微负压黑液气化方法及系统装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微负压黑液气化方法及装置。该方法以黑液为原料，以氧气为助燃剂，以水蒸汽为气化剂，以黑液气化炉为反应器，在高温和微负压条件下使黑液发生气化，生成粗气化气，粗气化气经过余热锅炉回收热量，再经过喷淋降温和喷雾脱硫，得到以H2和CO为主要成分的净化气化气。本发明还公开了应用该方法的系统装置。本发明应用该系统装置，黑液气化方法在微负压条件下进行，避免了黑液气化炉及气体输送过程的漏气现象；当喷枪堵塞时，可以随时更换处理，提高了生产效率，降低生产成本。
【专利说明】微负压黑液气化方法及系统装置【技术领域】
[0001]本发明涉及制浆造纸黑液处理，具体来说涉及一种微负压黑液气化方法及系统装置。
【背景技术】
[0002]造纸制浆过程产生的黑液含大量生物质，其总热值约为13.4kJ/g —15.6kJ/g，是一种可利用资源。黑液的传统处理方法是将浓缩后的黑液于碱回收炉中燃烧，然后利用或处理掉燃烧得到的各种产物。这种处理方法的污染严重，热能的回收率也低。而黑液气化技术作为一种新型的替代方案，可以有效地提高黑液的热能利用率和减少污染物的排放量，不仅能显著的提高企业的经济效益，还能使企业更容易适应越来越高的排放标准。
[0003]当前，国内外的黑液气化方法中，多采用加压或者常压气化反应。对于加压反应系统，气化炉需要具备抗压功能，当偶尔会出现漏气或喷枪堵塞时，需要整体停机处理，严重影响生产效率，更需要进行气化炉的重新预热，由此造成大量燃料消耗，增加生产成本。常压气化方法也存在会出现漏气和喷枪堵塞情况。因此，本发明提出微负压黑液气化方法及系统装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对造纸制浆过程产生的黑液污染严重及常用的黑液气化方法存在的问题，提供一种微负压黑液气化方法及系统装置，该方法及装置完全避免了漏气现象，当生产中出现进料不畅的情况时，可以随机处理，避免整体停机，提高生产效率。
[0005]本发明的技术方案为:
[0006]一种微负压黑液气化方法，该方法以黑液为原料，以氧气为助燃剂，以水蒸汽为气化剂，以黑液气化炉为反应器，在高温`和微负压条件下使黑液发生气化，生成粗气化气，粗气化气经过余热锅炉回收热量，再经过喷淋降温和喷雾脱硫，得到以H2和CO为主要成分的净化气化气。
[0007]以上所述微负压黑液气化方法，所述的黑液为造纸制过程中，洗涤蓋盡后纸衆的洗涤液，优选重量百分比40-75%的黑液。
[0008]以上所述微负压黑液气化方法，所述的微负压是通过变频气化气压缩机的抽吸作用，使黑液气化炉、碱熔物溶解罐、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔、气体缓冲罐维持在一种微负压状态。所述的微负压的优选为80~lOOkPa。
[0009]以上所述微负压黑液气化方法，所述的氧气为制氧系统现场制备。
[0010]以上所述微负压黑液气化方法，所述的水蒸汽为在高温条件下喷入黑液气化炉内部的黑液蒸发产生。所述的高温条件优选为900-1500°C。
[0011]一种用于以上所述微负压黑液气化方法的系统装置，该系统装置包括制氧系统、黑液气化炉、碱熔物溶解罐、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔、气体缓冲罐、变频气化气压缩机和气化气贮存罐。该系统装置通过变频气化气压缩机的抽吸作用，将系统维持在一种微负压状态，完成黑液气化气的生产。
