专利名称：加压移动床煤气余热回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热交换领域，特别涉及加压移动床气化工艺的，煤气余热回收的工艺技术装置。
背景技术：
众所周知，煤制化学合成产品，如H2、NH3、CH4, CH3OH、油等等，采用加压移动床进行煤气化，不仅具有单位粗煤气氧气耗量最低的优点，而且还具有可以采用相对廉价的高水份、高灰份的各种原料煤的优点。然而，由于加压移动床炉内的煤炭气化时的最高温度，必须低于或等于入炉原料煤的灰熔点温度。有的原料煤灰熔点在1200°C，有的原料煤灰熔点则可达到1500°C。由于煤气化的主要反应是C+H20 = C0+H2，强吸热反应，其化学反应平衡常数与反应温度成正比， 即气化温度越高，平衡常数越大，生成物越多，蒸汽分解率越高，蒸汽利用率越高，煤气化成本就越低。目前设计3. OMPa压力的碎煤移动床加压气化工艺，蒸汽分解率通常在20 40%。当采用水份高达40 %，灰熔点在1200°C的褐煤、长焰煤为原料时，用于煤气化反应C+H20 = C0+H2和CO变换反应CCHH2O = C02+H2的水蒸汽分解率，仅为炉底入炉总水汽量的30%多，若再加上褐煤在气化炉中干燥段蒸发出来水蒸汽，则总的蒸汽分解率仅为20% 左右。由此导致出炉煤气中的水汽高达55%左右。当采用低水份、高灰熔点贫瘦煤、洗精煤等煤为原料时，虽然用于C+H20 = CCHH2和 CCHH2O = C02+H2的气化蒸汽分解率可达近40%。由于当煤气化温度低于700°C，不仅化学反应受动力学控制，化学反应速率低，平衡常数低，蒸汽分解率低，和原料煤在炉内干燥层水蒸发少、干馏层中干馏产物少，热量消耗少，从而使出炉煤气的温度高达600°C以上。为防止护炉顶的加煤装置等设备被高温损坏，还经常采取向炉内喷水来降低出炉煤气温度。再则，即使采用白煤、贫瘦煤为原料，由于气化压力远比常压气化高得多，干馏产物中还是有一定数量的焦油和粉尘。所以在煤气的余热回收、或冷却前，都必须向煤气喷水，进行初步的除尘冷却，以大幅降低煤气中的焦油和粉尘，使煤气具有100%的湿度条件。 否则，煤气中的焦油就会附着在流程下游的废锅等换热设备表面，严重降低换热效果。因此，3. OMPa的碎煤移动床加压气化工艺煤气出炉后，无论是否回收煤气余热，都必须首先用水对高温煤气进行喷淋冷却、洗涤，使煤气温度降到喷水后的的露点温度200°C左右，其湿煤气中的水汽含量也达到50 %以上，再进行余热的回收或直接冷却。现行的加压移动床煤气余热的回收装置如附图1和化学工业出版社《合成气工艺技术与设计手册》2002年第一版139页所示，是采用废热锅炉将压力约3. 0煤气中的余热转化为0. 压力的低压饱和蒸汽。富含50 60%%左右饱和水蒸汽的高压煤气走管内，管外为被加热产生蒸汽的锅炉软水，其蒸汽通常用于其它工艺之需。由于这种低压蒸汽产量很大，几乎达到与入炉蒸汽总量相当的数量，由于压力太低，不可能再作为煤气化用的原料水蒸汽，利用价值低，从而大大增加了煤气及其产品成本。[0008]如采用加压移动床气化工艺，以贫度煤、洗精煤为原料生产合成氨粗煤气。吨氨除耗用气化炉夹套蒸汽800kg外，还需额外提供3. 8MPa, 400°C中压蒸汽1600kg，氧气520Nm3、 原料标煤1300kg ；产生煤气污水2700kg，同时吨氨煤气余热回收0. 5MPa低压饱和蒸汽 2300kg,吨氨耗用软水总量达5吨。以每吨中压蒸汽100元、吨氨仅外供蒸汽成本就达160 元，年产30万吨合成氨厂，每年增加蒸汽成本4800万元。如采用加压移动床气化工艺，以水份含量约40%的褐煤为原料生产合成天然气。 