CN205062011U - 一种煤气净化分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种煤气净化分离系统，涉及煤催化气化领域，用于解决煤催化气化工艺的净化分离过程因废水的产生而导致无法对水进行循环利用的问题。其中所述煤气净化分离系统，包括：连接在气化炉出口处的气固分离模块，以及与所述气固分离模块相连的降温冷却模块，所述煤气净化分离系统还包括连接在所述气固分离模块和所述降温冷却模块之间的水蒸气回收模块，所述水蒸气回收模块用于对从所述气固分离模块排出的粗煤气中的水蒸气进行回收。本实用新型提供的煤气净化分离系统用于净化分离煤催化气化工艺中所形成粗煤气中的产物，从而得到煤气、焦油和过热水蒸气。

Description

一种煤气净化分离系统

技术领域

本实用新型涉及煤催化气化领域，尤其涉及一种煤气净化分离系统。

背景技术

随着经济的迅速发展以及环保规定的日益严格，对天然气这一清洁能源的需求量呈爆炸式增长。而我国的一次性能源消费仍以煤炭为主，煤炭直接使用造成的环境污染较严重，因此利用丰富的煤炭资源，发展煤制天然气技术，对于缓解供需矛盾和减轻环境污染具有重要意义。

煤制天然气技术中较为常用的是煤催化气化技术，煤催化气化技术具体为：煤粉在催化剂作用下和水蒸气在气化炉内同时发生煤气化、水煤气变换和甲烷化三个反应，反应过程中会形成高温的粗煤气，粗煤气中含有粉尘、煤气、焦油和反应过程中未分解的水蒸气等产物，之后通过净化分离系统对粗煤气中的产物进行净化分离，得到煤气和焦油，进而通过对煤气的处理得到天然气。

其中，根据上述高温粗煤气中包含的产物的不同特性，现有的净化分离系统依次包括气固分离模块、降温冷却模块和水油分离模块，从气化炉出来的高温粗煤气首先经过气固分离模块，将粉尘分离出来；分离粉尘后的粗煤气接着再通过降温冷却模块，粗煤气中的水蒸气和焦油冷却呈液相，从而将煤气分离出来；之后利用水油分离模块进行水和焦油的分离。

但是，上述净化分离系统的不足之处是：在利用降温冷却模块进行煤气的分离时，水蒸气和焦油一并冷却下来形成液相产物，后续进行水和焦油的分离时，水和焦油混合在一起，分离困难，尤其是煤催化气化过程中会产生较多的轻质焦油，其密度和水很接近，使得分离更加困难，造成分离不彻底，从而产生大量废水，导致无法对水进行循环利用。

实用新型内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种煤气净化分离系统，以解决净化分离过程中产生大量废水，导致无法对水进行循环利用的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种煤气净化分离系统，包括：连接在气化炉出口处的气固分离模块，以及与所述气固分离模块相连的降温冷却模块，所述煤气净化分离系统还包括连接在所述气固分离模块和所述降温冷却模块之间的水蒸气回收模块，所述水蒸气回收模块用于对从所述气固分离模块排出的粗煤气中的水蒸气进行回收。

本实用新型所提供的煤气净化分离系统中，在气固分离模块和降温冷却模块之间增设水蒸气回收模块，粗煤气经过气固分离模块将粉尘分离出来后，首先经过水蒸气回收模块将粗煤气中的水蒸气进行回收，回收水蒸气之后粗煤气中含有煤气和焦油，然后再在降温冷却模块进行气液分离，得到煤气和焦油。由于在利用降温冷却模块将粗煤气中的煤气分离前，利用水蒸气回收模块优先对粗煤气中的水蒸气进行回收，避免了水蒸气和焦油在降温冷却模块中冷却形成液相产物，从而避免了形成液相产物的水蒸气和焦油难以分离的问题，进而也就不会因水油分离不彻底而形成废水，实现了对水的循环利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中的煤气净化分离系统的模块结构图；

图2为本实用新型实施例中的煤气净化分离系统的具体的模块结构图；

图3为本实用新型实施例中的煤气净化分离系统的一种结构图；

图4为本实用新型实施例中的煤气净化分离系统的另一种结构图。

附图标记：

10-煤气净化分离系统；11-气固分离模块；111-一级气固分离装置；

112-二级气固分离装置；12-水蒸气回收模块；121-余热回收装置；

122-反应发生装置；1221-吸收器；1221-再生器；

13-降温冷却模块；20-气化炉；30-锅炉；

40-催化剂配置系统；50-干燥系统；60-进料系统；

70-催化剂回收系统。

具体实施方式

为使本实用新型所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本实用新型所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，下文中所述的粗煤气是指从上一单元或模块中排出的粗煤气，例如，进入水蒸气回收模块12中的粗煤气为从所述气固分离模块11排出的粗煤气。