[0012]以上所述用于微负压黑液气化方法的系统装置，所述制氧系统通过管道与黑液气化炉的氧气入口连接，黑液雾化喷枪安装在黑液气化炉的喷枪座上，预热燃气管道与预热燃气入口连接，将氧气、黑液和预热燃气输送到炉体内；在黑液气化炉下部的侧面安装有气化气及碱熔物排出管道，该排出管道内衬耐碱、耐腐蚀绝热材料，排出管道中段下侧设有开口，并连接碱熔物溶解罐，将黑液气化炉排出的碱熔物溶解，转化为绿液；排出管道的末端连接余热锅炉，以回收热气化气的热量；余热锅炉上部外侧及碱熔物溶解罐上部外侧分别连接有热气排出管道和水蒸汽排出管道；这两条管道均连接到热气喷淋冷却塔的下部；热气喷淋冷却塔安装冷气排出管道，连接到喷雾脱硫塔的下部，继而由脱硫塔顶部经过管道连接气体缓冲罐；缓冲罐与变频气化气压缩机相连接，通过变频气化气压缩机的抽吸作用，使黑液气化炉、碱熔物溶解罐、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔、气体缓冲罐维持在一种微负压状态，同时将净化气化气转移到气化气贮存罐。
[0013]碱熔物溶解罐、水蒸汽排出管道和热气排出管道优选由具有耐碱、耐腐蚀的碳素钢或402不锈钢制成。热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔、气体缓冲罐和气化气贮存罐优选由碳素钢制成。余热锅炉优选采用翘片热交换管来吸收热气的显热，可以减少管外结垢。余热锅炉、变频气化气压缩机和制氧系统都是成熟商品，可直接购买，委托安装。
[0014]以上所述设备的大小、数量与黑液处理量成正比。以日处理25吨黑液为例，设备的规格为:25T/D黑液气化炉I台，内腔直径设计为1.21m,内腔总高度4.2m，外壳具有
0.5Mpa的抗暴功能。余热锅炉I台，0.5T/h ;热气喷淋冷却塔I台5.0m3 ;喷雾脱硫塔I台，5.0m3 ;气体缓冲罐2台，2X5.0m3 ;变频气化气压缩机2台，排气量2X 250m3/h，进气压力8-10kPa，排出压力0.3MPa ;气化气贮存罐若干台，总体积200m3，压力设计0.5MPa。
[0015]采用以上所述微负压黑液气化系统装置将黑液气化的操作方法及原理为:
[0016]输送泵将黑液送入`雾化喷枪，在喷枪内黑液与氧气混合并发生雾化，形成混合射流，喷入黑液气化炉内。雾化后的黑液小液滴在高温环境中经过干燥、裂解、燃烧和焦炭气化，转化为含h2、co、co2和水蒸汽和少量硫化物的黑液气化气，以及以碳酸钠为主要成分的碱性熔融物。黑液气化气和碱性熔融物均从设在黑液气化炉底部的排出管道排出。受气流推动及重力作用，具有一定粘性的碱性熔融物，流入碱熔物溶解罐，与水接触后冷却降温、溶解,生成绿液,并产生水蒸汽。
[0017]启动制氧系统，连续生产足量的氧气，并输送到黑液气化炉。燃烧燃油或燃气给黑液气化炉预热，当炉温为500-700°C时，喷入重量百分比为40-75%的黑液，让燃油或燃气和黑液混合燃烧，使炉温上升到1000-150(TC，在保持炉温缓慢上升或者不变的前提下，逐渐减少燃油或燃气流量，直到停止供给燃油或燃气，使黑液单独燃烧。维持黑液单独燃烧10-30分钟后，调整氧气和黑液流量，使氧气和黑液的重量比为0.4-0.48，达到正常的气化状态。
[0018]从黑液气化炉气化气及碱熔物排出口排出的气化气温度为700-900°C，被引入余热锅炉，回收其中的显热。从余热锅炉排出的热尾气温度为150-250°C，该热尾气与在碱熔物溶解罐产生的水蒸汽混合，被引入热气喷淋冷却塔，采用碳酸钠水溶液或绿液喷淋，使气体的温度下降到约80°C，并去除尘埃、部分的CO2和气体硫化物；从热气喷淋冷却塔出来的冷气被引入喷雾脱硫塔，采用碳酸钠水溶液或绿液喷淋，完全去除尘埃，去除95%以上的CO2和气体硫化物，得到净化气化气。净化气化气被引入气体缓冲罐，再经过专用的变频气化气压缩机压缩，转移到气化气贮存罐中贮存，供生产利用。系统由DCS系统控制，通过2台变频气化气压缩机的运转频率的变化来维持反应系统在一种微负压状态，黑液气化炉、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔和气体缓冲罐的压力负压值优选80~lOOkPa。气化气贮存罐内气体压力为0.3-0.5MPa。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1.本发明黑液气化方法在微负压条件下进行，外部气体向反应体系内部运动，避免了黑液气化炉及气体输送过程的漏气现象。