每1000标方天然气产品耗用除夹套蒸汽约IOOOkg外，还需外供3. 8MPa，400°C中压蒸汽达 2000kg，氧气480Nm3、热值13. 44MJ(3210千卡)原料褐煤4000kg，产生煤气污水3000kg左右，同时每1000标方天然气的煤气余热，回收0. 5MPa低压饱和蒸汽2500kg，耗用软水总量达6吨。以每吨中压蒸汽100元、每1000标方天然气外供蒸汽成本达200元，年产10亿立方米的天然气厂，每年增加蒸汽成本2亿元。鉴于现行碎煤移动床加压气化工艺的缺陷，在201120031648. 7号实用新型专利申请中提出如下实用新型内容1.煤气余热回收装置，其特征在于，煤气余热回收装置由高压传质传热设备 (34)、低压传质传热设备(14)、脱氧塔(19)、洗涤水提汽塔(41)、分离器( )、动力回收装置(31)、循环热水加压泵(23)、加压机(16)、蒸汽轮机(XT)及管路构成。2.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，高压传质传热设备 (34)顶部与湿煤气出口管线(6)连接、上部筒体与循环水进口管线04)连接、下部筒体与湿煤气进口管线C3)连接和无氧高温循环热水管线0 连接。3.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，低压传质传热设备顶部与低压富氧蒸汽管线(1 连接、上部筒体与低压高温循环水管线(3 连接、下部筒体与氧气管线(1 和富氧低温循环水管线连接。4.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，脱氧塔(19)顶部与提氧气管线00)连接、上部筒体与富氧低温循环热水管线连接、底部与贫氧低温循环热水管线02)连接、下部筒体与无氧气体管线(18)连接。5.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，洗涤水提汽塔Gl)顶部与洗涤水气提蒸汽管线0 连接、上部筒体与高温洗涤水管线GO)连接、下部筒体与无氧气提剂管线连接、底部与排向焦油回收工序的煤气水管线0 连接。6.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，加压机(16)设置在低压富氧水蒸汽管线(1 和高压富氧水蒸汽管线(17)之间；循环热水加压泵设置在贫氧低温循环热水管线0 和加压后的贫氧低温循环热水管线04)之间；动力回收装置 (31)设置无氧高温循环热水管线(30)和低压高温循环水管线(3 之间。7.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，分离器09)设置在无氧高温循环热水管线0 和无氧高温循环热水管线(30)之间。8.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，高压传质传热设备 (34)、低压传质传热设备(14)、脱氧塔(19)、洗涤水提汽塔(41)、分离器09)为垂直筛板塔、或浮阀塔、或旋流板、或波纹板塔、或泡罩塔、或填料塔、或空塔结构。9.根据权利要求1所述的煤气余热回收装置，其特征在于，加压机(16)为螺杆压缩机、或轴流压缩机、或离心压缩机、或活塞压缩机、或其它增压机。[0020]采用上述实用新型内容，加压移动床气化工艺，以含水40%的高水份褐煤、或洗精煤、或其它煤为原料生产天然气等产品时，可减少75%的外供蒸汽消耗，减少60%的造气污水处理量。
