高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，氣化產生合成氣和熔渣經過激冷后，進入蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器通過導向管與洗滌冷卻塔相連接，進入洗滌冷卻塔的合成氣與噴淋水進行傳質傳熱。本發(fā)明通過“激冷氣激冷+蒸汽發(fā)生器+洗滌冷卻塔”的方式回收氣流床氣化爐產合成氣的顯熱，生成中壓或高壓蒸汽，同時控制了去下游合成氣的溫度、濕度以及含塵量，可以廣泛應用于甲醇和烯烴生產、費托(F-T)合成等領域。
【專利說明】高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可吸收高溫合成氣顯熱，同時達到洗滌除塵效果的裝置。
【背景技術】
[0002]當前，世界石油價格的不斷飆升和國際上對石油資源的爭奪愈演愈烈，使世界各國都加強了石油替代能源的研究與開發(fā)。我國是世界第二大能源消費國，經濟快速發(fā)展，能源需求持續(xù)增長。根據預測，2020年我國原油消費量將達到4.5飛億噸，對外依存度將超過60%。能源安全穩(wěn)定供給及相關的環(huán)境問題，已成為制約經濟發(fā)展的瓶頸，能源安全面臨嚴峻考驗。
[0003]為了保障能源安全供應和可持續(xù)發(fā)展，國家制定了 “節(jié)約優(yōu)先，立足國內，煤為基礎，多元發(fā)展”的能源戰(zhàn)略。作為基礎能源和重要原料，煤炭在國民經濟和社會發(fā)展中的戰(zhàn)略地位進一步突出。發(fā)展煤氣化為核心的煤炭清潔高效轉化技術，是《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》的主要方向，以甲醇為主導產品的煤基能源化學品是當前發(fā)展的熱點，是國民經濟和社會可持續(xù)科學發(fā)展的客觀要求，符合國家重大戰(zhàn)略需求。
[0004]開發(fā)適于甲醇及烴類合成(F-T合成)的高效節(jié)能的大型化煤氣化技術，對促進資源可持續(xù)高效利用、實現污染物近零排放、保護環(huán)境，保障國家能源安全，促進國民經濟可持續(xù)科學發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。
[0005]高溫高壓下氣流床煤氣化過程中傳遞過程起著重要作用，不同強化傳遞過程的技術手段以及顯熱回收方式產生了不同形式的氣流床氣化爐，其中具有代表性的是Shell氣化的廢鍋流程和GSP氣化的激冷流程。采用廢鍋流程，煤氣中水蒸汽含量較低，煤氣進變換反應還需另補充蒸汽，裝置投資巨大，因此不適于化工生產；激冷流程的煤氣化工藝在我國煤氣化裝置中占了大部分市場份額。激冷流程用于生產合成氨、制氫較為合適，而應用于生產甲醇、F-T合成不太理想，能量利用效率較低。這是由于產品氣用作羥基合成氣(F-T合成)或生產甲醇，僅需要對粗煤氣進行部分變換，煤氣中的水氣比(mol)達到0.6以上即可滿足變換的要求。如果采用激冷流程，水氣比將超過1.4，煤氣中的蒸汽量大大過量，進變換之前必須進行冷凝分離。能量利用效率較低，并且大大增加了循環(huán)水消耗。
[0006]為了解決上述高溫粗煤氣冷卻、增濕問題，同時滿足各種應用要求和能量利用效率目標，迫切需要一種新型高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明是為了克服現有技術存在的以上缺點，而提出的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置。其能最大限度的利用氣化產物的高溫顯熱，并對粗煤氣進行有效的降溫、增濕和除塵凈化處理。
[0008]本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的:一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于，包括一承壓殼體、一氣化爐、一蒸汽發(fā)生器、一環(huán)形通道、一導向管、一洗滌冷卻塔，其中氣化爐、承壓殼體、蒸汽發(fā)生器和環(huán)形通道同軸設置，通過導向管將殼體與洗滌冷卻塔相連。
[0009]蒸汽發(fā)生器入口區(qū)域帶有激冷氣入口，設有中心通道和上升通道兩個流道，底部設有渣池，外殼的上部側面設有粗煤氣出口與導向管連接至洗滌冷卻塔，塔的上部設有噴水口，粗煤氣和噴淋水在塔板上進行傳質傳熱。塔釜設有排灰水口，凈化后的合成氣從塔頂離開。
[0010]上述高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其中，所述的低溫激冷氣優(yōu)選為18(T38(TC的凈化后粗煤氣或惰性氣體。粗煤氣在進入蒸汽發(fā)生器之前先被激冷至90(TC左右。