[0021]2.采用本发明黑液气化方法，当喷枪堵塞时，可以随时更换处理，不需要整体停机，提高了生产效率,降低生产成本。
[0022]3.本发明系统装置在微负压条件下进行，不需要具备抗压功能，设备生产成本减少，且更耐用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明微负压黑液气化系统装置的剖面图。
[0024]图中设备名称及序号:
[0025]1.黑液气化炉；2.碱熔物溶解罐；3.水蒸汽排出管道；4.余热锅炉；5.热气排出管道；6.热气喷淋冷却塔；7.冷气排出管道；8.喷雾脱硫塔；9.气体缓冲罐；10.变频气化气压缩机；11.气化气忙存罐；12.制氧系统。
[0026]如图1所示，用于微负压黑液气化方法的系统装置，主要包括制氧系统12、黑液气化炉1、碱熔物溶解罐2、余热锅炉4、热气喷淋冷却塔6、喷雾脱硫塔8、气体缓冲罐9、变频气化气压缩机10和气化气贮存罐11。制氧系统12通过管道与黑液气化炉I的氧气入口连接，黑液雾化喷枪安装在黑液气化炉I的喷枪座上，预热燃气管道与预热燃气入口连接，将氧气、黑液和预热燃气输送到炉体内；在黑液气化炉I下部的侧面安装有气化气及碱熔物排出管道，该排出管道内衬耐碱、耐腐蚀绝热材料，排出管道中段下侧设有开口，并连接碱熔物溶解罐2，将黑液气化炉I排出的碱熔物溶解，转化为绿液；排出管道的末端连接余热锅炉4，以回收热气化气的热量；余热锅炉4上部外侧及碱熔物溶解罐2上部外侧分别连接有热气排出管道5和水蒸汽排出管道3 ;这两条管道均连接到热气喷淋冷却塔6的下部；热气喷淋冷却塔6安装冷气排出管道7，连接到喷雾脱硫塔8的下部，继而由脱硫塔8顶部经过管道连接气体缓冲罐9 ;缓冲罐9与变频气化气压缩机10相连接，通过变频气化气压缩机10的抽吸作用，使黑液气化炉1、碱熔物溶解罐2、余热锅炉4、热气喷淋冷却塔6、喷雾脱硫塔8、气体缓冲罐9维持在一种微负压状态，同时将净化气化气转移到气化气贮存罐11。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图1及实施例对本发明做详细说明。
[0028]实施例1 [0029]启动制氧系统12，连续生产足量的氧气，并输送到黑液气化炉I。燃烧燃油给黑液气化炉I预热，当炉温达到500 °C时，喷入重量百分比为75%的黑液，让燃油和黑液混合燃烧，使炉温上升到1000°C，在保持炉温缓慢上升或者不变的前提下，逐渐减少燃油流量，直到停止供给燃油，使黑液单独燃烧。维持黑液单独燃烧10分钟后，调整氧气和黑液流量，使氧气和黑液的重量比为0.4，达到正常的气化状态。
[0030]从黑液气化炉I排出的碱熔物在碱熔物溶解罐2内溶解，生成绿液，以液态形式排出，继而输送到热气喷淋冷却塔6和喷雾脱硫塔8，作为脱硫和脱碳的化学品。从黑液气化炉I气化气及碱熔物排出口排出的气化气温度为900°C，被引入余热锅炉4，回收其中的显热。从余热锅炉4排出的热尾气温度为250°C，该热尾气与在碱熔物溶解罐2产生的水蒸汽混合，被引入热气喷淋冷却塔6，采用绿液喷淋，使气体的温度下降到约80°C，并去除尘埃、部分的CO2和气体硫化物；从热气喷淋冷却塔6出来的冷气被引入喷雾脱硫塔8，采用绿液喷淋，完全去除尘埃，去除95%以上的CO2和气体硫化物，得到净化气化气。净化气化气被引入气体缓冲罐9，再经过专用的变频气化气压缩机10压缩，转移到气化气贮存罐11中贮存,供生产利用。
[0031]系统由DCS系统控制，通过2台变频气化气压缩机的运转频率的变化来维持黑液气化炉、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔和气体缓冲罐的反应系统在IOOkPa的微负压状态。气化气贮存罐内气体压力为0.5MPa。
[0032]实施例2
