CN216445007U - 一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，包括重整炉、废热锅炉、除尘装置、换热器、增压装置、终冷塔、脱硫装置；本实用新型充分利用高温荒煤气的热量，制备成本低廉、数量充足的合成气，为碳减排技术的开发应用提供保障。

Description

一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统

技术领域

本实用新型涉及焦化生产节能环保技术领域，尤其涉及一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统。

背景技术

为了应对全球气候环境变化，有效降低工业生产过程中二氧化碳气体的排放量，对氢气的需求量将急剧上升。尤其是占碳排放量15％的钢铁行业，为了实现碳减排，纷纷研发富氢高炉冶炼技术和氢气直接还原铁技术，也预示着未来对氢气的需求必将与日俱增。然而，目前氢气的制备及运输成本居高不下，与对氢气的迫切需求形成了较为突出的矛盾。为此，业内人员把目光转向了富含氢气的焦炉煤气上。

众所周知，焦炉煤气是焦化生产中重要的副产物。在传统炼焦过程中，煤炭在焦炉炭化室内经高温干馏制成焦炭，同时生成的荒煤气从焦炉顶部逸出，进入煤气净化车间。荒煤气通过煤气净化后，一部分作为加热燃料返回焦炉为炼焦过程提供热量，另外一部分进行深加工或作为燃料输送至其它工艺车间。净化后的焦炉煤气主要由氢气、甲烷、一氧化碳以及少量C2～C3的烃类组成，其中氢气体积占比在50％以上。利用焦炉煤气可低成本地制取数量可观的氢气，且成本低廉；另外，由于氢气产地随现有焦化企业分布在全国各地，可避免氢气制取后高昂的运输成本，可以很好地满足区域性氢气的消耗需求。

钢铁联合企业中，通常将净化后的焦炉煤气通过变压吸附工艺分离出一部分氢气，但得到的氢气难以满足企业对还原性气体的需求，为进一步提高氢气产量，还需要对焦炉煤气进行重整处理，通过不完全氧化，将净化后的焦炉煤气中的甲烷制成还原性气体，即一氧化碳和氢气。从目前的工艺过程来看，焦炉荒煤气从焦炉逸出后先经过降温净化，再升温进行重整得到还原性气体，焦炉荒煤气携带的热量没有得到充分利用，导致能耗偏高，同时荒煤气中的焦油、粗苯等碳氢化合物也没能得到充分的转化利用。

本实用新型从节能及对焦炉荒煤气资源化充分利用的角度出发，提供一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整工艺，将焦炉产生的荒煤气在高温状态下直接进行非催化部分氧化重整，不仅能够将荒煤气中的甲烷不完全氧化为一氧化碳和氢气，同时还能将荒煤气中的焦油、粗苯通过非催化部分氧化制成一氧化碳和氢气，极大地提高了还原性气体的产量，可为碳减排提供成本低廉、数量充足的氢气资源，更将荒煤气中原来难以去除的有机硫等杂质氧化为较易去除的无机硫，极大地降低了净化成本。由于粗苯、焦油等有机物被氧化生成一氧化碳和氢气，使得工艺废水中只含有少量无机污染物，节省了净化装置以及污水处理装置的一次建设投资。

发明内容

本实用新型提供了一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，充分利用高温荒煤气的热量，制备成本低廉、数量充足的合成气，为碳减排技术的开发应用提供保障。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，包括重整炉、废热锅炉、除尘装置、换热器、增压装置、终冷塔、脱硫装置；所述重整炉的上部设荒煤气入口连接荒煤气管道，重整炉的顶部设气体入口管，气体入口管上设纯氧气入口及二氧化碳入口；重整炉的下部设还原性气体出口连接废热锅炉的管程入口，废热锅炉的管程出口连接除尘装置上部的气体入口，除尘装置下部的气体出口连接换热器的壳程入口；换热器的管程入口连接锅炉上水管道，换热器的管程出口连接废热锅炉的壳程入口，废热锅炉的壳程出口连接饱和蒸汽管道；所述终冷塔内设断塔盘，将终冷塔分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设上部冷却水循环泵、低温水换热器及补充冷却水入口；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设有下部冷却水循环泵及循环水换热器；下部塔体还设有还原性气体入口，换热器的壳程出口通过增压装置连接下部塔体的还原性气体入口；终冷塔的顶部设还原性气体出口连接脱硫装置，脱硫装置设硫化氢气体出口及还原性气体出口。

