煤气化闪蒸装置及煤气化闪蒸工艺的制作方法

本发明涉及煤化工技术领域，具体而言，涉及煤气化闪蒸装置及煤气化闪蒸工艺。

背景技术：

目前，煤气化市场上半废锅流程及全废锅流程相当活跃，但是并不是所有煤都适合于废锅或半废锅气化流程，废锅或半废锅流程对煤的要求是相当苛刻的，一旦控制不到位，废锅就会堵渣，严重时会将整个换热通道堵塞。因此，废锅对气化用煤及操作要求之高，严重影响装置安、满、优、长周期运行。

废锅存在上述问题却依然被选择使用，主要是由于废锅可以有效地回收气化后合成气与熔渣的显热。此外，有些工艺选择半废锅主要取决于下游产品，将水蒸气作为下游变换装置的原料使用，但是由于水蒸气温度降低过大，后续工序需要补入大量水蒸气。

此外，无论哪种气化技术产生细灰都需要进一步处理，目前采用的传统过滤设施，滤饼(细灰)中水分较高，大部分用户将产生的滤饼通过渣车运输到当地制定的渣场填埋，处理成本相当昂贵，运输难度很大。因滤饼在运输中水会析出，容易造成路面污染，同时滤饼中有未完全燃烧的残碳，填埋相当浪费，又因残碳高无法用到建筑、运输路、陶瓷及特殊土壤改善剂等。因此，需要对滤饼进行二次脱水或直接深度脱水，但无论哪种深度脱水都需要外补能量(热能和电能)。

鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤气化闪蒸装置及煤气化闪蒸工艺，旨在防止黑水闪蒸换热设备发生堵塞，提高了气化系统运行的安全性、稳定性和经济性，同时将气化后合成气与熔渣的显热经激冷水激冷后在闪蒸系统回收充分利用。

本发明是这样实现的：

本发明提出了一种煤气化闪蒸装置，包括用于对气化黑水进行闪蒸的闪蒸罐、用于气液接触热交换的增湿塔和用于气液非接触热交换的闪蒸热交换器，闪蒸罐包括用于对气化黑水进行高中压闪蒸的第一闪蒸罐和用于进行低压闪蒸的第二闪蒸罐，第一闪蒸罐的底部出口与第二闪蒸罐的进料口连通；闪蒸热交换器包括用于盛放循环液的换热壳体和位于换热壳体内用于流通气体的换热管路，第一闪蒸罐的气体出口与增湿塔的气体入口连通，增湿塔的气体出口和第二闪蒸罐的气体出口与闪蒸热交换器的换热管路的进气口连通，换热壳体的液体出口与给水泵相连。在本发明较佳的实施例中，闪蒸热交换器内的换热管路设置有顶部气体出口；闪蒸热交换器内的换热壳体为储槽式，底部设置液体出口，换热壳体的底部液体出口和增湿塔的底部出液口均通过循环水泵与合成气洗涤系统连通；

优选地，换热壳体的液体出口通过给水泵与增湿塔连通。

在本发明较佳的实施例中，换热管路在换热壳体的顶部和底部之间呈往复弯折状，并从换热壳体的一端侧壁延伸至相对的另一端侧壁，换热管路每个底部弯折点处均设置底部出口，且每个底部出口均作为定期排污口；闪蒸热交换器壳体通过循环水泵与合成气洗涤系统连通。

在本发明较佳的实施例中，还包括澄清槽和滤饼深度脱水机，闪蒸罐还包括用于对气化黑水进行常压闪蒸的第三闪蒸罐，第三闪蒸罐的进液口与第二闪蒸罐的底部出口连通，第三闪蒸罐的底部出口通过闪蒸泵与澄清槽连通，澄清槽的底部出料口通过给料泵或重力流与滤饼深度脱水机的进料口连通。在本发明较佳的实施例中，还包括用于为滤饼深度脱水机提供加热用水的热水箱，换热管路的顶部气体出口、第三闪蒸罐的顶部出口和澄清槽的顶部出口均与热水箱的热源进口连通，以为热水箱提供加热水的热源。

在本发明较佳的实施例中，还包括循环水罐，滤饼深度脱水机的液体出口与循环水罐连通，循环水罐的顶部气体出口与热水箱的热源进口连通，循环水罐的出液口通过循环水泵与换热壳体上的进液口连通。

在本发明较佳的实施例中，还包括第一冷却器和第一气液分离器，热水箱内设置有加热管路，加热管路的进口为热水箱的热源进口，加热管路的出口与第一冷却器的待冷却料进口连通，第一冷却器的冷却料出口与第一气液分离器的进料口连通，第一气液分离器的底部液体出口与循环水罐连通；