发明内容进一步分析可知，由于上述实用新型采用气提工艺直接从洗涤水提汽塔Gl)中富含焦油的洗涤水中气提水蒸汽，或多或少的焦油等油类产品会被气提进入气相；另外，喷淋洗涤冷却器煤气O)，采用原简单的单段文氏喷射循环洗涤其焦油类、酚、烃等物质分离净化度不高，从而会增加此类物质通过循环水气提系统进入气提蒸汽，鉴于上述两项原因， 均会减少高附加值的焦、油类等产品的产量收得率。为此，本实用新型提出以下改进措施1.加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，加压移动床煤气余热回收装置由喷淋洗涤冷却器( 内气相侧、高压传质传热设备(34)内气相侧及有关管路依秩连接构成的湿煤气回路结构；换热器G9)液相侧、小循环热水泵(46)、高压传质传热设备(34)内液相侧、低压传质传热设备(14)内液相侧、脱氧塔(19)内液相侧、分离器09)内液相侧、动力回收装置(31)、循环热水加压泵及有关管路依秩连接构成的液相回路结构；低压传质传热设备(14)内气相侧、加压机(16)、蒸汽轮机(XT)及管路依秩连接构成的蒸汽回路结构，共同组成。2.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，由小循环热水泵G6)与换热器进水管线(51)、换热器09)液相侧、换热器出水管线(52)、脱氧塔 (19)、小循环热水泵进口管线(50)、依秩连接构成连通结构。3.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，换热器 (49)采用间壁结构。4.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，脱氧塔 (19)内的上部的提汽段G8)采用采用垂直筛板结构、或浮阀塔板结构、或旋流板结构、或填料结构结构。5.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，喷淋洗涤冷却器O)内设置气液逆流洗涤段G7)采用采用垂直筛板结构、或浮阀塔板结构、或旋流板结构、或填料结构。在采用201120031648. 7号实用新型专利申请的基础上，再采用以上实用新型，除原实用新型所述的优点外，还具有具有以下积极效果通过换热器06)从外排的高温洗涤煤气水GO)中获得的热量，在提汽段G8)转化入塔气提介质二氧化碳(18)中的水蒸汽，避免了采用洗涤水提汽塔Gl)直接从洗涤水中提取水蒸汽带来的焦油等高附加值产品的损失。用在脱氧塔(19)内提取氧气后的含氧湿二氧化碳气体，直接升入脱氧塔(19)内的提汽段(48)，具有充分利用二氧化碳和氧气不凝气降低气相水蒸汽分压，更多提取小循环热水中的水蒸汽的作用，其提取的水蒸汽量将比直接从洗涤水中提取高30%以上。由于含氧湿二氧化碳气体进入提汽段08)前，其中氧气含量小于10%，加之小循环热水量不及主循环热水10%，所以溶入小循环水中的氧气损失量，将小于脱氧塔回收氧气量的1%。[0031]外排的高温洗涤煤气水00)压力高，且最终进入常压油水分离工序，其在换热器内G9)的流速可以设计在lOm/s，以上，从而将大大减少污物沉积和传热热阻，数倍提高传热对数平均温差，进而大幅减少换热面积和设备投资。喷淋洗涤冷却器O)内的上部，设置气液逆流洗涤段G7)，并采用喷淋洗涤冷却补充水管线(3 送来的，焦油、酚含量比循环洗涤水少得多的，主循环热水作为逆流洗涤段的洗涤用水，不仅减少进入高压传质传热设备(34)的湿煤气中的焦油、酚、氨、尘含量， 进而减少进入气化剂中的焦油、酚、氨、尘含量，还将增加具有高附加值的焦油、酚、氨产量。日产400万立方米天然气的生产线，每年节约外供蒸汽300万吨，减少造气污水 300万吨，降低污水处理成本1500万元。碎煤移动床加压气化工艺，洗精煤为原料生产合成氨。