專利名稱：用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝方法和系統配置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝方法和系統配置。
背景技術：
隨著化石燃料逐漸枯竭，生物質可再生清潔能源的開發利用日益受到關注，并處于快速發展之中。生物質制氣、制油是新能源開發領域的重要研究課題。同煤制氣一樣，生物質制氣也須經歷冷卻、洗滌等凈化過程。目前，有關生物質氣化方法的研究成果很多，但關于生物質合成氣如何凈化的研究卻較少，多是沿用傳統煤氣冷卻、洗滌的老辦法，如果忽視生物質制氣出口煙溫比煤制氣出口煙溫高得多的具體情況， 照搬照套煤氣初冷的工藝方法顯然是不合適的，從炭化室出來的粗煤氣溫度在650°C，而本工藝的氣化爐出口合成氣的溫度高達1000°C，因此在冷卻方面的技術必須有所創新。傳統的煤氣初冷方式分為間接初冷、直接初冷、間-直接初冷三種，初冷主要是指煤氣從炭化室出來在進入電捕焦油器之前將其冷卻到22 35°C。間接初冷時煤氣與冷卻介質不直接接觸，兩相只間接傳熱，不進行傳質過程。煤氣冷卻、凈化效果好。直接初冷時煤氣與噴灑氨水直接接觸進行傳質和傳熱過程。與間接初冷相比，具有煤氣冷卻效率高、阻力小、設備造價低、動力消耗大的特點。間直接初冷是煤氣先經過間接冷卻器再經過直接冷卻器的組合工藝方法，其特點是發揮兩者的長處。煤氣除塵的方法也有很多，包括沉降、過濾、旋風除塵、電除塵、水洗或文丘里除塵等，不同的方式，除塵效果和阻力消耗差別也較大。煤氣除焦油的設備主要是電捕焦油器。不同的原料及氣化工藝，合成氣的特性不盡相同，要達到先進的凈化指標和經濟指標，應采用有針對性的工藝方法和系統配置。傳統煤制氣的凈化方法，系統復雜、流程長、能耗高、效率低、穩定性、經濟性差，用于生物質合成氣的處理時，須經優化和改進。本申請人的科研人員，結合生物質高溫氣化工藝和合成氣的理化特性，對其冷卻、 凈化方法，做了大量的試驗研究，形成了本發明的內容。
發明內容
本發明的目的在于，提供一套適用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝方法和系統配置。通過采取優化的有針對性的工藝方案和流程設計，配置合理的工藝設備，控制適當的工藝參數，解決傳統煤化工凈化方法系統復雜、流程長、能耗高、效率低、穩定性和經濟性差、針對性差的問題，實現技術與經濟性的統一。本發明提出的技術方案針對生物質固定床等離子高溫氣化工藝及合成氣的特點(氣溫度高達1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3)，在參考煤制氣冷卻、凈化工藝的基礎上，擬定了本方案一種用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，自氣化爐引出的高溫合成氣，采用高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產中壓、低壓蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結回收重質焦油后，進行無填料文丘里洗滌塔洗氣降溫除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧，然后經煤氣風機抽出，送入濕式氣柜儲存或供下游工段使用的負壓流程，設定并控制適當的工藝參數，實現合成氣的分段冷卻，余熱梯級回用，逐級除塵和除焦油的目標，達到出口成品氣粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C、顯熱回收率大于80%的指標。本發明的方案中，自氣化爐頂引出的溫度1000 1100°C、粉塵含量小于20g/ Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的高溫合成氣，經高溫水冷煙道，送入水冷式激冷塔噴水激冷至 800士20°C，凝出熔渣后，進入水管式余熱爐回收中溫余熱，水管式余熱爐產生的中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣450士20°C，送入熱管式余熱爐回收低溫余熱，產生的低壓蒸汽對外供汽，合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時，析出的部分重質焦油，通過槽斗收集除去；出熱管式余熱爐時，合成氣降溫至200士 10°C°C，送入無填料文丘里洗滌塔，洗滌除塵并進一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進入洗滌液除去；洗滌后的合成氣溫45士2°C，再送入濕式電除塵器進行深度除塵、除焦油后，合成氣達到粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80%，合格的合成氣經煤氣風機，抽送至濕式氣柜儲存或供下游工段使用，所述的濕式氣柜并聯燃放火炬，對廢氣進行燃燒處理。