[0011]上述高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其中，灰渣在粗煤氣攜帶下經過蒸汽發(fā)生器進入渣池，大顆粒的灰和渣被捕集，少量的細灰隨著粗煤氣折返進入蒸汽發(fā)生器環(huán)形通道。
[0012]上述高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其中，攜帶細灰顆粒的粗煤氣經過導向管進入洗滌冷卻塔的氣體分布管，導向管的出口氣體溫度控制在30(T40(TC。
[0013]上述高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其中，粗煤氣在洗滌冷卻塔內被噴淋水充分的洗滌冷卻。洗滌水伴隨細灰進入塔釜形成灰水，去灰水處理系統(tǒng)；增濕凈化后的合成氣從塔頂離開進入后續(xù)工段，出口溫度控制在20(T30(TC。
[0014]上述高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其中，所述的激冷水可來自煤氣化后續(xù)凈化單元的澄清灰水或閃蒸冷凝水。
[0015]本發(fā)明采用了以上的技術方案，其產生的技術效果是顯著的:由于采用了余熱鍋爐和激冷流程相結合的方式，有效回收了合成氣的高位顯熱，富產大量中高壓蒸汽作為動力蒸汽或驅動透平，可以大大降低動力煤消耗，從而明顯降低系統(tǒng)的能耗；同時激冷流程的引入，從經濟上大大縮減了設備尺寸，降低了水冷壁等結構制造的投資費用，保證了合成氣中的水汽含量，有利于后續(xù)工段的變換反應，便于化工生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例激冷氣入口截面示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例噴淋水入口截面示意圖。
[0017]附圖標記說明
I一氣化爐；2 —蒸汽發(fā)生器；3 —導向管；4 一洗漆冷卻塔；5 —洛池；6 —灰水收集池；7 —水冷壁；8 —耐火磚；9 一環(huán)形通道；10 —激冷氣入口 ；11 一噴淋水入口 ；12 —塔板；13 —氣體分布管；14 一承壓外殼；15 —渣池排渣口 ；16 —灰水出口 ；17 —合成氣出口 ；18 一水冷壁管；19 一水冷壁鰭片。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的性能和特征。
[0019]圖1為本發(fā)明提供的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置示意圖，所述的氣化爐I與粗煤氣蒸汽發(fā)生器2采用耐火磚或者水冷壁進行過渡連接，蒸汽發(fā)生器中心通道、環(huán)形通道9和承壓外殼14等均采用圓筒形設計，蒸汽發(fā)生器入口區(qū)域的低溫激冷氣入口 10與粗煤氣入口形成一定夾角，斜向下射流。溫度為130(Tl500°C的高溫粗煤氣攜帶灰渣從氣化爐I向下流動，在粗煤氣入口區(qū)域被低溫激冷氣10激冷至約900°C，經蒸汽發(fā)生器2的吸熱作用，折流經過環(huán)形通道9至導向管3，溫度降至約30(T40(rC?；以诖置簹鈹y帶下經過蒸汽發(fā)生器進入渣池，大顆粒的灰和渣被捕集，通過排渣口排出；少量的細灰隨著粗煤氣折返進入蒸汽發(fā)生器環(huán)形通道。
[0020]導向管3與承壓外殼14相接，方向傾斜向上或者向下，傾斜角α在10_80度之間，導向管可以采用水冷壁或者耐火磚結構。
[0021]攜帶細灰的粗煤氣進入洗滌冷卻塔后先經過氣體分布板的作用在塔內轉向，而后與來自塔頂的噴淋水接觸，通過調整噴淋水的量來控制合成氣中的水汽含量。經洗滌冷卻后的合成氣含灰量降低，出塔頂溫度可降至20(T300°C。而洗滌后的灰水去灰水處理系統(tǒng)，處理后的灰水可循環(huán)作為噴淋水使用。
[0022]結合圖2，粗煤氣入口區(qū)域的激冷氣入口 10沿承壓外殼14的圓周均勻布置，可設置多層，低溫激冷氣可為凈化后的低溫粗煤氣、CO2或氮氣等惰性氣體，激冷氣的溫度優(yōu)選取值為180°c?380°C。
[0023]結合圖3，噴淋水入口沿洗滌冷卻塔圓周兩層錯位分布，每層布置四個噴淋口，每個噴淋口上設置3個噴霧頭。
[0024]本發(fā)明適合于大規(guī)模煤氣化化工生產中氣化產物的余熱回收利用，尤其適用于甲醇生產或者費托合成系統(tǒng)中氣化島氣化產物的顯熱回收利用和粗煤氣的冷卻、凈化、增濕單元，對提高煤氣化系統(tǒng)的能源利用效率具有重要意義。
[0025]實施例1
