并连接后再与洗涤器4的一级洗涤腔连接，该一级洗涤腔上设有一级循环水回路41，使得一级洗涤腔内的水进行循环利用，二级洗涤腔上设有二级循环水回路42，气液分离器32的出气端与洗涤器4的二级洗涤腔连接，一级洗涤循环水回路41通过管路与二级洗涤循环水回路42连接，并且为单向流向，只能从一级洗涤循环水回路流至二级洗涤循环水回路。

所述气化炉的排渣口通过管路与渣水收集箱7连接，该渣水收集箱7通过管路与过滤器连接，该过滤器出口端通过带泵管路与气液接触蒸发段33的顶部入口连接，泵出口端还通过管路与渣水收集箱7连接。此种情况，一般是当气化炉具有熔渣水淬冷系统时的应用，由气化炉排出的渣水经初步过滤后形成灰水，部分灰水经加压直接回到渣水收集箱循环使用，另一部分灰水则送至含盐水浓缩器内。而该渣水收集箱的补给水可来自合成气最终冷凝冷却单元的冷凝液，即换热器和冷却器排出的水。即通过将换热器的冷凝液出口和冷却器冷凝液的出口通过管路合并连接后还与渣水收集箱连接，实现水的传输送给。

合成气经含盐水浓缩器、洗涤器后，进入过热器、催化反应器、换热器和冷却器，最终从冷却器出来的合成气送至气体　净化系统进行净化以供使用。而从换热器和冷却器中冷凝产生的冷凝水已经基本不含盐份。

下面具体描述说明本实用新型的工作过程。

在加压条件下，加入到气化炉中的煤、氧化剂（纯氧气或空气）以及部分水蒸汽在气化炉中完成气化反应，生成合成气。离开气化炉后的合成气为高状态温，先经过降温器降温，降温后合成气处于中等温度，再经过除尘器将合成气夹带的固体粉尘全部或绝大部分除去，除尘效果由除尘方式决定。一般在采用高温烛状过滤器时，处理过的合成气含尘量可接近为零，其后续的水系统则几乎不含尘；而如果采用常规的旋风分离器时，离开除尘器的合成气仍然含有一定细尘，则会导致其下游的洗涤系统也需要完成粉尘的彻底洗涤，具体方式可根据需要进行选择。然后，从除尘器出来的合成气G0,一部分合成气G1合成气进入浓缩器。首先合成气G1从气液接触蒸发段33中进入，与进入的含盐水和灰水接触，此后进入气液分离器32，在该气液分离器32中进行气液分离，合成气从气液分离器的多个出口切向流出至液体收集桶的内表面，合成气中含有的液体由于自身重力流至液体收集桶31底部，而气体部分则进入到气体收集管中，然后该气体收集管中的合成气再经管路进入到洗涤器底部进行洗涤处理。

