专利名称：一种碎煤加压气化生产合成气的方法
技术领域：
本发明涉及一种含碳物质的气化及气体的处理，特别是涉及一种利用固定床进行碎煤加压气化生产低甲烷含量、低污染物及有效气成份含量高的合成气的生产方法。
背景技术：
固定床煤气化技术以5～50mm碎煤为原料，因其入炉煤处理费用低、热效率高以及成熟度高而被广泛应用于氨、醇及工业和民用燃气的生产。随着规模的扩大和技术的进步，先后发展了多种相关工艺，如Mond，Power Gas，Tully，Viag，GI，W-G，UGI等，尤其GSP及Lurgi加压技术出现后，使其规模能力、煤种适应性、热效率及环保指标等得到了进一步的提高。以Lurgi为代表的加压气化技术成为固定床发展的趋势，并主要应用于工业及民用燃气、合成天然气、IGCC发电、煤基合成油及氨醇合成气的生产。
由于加压固定床气化的固有特性，使其所产生的粗煤气中含有较高的CH4成份，并带有较多的煤粉以及大量的煤干馏产物(焦油、中油、轻油、酚、脂肪酸等)。同时由于固定床气化的水蒸汽分解率低(30％～36％)使气体中含有大量的未分解水蒸汽，导致在合成气生产过程中形成大量的煤气水，且水中含有复杂的焦油、粉尘和酚等污染物，使煤气水的处理费用及投资大大提高，不仅难以循环回用，而且危及操作和管理人员的身心键康。尽管煤气中富含CH4对热效率提高、O2耗降低及燃气热值提高有利，但对合成气生产需额外增加分离和转化工序，不仅增加了系统投资，而且需要额外增加转化用的蒸汽消耗；不仅使粗煤气中大量未反应的蒸汽冷凝液形成煤气水，不能有效利用，而且在后续的甲烷转化过程中需额外加入转化蒸汽，使合成气生产总体上复杂化、低效化。
尽管国际上为此相继发展了BGL、Ruhr100、KGN、IFE及IGI两段气化工艺来适应合成气的生产，但其煤气成份中CH4含量仍然偏高(KGN达4.0％，BLG达7.1％)，且CmHn高达0.8％以上，粉尘含量仍无明显好转，油(焦油、中油及石脑油)尘比仍在0.2～0.8，未能从根本上解决利用固定床煤气化技术生产合成气的诸如高尘含量、煤气水处理及富CH4高效转化的问题。
发明内容
本发明的目的旨在保持加压固定床煤气化入炉煤处理费用低、热效率高、可处理高灰、高灰熔点、高硫及低活性劣质煤的优势下，通过对加压固定床粗煤气在高温状态下直接进行低氧耗、充分利用未反应水蒸汽的自热式纯氧或富氧非催化部分转化，一次解决夹带粉尘的二次反应、焦油等高碳及复杂化合物的裂解、CH4等低碳有机物的蒸汽转化，达到洁净气体、简化后续处理流程，节约投资及运行费用的目标，提供一种能适应大规模碎煤加压气化高效生产合成气的方法。
本发明碎煤加压气化生产合成气的方法，是一种在固定床气化炉中加压碎煤气化和在转化器中进行粗煤气自热式非催化部分转化方法的耦合。
其中，固定床气化炉中加压碎煤气化和在转化器中进行粗煤气自热式非催化部分转化之间设置有旋风除尘器除尘；其转化器进行粗煤气自热式非催化部分转化，可以采用纯氧或富氧作为转化介质；其在转化器中进行粗煤气自热式非催化部分转化的转化器烧嘴能够适应转化器烧嘴粗煤气入口的高温、含尘及高杂质工况，以实现固定床出口粗煤气的不降温直接转化；其固定床气化炉加压碎煤气化方法可以采用固态或液态排渣方式或采用蒸汽/纯氧或富氧或二氧化碳/蒸汽/纯氧或富氧为气化剂生产粗煤气。
上述用于碎煤加压气化生产合成气的方法，其装置包括一台固定床气化炉，一台旋风除尘器，一台带有至少一个氧气入口的转化器烧嘴的转化器，一台文丘里冷却洗涤器，一台煤气水循环泵，一台冷却洗涤塔以及一套煤粉排出系统设备及灰锁。
本发明碎煤加压气化生产合成气的方法，其固定床加压碎煤气化和粗煤气自热式纯氧/富氧非催化部分转化方法的组合(耦合)，固定床煤气化炉与冷却洗涤器间依次连通有除尘器及转化器，对固定床粗煤气进行一次性转化。
本发明用于一种煤气化生产合成气的方法，是原料煤经固定床气化炉生成的煤气首先在旋风除尘器除去粉尘，然后经转化器烧嘴进入转化器，转化后的煤气依次进入冷却洗涤器增湿和煤气冷却洗涤塔进行冷却洗涤除尘，之后煤气送入下一工序。
本发明适应且更适用于加压条件下，使用褐煤、烟煤、瘦煤、贫瘦煤及无烟煤为原料、采用固态及液态排渣氧(富氧)为气化剂的合成气的生产。
