專利名稱:適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化技術(shù)與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及粗煤氣的轉(zhuǎn)化領(lǐng)域,具體為一種將含有焦油、酚、氨、CH4 等復(fù)雜成分的熱煤氣,通過非催化轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化成CO、 H2、 C02、 H20的適用 于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化的技術(shù)與設(shè)備。
背景技術(shù):
移動(dòng)床純氧熔渣氣化煤氣成分十分復(fù)雜,詳見如下 粗煤氣組成VOl°/。 ' H2 CO C02 CH4 C2+ N2
27~28.656~57.53.3~6 6~80.4~0.6 1 1.5
H2S焦油* 酚* 氨* 水* 煤塵
0.1 1.5 0.05~0.150.01 0.02 0.013 0.02 0.13~0.4 5 8g/Nm3粗煤氣
*為kg/kg (daf)煤
粗煤氣溫度一般在220°C~580°C,高水分褐煤溫度最低,無煙煤溫度 最高。粗煤氣壓力3.0 4.0Mpa。為了制取生產(chǎn)合成氨、甲醇、乙二醇等 化工產(chǎn)品合格的合成氣,必須將氣化爐產(chǎn)出的粗煤氣轉(zhuǎn)化成僅含CO、 H2、 C02、 H2S、 COS、 N2、 H20的煤氣,再經(jīng)變換,脫硫、脫C02凈化后得到 合格的合成氣。
熔渣氣化粗煤氣轉(zhuǎn)化制合成氣有兩種工藝催化轉(zhuǎn)化和非催化轉(zhuǎn)化
(1) 、催化轉(zhuǎn)化工藝要先將煤塵、焦油、酚、氨等分離,并從煤氣冷
凝水中分離與回收這些副產(chǎn)品,然后經(jīng)變換,甲醇洗脫硫、脫co2,'再用
深冷或PSA分離出CH4,最終將甲烷催化轉(zhuǎn)化成CO、 H2、 C02、 H20。若 要制成合格的合成氣,甲垸轉(zhuǎn)化后的轉(zhuǎn)化煤氣,還需變換和脫除co2。這 種工藝過程十分復(fù)雜,能耗高,加上污水處理難度大,雖然能回收一些副 產(chǎn)品焦油、酚、氨等,當(dāng)甲醇、合成氨產(chǎn)品規(guī)模為30~60萬噸/年,原料煤 一般性含油量時(shí),還有可能增加產(chǎn)品成本,不值得回收。
(2) 、非催化轉(zhuǎn)化工藝是將含有CH4、焦油、酚、氨、脂肪酸、煤塵 等的粗煤氣在溫度1300°C~1350°C, 3~4Map下轉(zhuǎn)化為H2、 CO、 C02、 H20。 工藝流程大大簡化,省去了粗煤氣洗滌及廢熱回收(除焦油、塵),焦油/ 水分離,酚、氨回收,CH4分離及其轉(zhuǎn)化氣的變換、脫C02 8套裝置。因
3此投資大大節(jié)省,產(chǎn)品成本顯著降低。
由于粗煤氣在130(TC 135(TC轉(zhuǎn)化,煤氣冷凝水含有害物極微,與氣 流床干粉煤熔渣氣化,德士古水煤漿煤氣化相當(dāng)。因此煤氣冷凝水處理投 資成倍降低,環(huán)保問題也得到好的解決。
雖然含甲烷氣的非催化轉(zhuǎn)化、重油非催化轉(zhuǎn)化制粗煤氣(該煤氣的轉(zhuǎn) 化與何種方法制備沒有必然關(guān)系)已經(jīng)成熟,移動(dòng)床干排灰氣化(國外稱 魯奇氣化)粗煤氣非催化轉(zhuǎn)化也有專利的公示,但由于干排灰粗煤氣中水 蒸汽要占到50~60%,還有大量的焦油和煤塵。若干排灰粗煤氣都采用非 催化轉(zhuǎn)化,移動(dòng)床干排灰氣化與移動(dòng)床熔渣氣化(粗煤氣中含水12 13%) 相比,每立方米有效氣(CO+H2)氧耗增加一倍,煤耗增加50%。由此可 見移動(dòng)床干排灰采用粗煤氣非催化轉(zhuǎn)化是十分不經(jīng)濟(jì),是沒有市場競爭力 的。