在洗涤器4中，合成气G6先进入到二级洗涤腔中，在二级洗涤腔中，合成气G6是来自含盐水提浓步骤即经含盐水浓缩器，经气液分离器32出来的合成气已基本水蒸汽饱和，其中可能夹带较高的无机物盐份和含有较高的卤化物，合成气G6与二级洗涤循环水回路42中的水及来自一级洗涤腔的洗涤水L13组成的二级循环水进行逆流接触传质，合成气中的绝大部分无机物盐份和卤化物蒸汽被转移到二级洗涤腔的二级洗涤水中，经过二级洗涤腔的洗涤后，然后合成气继续上升进入到一级洗涤腔内进行一级洗涤。在二级洗涤腔中的二级洗涤水积累了几乎合成气中可被洗涤出来的各种有机物和无机物杂质包括各种卤化物，此时洗涤水的含盐份较高，二级洗涤循环水回路42中多余的所有液体L23送至含盐水浓缩器3中，进入到气液接触蒸发段32顶部入口。从二级洗涤腔出来的合成气上升进入到一级洗涤腔中，通过洗涤器4的液体补充口L0引入少量几乎不含各种盐份的新鲜补充水以及来自煤气冷凝过程生成的冷凝液L51即换热器和冷却器产生的冷凝水，而来自二级洗涤腔的合成气（仅含有很少的各种盐份或卤化物蒸气等，因为大部盐份或卤化物都在二级洗涤时被转移到洗涤水中）与不含盐份水接触后，合成气中含有的少量盐份或卤化物再次被一级洗涤循环水回中的一级洗涤水洗去，使该盐份或者卤化物转移到一级洗涤水中，含有饱和水蒸汽的合成气离开一级洗涤时，几乎不含任何无机物盐份和卤化物等蒸气。一级洗涤的水在一级洗涤腔内也进行循环，其因含有较低浓度的无机物溶解盐和较低浓度的卤化物离子。所有一级洗涤循环水回路中多余的洗涤水L13送至二级洗涤回路，以补充二级洗涤水。经过一级洗涤腔洗涤后出来的合成气再经过过热器、催化反应器、换热器5和冷却器6排出，出来的合成气被送至相应的净化系统中进行净化以供使用。而换热器和冷却器中降温冷却的冷凝水则被送至一级洗涤腔中充当一级洗涤水。

此外，在含盐浓缩器3中，来自二级洗涤循环水回路42的洗涤水L23和来自渣水收集箱7中的灰水L43合并后与进入到气液接触蒸发段的温度还较高的合成气G1接触，合成气G1的显热将上述合并后的洗涤水/灰水中的大部分水蒸发为水蒸汽，其中也有一小部分水并未蒸发，这样原来洗涤水中的无机物盐份以及卤化物会进行重新分配，绝大多数的无机物盐份和一级卤化物会遗留在未蒸发的水中，而且合成气中的部分无机物盐份和卤化物以及固体含尘会在此时转移至未蒸发的液体中，此时残余未蒸发液体中无机物盐份和卤化物含量比原来的含盐洗涤水的浓度大为提高，该浓度高的液体因自身重力落入到液体收集箱的底部，如果合成气含有粉尘，也由于灰水中含尘，此时水中也含有粉尘，使得该液体的浓度也得到提高。夹带着未蒸发液体的合成气经过一个气液分离器进行气液分离后只含有非常少量的液体，该几乎不含液体的合成气进入洗涤器分别进行二级洗涤和一级洗涤。按照以上方式进行洗涤。

在液体收集相31底部收集的未蒸发液体L31，经带泵的管路再循环进入到气液接触蒸发段顶部入口。此方式一方面增加进入含盐水浓缩器的液体含量，以增加含盐水浓缩器气体向液体传质的效果；另一方面，将液体收集箱中的洗涤水再循环也使液体参加再次蒸发，达到进一步浓缩的效果。

为进一步提浓未蒸发液体，可引入一部分温度较高的合成气G3通入到液体收集箱31中收集的未蒸发液体中，利用其显热将未蒸发液体中部分水进一步蒸发，使其更加浓缩，从而实现对洗涤水的提浓，浓缩后的液体由液体收集箱底部排出。

与此同时，根据具体的合成气工艺条件，可有一部分合成气G2作为提浓步骤的旁路直接去洗涤器洗涤，此旁路可调节提浓步骤的蒸发温度和蒸发处理量。

还可往洗涤器中加入适量的NaOH或Na2℃O3溶液，主要是用于调节洗涤水的PH值以及中和来自合成气中卤素蒸汽的溶解物。

在含盐水浓缩器中经过浓缩的含盐液体温度与饱和合成气温度相近。此浓缩液体经过必要的处理后回收利用。由于多数盐具有温度降低，溶解度降低的特点，则部分无机盐由于溶液温度降低直接析出结晶，而与结晶平衡的溶液实际含盐浓度下降。这部分较低浓度的液体可重新送回至含盐水浓缩器中再次参加被蒸发浓缩。当然，作为可选方案，由于此部分溶液总量已不大，可不打入系统，而采用常规的处理方式, 如沉淀或蒸发结晶等方法进行继续浓缩。