本發明的方案中，高溫水冷煙道、水冷式激冷塔均采用膜式水冷管結構，以減輕重量，消除耐火材料脫落的問題，提高運行的可靠性。它們與熱管式余熱爐串連成一個水循環系統，解決了循環水的冷卻問題，實現熱量的全量回收利用。本發明的方案中，高溫合成氣在水冷式激冷塔噴水激冷，溫度降至800士20°C，凝出的熔渣，從塔底排出，避免余熱鍋爐受熱面的結渣污染，保證余熱爐的換熱性能穩定。本發明的方案中，余熱鍋爐分成高、低溫兩段設置，高溫段用水管式余熱爐，出口合成氣溫度450士20°C，控制在重質焦油的凝點以上，避免焦油在此凝結。高溫段余熱爐采用水管結構，設計壓力1. 或以上，以提高蒸汽溫度品質，滿足相應化工用汽需求。低溫段出口合成氣溫度控制在200°C以下，以使重焦油在此段凝結，通過槽斗收集處理。低溫段余熱爐采用熱管式余熱爐，提高換熱功效。設計壓力為0. 5MPa，產生的低壓蒸汽供濕式電除塵器等設備吹掃使用。生物質合成氣粉塵、焦油量較低，初除塵配置無填料文丘里除塵器，既達到除塵、 降溫的目的，又能洗去合成氣中的H2s、NH3和HCN等有害氣體。末級配置濕式電除塵器，確保達到除塵、除焦油的控制指標。本發明與現有技術相比，突出解決了以下問題，優勢十分明顯。適配于絕熱型高溫氣化爐，解決了水冷或成品氣冷方式時，氣化爐結構復雜，爐體尺寸大，壁面易掛渣，水側易結垢；耗氣量大，電耗高的技術問題，在提高氣化穩定性的同時，還節省了氣化主設備的造價。采用高溫水冷連接煙道，解決了絕熱煙道笨重、膨脹、支吊不好解決、煙道內襯易垮脫、使用壽命短的問題。
采用爐外噴水激冷方式，對氣化操作無干擾，控制部分激冷程度，能兼顧凝渣效果和系統的熱利用效率。兩級、雙壓余熱鍋爐的設置，實現了重質焦油的集中收集處理，余熱梯級回用，提高了裝置的熱效率。配置文丘里洗滌塔(無填料)洗氣除塵，濕式電除塵器除焦、除塵，實現了合成氣的逐級除塵、除焦的凈化目標。采用風機后置負壓系統，能防止合成氣外漏，方便檢測、報警、聯鎖儀器儀表的設置，提高了操作控制的安全性。本發明系統簡捷、工藝流暢、能耗低、效率高、安全穩定、經濟效益好，應用前景較好。
圖1是本發明的用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝流程圖進一步的描述如圖1所示，本方案的主工藝系統設備包括高溫水冷煙道1，水冷式激冷塔2，水管式余熱爐3，熱管式余熱爐4，文丘里洗滌塔(無填料)5，濕式電除塵器6，煤氣風機7，濕式氣柜8，燃放火炬9等設備。其參數和工藝流程為1000 1100°C°C的高溫合成氣，自氣化爐頂引出，經高溫水冷煙道1，送入水冷式激冷塔2，噴水激冷至800士20°C，凝出熔渣后，進入水管式余熱爐3，回收中溫余熱，水管式余熱爐產生中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣溫度 450士20°C，送入熱管式余熱爐4，回收低溫余熱，產生低壓蒸汽對外供汽。合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時，會有部分重質焦油析出，通過槽斗收集除去。出熱管式余熱爐時，合成氣降溫至200°C以下，送入文丘里洗滌塔(無填料)5，洗滌除塵并進一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進入洗滌液除去。洗滌后的合成氣溫約45°C，再送入濕式電除塵器6，進行深度除塵、除焦油。通過上述冷卻、凈化過程，合成氣達到粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80 %，完全滿足后續工段的用氣要求，合格的合成氣經煤氣風機7，抽送至濕式氣柜8儲存或供下游工段使用。與氣柜并聯的是燃放火炬9，它是在系統啟動、合成氣成份超標時，對廢氣進行燃燒處理的重要設備。以上是合成氣冷卻、洗滌的主工藝流程及相關設備，在激冷塔噴水、兩級余熱爐給水、冷卻洗滌塔循環水、濕式電除塵器沖洗水、濕式氣柜的水封等輔助系統上，還有一些標準和非標設備，它們通過管道、閥門組成各自的子系統，為相關設備服務，進而完成本生物質合成氣冷卻、洗滌的總流程。
