專利名稱：煤氣余熱回收利用裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于熱交換領域，特別涉及加壓移動床氣化工藝的，煤氣余熱回收的工藝技術裝置。
背景技術：
眾所周知，煤制化學合成產品，如H2、NH3、CH4, CH3OH、油等等，采用加壓移動床進行煤氣化，不僅具有單位粗煤氣氧氣耗量最低的優點，而且還具有可以采用相對廉價的高水份、高灰份的各種原料煤的優點。然而，由于加壓移動床爐內的煤炭氣化時的最高溫度，必須低于或等于入爐原料煤的灰熔點溫度。有的原料煤灰熔點在1200°C，有的原料煤灰熔點則可達到1500°C。由于煤氣化的主要反應是C+H20 = C0+H2，強吸熱反應，其化學反應平衡常數與反應溫度成正比， 即氣化溫度越高，平衡常數越大，生成物越多，蒸汽分解率越高，蒸汽利用率越高，煤氣化成本就越低。目前設計3. OMPa壓力的碎煤移動床加壓氣化工藝，蒸汽分解率通常在20 40%。當采用水份高達40%，灰熔點在1200°C的煤，或灰熔點低于1100°C的煤為原料時，用于煤氣化反應C+H20 = C0+H2和CO變換反應CCHH2O = C02+H2的水蒸汽分解率，僅為爐底入爐總水汽量的30%多，若再加上褐煤在氣化爐中干燥段蒸發出來水蒸汽，則總的蒸汽分解率僅為20%左右。由此導致出爐煤氣中的水汽高達55%左右。當采用低水份、高灰熔點貧瘦煤、洗精煤等煤為原料時，雖然用于C+H20 = CCHH2和 CCHH2O = C02+H2的氣化蒸汽分解率可達近40%。由于當煤氣化溫度低于700°C，不僅化學反應受動力學控制，化學反應速率低，平衡常數低，蒸汽分解率低，和原料煤在爐內干燥層水蒸發少、干餾層中干餾產物少，熱量消耗少，從而使出爐煤氣的溫度高達600°C以上。為防止護爐頂的加煤裝置等設備被高溫損壞，還經常采取向爐內噴水來降低出爐煤氣溫度。再則，即使采用白煤、貧瘦煤為原料，由于加壓氣化壓力遠比常壓氣化高得多，干餾產物中還是有一定數量的焦油和粉塵。所以在煤氣的余熱回收、或冷卻前，都必須向煤氣噴水，進行初步的除塵冷卻，以大幅降低煤氣中的焦油和粉塵，使煤氣具有100%的濕度條件。否則，煤氣中的焦油就會附著在流程下游的廢鍋等換熱設備表面，嚴重降低換熱效果。 因此，3. OMPa的碎煤移動床加壓氣化工藝煤氣出爐后，無論是否回收煤氣余熱，都必須首先用水對高溫煤氣進行噴淋冷卻、洗滌，使煤氣溫度降到噴水后的的露點溫度200°C左右， 其濕煤氣中的水汽含量也達到50%以上，再進行余熱的回收或直接冷卻。現行的加壓移動床煤氣余熱的回收裝置如附圖1和化學工業出版社《合成氣工藝技術與設計手冊》2002年第一版139頁所示，是采用廢熱鍋爐將壓力約3. 0煤氣中的余熱轉化為0. 壓力的低壓飽和蒸汽。富含50 60%%左右飽和水蒸汽的高壓煤氣走管內，管外為被加熱產生蒸汽的鍋爐軟水，其蒸汽通常用于其它工藝之需。由于這種低壓蒸汽產量很大，幾乎達到與入爐蒸汽總量相當的數量，由于壓力太低，不可能再作為煤氣化用的原料水蒸汽，利用價值低，從而大大增加了煤氣及其產品成本。[0008]如采用加壓移動床氣化工藝，以貧度煤、洗精煤為原料生產合成氨粗煤氣。噸氨除耗用氣化爐夾套蒸汽800kg外，還需額外提供3. 8MPa, 400°C中壓蒸汽1600kg，氧氣520Nm3、 原料標煤1300kg ；產生煤氣污水2700kg，同時噸氨煤氣余熱回收0. 5MPa低壓飽和蒸汽 2300kg,噸氨耗用軟水總量達5噸。