优选地，还包括酸性气气液分离器，第一气液分离器的顶部气体出口通过酸性气风机与酸性气气液分离器的进料口连通，酸性气气液分离器的底部液体出口与循环水罐连通；酸性气气液分离器的上部气体出口通过酸性气压缩机送至下游装置。

在本发明较佳的实施例中，还包括第二冷却器和第二气液分离器，滤饼深度脱水机的气体出口与第二冷却器的待冷却料进口连通，第二冷却器的冷却料出口与第二气液分离器的进料口连通，第二气液分离器的底部液体出口与循环水罐连通；第二气液分离器的顶部气体出口通过真空泵排放。

本发明还提出一种煤气化闪蒸工艺，其应用上述煤气化闪蒸装置，将气化黑水依次进行高中压闪蒸和低压闪蒸，将高中压闪蒸之后的闪蒸汽与循环水在增湿塔中进行接触换热之后产生混合液和不凝混合气，将不凝混合气与低压闪蒸之后产生的低压闪蒸汽均通入闪蒸热交换器与循环水进行非接触热交换。

在本发明较佳的实施例中，闪蒸热交换器中换热壳体内通入循环水的温度为85-100℃；高中压闪蒸的操作压力为0.4-0.7mpa，低压闪蒸的操作压力为0.2-0.4mpa。

本发明具有以下有益效果：本发明通过第一闪蒸罐和第二闪蒸罐分别进行高中压闪蒸和低压闪蒸，将第一闪蒸罐输出的闪蒸汽经过增湿塔换热之后与第二闪蒸罐输出的闪蒸汽一同进入闪蒸热交换器换热，在闪蒸热交换器中气体走换热管路，循环水在换热壳体中，换热壳体中的循环水通过给水泵输出。本发明通过将闪蒸汽和循环水不接触换热，避免了酸性气体溶解到循环水中，循环水加热之后溶解物因温度升温而解析出来后不会集聚堵塞输送通道，而是直接由给水泵输出。由于闪蒸热交换器不容易堵塞，延长了设备的使用周期，降低了设备运行成本。

需要补充的是，在本发明优选的实施例中还通过能量的循环利用，配合滤饼脱水设备的选择，闪蒸最后一级为常压，滤饼脱水干化进料温度高，便于脱水，且在能量综合利用下，能够在不补充热源的条件下使滤饼得到深度脱水；同时闪蒸最后一级为常压，确保处理后再利用的循环水水温高，提高了系统再利用水的水温，洗涤水温越高，下游变换装置补入蒸汽量越少，进一步降低装置综合能耗，达到或超越气化废锅流程能量利用，同时将滤饼中含水降低到至25％以下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的煤气化闪蒸装置的结构示意图。

图标：100-煤气化闪蒸装置；110-闪蒸罐；111-第一闪蒸罐；112-第二闪蒸罐；113-第三闪蒸罐；120-增湿塔；130-闪蒸热交换器；131-换热壳体；132-换热管路；140-澄清槽；150-热水箱；151-加热管路；160-滤饼深度脱水机；170-循环水罐；181-第一冷却器；182-第一气液分离器；183-酸性气气液分离器；184-酸性气风机；191-第二冷却器；192-第二气液分离器；001-增湿塔给水泵；002-循环水泵；003-闪蒸泵；004-给料泵；005-酸性气压缩机；006-循环水泵；007-滤液回收地下槽；008-滤液泵；009-真空泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提出了一种煤气化闪蒸装置100，其通过将气化黑水进行闪蒸，将闪蒸汽进行降温之后用于为滤饼深度脱水机160的热水箱150提供热源，实现能量的综合利用，在不补入蒸汽的条件下可以实现滤饼的深度脱水。

用于对气化黑水进行闪蒸的闪蒸罐110包括用于对气化黑水进行高中压闪蒸的第一闪蒸罐111、用于进行低压闪蒸的第二闪蒸罐112和用于对气化黑水进行常压闪蒸的第三闪蒸罐113。第一闪蒸罐111的底部出口与第二闪蒸罐112的进料口连通，第三闪蒸罐113的进液口与第二闪蒸罐112的底部出口连通。具体地，高中压闪蒸的操作压力为0.4-0.7mpa，低压闪蒸的操作压力为0.2-0.4mpa。

具体地，第一闪蒸罐111、第二闪蒸罐112和第三闪蒸罐113的具体结构和操作原理可以参照现有技术。

需要补充的是，现有技术中一般不采用常压闪蒸的第三闪蒸罐113，而是采用真空闪蒸的方式，即进行高中压闪蒸、低压闪蒸和真空闪蒸。因此，传统的操作方式需要真空泵将第三闪蒸罐113进行不断抽真空，并且蒸汽的温度也会较低。而本发明采用常压闪蒸的方式，蒸汽的温度很高，配合滤饼深度脱水机160，利用高中压、低压换热后闪蒸气与常压闪蒸气为热水箱150提供热源，加热热水箱150中的水，然后将大约90℃的热水输送至滤饼深度脱水机160对滤饼进行加热，可以无需补充蒸汽。