[0033]启动制氧系统12，连续生产足量的氧气，并输送到黑液气化炉I。燃烧燃气给黑液气化炉I预热，当炉温达到700°C时，喷入重量百分比为40%的黑液，让燃气和黑液混合燃烧，使炉温上升到1500°C，在保持炉温缓慢上升或者不变的前提下，逐渐减少燃气流量，直到停止供给燃气，使黑液单独燃烧。维持黑液单独燃烧30分钟后，调整氧气和黑液流量，使氧气和黑液的重量比为0.48，达到正常的气化状态。
[0034]从黑液气化炉I排出的碱熔物在碱熔物溶解罐2内溶解，生成绿液，以液态形式排出，继而输送到热气喷淋冷却塔6和喷雾脱硫塔8，作为脱硫和脱碳的化学品。从黑液气化炉I气化气及碱熔物排出口排出的气化气温度为700°C，被引入余热锅炉4，回收其中的显热。从余热锅炉4排出的热尾气温度为150°`C，该热尾气与在碱熔物溶解罐2产生的水蒸汽混合，被引入热气喷淋冷却塔6，采用碳酸钠水溶液喷淋，使气体的温度下降到约80°C，并去除尘埃、部分的CO2和气体硫化物；从热气喷淋冷却塔6出来的冷气被引入喷雾脱硫塔8，采用碳酸钠水溶液喷淋，完全去除尘埃，去除95%以上的CO2和气体硫化物，得到净化气化气。净化气化气被引入气体缓冲罐9，再经过专用的变频气化气压缩机10压缩，转移到气化气贮存罐11中贮存，供生产利用。
[0035]系统由DCS系统控制，通过2台变频气化气压缩机的运转频率的变化来维持黑液气化炉、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔和气体缓冲罐的反应系统在80kPa的微负压状态。气化气贮存罐内气体压力为0.3MPa。
[0036]实施例3
[0037]启动制氧系统12，连续生产足量的氧气，并输送到黑液气化炉I。燃烧燃油给黑液气化炉I预热，当炉温达到600°C时，喷入重量百分比为60%的黑液，让燃油和黑液混合燃烧，使炉温上升到1200°C，在保持炉温缓慢上升或者不变的前提下，逐渐减少燃油流量，直到停止供给燃油，使黑液单独燃烧。维持黑液单独燃烧20分钟后，调整氧气和黑液流量，使氧气和黑液的重量比为0.45，达到正常的气化状态。
[0038]从黑液气化炉I排出的碱熔物在碱熔物溶解罐2内溶解，生成绿液，以液态形式排出，继而输送到热气喷淋冷却塔6和喷雾脱硫塔8，作为脱硫和脱碳的化学品。从黑液气化炉I气化气及碱熔物排出口排出的气化气温度为800°C，被引入余热锅炉4，回收其中的显热。从余热锅炉4排出的热尾气温度为200°C，该热尾气与在碱熔物溶解罐2产生的水蒸汽混合，被引入热气喷淋冷却塔6，采用绿液喷淋，使气体的温度下降到约80°C，并去除尘埃、部分的CO2和气体硫化物；从热气喷淋冷却塔6出来的冷气被引入喷雾脱硫塔8，采用绿液喷淋，完全去除尘埃，去除95%以上的CO2和气体硫化物，得到净化气化气。净化气化气被引入气体缓冲罐9，再经过专用的变频气化气压缩机10压缩，转移到气化气贮存罐11中贮存,供生产利用。
[0039]系统由DCS系统控制，通过2台变频气化气压缩机的运转频率的变化来维持黑液气化炉、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔和气体缓冲罐的反应系统在90kPa的微负压状态。气化气贮存罐内气体压力为0.4MPa。
[0040]实施例4
[0041]启动制氧系统12，连续生产足量的氧气，并输送到黑液气化炉I。燃烧燃气给黑液气化炉I预热，当炉温达到600°C时，喷入重量百分比为80%的黑液，让燃气和黑液混合燃烧，使炉温上升到1200°C，在保持炉温缓慢上升或者不变的前提下，逐渐减少燃气流量，直到停止供给燃气，使黑液单独燃烧。维持黑液单独燃烧30分钟后，调整氧气和黑液流量，使氧气和黑液的重量比为0.45，达到正常的气化状态。
[0042]从黑液气化炉I排出的碱熔物在碱熔物溶解罐2内溶解，生成绿液，以液态形式排出，继而输送到热气喷淋冷却塔6和喷雾脱硫塔8，作为脱硫和脱碳的化学品。从黑液气化炉I气化气及碱熔物排出口排出的气化气温度为800°C，被引入余热锅炉4，回收其中的显热。从余热锅炉4排 出的热尾气温度为200°C，该热尾气与在碱熔物溶解罐2产生的水蒸汽混合，被引入热气喷淋冷却塔6，采用绿液喷淋，使气体的温度下降到约80°C，并去除尘埃、部分的CO2和气体硫化物；从热气喷淋冷却塔6出来的冷气被引入喷雾脱硫塔8，采用绿液喷淋，完全去除尘埃，去除95%以上的CO2和气体硫化物，得到净化气化气。净化气化气被引入气体缓冲罐9，再经过专用的变频气化气压缩机10压缩，转移到气化气贮存罐11中贮存,供生产利用。