以每噸中壓蒸汽100元、噸氨僅外供蒸汽成本就達160 元，年產30萬噸合成氨廠，每年增加蒸汽成本4800萬元。如采用加壓移動床氣化工藝，以水份含量約40%的褐煤為原料生產合成天然氣。 每1000標方天然氣產品耗用除夾套蒸汽約IOOOkg外，還需外供3. 8MPa，400°C中壓蒸汽達 2000kg，氧氣480Nm3、熱值13. 44MJ(3210千卡)原料褐煤4000kg，產生煤氣污水3000kg左右，同時每1000標方天然氣的煤氣余熱，回收0. 5MPa低壓飽和蒸汽2500kg，耗用軟水總量達6噸。以每噸中壓蒸汽100元、每1000標方天然氣外供蒸汽成本達200元，年產10億立方米的天然氣廠，每年增加蒸汽成本2億元。
發明內容鑒于現行煤氣余熱回收利用工藝裝置，只能將煤氣余熱回收成為低低價值的低壓蒸汽，同時又不能減少煤氣廢水，導致煤氣及產品能耗高、環境污染治理難度大，成本高的不足，本案向社會公開以下改進的煤氣余熱回收利用工藝裝置，予以完善。1.煤氣余熱回收利用裝置，由傳質傳熱設備、管路等構成，優選為，由噴淋洗滌冷卻器O)、吸附塔OA)和(2B)、高壓傳質傳熱設備(34)、動力回收裝置(31)、低壓傳質傳熱設備(14)、循環水加壓泵(23)、加壓機(16)、混合器(2C)、換熱器09)及管路結構成煤氣余熱回收利用裝置。2.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，低壓傳質傳熱設備(14)內設置第一提汽段(14A)和第二提汽段(14B)及霧沫分離段(14C)；低壓高溫循環水管(32)接在霧沫分離段(14C)殼體下部，含氧氣提介質管(1 接在第一提汽段(14A)殼體下部，CO2 等無氧氣提介質管(18)接在第二提汽段(14B)殼體下部。3.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，低壓傳質傳熱設備(14)液相出口、循環水加壓泵、換熱器09)管程、高壓傳質傳熱設備(34)液相進口，分別通過通過低溫循環水管0 、低溫循環水管04A)、低溫循環水管04)相連接；高壓傳質傳熱設備 (34)液相出口、動力回收裝置(31)、低壓傳質傳熱設備(14)液相進口，分別通過高壓高溫循環水管0 和低壓高溫循環水管(3 相連接；噴淋洗滌冷卻器( 底口、混合器(2C)、 換熱器G9)殼程，分別通過通過含焦油煤氣水管(40)、高溫煤氣水管(40A)連接，換熱器 (49)殼程出口與含焦油煤氣水管G5)連接。4.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，高壓傳質傳熱設備(34)內件、低壓傳質傳熱設備(14)內件，采用采用垂直篩板結構、或浮閥塔板結構、或旋流板結構、或填料結構、或板式內件在上填料在下的組合結構、或板式內件在下填料在上的組合結構，或旋轉填料結構、或旋轉板式結構、或旋轉板式加填料的組合結構。5.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，噴淋洗滌冷卻器O)內設置氣液逆流洗滌段G7)采用采用垂直篩板結構、或浮閥塔板結構、或旋流板結構、或填料結構。6.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，噴淋洗滌冷卻器( 氣相出口、吸附塔OA)和(2B)、高壓傳質傳熱設備(34)氣相進口，分別通過高溫濕煤氣管(3)、高溫濕煤氣管(3A)相連，高壓傳質傳熱設備(34)頂部氣相出口與高溫濕煤氣管(6)連接；7.