请参阅图1，本实用新型实施例中所提供的煤气净化分离系统10包括：气固分离模块11、水蒸气回收模块12和降温冷却模块13，三者依次相连，并且气固分离模块11连接在气化炉20出口处。

上述的煤气净化分离系统10中，在气固分离模块11和降温冷却模块13之间增设了水蒸气回收模块12，包含有粉尘、水蒸气、煤气和焦油的粗煤气从气化炉20中出来后，经过气固分离模块11将粗煤气中的粉尘分离出来，接着首先经过水蒸气回收模块12将粗煤气中的水蒸气进行回收，水蒸气被回收之后粗煤气中含有煤气和焦油，然后粗煤气再在降温冷却模块13进行降温冷却，其中的煤气冷却后仍呈气态，而焦油冷却后呈液态，从而实现气液分离，得到净化后的煤气和焦油。

在上述煤气净化分离系统10对粗煤气进行净化分离的过程中，由于在利用降温冷却模块13将粗煤气中的煤气分离前，利用水蒸气回收模块12优先对粗煤气中的水蒸气进行回收，这样就避免了水蒸气和焦油在降温冷却模块13中冷却形成液相产物，从而避免了形成液相产物的水蒸气和焦油难以分离的问题，进而也就不会因水油分离不彻底而形成废水，实现了对水的循环利用。

水蒸气回收模块12对粗煤气中的水蒸气进行回收的方式可以有多种，下面给出一个具体的示例。

请参阅图2，水蒸气回收模块12可包括余热回收装置121和反应发生装置122两部分，余热回收装置121与气固分离模块11连接，反应发生装置122连接在余热回收装置121和降温冷却模块13之间。余热回收装置121用于降低从气固分离装置11出来的粗煤气的温度，以使粗煤气具备后续回收水蒸气的过程所需的温度条件，同时余热回收装置121还可用于回收降温过程中所产生的热量。反应发生装置122用于在第一预设温度下，使粗煤气中的水蒸气发生反应，从而将水蒸气从粗煤气中分离出来；其中，第一预设温度为反应发生装置122内部环境所具有的适应水蒸气发生反应的温度。

其中，余热回收装置121的数量可至少为一个，以对粗煤气进行至少一级降温。若余热回收装置121的数量为多个，可将多个余热回收装置121依次相连接，以对粗煤气逐级降温，即阶梯式降低粗煤气的温度，使粗煤气的温度更接近所需要的温度；若余热回收装置121的数量为一个，则粗煤气进入余热回收装置121中一次性降温，有利于减少生产时间。

较为优选的是，在本实施例中，可将余热回收装置121的数量设置为两个，这两个余热回收装置121可分别采用管壳式废热锅炉和余热锅炉。管壳式废热锅炉连接在气固分离模块11上，从气固分离模块11出来的粗煤气进入管壳式废热锅炉，在管壳式废热锅炉内进行一级降温；为了循环利用降温过程中回收的热量，管壳式废热锅炉可与气化炉20连接，从而在利用管壳式废热锅炉进行一级降温的过程中，管壳式废热锅炉内产生的饱和蒸汽经与粗煤气进行换热，形成过热蒸汽，过热蒸汽可通入气化炉20内参与煤催化气化反应，实现了热量的循环利用。余热锅炉连接在管壳式废热锅炉和水蒸气回收模块12之间，用于对一级降温后的粗煤气进行二级降温，二级降温过程中可采用冷却水进行降温，同时余热锅炉产生低压蒸汽，该低压蒸汽可为存放焦油的装置和管路提供热量，从而提高焦油流动性，避免焦油冷凝堵塞存放焦油的装置和管路，从而保证了煤气净化分离系统10正常运行。

请参阅图3和图4，特别的，本实施例中的余热回收装置121在降低粗煤气温度时，会回收大量热量，为了将这些热量有效的利用，可将余热回收装置121与一锅炉30相连，锅炉30内的饱和蒸汽通入余热回收装置121内，与经过余热回收装置121的粗煤气进行换热，得到过热蒸汽，过热蒸汽可通入气化炉20内得到循环利用。