采用本实用新型回收煤气余热时，可减少80%的外供蒸汽消耗，减少75%的造气污水处理量。年产30万吨合成氨厂， 每年节约外供蒸汽52万吨减少造气污水75万吨。南非的萨索尔公司的97台鲁奇加压气化炉炉，即通常俗称的鲁奇加压气化炉，年耗用4300万吨长焰煤，年产750万吨燃油，若其煤气余热回收采用本工艺，每小时可减少外供蒸汽2000吨，全年可节约标煤250万吨，减排二氧化碳500万吨，每年减少煤气污水MOO 万吨，每年降低成本2亿美元。未来全球1000余台鲁奇加压气化炉的煤气余热回收采用本实用新型，将具有10 倍的南非萨索尔公司的节能、环保和经济效益。本实用新型在利用鲁奇加压气化工艺的低氧耗和可用任意原料煤的基础上，成功解决了蒸汽利用率低、煤气污水量巨大、水资源耗量大的难题，为中国和全世界的新一代的以煤为原料制油和天然气等等煤气化化工产业提供了关键的技术支撑。本实用新型还可用于恩德炉煤气余热回收，常压移动床富氧煤造气的煤气余热回收和流化床煤气化的煤气余热回收。
附图1，现行的移动床加压气化煤气余热回收装置示意图。附图2，采用间壁式换热方式提高循环温热水的煤气余热回收装置示意图。附图3,201120031648. 7号实用新型专利申请所述的煤气余热回收装置示意图。附图4，本实用新型所述的加压移动床煤气余热回收装置示意图图中1来自煤气炉的热煤气管线；2煤气喷淋洗涤冷凝器；3洗涤冷却后的煤气管线；4废热锅炉下部的气液分离段；5回收热量的废热锅炉；5a回收热量的间壁换热器；6被回收热量，温度降低后的煤气管线；7加入废热锅炉的软水管线；8废热锅炉回收热量输出低压蒸汽的管线；[0053]9煤气冷凝水管线；10循环水泵；11加压后的循环水进入煤气喷淋洗涤冷凝器的管线；12洗涤煤气后的高温洗涤水管线；13来自制氧装置的氧气、或富氧空气、或氮气、或CO2气体管线；14采用气液直接接触的逆流低压传质传热设备，作用是将热水中的热量转化为氧气、或富氧空气、或氮气、或(X)2中的蒸汽；15低压富氧水蒸汽管线；16加压机，作用是将蒸汽氧气混合气体加到能够进入煤气炉的压力；17高压富氧水蒸汽管线，管内是加压后的蒸汽氧气混合气体；18无氧气体，二氧化碳、或氮气管线；19脱氧塔，作用是气提分离热水中溶解、夹带的氧气；20提氧气管线，管内是气提了热水中的氧气的气体是无氧气(队、0)2等)、水蒸汽、氧气三者的混合气体；21的富氧低温循环热水管线；22贫氧低温循环热水管线；23循环热水加压泵；24加压后的贫氧低温循环热水管线；25收热量煤气中的热量温度升高后的，无氧高温循环热水管线；26动力蒸汽管线；27汽轮机，作用是为加压机提供械能的，小型的动力也可以采用电机；28汽轮机乏汽管线，管内蒸汽去蒸汽冷凝装置；29分离器，作用是除去热水中的尘粒、胶体、杂物微粒；30除去杂物的无氧高温循环热水管线；31动力回收装置；32低压高温循环水管线；33动力补偿电机(也可以为其它动力机械设备)；34采用气液直接接触的高压传质传热设备；35喷淋洗涤冷却补充水管线；36来自夹套、或锅炉、或二者混合共用的蒸汽管线；37来自制氧装置的氧气管线；38气化炉；39合格气化剂管线；40外排的高温洗涤煤气水管线；41洗涤水提汽塔；42输送洗涤水气提蒸汽的管线；43输送无氧气提剂CO2、或氮气的管线；44补充脱除焦油等油类后的含酚煤气水管线；45含焦油煤气水排向焦油回收工序的管线；[0090]46小循环热水泵；47喷淋洗涤冷却器内上部增设的逆流洗涤段；48脱氧塔内上部增设的提汽段；49换热器；50小循环热水泵进口管线；51换热器进水管线；52换热器出水管线。A、B、N，分别为去第A套气化炉、第B套气化炉、第N套气化炉的高压富氧水蒸汽管线.