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，低壓傳質傳熱設備(14)頂部氣相出口、加壓機(16)、氣化爐(38)氣化劑進口，分別通過低壓氣提蒸汽管(15)、高壓氣提蒸汽管(17)及合格氣化劑管(39)相連。8.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，加壓機(16)為螺桿壓縮機、 或軸流壓縮機、或離心壓縮機、或活塞壓縮機、或混流壓縮機。9.根據本案所述的煤氣余熱回收利用裝置，優選為，動力回收裝置(31)為軸流式水力透平、或灌流式水力透平、或混流式水力透平、或離心式水力透平采用上述發明內容，加壓移動床氣化工藝，以含水40%的高水份褐煤、或洗精煤、 或其它煤為原料生產天然氣等產品時，不僅可減全部外供入爐蒸汽消耗，還可外送夾套蒸汽100t/h，減少60%以上的造氣污水處理量。噴淋洗滌冷卻器O)內的上部，設置氣液逆流洗滌段(47)，并采用噴淋洗滌冷卻補充水管線(3 送來的，焦油、酚含量比循環洗滌水少得多的，主循環熱水作為逆流洗滌段的洗滌用水，不僅減少進入高壓傳質傳熱設備(34)的濕煤氣中的焦油、酚、氨、塵含量， 進而減少進入氣化劑中的焦油、酚、氨、塵含量，還將增加具有高附加值的焦油、酚、氨產量。尤其是吸附塔以K)、(2B)變溫吸附工藝，分離掉煤氣中部份焦油、油、粗酚等大分子有機化合物，既減少了通過循環熱水最終進入低壓氣提水蒸汽(1 中的焦油等可燃物組份，又通過蒸汽再生回收了焦油等可燃物組份。采用換熱器(49)，將噴淋洗滌冷卻器⑵排出的高溫洗滌煤氣水(40)、吸附塔排出的再生解吸水(58)中的熱量，通過高溫洗滌煤氣水(40A)轉移到低溫熱水04)中，不僅增加氣提水蒸汽(1 回收量，又避免了采用CO2直接氣提高溫洗滌煤氣水00)中的蒸汽， 帶來的焦油等可燃組份進入回收蒸汽的可能，還減少了焦油等高附加值產物的損失。在低壓傳質傳熱設備(14)內設置第一提汽段(14A)和第二提汽段(14B)及霧沫分離段(14C)后，具有以下優點含氧氣提介質(1 由第一提汽段(14A)下部入塔，與從第二提汽段(14B)上來的含有CO2等無氧氣提介質(18)的蒸汽混合后，將大大降低含氧氣體，尤其是氧氣的分壓，從而減少溶入循環水中的氧其數量；CO2等無氧氣提介質(18)由第二提汽段(14B)下部入塔，不僅可氣提出溶解在循環水中的少量氧氣，減少氧氣最終進入煤氣的數量，而無氧氣提介質(18)與含氧氣提介質 (13)共同存在于第一提汽段(14A)內，將有利于降低氣相水蒸汽的分壓，并增加氣提水蒸汽(15)的產量；由于在低壓傳質傳熱設備(14)出口氣量大于進口氣量多倍，出口蒸汽霧沫夾帶量不可忽略，在塔上部設置霧沫分離段(14C)，既可充分利用塔頂空間，減少設備及管線，又可回收分離的液體，還可減少投資及占地。含氧氣提介質(1 中氧的體積濃度在0. 5 100%之間的調節，可滿足不同灰熔點的原料煤對汽氧比的的需求；含氧氣提介質(13)的流量與CO2等無氧等無氧氣(18)流量之比在0 10之間的調節，可滿足終端產品對煤氣中的碳氫比CO H2的需求；。[0030]采用本實用新型，以含水近40%的褐煤為原料，日產400萬立方米天然氣的生產線，每年節約外供蒸汽300萬噸，減少造氣污水300萬噸，降低污水處理成本1500萬元。加壓移動床氣化工藝，洗精煤為原料生產合成氨。采用發明型回收煤氣余熱時，可減少80%的外供蒸汽消耗，減少75%的造氣污水處理量。