进一步地，煤气化闪蒸装置100包括用于气液接触热交换的增湿塔120、用于气液非接触热交换的闪蒸热交换器130，闪蒸热交换器130包括用于盛放循环液的换热壳体131和位于换热壳体131内用于流通气体的换热管路132，第一闪蒸罐111的气体出口与增湿塔120的气体入口连通，增湿塔120的气体出口和第二闪蒸罐112的气体出口与闪蒸热交换器130的换热管路132的进气口连通，换热壳体131的液体出口通过增湿塔给水泵001与增湿塔120连通。

需要说明的是，在闪蒸热交换器130中气体走换热管路132，循环水在换热壳体131中，换热壳体131中的循环水通过增湿塔给水泵001输送至增湿塔120用于与闪蒸汽换热。闪蒸热交换器130兼容低压循环水中间储槽作用，通过将闪蒸汽和循环水不接触换热，避免了酸性气体溶解到循环水中，循环水加热之后溶解物因温度升温而解析出来后不会集聚堵塞输送通道，而是直接由增湿塔给水泵001送至增湿塔120中。由于闪蒸热交换器130不容易堵塞，延长了设备的使用周期，降低了设备运行成本。

在本发明较佳的实施例中，闪蒸热交换器130内的换热管路132设置有顶部气体出口，闪蒸热交换器130内的换热壳体为储槽式，换热壳体131的底部设置液体出口，换热壳体131的底部液体出口和增湿塔120的底部出液口均通过循环水泵002与合成气洗涤系统连通；发明人发现，采用增湿塔120输出的液体用于合成气洗涤，洗涤水的温度高，提高合成气洗涤系统出口水蒸气含量，降低下游变换装置能耗。需要补充的是：蒸汽作为变换反应的反应物之一，若洗涤水温低，合成气出洗涤系统的温低，带出去的饱和水自然低，变换工段需要增补蒸汽确保反应。

在本发明较佳的实施例中，换热管路132在换热壳体131的顶部和底部之间呈来回往复弯折状，并从换热壳体131的一端侧壁延伸至相对的另一端侧壁，换热管路132每个底部弯折点处均设置底部出口，且每个底部出口均作为定期排放口，换热管路132每个底部弯折点处都设置排污阀组，定期排污，同时设置排污管组的高压冲洗设施，以进一步避免了换热设备的堵塞；闪蒸热交换器壳体通过循环水泵002与合成气洗涤系统连通。

在本发明较佳的实施例中，还包括澄清槽140，第三闪蒸罐113的底部出口通过闪蒸泵与澄清槽140连通，澄清槽140的底部出料口输出的泥浆通过给料泵004与滤饼深度脱水机160的进料口连通。第三闪蒸罐113的底部通过闪蒸泵003或重力流输送至澄清槽140，在澄清槽140的底部得到的含水物料通过给料泵004输送至滤饼深度脱水机160。

需要说明的是，通过给料泵004的出口压力进行传统的板框过滤后，在滤饼深度脱水机160中通过滤饼两侧镶嵌的金属板(金属板背面设置大量支撑柱，加强金属板的强度，支撑柱之间的缝隙为加热水的通道)对滤饼进行保温、加热，启动真空泵对滤饼腔进行抽负压。因滤饼本身经常压闪蒸后温度在90℃左右，且滤饼腔体属于密闭空间，只需要很小的真空度，即可让滤饼中的水分气化为蒸汽。

进一步地，煤气化闪蒸装置100还包括用于为滤饼深度脱水机160提供加热用水的热水箱150，换热管路132的顶部气体出口、第三闪蒸罐113的顶部出口和澄清槽140的顶部出口均与热水箱150的热源进口连通，以为热水箱150提供加热水的热源。热水箱150中加热之后的热水用于滤饼深度脱水机160抽负压脱水时与环境绝热保护作用，同时对滤饼加热，确保滤饼中水分随压力降低汽化吸收热量。

发明人创造性地将换热管路132、第三闪蒸罐113和澄清槽140中的高温蒸汽进行利用，用于将热水箱150中的水加热至大概90℃，配合滤饼深度脱水机160可以在不额外增加其他热源的条件下完成滤饼的深度脱水。热水箱150配合其他的补水管路进行补水，热水箱150内设置有加热管路151，加热管路151的进口为热水箱150的热源进口，蒸汽走加热管路151。