一入 ，a、b、η分别为来自第A套气化炉、第B套气化炉、第N套气化炉的湿煤气管线。
具体实施方式
下面以低位热值13. 44MJ/kg，含水40%的高水份，灰熔点1200°C的褐煤为原料， 采用碎煤移动床加压气化工艺，日产400万方天然气的工程能力为例，说明应用本实用新型回收煤气余热的具体实施方式
。本案各设备间采用附图4的连接关系结构；设备内高压传质传热设备(34)、低压传质传热设备(14)、脱氧塔(19)、分离器 ( )、喷淋洗涤冷却器O)内设置气液逆流洗涤段G7)采用采用垂直筛板结构；换热器 (49)采用列管换热结构；高压传质传热设备(34)、低压传质传热设备(14)、脱氧塔(19)、分离器Q9)、汽轮机(XT)和加压机(16)及其相关管路组成本案的余热回收装置大循环装置结构；小循环热水泵06)和换热器09)及其相关管路组成本案的余热回收装置小循环装置结构；实施过程如下1.按附图4进行带控制点的工艺流程图设计；各控制点工艺参数计算与确定。2.根据工艺流程控制点的工艺确定值，设计设备、管路、电气、仪表控制装置的采购设备的技术规格、条件、要求、数量。3.进行本实用新型的设备平面和立面布置图设计、工艺配管图设计、设备土建基础及地沟地坪等设计、安全消防环保防雷设计；编制含开停车方案在内的完整操作手册。4.进行本实用新型装置的建设安装；同时进行技术人员、管理人员、操作人员培训；5.按操作手册进行本实用新型装置化工开车装置场地清扫干净；化工设备吹出、清洗、试漏试压合格；电气仪表显示控制系统单体调试合格；运转设备清洗、注滑油、单体试车、调试合格；向各传质传热设备注入清水进行常压、常温联动试车合格；采用氮气进行系统置换至气体中氧含量小于0.5%合格后；用氮气升压，并通过控制动力回收涡轮机转速来逐步控制，高压传质传热设备和低压传质传热设备之间的压差达到规定值后，进行常温加压试车合格后；缓慢卸压放掉装置内的氮气至表压0.02MPa。6.按操作手册要求同时进行如下操作a.缓慢引入高压湿煤气煤气，以每分钟 0.2MI^的速率，将高压传质传热设备(34)内的压力升至工艺要求压力；b.缓慢引入0)2气体，以每分钟0.2MPa的速率，将低压传质传热设备(14)和脱氧塔(19)的压力升至工艺要求压力；c.调节动力回收装置(31)和循环热水加压泵控制高压传质传热设备(34)与低压传质传热设备(14)之间的压差在工艺指标范围值内。7.在高压传质传热设备(34)与低压传质传热设备(14)内温度达到工艺要求温度后，启动汽轮机(XT)和加压机(16)向气化炉(30)送入回收的蒸汽。8.启动小循环热水泵(46)，运行小循环热水装置。9.按操作手册进一步优化调节装置各控制点的温度、压力、流量、液位、成份等工艺参数。实现加压移动床煤气余热回收装置的目的。本实用新型投运正常后回收煤气化工艺蒸汽 500t/h。
权利要求1.加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，加压移动床煤气余热回收装置由喷淋洗涤冷却器O)内气相侧、高压传质传热设备(34)内气相侧及有关管路依秩连接构成的湿煤气回路结构；换热器G9)液相侧、小循环热水泵(46)、高压传质传热设备(34)内液相侧、低压传质传热设备(14)内液相侧、脱氧塔(19)内液相侧、分离器09)内液相侧、动力回收装置(31)、循环热水加压泵及有关管路依秩连接构成的液相回路结构；低压传质传热设备(14)内气相侧、加压机(16)、蒸汽轮机(XT)及管路依秩连接构成的蒸汽回路结构，共同组成。
2.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，由小循环热水泵G6)与换热器进水管线(51)、换热器09)液相侧、换热器出水管线(52)、脱氧塔(19)、 小循环热水泵进口管线(50)、依秩连接构成连通结构。
3.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，换热器G9)采用间壁结构。
4.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，脱氧塔(19)内的上部的提汽段G8)采用采用垂直筛板结构、或浮阀塔板结构、或旋流板结构、或填料结构结构。
5.根据权利要求1所述的加压移动床煤气余热回收装置，其特征在于，喷淋洗涤冷却器(2)内设置气液逆流洗涤段G7)采用垂直筛板结构、或浮阀塔板结构、或旋流板结构、或填料结构。
专利摘要加压移动床煤气余热回收装置，本实用新型属于热交换领域，特别加压移动床煤气化的煤气余热回收装置。现行加压气化煤气余热的回收装置，通常采用废热锅炉将煤气余热转化为低压饱和蒸汽，不能再作为原料水蒸汽使用，从而增加了煤气化成本。本实用新型采用由喷淋洗涤冷却器(2)、高压传质传热设备(34)、低压传质传热设备(14)、脱氧塔(19)、换热器(49)、分离器(29)、动力回收装置(31)、循环热水加压泵(23)、加压机(16)、蒸汽轮机(27)、小循环热水泵(46)及管路构成的煤气余热回收装置，优化了原余热回收装置，将煤气余热转为更多的中压水蒸汽的同时，还进入增加了焦油等高附加值产品，更好的降低了加压移动床煤气化成本。
文档编号C10J3/72GK202054806SQ201120053828
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者刘红 申请人:刘红