所述荒煤气管道的内壁衬有内保温层，内保温层由耐火砖或耐火浇注料组成；荒煤气管道的外壁设保温层。

所述除尘装置采用旋风式除尘器或布袋式除尘器。

所述换热器的下部设冷凝液排出口。

所述终冷塔内设断塔盘，将终冷塔分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上设上部冷却水循环泵及低温水换热器；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上设下部冷却水循环泵及循环水换热器；下部塔体内的冷却水经下部冷却水循环泵增压后通过循环水换热器冷却，然后返回下部塔体；上部塔体内的冷却水经上部冷却水循环泵增压后通过低温水换热器冷却，与补充冷却水混合后返回上部塔体；还原性气体自下部塔体进入，自终冷塔顶部排出；上部塔体内还原性气体降温产生的冷凝液汇集在断塔盘上，通过累积溢流进入下部塔体。

所述废热锅炉的底部设排污口连接排污管道，排污管道上设阀门。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)提高了还原性气体(包括氢气和一氧化碳)的产量；

2)优化了工艺流程，减少煤气净化部分,节省了一次投资；

3)在将荒煤气通过不完全氧化生成还原性气体的同时，难以脱除的有机硫大量转化为无机硫，有利于通过脱硫装置处理；同时，通过氧化将有机物大量转化为无机物，避免了酚氰污水处理流程，节省投资；

4)由于氧化反应污水中不含有机物，省去了酚氰污水处理，节省占地和一次投资的同时，能源消耗大量降低；

5)避免了煤气在净化过程中的反复降温升温过程，使整个工艺的能耗进一步优化降低。

附图说明

图1是本实用新型所述一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统的结构示意图。

图中：1.重整炉 2.废热锅炉 3.除尘装置 4.换热器 5.增压装置 6.终冷塔7.脱硫装置 8.下部冷却水循环泵 9.循环水换热器 10.上部冷却水循环泵 11.低温水换热器12.阀门 13.荒煤气管道 14.内保温层 15.外保温层

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，包括重整炉1、废热锅炉2、除尘装置3、换热器4、增压装置5、终冷塔6、脱硫装置7；所述重整炉1的上部设荒煤气入口连接荒煤气管道13，重整炉1的顶部设气体入口管，气体入口管上设纯氧气入口及二氧化碳入口；重整炉1的下部设还原性气体出口连接废热锅炉2的管程入口，废热锅炉2的管程出口连接除尘装置3上部的气体入口，除尘装置3下部的气体出口连接换热器4的壳程入口；换热器4的管程入口连接锅炉上水管道，换热器4的管程出口连接废热锅炉2的壳程入口，废热锅炉2的壳程出口连接饱和蒸汽管道；所述终冷塔6内设断塔盘，将终冷塔分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设上部冷却水循环泵10、低温水换热器11及补充冷却水入口；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设有下部冷却水循环泵8及循环水换热器9；下部塔体还设有还原性气体入口，换热器4的壳程出口通过增压装置5连接下部塔体的还原性气体入口；终冷塔6的顶部设还原性气体出口连接脱硫装置7，脱硫装置7设硫化氢气体出口及还原性气体出口。

所述荒煤气管道13的内壁衬有内保温层14，内保温层14由耐火砖或耐火浇注料组成；荒煤气管道的外壁设保温层15。

所述除尘装置3采用旋风式除尘器或布袋式除尘器。

所述换热器4的下部设冷凝液排出口。

所述终冷塔6内设断塔盘，将终冷塔6分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上设上部冷却水循环泵10及低温水换热器11；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上设下部冷却水循环泵8及循环水换热器9；下部塔体内的冷却水经下部冷却水循环泵8增压后通过循环水换热器9冷却，然后返回下部塔体；上部塔体内的冷却水经上部冷却水循环泵10增压后通过低温水换热器11冷却，与补充冷却水混合后返回上部塔体；还原性气体自下部塔体进入，自终冷塔6顶部排出；上部塔体内还原性气体降温产生的冷凝液汇集在断塔盘上，通过累积溢流进入下部塔体。