由于粗煤氣中正常操作生產(chǎn)時(shí),每標(biāo)準(zhǔn)立方米含有焦油一般25 70g, 含煤塵5 8g,煤塵粒徑0~5mm。這種粗煤氣采用非催化轉(zhuǎn)化最大的難題 是焦油和煤塵對燃燒噴嘴的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn),因?yàn)榇置簹膺M(jìn)入轉(zhuǎn)化爐前不 能降溫、洗滌,否則和移動(dòng)床干排灰一樣消耗指標(biāo)成倍提高,從經(jīng)濟(jì)、產(chǎn) 品成本角度是不可行的,至今還找不到一種對同時(shí)含焦油和煤塵的粗煤氣 在高溫下干式除塵的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決移動(dòng)床熔渣氣化粗煤氣用于合成氨、甲醇、乙二醇等產(chǎn) 品,粗煤氣中的焦油、酚、氨、CH4等采用傳統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化回收辦法,造成工 藝流程復(fù)雜,投資大、產(chǎn)品成本高的問題,而提供了一種適用于移動(dòng)床熔渣氣 化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化技術(shù)與設(shè)備。
本發(fā)明是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的, 一種適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非 催化轉(zhuǎn)化設(shè)備,包括與移動(dòng)床熔渣氣化爐,連接的非催化轉(zhuǎn)化爐,非催化轉(zhuǎn)化 爐下設(shè)有煤氣化室和轉(zhuǎn)化氣激冷室,轉(zhuǎn)化氣激冷室后依次連接有文丘里洗滌 器、洗滌塔,在非催化轉(zhuǎn)化爐的上部設(shè)有粗煤氣噴嘴、側(cè)面設(shè)有氧氣噴嘴,粗 煤氣噴嘴周壁設(shè)有帶有冷卻水入口、冷卻水出口的冷卻水套,粗煤氣噴嘴上設(shè) 有蒸汽接口、氮?dú)饨涌?,氧氣噴嘴結(jié)構(gòu)為帶有氧氣入口、氮?dú)馊肟诘难鯕夥植?器,氧氣分布器安設(shè)在轉(zhuǎn)化爐爐頭粗煤氣噴嘴下方的相鄰處,氧氣分布器分為 環(huán)形管,埋在爐頭耐火層內(nèi),管上有若干與水平構(gòu)成15~20°角度的小噴管, 氧氣以一定速度從耐火層的孔噴入爐內(nèi),氧氣分布器外設(shè)有帶有冷卻水入口, 冷卻水出口的冷卻水套,粗煤氣噴嘴還設(shè)有氮?dú)馊肟凇?br>
一種適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化技術(shù),工藝流程是,粗煤氣直接進(jìn)入非催化轉(zhuǎn)化爐頂部的粗煤氣噴嘴與氧氣分布器噴出的純度99.6%,溫 度100°C~200°C,壓力3.2 4.2Mpa氧氣在噴嘴口混合并發(fā)生不完全燃燒反應(yīng), 溫度達(dá)130(TC 135(TC,瞬間將CH4、 C2.3、焦油、酚、脂肪酸轉(zhuǎn)化成H2、 CO、 C02、 H20。在燃燒與轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中產(chǎn)生少量炭黑,其量約占焦油重量的 1% 1.2%,高溫氣體從非催化轉(zhuǎn)化爐下部中心口流出,進(jìn)入下部為轉(zhuǎn)化氣激冷 室的扦入套管,流出的高溫氣體在轉(zhuǎn)化氣激冷室套管內(nèi)層用水處理返回水噴 灑,煤氣溫度驟降至220。C 23(TC,從套筒環(huán)隙返回轉(zhuǎn)化氣激冷室上部煤氣出 口,再進(jìn)入文丘里洗漆器5、洗滌塔7得到轉(zhuǎn)化粗煤氣。在轉(zhuǎn)化氣激冷室內(nèi)一 部分噴灑水蒸發(fā),另一部分排至水處理。大部黑炭在此洗滌除去,其余通過文 丘里洗滌器、洗滌塔除去。煤氣從激冷室上部流出進(jìn)入文丘里洗滌器,洗滌塔 后,達(dá)到該條件的露點(diǎn)溫度,為下游變換裝置提供足夠的水蒸汽。