本发明采用上述一种煤气化生产合成气的方法，特点之一是引入了高效旋风除尘器，使进入转化器烧嘴的煤尘量及粒度不超标，防止堵塞及减少磨损。此设备突出特点是通过优化操作参数及结构设计，满足高温高压条件下的高效率除尘，由于内衬有隔热耐磨衬里且外部与进出口管道一并进行水夹套保护设计，满足了结构安全性要求，同时避免了高温气体的冷凝及焦油等污染物的折出，能够保持良好的可操作性。
特点之二是核心设备转化器配备了适应高尘、高温、高压条件下工作的安全、可靠和高效的烧嘴；能够满足不同气化剂进料(水蒸汽/纯氧或富氧、水蒸汽+二氧化碳/纯氧或富氧)、不同负荷条件下的长周期运行。其突出特点是一个带夹套保护、内衬具有新型耐磨及隔热(利用一种新型抗侵蚀、防剥离及防硅转移衬里材料)的空塔反应器，能够适应转化反应二次燃烧、防堵塞、抗磨耐热的要求。
特点之三是利用高效转化气冷却洗涤器，通过高效文丘里洗涤对转化气进行饱和降温及对煤气中的二次反应后的粉尘进行初步表面湿润；再经过洗涤塔底部的强化粉尘增湿，对粉尘进行洗涤，最后在上部塔板区对超细粉及可溶性污染物进行洗涤，以达到煤气中含尘＜5mg/Nm3，水蒸汽含量达到后续工艺(变换)要求，通过该工艺的组合以达到煤气水的系统平衡。
特点之四是该组合工艺通过与整个合成气处理系统(变换、冷却、脱硫、脱碳、精制)进行优化耦合，将进一步提高其投资效益及节能降耗水平。
综上所述本发明生产合成气方法的优点与积极效果在于煤种适应性较强(尤其高灰、高灰熔点、高硫、高水份、低活性)；入炉煤处理费用低；热效率高；投资少；成熟度高及规模大的优势；可将固定床加压气化煤气中的甲烷含量高效地转化到0.3％以下；提高蒸汽分解率，大幅度减少了煤气水的处理量；通过纯氧转化器，在甲烷转化的同时将粗煤气中干馏的生成物(焦油、中油、石脑油、酚、醇、氨、氰、吡啶等)一并裂解和转化，使煤气洁净化，洗涤冷却过程中形成的煤气水中污染物简单化和微量化，大大降低了煤气水处理中焦油类分离、油和石脑油分离、酚及氨回收及生化处理的投资和运行费用；与固定床气化排渣组合可实施废水的零排放；转化过程中可将粗煤气夹带的粉尘(粉煤)进行燃烧和气化，提高煤的利用率，减少气体除尘负荷；采用转化煤气激冷、饱和和湿润、洗涤冷却，可使煤气的处理高效化，达到后续煤气成份调整和净化工序的要求；配套的高温旋风除尘器可保证系统的可靠、稳定的长周期运行；
由于此组合方法已在高温条件下利用粗煤气中的水蒸气进行了自热式非催化部分转化，使低CH4含量(8～9％)高效转化成为现实，避免了气体降温CH4分离后，再补入水蒸汽的转化过程，节约了投资和减少了大量的水蒸气消耗；该组合方法可按不同的要求采用废锅代替文丘里激冷流程，有足够的配置灵活性。
图1是本发明的工艺流程示意中1入炉煤 2炉渣 3固定床出口粗煤气 4旋风除尘器入口 5旋风除尘器出口气体 6煤尘 7转化器烧嘴粗煤气入口 8氧气 9转化气 10文丘里洗涤气 11冷却洗涤塔出口粗煤气 12热冷凝液 13循环煤气水 14含尘煤气水 15煤锁 16固定床气化炉 17渣锁 18旋风除尘器 19灰锁 20转化器烧嘴 21转化器 22文丘里冷却洗涤器 23煤气水循环泵 24冷却洗涤塔具体实施方式
本发明的方法可以在如下装置中实现。
这种装置的基本特征是包括一台加压固定床碎煤气化炉16，一台耐温、耐压和抗磨的高效旋风除尘器18，一台带有至少一个氧气入口转化器烧嘴20的转化器21以及一套粗煤气冷却洗涤系统22、23、24。
根据附图的如下描述将会更详细地了解本发明的特征原料煤1经煤锁15进入加压固定床气化炉16，与气化剂反应后生成的粗煤气由气化炉顶部出口3导出；经入口4进入旋风除尘器18除去粉尘后由顶部出口5输出；初步除尘的煤气再经入口7进入转化器烧嘴20与氧气8混合后直接在转化器21中进行转化；转化后的煤气9依次进入文丘里高效冷却洗涤器22增湿和煤气冷却洗涤塔24利用未处理煤气水循环系统23、处理后煤气水13、14及热冷凝液12进行冷却洗涤除尘，之后煤气11送入下一工序。经旋风除尘器18分离出的煤尘6经灰锁19排出系统，炉渣2经渣锁17排出系统。
旋风除尘器18布置在固定床气化炉16及转化器21中间，减少转化烧嘴20的磨损和堵塞；带冷却的双通道转化器烧嘴20确保转化率及适应含尘煤气条件下的长周期运行；特殊结构冷却洗涤塔(24)确保了煤气的高效冷却洗涤；高温设备旋风除尘器18、转化器21及其管道的新型衬里材料和结构确保了高温、高压下设备的安全、节能和投资节约。
用下面实例进一步说明本发明采用多台加压固定床煤气化生产合成氨(30万t/a规模)固定床煤气化炉出口气体成份及参数压力3.0MPa，温度617℃，气量104683Nm3/h(干)，其中H2O 56905kg/h，占总体积40％。