年產30萬噸合成氨廠，每年節約外供蒸汽52萬噸減少造氣污水75萬噸。南非的薩索爾公司的97臺魯奇加壓氣化爐爐，即通常俗稱的魯奇加壓氣化爐，年耗用4300萬噸長焰煤，年產750萬噸燃油，若其煤氣余熱回收采用本工藝，每小時可減少外供蒸汽2000噸，全年可節約標煤250萬噸，減排二氧化碳500萬噸，每年減少煤氣污水MOO 萬噸，每年降低成本2億美元。未來全球1000余臺魯奇加壓氣化爐的煤氣余熱回收采用本實用新型，將具有10 倍的南非薩索爾公司的節能、環保和經濟效益。本實用新型在利用加碎煤移動床壓氣化工藝的低氧耗和可用任意原料煤的基礎上，成功解決了蒸汽利用率低、煤氣污水量巨大、水資源耗量大的難題，為中國和全世界的新一代的以煤為原料制油和天然氣等等煤氣化化工產業提供了關鍵的技術支撐。本實用新型還可用于恩德爐煤氣余熱回收，常壓移動床富氧煤造氣的煤氣余熱回收和流化床煤氣化的煤氣余熱回收。
附圖1，現行的移動床加壓氣化煤氣余熱回收裝置示意圖。附圖2，采用間壁式換熱方式提高循環溫熱水的煤氣余熱回收裝置示意圖。附圖3，本實用新型所述的煤氣回收利用裝置示意圖圖中1來自煤氣爐的熱煤氣管線；2煤氣噴淋洗滌冷凝器；2A吸附塔及吸附劑；2B吸附塔及吸附劑2C混合器3洗滌冷卻后的高溫濕煤氣管線；3A吸附分離了部份氣態焦油、油、粗酚類等有機大分子后的高溫濕煤氣及管線；4廢熱鍋爐下部的氣液分離段；5回收熱量的廢熱鍋爐；5a回收熱量的間壁換熱器；6被回收熱量，溫度降低后的低溫濕煤氣管線；7加入廢熱鍋爐的軟水管線；8廢熱鍋爐回收熱量輸出低壓蒸汽的管線；9煤氣冷凝水及管線；10循環水泵；11加壓后的高溫洗滌水及管線；12洗滌煤氣后的高溫洗滌水及管線；[0057]13來自制外裝置的氧氣、或富氧空氣、或含氧氮氣、或含氧CO2氣體及管線；14采用氣液直接接觸的逆流低壓傳質傳熱設備，作用是將熱水中的熱量轉化為氧氣、或富氧空氣、或氮氣、或(X)2中的蒸汽；14A低壓傳質傳熱設備第一提汽段；14B低壓傳質傳熱設備第二提汽段；14C霧沫分離段；15低壓氣提蒸汽及管線；16加壓機，作用是將蒸汽氧氣混合氣體加到能夠進入煤氣爐的壓力；17加壓后的高壓氣提蒸汽及管線；18無氧氣體，二氧化碳、或氮氣管線；19脫氧塔，作用是氣提分離熱水中溶解、夾帶的氧氣；20提氧氣管線，管內是氣提了熱水中的氧氣的氣體，是無氧氣(隊、CO2等)、水蒸汽、氧氣三者的混合氣體；21低溫循環水管線；22低溫循環水及管線；23循環水加壓泵；24加壓后的低溫循環水及管線；24A循環熱水加壓泵03)出口低溫循環水及管線；25收熱量煤氣中的熱量溫度升高后的，高壓高溫循環熱水及管線；沈動力蒸汽管線；27汽輪機，作用是為加壓機提供械能的，小型的動力也可以采用電機；28汽輪機乏汽管線，管內蒸汽去蒸汽冷凝裝置；31動力回收裝置；32低壓高溫循環水及管線；33動力補償電機(也可以為其它動力機械設備)；34采用氣液直接接觸的高壓傳質傳熱設備；35噴淋洗滌冷卻補充水管線；36來自夾套、或鍋爐、或二者混合共用的蒸汽管線；37來自制氧裝置的氧氣管線；38氣化爐；39合格氣化劑管線；40外排的高溫洗滌煤氣水及管線；40A溶解、匯入了解吸水、焦油、油、粗酚、水蒸汽的高溫洗滌煤氣水及管線；44補充脫除焦油等油類后的含酚煤氣水管線；45含焦油煤氣水排向焦油回收工序的管線；47噴淋洗滌冷卻器內上部增設的逆流洗滌段；49換熱器；53氣化爐夾套汽包；54氣化爐夾套自產蒸汽及管線；[0094]55自產蒸汽補入氣化劑總管(17)的蒸汽及管線；56自產蒸汽外送蒸汽及管線；57過熱蒸汽及管線；58解吸水、焦油、油、粗酚、水蒸汽及管線；59不凝氣及管線。