[0043]系统由DCS系统控制，通过2台变频气化气压缩机的运转频率的变化来维持黑液气化炉、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔和气体缓冲罐的反应系统在90kPa的微负压状态。气化气贮存罐内气体压力为0.4MPa。
【权利要求】
1.一种微负压黑液气化方法，其特征在于，以黑液为原料，以氧气为助燃剂，以水蒸汽为气化剂，以黑液气化炉为反应器，在高温和微负压条件下使黑液发生气化，生成粗气化气，粗气化气经过余热锅炉回收热量，再经过喷淋降温和喷雾脱硫，得到以H2和CO为主要成分的净化气化气。
2.根据权利要求1所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的黑液为重量百分比40-75%的黑液。
3.根据权利要求1或2所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的微负压是通过变频气化气压缩机的抽吸作用，使黑液气化炉、碱熔物溶解罐、余热锅炉、热气喷淋冷却塔、喷雾脱硫塔、气体缓冲罐维持在一种微负压状态。
4.根据权利要求3所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的微负压的负压值为80 ~IOOkPa0
5.根据权利要求4所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的氧气为制氧系统现场制备。
6.根据权利要求5所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的水蒸汽为在高温条件下喷入黑液气化炉内部的黑液蒸发产生。
7.根据权利要求6所述微负压黑液气化方法，其特征在于，所述的高温条件为900-1500°C。
8.一种用于权利要求1-7中任一所述微负压黑液气化方法的系统装置，其特征在于，该系统装置包括制氧系统(12)、黑液气化炉(I)、碱熔物溶解罐(2)、余热锅炉(4)、热气喷淋冷却塔(6)、喷雾脱硫塔(8)、气体缓冲罐(9)、变频气化气压缩机(10)和气化气贮存罐(11)。·
9.根据权利要求8所述用于微负压黑液气化方法的系统装置，其特征在于，所述制氧系统(12)通过管道与黑液气化炉(I)的氧气入口连接，黑液雾化喷枪安装在黑液气化炉(I)的喷枪座上，预热燃气管道与预热燃气入口连接，将氧气、黑液和预热燃气输送到炉体内；在黑液气化炉(I)下部的侧面安装有气化气及碱熔物排出管道，该排出管道内衬耐碱、耐腐蚀绝热材料，排出管道中段下侧设有开口，并连接碱熔物溶解罐(2)，将黑液气化炉(I)排出的碱熔物溶解，转化为绿液；排出管道的末端连接余热锅炉(4)，以回收热气化气的热量；余热锅炉⑷上部外侧及碱熔物溶解罐⑵上部外侧分别连接有热气排出管道(5)和水蒸汽排出管道(3);这两条管道均连接到热气喷淋冷却塔(6)的下部；热气喷淋冷却塔(6)安装冷气排出管道(7)，连接到喷雾脱硫塔(8)的下部，继而由脱硫塔(8)顶部经过管道连接气体缓冲罐(9);缓冲罐(9)与变频气化气压缩机(10)相连接，通过变频气化气压缩机(10)的抽吸作用，使黑液气化炉(I)、碱熔物溶解罐(2)、余热锅炉(4)、热气喷淋冷却塔(6)、喷雾脱硫塔(8)、气体缓冲罐(9)维持在一种微负压状态，同时将净化气化气转移到气化气贮存罐(11)。
【文档编号】C01B3/36GK103818879SQ201410061669
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】农光再, 陈溢一, 邓卓, 李世强 申请人:广西大学