本专利适用于多种煤制合成气生产工艺，如各种气流床气化炉和流化床气化炉，只要合成气在进入洗涤之前没有被完全急冷饱和，其温度条件仍然具有较高的蒸发水的驱动力，合成气较高的温度显热就能为洗涤水提浓提供蒸发驱动力。进入洗涤器的合成气温度一般在200～850℃之间，多数在250～450℃之间。合成气洗涤的最终温度极限是在当时工作条件水蒸汽分压达到饱和。在含盐水浓缩器或洗涤过程中实际水蒸发量的大小也受到合成气初始所含水蒸汽含量、此处合成气系统总压，进入洗涤系统的洗涤水的温度等因素。含盐水浓缩器的洗涤水的操作温度在125～195℃范围，更多的情况温度是在135～175℃。

如此，煤气化合成气洗涤冷凝过程产生两种性质的水，一是经过高度浓缩的含盐水，二是几乎不含盐份的合成气冷凝水。当然，在冷凝水中含有溶解氨和可能含有多种大分子有机物，由不同的煤气化工艺决定，这部分水的处理也根据所含有机物特性决定。经过处理的大部分可以进行循环至洗涤用。因此，整个过程的主要水排出是经过提浓的含盐水，其流量较小，方便进一步处理后循环使用和必要的最小量排放。

通过对含盐洗涤水的浓缩，不仅使需要处理的含盐水降低到最小量，而且系统中出现的冷凝水和其它洗涤水因没有盐份重复积累问题，而可以无限次重复循环使用，这样就避免了因大量排放含盐含氯水所引起的“灰水”问题。

由于采取了含盐洗涤水浓缩的排放措施，含盐水的排放量大幅度减少。更为重要的是，用于合成气的洗涤的外加补充水量可限制在最小量，用于合成气洗涤的补充水可基本来自下游系统的冷凝水，从而最大限度地减少废水的排出。

Claims (7)

1.一种煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，包括与气化炉连接的降温器，其特征在于，还包括通过管路依次顺序连接的除尘器、洗涤器、过热器、催化反应器、换热器、冷却器，除尘器与降温器连接；

以及包括设置在除尘器与洗涤器之间的含盐水浓缩器，该含盐水浓缩器包括气液接触蒸发段、液体收集桶和设在该液体收集桶内的气液分离器，该气液分离器的出口通过管路与洗涤器底部连接；

液体收集桶底部通过带循环泵管路连接至气液接触蒸发段顶部入口，洗涤器的出水端通过管路与气液接触蒸发段顶部入口连接，气液接触蒸发段顶部入口通过管路与除尘器的出口端连接。

2.根据权利要求1所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述液体收集桶下部还通过管路与除尘器的出气端连接。

3.根据权利要求1或2所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述洗涤器内由上往下设有一级洗涤腔和二级洗涤腔，一级洗涤腔设有液体补充口，换热器的出口和冷却器的冷凝液出口通过管路合并连接后再与洗涤器的一级洗涤腔连接，该一级洗涤腔上设有一级循环水回路，二级洗涤腔上设有二级循环水回路，气液分离器的出气端与洗涤器的二级洗涤腔连接，一级洗涤循环水回路通过管路与二级洗涤循环水回路连接。

4.根据权利要求3所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述气液分离器与气体收集管连接，该气体收集管通过管路与洗涤器底部连接。

5.根据权利要求4所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述气液分离器为旋流式气液分离器。

6.根据权利要求5所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述气化炉的底部排渣口通过管路与渣水收集箱连接，该渣水收集箱通过管路与过滤器连接，该过滤器出口端通过带泵管路与气液接触蒸发段顶部入口连接，该管路中的泵出口端还通过管路与渣水收集箱连接。

7.根据权利要求6所述的煤制合成气含盐洗涤水的提浓装置，其特征在于，所述换热器的出口和冷却器的冷凝液出口通过管路合并连接后还与渣水收集箱连接。