在本发明较佳的实施例中，还包括循环水罐170，滤饼深度脱水机160的液体出口与循环水罐170连通，循环水罐170的顶部气体出口与热水箱150的热源进口连通，循环水罐170的出液口通过循环水泵006与换热壳体131上的进液口连通。此外，澄清槽140产生的清液流，可以送至循环水罐170回收使用。循环水罐170作用循环用水的存储设备在整个系统中是能量回收利用的关键，滤饼深度脱水机160输出的液体通过滤液回收地下槽007之后通过滤液泵008输送至循环水罐170，这是循环水罐170的主要物料来源。

在一些实施例中，还包括第一冷却器181、第一气液分离器182、酸性气气液分离器183，加热管路151的出口与第一冷却器181的待冷却料进口连通，以利用第一冷却器181将剩余少量的蒸汽冷凝。第一冷却器181的冷却料出口与第一气液分离器182的进料口连通，第一气液分离器182的底部液体出口与循环水罐170连通；第一气液分离器182的顶部气体出口通过酸性气风机184与酸性气气液分离器183的进料口连通，酸性气气液分离器183的底部液体出口与循环水罐170连通(靠重力流至循环水罐170中)，酸性气气液分离器183的顶部气体出口通过酸性气压缩机005输送至下一阶段(硫回收装置或火炬)。

在一些实施例中，还包括第二冷却器191和第二气液分离器192，滤饼深度脱水机160的气体出口与第二冷却器191的待冷却料进口连通，第二冷却器191的冷却料出口与第二气液分离器192的进料口连通，第二气液分离器192的底部液体出口与循环水罐170连通，第二气液分离器192的顶部气体出口通过真空泵009输送至大气，第一冷却器181和第二冷却器191可以共用冷却介质，采用低温有机介质，热低温有机介质用于循环发电。

本发明还提出一种煤气化闪蒸工艺，其应用上述煤气化闪蒸装置100，将气化黑水依次进行高中压闪蒸和低压闪蒸，将高中压闪蒸之后的闪蒸汽与循环水在增湿塔中进行接触换热之后产生混合液和不凝混合气，将不凝混合气与低压闪蒸之后产生的低压闪蒸汽均通入闪蒸热交换器与循环水进行非接触热交换。

具体的工作原理在此不做过多赘述，闪蒸热交换器130中换热壳体131内通入循环水的温度为85-100℃(如常压闪蒸后经澄清槽溢流至循环水罐的水温)；高中压闪蒸的操作压力为0.4-0.7mpa(如0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa)，低压闪蒸的操作压力为0.2-0.4mpa(如0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa)。

该煤气化闪蒸工艺具有以下优点：(1)本发明实施例中的煤气化闪蒸工艺解决了黑水闪蒸换热设备堵塞、酸性气再次溶解的问题，使用周期显著增长；(2)本发明实施例还解决了黑水闪蒸热量回收综合利用，通过将闪蒸汽的能量进行综合利用，可以在不补加其他蒸汽的条件下就能够达到滤饼深度脱水的目的；(3)确保了合成气洗涤系统水温，可以在不补加蒸汽的条件下就能确保变换装置运行；(4)解决了气化滤饼水分高、处理难及资源化利用问题，由此提高了气化系统运行的安全性、稳定性、经济性，确保装置在线运行率，降低了单位产品生产成本。

实施例1

本实施例提供一种煤气化闪蒸工艺，其应用图1中煤气化闪蒸装置100，具体操作参数如下：换热壳体131内通入循环水的温度为90℃，高中压闪蒸的操作压力为0.7mpa，低压闪蒸的操作压力为0.3mpa。

结果显示：经过长达13个月的运行换热设备没有发生堵塞，滤饼深度脱水机160不需要再额外补充蒸汽可以将滤饼的含水量降低至24％，正常工况下，气化合成气洗涤塔出口合成气温度最低达210℃。

综上，本发明通过将气化黑水进行高中压闪蒸和低压闪蒸，将高中压闪蒸输出的闪蒸汽经过增湿塔换热之后与低压闪蒸输出的闪蒸汽一同进入闪蒸热交换器换热，在闪蒸热交换器中气体走换热管路，循环水在换热壳体中，换热壳体中的循环水通过增湿塔给水泵输送至增湿塔用于与闪蒸汽换热。本发明通过将闪蒸汽和循环水不接触换热，避免了酸性气体溶解到循环水中，循环水加热之后溶解物因温度升温而解析出来后不会集聚堵塞输送通道，而是直接由增湿塔给水泵送至增湿塔中。由于闪蒸热交换器不容易堵塞，延长了设备的使用周期，降低了设备运行成本。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。