權利要求
1.一種用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，自氣化爐引出的高溫合成氣，采用高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產中壓、低壓蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結回收重質焦油后，進行無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧，然后經煤氣風機抽出，送入濕式氣柜儲存或供下游工段使用。
2.如權利要求1所述的用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，溫度 1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的高溫合成氣，自氣化爐頂引出，經高溫水冷煙道(1)，送入水冷式激冷塔( 噴水激冷至800士20°C，凝出熔渣后，進入水管式余熱爐(3)回收中溫余熱，水管式余熱爐產生的中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣450士20°C，送入熱管式余熱爐回收低溫余熱，產生的低壓蒸汽對外供汽， 合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時，析出的部分重質焦油，通過槽斗收集除去；出熱管式余熱爐時，合成氣降溫至200士 10°C °C，送入無填料文丘里洗滌塔( ，洗滌除塵并進一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進入洗滌液除去；洗滌后的合成氣溫45士2°C，再送入濕式電除塵器(6)，進行深度除塵、除焦油后，合成氣達到粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80 %，合格的合成氣經煤氣風機(7)，抽送至濕式氣柜(8)儲存或供下游工段使用，濕式氣柜(8)并聯燃放火炬(9)，對廢氣進行燃燒處理。
3.如權利要求2所述的用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，所述的高溫水冷煙道(1)和水冷式激冷塔( 均采用膜式水冷管結構。
4.如權利要求2所述的用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，所述的水管式余熱爐(3)設計壓力1.6ΜΙ^或以上，出口合成氣溫度450士 20°C。
5.如權利要求2所述的用于制油的生物質合成氣負壓凈化方法，其特征在于，所述的熱管式余熱爐(4)出口合成氣溫度控制在200°C以下，以使重焦油在此段凝結，通過槽斗收集處理。
6.如權利要求2所述的用于制油的生物質合成氣負壓凈化的方法，其特征在于，所述的熱管式余熱爐(4)設計壓力為0. 5MPa，產生的低壓蒸汽供濕式電除塵器(6)吹掃使用。
全文摘要
本發明涉及用于制油的生物質合成氣負壓凈化工藝方法和系統配置。該方法將自氣化爐引出的高溫合成氣，采用高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產中、低蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結回收重質焦油后，進行無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧，然后經煤氣風機抽出，送入濕式氣柜儲存或供下游工段使用。本發明通過工藝方案的優化設計，控制適當的工藝參數，實現了合成氣的分段冷卻，余熱梯級回用，逐級除塵、除焦油的凈化目標。解決了傳統方法系統復雜、流程長、能耗高、效率低、穩定性、經濟性差的技術問題。
文檔編號C10K1/10GK102585916SQ20111044937
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者劉文焱, 夏明貴, 張亮, 張巖豐, 聶洪濤 申請人:武漢凱迪工程技術研究總院有限公司