具體實施方式
在噴淋洗滌器O)內的上部設置逆流洗滌段(47)，用來自低溫循環水管線04) 的，干凈得多的低溫循環水通過管線(35)，在逆流洗滌段07)上對濕煤氣進行二次洗滌， 優化噴淋洗滌效果；高溫濕煤氣管線(3)的煤氣在進入高壓傳質傳熱設備(34)前，設置變溫吸附塔OA)和(2B)，利用吸附劑將濕煤氣該溫度、壓力下處于飽和濃度的如焦油、中油、石腦油、酚類等有機物，部份分離出濕煤氣系統，以減少這些有機物在高壓傳質傳熱設備(34)內循環水中的溶解度，①減少回收蒸汽中的可燃物濃度，②增加焦油等副產物回收率；濕煤氣管(3A)內的濕煤氣進入高壓傳質傳熱設備(34)，與來自低溫循環水管線04) 的循環水自上而下的逆流接觸，濕煤氣中的蒸汽冷凝液化在循環水中，濕煤氣溫度降低， 蒸汽含量減少70%，濕煤氣從塔頂出來，進入后續工序；出高壓傳質傳熱設備(34)的循環水經管線(25)，經動力回收裝置(31)減壓后，通過管線(3 進入低壓傳質傳熱設備(14)， 與自下而上的(X)2氣體逆流接觸，循環熱水中的熱量以蒸汽形式大量進入氣相，循環水溫度降低出塔，依次通過管線(22)、循環水加壓泵換熱器09)再次進入高壓傳質傳熱設備(34)開始新一輪的煤氣余熱回收循環；在低壓傳質傳熱設備(14)內進入氣相的蒸汽，與 CO2—道經塔內的霧沫分離段(14)除沫后，從塔頂出塔后，經管線(1 進入加壓機(16)升壓至工藝要求壓力，通過管線(17)、(39)即可進入氣化爐(38)成為本案所述的煤氣回收利用裝置，利用煤氣余熱獲得煤氣化工藝需要的氣化劑。從而實現大規模節約鍋爐蒸汽、并大量減少煤氣廢水的目的。下面以低位熱值13. 44MJ/kg，含水40%，灰熔點1200°C的褐煤原料，采用魯奇加壓氣化工藝，蒸汽氧氣比為6，CO2ZO2 ^ 1，日產400萬方天然氣的工程能力為例，說明應用本實用新型的主要參數濕煤氣總量142萬Nm3/h ；溫度230°C ；水蒸汽含量53% ；壓力3. OMPa0氧氣總量83000Nm3/h；壓力 1. 6MPa。CO2 總量83000Nm3/h ；壓力 1. 6MPa。靜止設備高壓傳質傳熱設備1套；低壓傳質傳熱設備1套。變溫吸附塔1套。換熱器1套；含逆流洗滌段的噴淋洗滌冷卻器1套。轉動設備動力回收渦輪機1套；循環熱水泵1套；。蒸汽透平驅動或電動的加壓機1套。動力消耗3·82MPa，435°C動力蒸汽 200t/h。[0113]IOKV 動力電源 900kw。吸附塔再生用3. 82MPa，435°C蒸汽蒸汽10t/h回收蒸汽 480t/h。外送3. OMPa夾套飽和蒸汽80t/h減少煤氣水480噸/h。
權利要求1.煤氣余熱回收利用裝置，由傳質傳熱設備、管路等構成，其特征在于，由噴淋洗滌冷卻器O)、吸附塔OA)和(2B)、高壓傳質傳熱設備(34)、動力回收裝置(31)、低壓傳質傳熱設備(14)、循環水加壓泵(23)、加壓機(16)、混合器(2C)、換熱器09)及管路結構成煤氣余熱回收利用裝置。
2.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，低壓傳質傳熱設備 (14)內設置第一提汽段(14A)和第二提汽段(14B)及霧沫分離段(14C)；低壓高溫循環水管(3 接在霧沫分離段(14C)殼體下部，含氧氣提介質管(1 接在第一提汽段(14A)殼體下部，CO2等無氧氣提介質管(18)接在第二提汽段(14B)殼體下部。