为了更好地实现对水的循环利用，反应发生装置122优选的可采用如下方案进行水蒸气的回收。具体的，反应发生装置122内设有氧化钙，在包含水蒸气的粗煤气通过反应发生装置122时，其中的氧化钙能够与水蒸气结合，反应生成氢氧化钙；需要指出的是，氧化钙与水蒸气结合生成氢氧化钙的过程需要一定的温度条件，该温度条件可为300℃～600℃，即第一预设温度的范围可为300℃～600℃。所生成的氢氧化钙在可通过加热的方式分解生成氧化钙和水蒸气，所生成的水蒸气可进行再利用，从而实现了对水的循环利用，并且所生成的氧化钙可继续用于对水蒸气的回收。

需要说明的是，对应于氧化钙与水蒸气结合生成氢氧化钙的过程中反应发生装置122内部环境的温度为300℃～600℃，在含有水蒸气的粗煤气经过余热回收装置121时，其温度可降低为300℃～400℃。

请继续参阅图2，为了方便对所回收的水进行利用，反应发生装置122还可与气化炉20相连，并且可直接在反应发生装置122内对吸收水蒸气所生成的氢氧化钙进行加热，生成氧化钙和过热水蒸气，从而所生成的过热水蒸气可直接通入气化炉20内，用于继续参与煤催化气化反应；并且将所生产的过热蒸汽通入气化炉20内还可为煤催化气化反应提供发生反应所需的高温热源，从而实现了在整个煤催化气化过程对水的循环利用。需要指出的是，氢氧化钙加热分解成氧化钙与水蒸气的过程也需要一定的温度条件，称该温度条件为第二预设温度，该第二预设温度的范围可为600～900℃。

基于上述技术方案，请参阅图3，反应发生装置122优选为可调控温度的装置，即可根据不同的化学反应来调控反应发生装置122内的温度。具体的，在发生氧化钙和水蒸气结合生成氢氧化钙的反应时，可将反应发生装置122内的温度控制至第一预设温度；在发生氢氧化钙分解生成氧化钙和水蒸气的反应时，可将反应发生装置122内的温度控制至第二预设温度。该方案实现了在生成氢氧化钙后直接进行氢氧化钙的分解反应，避免了生产时间不必要的浪费。

请参阅图4，反应发生装置122还可为以下所述的结构。具体的，反应发生装置122包括吸收器1221和再生器1222。其中，吸收器1221的入口与余热回收装置121相连，吸收器1221的一个出口与降温冷却模块13相连，将氧化钙置于吸收器1221内，吸收器1221用于在第一预设温度下，使氧化钙与粗煤气中的水蒸气发生反应，生成氢氧化钙；再生器1222的入口与吸收器1221的另一个出口相连，再生器1222的出口与气化炉20相连，吸收器1221中生成的氢氧化钙通入再生器1222内，再生器1222用于在第二预设温度下，使氢氧化钙分解生成氧化钙和过热水蒸气，所生成的氧化钙通入吸收器1221内，所生成的过热水蒸气通入气化炉20内。该方案使氧化钙和水蒸气结合生成氢氧化钙的反应与氢氧化钙分解生成氧化钙和水蒸气的反应分别两个设备内进行，避免了两种反应在同一设备中进行可能存在的两种反应的反应物与生成物互相混杂的问题，从而避免了两种反应之间的相互影响。

基于上述反应发生装置122包括吸收器1221和再生器1222的方案，下面给出两种操作方式：

方式一：往吸收器1221内连续通入氧化钙，氧化钙和水蒸气反应生成氢氧化钙，将所生成的氢氧化钙连续排出至再生器1222内，氢氧化钙在再生器1222中加热分解生成氧化钙和过热水蒸气，所生成的氧化钙连续通入吸收器1221内，所生成的过热水蒸气连续通入气化炉20内。

方式二：吸收器1221的数量设置为两个，先往第一个吸收器1221内通入一定量的氧化钙，所通入的氧化钙和粗煤气中的水蒸气反应生成氢氧化钙，待该吸收器1221的氧化钙完全发生反应后，将所生成的氢氧化钙排出至再生器1222内；接着氢氧化钙在再生器1222中加热分解生成氧化钙和过热水蒸气，所生成的氧化钙通入第一个吸收器1221内，所生成的水蒸气通入气化炉20内；与此同时，向第二个吸收器1221通入一定量的氧化钙，所通入的氧化钙和粗煤气中的水蒸气反应生成氢氧化钙，所生成的氢氧化钙通入再生器1222中；所通入的氢氧化钙在再生器1222中加热分解生成氧化钙和过热水蒸气，所生成的氧化钙通入第二个吸收器1221内，所生成的水蒸气通入气化炉20内，完成一次循环。接着重复上述过程，从而以交替使用两个吸收器1221的方式实现对水蒸气的回收。