將本發(fā)明提供的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置應用于日處理量3000t煤的水煤漿氣化系統(tǒng)，采用后系統(tǒng)循環(huán)的低溫粗煤氣激冷時，其操作參數和可達到的主要性能指標如下:
合成氣干基體積流量:259435 NmVh ；
合成氣進入蒸汽發(fā)生器入口溫度:1320°C ；
激冷氣溫度:278°C ；
激冷氣流量:306133 NmVh ；
粗煤氣進入導向管溫度:550°C ；
粗煤氣出激冷室溫度:218 °C ;
系統(tǒng)散熱損失:〈0.3% ；
系統(tǒng)可用率:>96%;
蒸汽發(fā)生器水冷壁運行壓力(管程):>10.0MPa ；
粗煤氣夾帶的灰渣顆粒85%在進入環(huán)形通道之前被底部渣池捕集，約14%的飛灰在洗滌冷卻塔內被洗除，剩余不足1%的飛灰被合成氣夾帶進入下游工藝系統(tǒng)。
[0026]實施例2
將本發(fā)明提供的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置應用于日處理量1500t煤的干煤粉氣化系統(tǒng)，采用后系統(tǒng)循環(huán)的低溫粗煤氣激冷時，其操作參數和可達到的主要性能指標如下:
合成氣干基體積流量:151063 NmVh ； 合成氣進入蒸汽發(fā)生器的入口溫度:1435°C ；
激冷氣溫度:255°C ；
激冷氣流量:203935 NmVh ；
粗煤氣進入導向管溫度:588°C ；
粗煤氣出激冷室溫度:228°C ；
系統(tǒng)散熱損失:〈0.3% ；
系統(tǒng)可用率:>96%;
蒸汽發(fā)生器水冷壁運行壓力(管程):>10.0MPa ；
粗煤氣夾帶的灰渣顆粒75%在進入環(huán)形通道之前被底部渣池捕集，約24%的飛灰在洗滌冷卻塔內被洗除，剩余不足1%的飛灰被合成氣夾帶進入下游工藝系統(tǒng)。
[0027]與現有技術相比，本發(fā)明專利提供的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置:能量利用效率提高:Γ5%，灰脫除率提高5?20%，設備投資費用與全廢鍋流程相比降低35?55%，洗滌用水量與全水激冷流程相比降低20?40%。
【權利要求】
1.一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于，包括承壓殼體(14)、氣化爐(1)、蒸汽發(fā)生器(2)、環(huán)形通道(9)、導向管(3)、洗滌冷卻塔(4),其中氣化爐(1)、承壓殼體(14)、蒸汽發(fā)生器(2)和環(huán)形通道(9)同軸設置，通過導向管(3)將殼體(14)與洗滌冷卻塔⑷相連； 所述的蒸汽發(fā)生器(2),其與氣化爐下出口連接處設有低溫激冷氣入口(10),蒸汽發(fā)生器(2)的正下方設有一渣池(5)和排渣口(15)； 所述的洗滌冷卻塔⑷內部有氣體分布管(13)與導向管⑶相連接，噴淋水(11)向下與上升的粗合成氣在塔內結構(12)上進行傳質傳熱；洗滌冷卻塔(4)下方設有排水口(16)。
2.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:所述激冷氣入口(10)在蒸汽發(fā)生器入口區(qū)域沿承壓外殼(14)的圓周均勻布置，可設多層，每層設多個噴口。
3.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:所述的低溫激冷氣優(yōu)選為18(^3801的凈化后粗煤氣或惰性氣體。
4.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:蒸汽發(fā)生器(2)采用列管式或盤管式水冷壁結構設計(7),環(huán)形通道(9)近承壓外殼(14)處采用水冷壁或耐火材料襯里(8)。
5.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:所述的導向管(3)傾斜向上或者傾斜向下布置，傾斜角0的范圍為10-80度之間。
6.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:所述的導向管(3)為水冷壁或者耐火磚設計，末端與洗滌冷卻塔(4)內的氣體分布管(13)相連接。
7.如權利要求1所述的一種高溫合成氣顯熱回收與洗滌除塵裝置，其特征在于:所述的洗滌冷卻塔(4),其噴淋水(11)接口可在塔體(4)周圍多層多個分布。
【文檔編號】C10J3/86GK104388126SQ201410499331
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】倪建軍, 李平, 池國鎮(zhèn) 申請人:上海鍋爐廠有限公司