粗煤氣噴嘴、氧氣噴嘴采用分體式,使之更好適應(yīng)含塵、含焦油粗煤氣轉(zhuǎn) 化,達(dá)到了體積小、制造簡單、壽命長的目的。粗煤氣從轉(zhuǎn)化爐頂高速切線通 過噴嘴進(jìn)入爐內(nèi),小噴管中氧氣高速進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐頂部,在爐頭部位與氧氣充分 混合燃燒,溫度瞬間達(dá)1300 135(TC。粗煤氣中入爐的噴嘴管用水冷卻,粗煤 氣進(jìn)口管上有蒸汽進(jìn)入口,進(jìn)入爐的氧氣分布器用水冷,管上有N2進(jìn)入管口。 氧氣、粗煤氣進(jìn)入管都是耐高溫耐腐蝕材料,粗煤氣進(jìn)入管除耐高溫耐腐蝕外 還要求為耐磨蝕的材料。
粗煤氣經(jīng)本發(fā)明所述的非催化裝置轉(zhuǎn)化后
典型的粗煤氣組成—1%):
H2 CO C02 CH4 N2+Ar H2S
32~37 45~55 9~15 0.08 1~1.5 0.09~0.15
轉(zhuǎn)化氣進(jìn)一步凈化處理后可得合成各種化工產(chǎn)品合格的合成氣。本發(fā)明實(shí) 施后與催化轉(zhuǎn)化工藝比可省去粗煤噴淋洗滌、焦油/水分離的回收、氨回收、 甲烷分離與壓縮、甲烷轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化氣變換、轉(zhuǎn)化氣脫C02 8套有關(guān)的裝置或設(shè)
施,可減少工藝裝置投資的20% 25%以上,產(chǎn)品成本降10%~15%。
圖1為本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)化工藝流程簡圖
圖2為轉(zhuǎn)化爐粗煤氣分體式燃燒噴嘴示意圖
圖中1移動(dòng)床熔渣氣化爐、2非催化轉(zhuǎn)化爐、3轉(zhuǎn)化氣激冷室、4粗煤 氣噴嘴、5氧氣噴嘴、6文丘里洗滌器、7洗滌塔、8循環(huán)水泵、9粗煤氣入口、 10氮?dú)馊肟凇?ll蒸汽接口、 12冷卻水入口、 13冷卻水出口、 14氧氣入口、15氮?dú)馊肟凇?16冷卻水入口、 17冷卻水出口、 18小噴管、19氧氣分布器
具體實(shí)施例方式
如圖1所示意, 一種適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化設(shè)備,包括 與移動(dòng)床熔渣氣化爐l,連接的非催化轉(zhuǎn)化爐2,非催化轉(zhuǎn)化爐2下設(shè)有煤氣 化室和轉(zhuǎn)化氣激冷室3,轉(zhuǎn)化氣激冷室3后依次連接有文丘里洗滌器6、洗滌 塔7,其特征在于如圖2所示意,在非催化轉(zhuǎn)化爐2的上部設(shè)有粗煤氣噴嘴 4、側(cè)面設(shè)有氧氣噴嘴5,采用分體式,使之更好適應(yīng)含塵、含焦油粗煤氣轉(zhuǎn) 化,達(dá)到了體積小、制造簡單、壽命長的目的。粗煤氣噴嘴4周壁設(shè)有帶有冷 卻水入口 12、冷卻水出口 13的冷卻水套,粗煤氣噴嘴4上設(shè)有蒸汽接口 11、 氮?dú)饨涌?2,氧氣噴嘴5結(jié)構(gòu)為帶有氧氣入口 13、氮?dú)馊肟?14的氧氣分布器 19,氧氣分布器19安設(shè)在轉(zhuǎn)化爐爐頭粗煤氣噴嘴下方的相鄰處,氧氣分布器 19分為環(huán)形管,埋在爐頭耐火層內(nèi),管上有若干與水平構(gòu)成15~20°角度的小 噴管18,氧氣以一定速度從耐火層的孔噴入爐內(nèi),氧氣分布器19外設(shè)有帶有 冷卻水入口 16,冷卻水出口 17的冷卻水套,粗煤氣噴嘴4還設(shè)有氮?dú)馊肟?10。