可选的，本实施例中所提供的反应发生装置122中可选用的设备有：流化床、移动床、固定床等。

需要说明的是，粗煤气中的煤气同时含有煤催化气化过程中产生的二氧化碳，在粗煤气进入反应发生装置122后，氧化钙会和二氧化碳反应生成碳酸钙，可将碳酸钙进行高温煅烧，使碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳，所生成的氧化钙可循环利用，所生成的二氧化碳可通入气化炉20中参与煤催化气化过程中的反应。

请继续图3和图4，本实施例中的气固分离模块11可包括一级气固分离装置111和二级气固分离装置112，其中，一级气固分离装置111与气化炉20相连，二级气固分离装置112连接在一级气固分离装置111与水蒸气回收模块12之间。

粗煤气从气化炉20进入一级气固分离装置111后，一级气固分离装置111对粗煤气中的粉尘进行初步分离，可将大部分的粉尘分离出来，分离出来粉尘可通入气化炉20内继续进行煤催化气化反应。一级气固分离装置111可优选为适用于高温环境的旋风分离器，为了更进一步的分离粉尘，一级气固分离装置111也可将多个旋风分离器依次连接。

粗煤气从一级气固分离装置111进入二级气固分离装置112后，二级气固分离装置112对粗煤气中的粉尘进行再次分离，以将粗煤气中更细的粉尘分离出来。二级气固分离装置112可优选为适用于高温环境的除尘器(如油洗除尘塔)或者陶瓷过滤器等。

请继续参阅图3和图4，经过水蒸气回收模块12后的粗煤气中含有煤气和焦油，之后含有煤气和焦油的粗煤气会在降温冷却模块13进行煤气和焦油的分离，分离过程中会产生一定的热量，可将所产生的热量进行回收，用于其其它工序，以实现能量的再利用。

值得一提的是，在现有技术中，降温冷却模块一般包括多级换热设备，含有煤气、焦油和水蒸气的粗煤气需经降温冷却模块的多级换热设备，逐级进行降温冷却，才能将煤气分离出来。与此相比，本实施例中，由于粗煤气在进入降温冷却模块13之前，在水蒸气回收模块12中，已经被水蒸气回收模块12的余热回收装置121进行了一定程度的降温，因此本实施例中的降温冷却模块13无需设置与现有技术相同的多级换热设备，也就是说，本实施例中的降温冷却模块13所包括的装置和管路少于现有技术中的降温冷却模块。

在此基础上，现有技术中，粗煤气在经过降温冷却模块的多级换热设备时，因焦油的冷凝温度高，容易冷凝，极易堵塞粗煤气所经过的换热设备。与现有技术相比，本实施例中，由于氧化钙和水蒸气反应生成氢氧化钙为放热反应，因此在水蒸气回收模块12的反应发生装置122吸收水蒸气时会释放大量热量，这些热量能够保持粗煤气中的焦油不发生冷凝，这也就避免了因焦油冷凝堵塞反应发生装置122的问题；同时，由于降温冷却模块13中的管路少于现有技术，因此从反应发生装置122出来的粗煤气进入降温冷却模块13后，因粗煤气中的焦油发生冷凝而堵塞降温冷却模块13中的换热设备的几率大大降低，进而保证了煤气净化分离系统10的正常运行。

请继续参阅图3和图4，综上所述，将本实用新型实施例中所提供的煤气净化分离系统10与煤催化气化工艺相结合，具体的流程大致如下：

第一步：将煤置于破碎机、磨煤机中进行粉碎，经筛分处理得到一定粒径分布的煤粉。

第二步：将煤粉、催化剂或其水溶液按一定比例在催化剂配置系统40中进行催化剂负载，所形成的产物为负载催化剂湿煤粉，这里选用的催化剂为碱金属或碱土金属的氧化物、碳酸盐、氢氧化物或它们的混合物，也可选择富含碱金属、碱土金属的草木灰、废碱液等廉价催化剂。