3.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，低壓傳質傳熱設備 (14)液相出口、循環水加壓泵(23)、換熱器09)管程、高壓傳質傳熱設備(34)液相進口， 分別通過通過低溫循環水管0 、低溫循環水管04A)、低溫循環水管04)相連接；高壓傳質傳熱設備(34)液相出口、動力回收裝置(31)、低壓傳質傳熱設備(14)液相進口，分別通過高壓高溫循環水0 和低壓高溫循環水管(3 相連接；噴淋洗滌冷卻器( 底口、混合器(2C)、換熱器09)殼程，分別通過通過含焦油煤氣水管(40)、高溫煤氣水管(40A)連接， 換熱器G9)殼程出口與含焦油煤氣水管0 連接。
4.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，高壓傳質傳熱設備 (34)內件、低壓傳質傳熱設備(14)內件，采用采用垂直篩板結構、或浮閥塔板結構、或旋流板結構、或填料結構、或板式內件在上填料在下的組合結構、或板式內件在下填料在上的組合結構，或旋轉填料結構、或旋轉板式結構、或旋轉板式加填料的組合結構。
5.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，噴淋洗滌冷卻器(2)內設置氣液逆流洗滌段G7)采用采用垂直篩板結構、或浮閥塔板結構、或旋流板結構、或填料結構。
6.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，噴淋洗滌冷卻器(2) 氣相出口、吸附塔OA)和(2B)、高壓傳質傳熱設備(34)氣相進口，分別通過高溫濕煤氣管 (3)、高溫濕煤氣管(3A)相連，高壓傳質傳熱設備(34)頂部氣相出口與高溫濕煤氣管(6) 連接；
7.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，低壓傳質傳熱設備 (14)頂部氣相出口、加壓機(16)、氣化爐(38)氣化劑進口，分別通過低壓氣提蒸汽管(15)、 高壓氣提蒸汽管(17)及合格氣化劑管(39)相連。
8.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，加壓機(16)為螺桿壓縮機、或軸流壓縮機、或離心壓縮機、或活塞壓縮機、或混流壓縮機。
9.根據權利要求1所述的煤氣余熱回收利用裝置，其特征在于，動力回收裝置(31)為軸流式水力透平、或灌流式水力透平、或混流式水力透平、或離心式水力透平。
專利摘要煤氣余熱回收利用裝置，本實用新型屬于熱交換領域，特別加壓移動床煤氣化的煤氣余熱回收工藝。現行加壓移動床煤氣余熱回收，采用廢熱鍋爐將煤氣余熱回收為低壓蒸汽，不能作為原料水蒸氣使用，增加了煤氣化成本。本實用新型采用高壓傳質傳熱設備(34)、低壓傳質傳熱設備(14)、換熱器(49)、動力回收裝置(31)、循環熱水加壓泵(23)、加壓機(16)等及管路構成的煤氣余熱回收利用裝置，優化了現行的煤氣余熱回收工藝，在加壓移動床煤氣化余熱回收利用裝置中采用本實用新型，可以大幅降低外供蒸耗蒸汽的同時，還可大幅降低煤氣污水的量和煤氣廢水處理費用，增加焦油等高附加值副產物產量，更好的降低加壓移動床煤氣化成本。
文檔編號C10K1/00GK202089940SQ20112011027
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月11日 優先權日2010年12月7日
發明者李寧 申請人:李寧