特殊設(shè)計(jì)的分體式噴嘴包括材質(zhì),煤氣、氧氣噴出速度及冷卻系統(tǒng)。粗煤 氣切線方向進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐爐頭頂部,氧氣進(jìn)入埋入爐頭耐火層的分布器,均勻噴 入爐內(nèi)。氧氣分布器都有水冷卻系統(tǒng)。煤氣噴咀設(shè)有蒸汽、氮?dú)馊肟?,氧氣?布器設(shè)有氮?dú)馊肟凇?br>
非催化轉(zhuǎn)化爐2圓柱筒體外設(shè)有水夾套,圓柱筒體分為粗煤氣轉(zhuǎn)化室和激 冷室兩部分。轉(zhuǎn)化室內(nèi)層(迎火面)襯耐熱澆鑄料,外層(貼筒璧)襯隔熱保 溫材料。
根據(jù)不同煤氣質(zhì)量、溫度,粗煤氣,氧氣按一定比例分別從粗煤氣噴嘴4、 和氧氣噴嘴5進(jìn)入非催化轉(zhuǎn)化爐2,從噴嘴噴出的煤氣與氧氣在非催化轉(zhuǎn)化爐 2內(nèi)不完全燃燒產(chǎn)生130(TC 135(TC高溫,在轉(zhuǎn)化爐內(nèi),煤氣中甲烷、焦油、 酚、氨、脂肪酸、煤塵中炭等部分氧化轉(zhuǎn)化成CO、 H2、 C02、 H20、 N2、 H2S 氣體,高溫氣體從非催化轉(zhuǎn)化爐2下部中心口流出,進(jìn)入下部為轉(zhuǎn)化氣激冷室 3的扦入套管,流出的高溫氣體在轉(zhuǎn)化氣激冷室套管內(nèi)層用水處理返回水噴 灑,煤氣溫度驟降至22(TC 23(TC,從套筒環(huán)隙返回轉(zhuǎn)化氣激冷室3上部煤氣 出口,再進(jìn)入文丘里洗滌器5、洗滌塔7得到轉(zhuǎn)化粗煤氣。在轉(zhuǎn)化氣激冷室3 內(nèi)一部分噴灑水蒸發(fā),另一部分排至水處理。大部灰塵、炭黑在此洗滌除去。 然后另一部分進(jìn)入文丘里洗滌器5、洗滌塔7,煤氣溫度降至接近該條件下的 露點(diǎn)溫度,在此將煤氣中灰塵、炭黑脫至下游工藝要求。
權(quán)利要求
1、一種適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化設(shè)備,包括與移動(dòng)床熔渣氣化爐(1),連接的非催化轉(zhuǎn)化爐(2),非催化轉(zhuǎn)化爐(2)下設(shè)有煤氣化室和轉(zhuǎn)化氣激冷室(3),轉(zhuǎn)化氣激冷室(3)后依次連接有文丘里洗滌器(6)、洗滌塔(7),其特征在于在非催化轉(zhuǎn)化爐(2)的上部設(shè)有粗煤氣噴嘴(4)、側(cè)面設(shè)有氧氣噴嘴(5),粗煤氣噴嘴(4)周壁設(shè)有帶有冷卻水入口(12)、冷卻水出口(13)的冷卻水套,粗煤氣噴嘴(4)上設(shè)有蒸汽接口(11)、氮?dú)饨涌?2),氧氣噴嘴(5)結(jié)構(gòu)為帶有氧氣入口(13)、氮?dú)馊肟?14)的氧氣分布器(19),氧氣分布器(19)安設(shè)在轉(zhuǎn)化爐爐頭粗煤氣噴嘴下方的相鄰處,氧氣分布器(19)分為環(huán)形管,埋在爐頭耐火層內(nèi),管上有若干與水平構(gòu)成15~20°角度的小噴管(18),氧氣以一定速度從耐火層的孔噴入爐內(nèi),氧氣分布器(19)外設(shè)有帶有冷卻水入口(16),冷卻水出口(17)的冷卻水套,粗煤氣噴嘴(4)還設(shè)有氮?dú)馊肟?10)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化設(shè)備, 其特征在于非催化轉(zhuǎn)化爐(2)轉(zhuǎn)化室圓柱筒體外設(shè)有水夾套,圓柱筒體分 為兩部分,內(nèi)層襯耐熱澆鑄料,外層襯隔熱保溫材料。