所述废热锅炉2的底部设排污口连接排污管道，排污管道上设阀门12。

本实用新型所述一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统的工艺过程如下：

1)焦炉炭化室顶部逸出的荒煤气经收集后进入荒煤气管道13；

2)经荒煤气管道13输送后温度为550℃～900℃的荒煤气进入重整炉1上部，重整炉1顶部引入纯氧气，在重整炉1内纯氧气与荒煤气发生不完全氧化反应，在1150～1300℃、压力值为-20kpag～0kpag的负压条件下，荒煤气中的甲烷、粗苯、焦油转化为还原性气体；同时向重整炉1内连续或间歇通入二氧化碳，二氧化碳与焦油中的多芳环大分子不充分氧化后形成炭黑并进一步发生碳熔反应生成一氧化碳；

3)重整炉1内生成的还原性气体进入废热锅炉2的管程，经过预热后的锅炉上水进入废热锅炉2的壳程，废热锅炉2内还原性气体与锅炉上水换热后生成0.8～8Mpag的饱和蒸汽，从废热锅炉2送出；

4)经废热锅炉2进行余热回收后的还原性气体温度为160℃～280℃，经除尘装置3去除粉尘，进入换热器4的壳程对锅炉上水进行预热，温度降至60～80℃；

5)除尘装置3排出的还原性气体通过增压装置5增压后进入终冷塔6降温；

6)经终冷塔6降温的还原性气体进入脱硫装置7，从还原性气体中分离出硫化氢气体，脱硫后的还原性气体包括氢气和一氧化碳，送往后续工段。

所述纯氧气自重整炉1的顶部通入，二氧化碳气体自重整炉1的烧嘴外围通入。

所述换热器4中产生的冷凝液与终冷塔6中产生的冷凝液汇合后进入污水处理系统。

所述脱硫装置7采用PDS脱硫、真空碳酸盐脱硫、醇胺法脱硫或低温甲醇洗脱硫。

本实用新型所述一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，由重整炉1、废热锅炉2、除尘装置3、换热器4、增压装置5、终冷塔6、脱硫装置7等设备组成。

重整炉1设有纯氧气入口、二氧化碳入口、荒煤气入口以及还原性气体出口。其中，荒煤气入口连接荒煤气管道13，荒煤气管道13的另一端连接焦炉各炭化室的上升管；从焦炉炭化室逸出的荒煤气通过上升管进入荒煤气管道13，然后送往重整炉1。纯氧气入口连接纯氧气管道，二氧化碳入口连接二氧化碳管道。

废热锅炉2的顶部设饱和蒸汽出口(壳程出口)，下部设还原性气体入口(管程入口)、还原性气体出口(管程出口)、锅炉上水入口(壳程入口)，底部设排污口。重整炉1下部的还原性气体出口与废热锅炉2的还原性气体入口相连，废热锅炉2顶部的饱和蒸汽出口与饱和蒸汽管道相连，废热锅炉2底部的排污口与排污管道相连，排污管道上设阀门12。

除尘装置3设还原性气体入口、还原性气体出口以及除尘灰排出口。废热锅炉2的还原性气体出口与除尘装置3的还原性气体入口相连。

换热器4设还原性气体入口(壳程入口)、还原性气体出口(壳程出口)、冷凝液出口、锅炉上水入口(管程入口)以及锅炉上水出口(管程出口)。除尘装置3的还原性气体出口与换热器4的还原性气体入口相连，换热器4的锅炉上水入口与锅炉上水管道相连，换热器4的锅炉上水出口与废热锅炉2的锅炉上水入口相连，冷凝液出口与污水管道相连。

增压装置5设还原性气体入口和还原性气体出口，还原性气体入口与换热器4的还原性气体出口相连。

终冷塔6的下部塔体设有还原性气体入口、下部冷却水出口、下部冷却水入口，上部塔体设有冷却水出口、上部冷却水入口，顶部设还原性气体出口，底部设冷凝液出口。增压装置5的还原性气体出口与终冷塔6的还原性气体入口相连，终冷塔6底部的冷凝液出口连接污水管道；终冷塔6的下部冷却水出口与下部冷却水循环泵8的入口相连，下部冷却水循环泵8的出口与循环水换热器9的冷却水入口相连，循环水换热器9的冷却水出口与下部冷却水入口相连。终冷塔6的上部冷却水出口与上部冷却水循环泵10的入口相连，上部冷却水循环泵10的出口与低温水换热器11的冷却水入口相连，低温水换热器11的冷却水出口连接上部冷却水入口，且该段连接管道上设补充冷却水入口连接补充冷却水管道。