第三步：将第二步中制备好的负载催化剂湿煤粉经干燥系统50进行干燥，采用的干燥介质可为低压蒸汽、过热氮气等。

第四步：将干燥后的负载催化剂干煤粉通过进料系统60通入气化炉20内。

第五步：将气化炉20内产生的粗煤气依次经过本实施例所提供的煤气净化分离系统10的一级气固分离装置111、二级气固分离装置112、余热回收装置121、反应发生装置122和降温冷却模块13进行净化分离，得到煤气和焦油。

第六步：将煤气和焦油进行后续处理，得到所需的天然气和焦油副产品。

值得一提的是，可在煤催化气化工艺的设备中设置催化剂回收系统70，将催化剂回收系统70连接在气化炉20和催化剂配置系统40之间，利用催化剂回收系统70对从气化炉20排出的灰渣进行催化剂的提取，并将提取出的催化剂循环利用到催化剂配置系统40中。

进一步的，上述催化剂回收系统70还可与余热回收装置121连接，经余热回收装置121形成的低压蒸汽可回收在催化剂回收系统70内，该低压蒸汽通过催化剂回收系统70通入气化炉20内，再次参与煤催化气化反应。

较佳的，可将干燥系统50与余热回收装置121中的余热锅炉相连，使经该余热锅炉所形成的低压蒸汽用作干燥系统50的干燥介质。不仅如此，在将氢氧化钙加热分解成氧化钙和水蒸气后，由于氧化钙的温度较高，因此可利用氮气、一氧化碳或氢气介质与高温的氧化钙进行换热，以便于氧化钙的再利用，在此过程中换热后的氮气、一氧化碳或氢气介质也可作为干燥系统50中的干燥介质。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种煤气净化分离系统，包括：连接在气化炉出口处的气固分离模块，以及与所述气固分离模块相连的降温冷却模块，其特征在于，所述煤气净化分离系统还包括连接在所述气固分离模块和所述降温冷却模块之间的水蒸气回收模块，所述水蒸气回收模块用于对从所述气固分离模块排出的粗煤气中的水蒸气进行回收。

2.根据权利要求1所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述水蒸气回收模块包括：

与所述气固分离模块相连的余热回收装置，所述余热回收装置用于将粗煤气的温度降低，并对降温过程中产生的热量进行回收；

连接在所述余热回收装置和所述降温冷却模块之间的反应发生装置，所述反应发生装置用于在第一预设温度下，使粗煤气中的水蒸气发生反应。

3.根据权利要求2所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述反应发生装置内设有氧化钙，在所述第一预设温度下，氧化钙与粗煤气中的水蒸气发生反应，生成氢氧化钙。

4.根据权利要求3所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述反应发生装置还与气化炉相连，所述反应发生装置内所生成的氢氧化钙在第二预设温度下分解生成氧化钙和水蒸气，所生成的水蒸气通入气化炉内。

5.根据权利要求2所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述反应发生装置包括吸收器和再生器；

所述吸收器的入口与所述余热回收装置相连，所述吸收器的一个出口与所述降温冷却模块相连，氧化钙设置于所述吸收器内，所述吸收器用于在所述第一预设温度下，使氧化钙与粗煤气中的水蒸气发生反应，生成氢氧化钙；

所述再生器的入口与所述吸收器的另一个出口相连，所述再生器的出口与气化炉相连，所述吸收器中生成的氢氧化钙通入所述再生器内，所述再生器用于在第二预设温度下，使氢氧化钙分解生成氧化钙和水蒸气，所生成的氧化钙通入所述吸收器内，所生成的水蒸气通入气化炉内。

6.根据权利要求5所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述吸收器和所述再生器为流化床、移动床或固定床中的任一种。

7.根据权利要求2所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述余热回收装置的数量为至少一个，以对粗煤气进行至少一级降温。

8.根据权利要求2所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述余热回收装置与一锅炉相连，所述锅炉内的水蒸气通入所述余热回收装置内，与经过所述余热回收装置的粗煤气进行换热，形成过热蒸汽。

9.根据权利要求1所述的煤气净化分离系统，其特征在于，所述气固分离模块包括一级气固分离装置和二级气固分离装置；

所述一级气固分离装置与气化炉相连，用于对粗煤气中的粉尘进行初步分离；

所述二级气固分离装置连接在所述一级气固分离装置与所述水蒸气回收模块之间，用于对粗煤气中的粉尘进行再次分离。