3、 一種適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化技術(shù),其特征在于工藝 流程為,粗煤氣直接進(jìn)入非催化轉(zhuǎn)化爐(2)頂部粗煤氣噴嘴(4)與氧氣噴嘴(5)噴出的純度99.6%,溫度100°C~200°C,壓力3.2 4.2Mpa氧氣在噴嘴口 混合并發(fā)生不完全燃燒反應(yīng),溫度達(dá)1300°C~1350°C,瞬間將CH4、 C2.3、焦 油、酚、脂肪酸轉(zhuǎn)化成H2、 CO、 C02、 H20,在燃燒與轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中產(chǎn)生炭 黑,高溫氣體從非催化轉(zhuǎn)化爐(2)下部中心口流出,進(jìn)入下部為轉(zhuǎn)化氣激冷 室(3)的扦入套管,流出的高溫氣體在轉(zhuǎn)化氣激冷室(3)套管內(nèi)層用水處理返回 水噴灑,煤氣溫度降至22(TC 23(TC,從套筒環(huán)隙返回轉(zhuǎn)化氣激冷室(3)上部煤 氣出口,再進(jìn)入文丘里洗滌器(5)、洗滌塔(7)得到轉(zhuǎn)化粗煤氣,在轉(zhuǎn)化氣 激冷室(3)內(nèi)一部分噴灑水蒸發(fā),另一部分排至水處理。大部灰塵、炭黑在 此洗滌除去,然后另一部分進(jìn)入文丘里洗滌器(5)、洗滌塔(7),煤氣溫度降 至接近該條件下的露點(diǎn)溫度,在此將煤氣中灰塵、炭黑脫至下游工藝要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及粗煤氣的轉(zhuǎn)化領(lǐng)域,具體為一種將含有焦油、酚、氨、CH<sub>4</sub>等復(fù)雜成分的熱煤氣,通過非催化轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化成CO、H<sub>2</sub>、CO<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>O的適用于移動(dòng)床熔渣氣化爐煤氣非催化轉(zhuǎn)化的技術(shù)與設(shè)備。解決了移動(dòng)床熔渣氣化粗煤氣用于合成氨、甲醇、乙二醇等產(chǎn)品,粗煤氣中的焦油、酚、氨、CH<sub>4</sub>等采用傳統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化回收辦法,造成工藝流程復(fù)雜,投資大、產(chǎn)品成本高的問題,粗煤氣從轉(zhuǎn)化爐頂高速切線通過噴嘴進(jìn)入爐內(nèi),小噴管中氧氣高速進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐頂部,在爐頭部位與氧氣充分混合燃燒,溫度瞬間達(dá)1300~1350℃。在轉(zhuǎn)化爐內(nèi),煤氣中甲烷、焦油、酚、氨、脂肪酸、煤塵中炭等部分氧化轉(zhuǎn)化成CO、H<sub>2</sub>、CO<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>O、N<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>S氣體。相對于現(xiàn)有技術(shù)可減少工藝裝置投資的20%~25%以上,產(chǎn)品成本降10%~15%。
文檔編號C10K1/00GK101659884SQ200910075408
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月12日
發(fā)明者李大尚, 梁杰華, 曦 王, 磊 谷, 飛 韓, 黃一民 申請人:中國石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會煤化工設(shè)計(jì)技術(shù)中心