干气成份CO227.28％，CO23.23％，H2S0.08％，H239.08％，CH47.93％，C2H40.03％，C2H60.44％，N21.31％，Ar0.62％。
杂质含量1802kg/h，其中NH3516kg/h，CL20kg/h，脂肪酸35kg/h，单酚18kg/h，复酚8kg/h，石脑油68kg/h，油211kg/h，焦油358kg/h，灰尘568kg/h。
若采用传统的方法经粗煤气洗涤冷却后，气体中含H2O48553kg/h，杂质量高达895kg/h，其中NH3491kg/h，脂肪酸3kg/h，单酚18kg/h，石脑油68kg/h，油211kg/h，灰尘104kg/h。
气化含尘煤气水处理量约47t/h，其中杂质量HCN1.2kg/h，脂肪酸4.7kg/h，单酚3kg/h，复酚13kg/h，有机物4.19kg/h，焦油418kg/h，CL35kg/h，灰尘464kg/h
煤气水处理系统需配套2套焦油除尘系统、一套油分离系统、二套煤气水过滤及再生系统、一套酚回收及氨回收系统以及一套生化处理系统。且外排水量高达41t/h。
粗煤气加工精制过程由于气体中杂质含量高达895kg/h，变换冷却及脱硫脱碳需配套大量的气体洗涤及杂质分离设备，而且需配套昂贵的甲烷分离及转化工序，仅燃料气消耗就达40GCal/h。
采用本发明的方法后，送出后工序的冷却转化气约125326Nm3/h(干)H2O58376kg/h杂质含量尘1.25kg/h，NH310.81kg/h HCN约1.8kg/h CL约40kg/h。煤气水中不含脂肪酸、酚、石脑油、中油及焦油等复杂化合物，经简单处理即可达标排放或循环回用。
干气体成份为CO221.74％ CO29.01％ H2S0.07％ H246.48％ CH40.3％ N21.87％ Ar0.51％ NH30.01％ HCL0.01％无须增设昂贵的甲烷转化(一段、二段)及复杂的煤气水处理单元，节约投资可达数亿元；外排水减少；吨氨耗氧仅为610Nm3；仅节约燃气一项节能可达0.96GCal/t-NH3，吨氨节汽614kg。
权利要求
1.一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其特征是在固定床气化炉(16)中加压碎煤气化和在转化器(21)中进行粗煤气自热式非催化部分转化方法的耦合。
2.如权利要求1所述的一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其特征是在固定床气化炉(16)中加压碎煤气化和在转化器(21)中进行粗煤气自热式非催化部分转化之间设置有旋风除尘器(18)除尘。
3.如权利要求1所述的一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其特征是转化器(21)中进行粗煤气自热式非催化部分转化，可以采用纯氧或富氧作为转化介质。
4.如权利要求1所述的一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其特征是在转化器(21)中进行粗煤气自热式非催化部分转化的转化器烧嘴(20)能够适应转化器烧嘴粗煤气入口(7)的高温、含尘及高杂质工况，以实现固定床出口粗煤气(3)的不降温直接转化。
5.如权利要求1所述的一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其特征是固定床气化炉(16)中加压碎煤气化，可以采用固态或液态排渣方式或采用蒸汽/纯氧或富氧或二氧化碳/蒸汽/纯氧或富氧为气化剂生产粗煤气。
全文摘要
本发明公开了一种碎煤加压气化生产合成气的方法，其方法是利用固定床进行碎煤加压气化生产粗煤气，进而通过自热式纯氧(富氧)非催化部分转化对粗煤气直接进行高温处理的方法来生产合成气，解决了固定床碎煤加压气化方法存在的有效气(CO+H
文档编号C10J3/02GK1888028SQ200610012940
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月12日 优先权日2006年7月12日
发明者武晋强, 台念强, 赵正权, 陈赵锁, 李双志 申请人:太原海力丰科技发展有限公司