脱硫装置7设还原性气体入口、还原性气体出口以及硫化氢气体出口。脱硫装置7的还原性气体入口与终冷塔6的还原性气体出口相连，硫化氢气体出口与硫化氢管道相连，脱硫装置7的还原性气体出口与还原性气体出口管道相连。

所述荒煤气管道13的内壁衬耐火砖或耐火浇注料作为内保温层14，降低散热的同时避免荒煤气管道13因温度过高而损坏，荒煤气管道13的外壁包裹保温材料作为外保温层15，以减少荒煤气输送过程中的热量损失。

所述重整炉1的顶部通入纯氧气作为助燃气体，烧嘴周边通入一定量的二氧化碳气体，二氧化碳与焦油不完全氧化产生的炭黑发生碳熔反应，防止炭黑淤积。

所述除尘装置3优选旋风式除尘器或布袋式除尘器，但不仅限于此。

所述的增压装置5为风机或压缩机。

所述终冷塔6的中部设置断塔盘，将塔体分隔为上部塔体和下部塔体。下部塔体内的冷却水经下部冷却水循环泵8增压后通过循环水换热器9冷却，然后返回下部塔体内。上部塔体内的冷却水经上部冷却水循环泵10增压后通过低温水换热器11冷却，然后与补充冷却水混合后返回上部塔体内。上部塔体内，还原性气体降温产生的冷凝液汇集在断塔盘上，然后通过累积溢流进入下部塔体内。

所述脱硫装置7可以采用常规的脱硫方法，如PDS脱硫、真空碳酸盐脱硫、醇胺法脱硫或低温甲醇洗脱硫等，但是不限于以上方法。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，包括重整炉、废热锅炉、除尘装置、换热器、增压装置、终冷塔、脱硫装置；所述重整炉的上部设荒煤气入口连接荒煤气管道，重整炉的顶部设气体入口管，气体入口管上设纯氧气入口及二氧化碳入口；重整炉的下部设还原性气体出口连接废热锅炉的管程入口，废热锅炉的管程出口连接除尘装置上部的气体入口，除尘装置下部的气体出口连接换热器的壳程入口；换热器的管程入口连接锅炉上水管道，换热器的管程出口连接废热锅炉的壳程入口，废热锅炉的壳程出口连接饱和蒸汽管道；所述终冷塔内设断塔盘，将终冷塔分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设上部冷却水循环泵、低温水换热器及补充冷却水入口；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上沿冷却水流动方向依次设有下部冷却水循环泵及循环水换热器；下部塔体还设有还原性气体入口，换热器的壳程出口通过增压装置连接下部塔体的还原性气体入口；终冷塔的顶部设还原性气体出口连接脱硫装置，脱硫装置设硫化氢气体出口及还原性气体出口。

2.根据权利要求1所述的一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，所述荒煤气管道的内壁衬有内保温层，内保温层由耐火砖或耐火浇注料组成；荒煤气管道的外壁设保温层。

3.根据权利要求1所述的一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，所述除尘装置采用旋风式除尘器或布袋式除尘器。

4.根据权利要求1所述的一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，所述换热器的下部设冷凝液排出口。

5.根据权利要求1所述的一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，所述终冷塔内设断塔盘，将终冷塔分隔为上部塔体和下部塔体；上部塔体外设上部冷却水循环管道，上部冷却水循环管道上设上部冷却水循环泵及低温水换热器；下部塔体外设下部冷却水循环管道，下部冷却水循环管道上设下部冷却水循环泵及循环水换热器；下部塔体内的冷却水经下部冷却水循环泵增压后通过循环水换热器冷却，然后返回下部塔体；上部塔体内的冷却水经上部冷却水循环泵增压后通过低温水换热器冷却，与补充冷却水混合后返回上部塔体；还原性气体自下部塔体进入，自终冷塔顶部排出；上部塔体内还原性气体降温产生的冷凝液汇集在断塔盘上，通过累积溢流进入下部塔体。

6.根据权利要求1所述的一种高温荒煤气非催化部分氧化直接重整系统，其特征在于，所述废热锅炉的底部设排污口连接排污管道，排污管道上设阀门。

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