一种焦炭气化生产煤气的方法及设备与流程

本发明属于一种焦炭气化生产煤气的方法及设备。
背景技术：
：碎煤加压气化炉是一种固定床煤气化炉，由于对原料煤要求低，即除强粘结性煤外，其余煤种都可以气化，特别是低阶煤和高灰熔点的劣质煤以及气化焦。该气化炉被广泛地应用到煤制合成氨、甲醇、二甲醚、合成油和煤气天然气领域。但是目前工业运行的碎煤加压气化工艺中使用的碎煤加压气化技术适合气化有干馏、干燥层的煤，在气化过程中干燥、干馏时候吸收热量，气化炉顶部温度不至于超过气化炉材料承受温度以上，此外焦炭反应活性差，像如Shell、GSP、航天炉、水煤浆等气流床气化技术和流化床气化技术很难完全反应(碳转化率低)，不适合焦炭气化，面对目前冷清的焦炭产业，开发焦炭气化技术是迫在眉睫的问题。目前碎煤加压气化工艺在除尘、脱油工序中采用的为现代煤化工技术手册第二版，第424至428页中介绍的5中固定床气化工艺流程，都采用水洗除尘、脱油工工艺，造成粗煤气的显示损失量，不利于热量回收利用，还使得煤气水循环量大、运行成本高。专利：煤制清洁燃气的工艺及装置，专利号：201410767710.7公开的专利使用的旋风除尘、脱油，但是旋风除尘结构未公开、粗煤气出口温度低时易发生焦油冷凝、造成排渣口堵塞、很难稳定运行。专利：双切向环流式旋风除尘器，专利号：01243740.9公开的旋风分离和上述专利中使用的旋风除尘、脱油存在一样的问题。随着我国工业快速发展，化工装置逐步向着高温、高压、大规模化的发展，特别是煤气化技术要求气化压力至少在40公斤以上，日投煤量达到千吨级，再加上气化的优质煤碳储量越来越少，反而劣质煤比例逐步增加，特别是灰熔点大于1500度以上的煤种的比例逐步增加，使得气化煤气或后续废气的温度、压力也相应地提高，
专利名称：：一种高温高压废热锅炉，申请号：201110462710.2的专利解决高压、高温问题，但是我们目前固定床气化使用的热回收工艺及设备：现代煤化工技术手册第二版，第424至428页介绍5中典型的固定床气化工艺流程都是一级热回收，产生一种等级的蒸汽，焦炭气化煤气粗口温度高，使用原流程不仅造成资源浪费，同时还污染环境。
专利名称：：加压煤气用废热锅炉，申请号：200510010273.5的专利主要用于解决粉煤气化，提高了热回收效率，但是仍然是一级热回收，产生单一等级的蒸汽，未能充分对废热回收利用。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述技术中的缺点和不足，提供一种无洗涤煤气水产生，对煤气废热能可分级回收利用，同时产生的不同等级蒸汽的焦炭气化生产煤气的方法及设备。本发明的方法，包括如下步骤：(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为1.0-8.0MPa、温度为500-650℃的含油尘粗煤气；(2)将含油尘粗煤气进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体和外筒体的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在1-80mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量生成低压饱和、中压饱和，过热的三个等级的蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。如上所述以焦炭为原料进行碎煤加压气化是指焦炭加入碎煤加压气化炉，依靠重力作用缓慢下降并从上到下经过干燥、干馏、甲烷化、气化和残碳燃烧各个床层，气化剂经气化剂入口进入气化炉进行一系列反应，最终生成压力为1.0-8.0MPa、温度为500-650℃的含油尘粗煤气。如上所述的碎煤加压气化使用的碎煤加压气化炉是指在赛鼎炉或鲁奇炉的基础上，延长气化炉的高度1-3米，博斯曼套筒采用水夹套结构。如上所述进入除尘旋风分离装置中旋风分离器的含油尘粗煤气速度为15-27m/s。如上所述的旋风除尘器和灰罐均采用夹套双层结构，维持旋风除尘器外筒体内壁和灰罐内壁的壁温在180-240℃之间，防止含油尘冷凝。如上所述的除尘旋风分离器装置，它包括旋风除尘器201和灰罐213，旋风除尘器1包括外筒体211和内筒体205，外筒体211的上部呈直筒，下部呈倒锥形，外筒体211由外筒体外壁208和外筒体内壁209组成，并形成夹套结构，内筒体205通过拉伸件210固定在外筒体内壁209上，含油尘粗煤气进口202通过外筒体211与内筒体205下部相通，粗煤气出口203位于外筒体211顶端，外筒体外壁208上部有旋风除尘器热水出口207，下部有旋风除尘器热水进口206，外筒体211的底端出口通过含油尘排放阀204与灰罐213顶端连接。如上所述的内筒体205是锥筒体结构，呈上部小，底部大锥筒形。如上所述的含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209的夹角α为75-89度之间。如上所述的灰罐213包括排灰口214、灰罐夹套给水口215、灰罐夹套排水口216、平衡气进口217、平衡气出口218，灰罐213的底端为排灰口214，灰罐213的顶端为油尘入口212，灰罐213的上部呈垂直形，下部呈倒锥形，并采用夹套双层结构，灰罐213的顶部有平衡气进口217和平衡气出口218，灰罐213的上部有灰罐夹套排水口216，灰罐213的下部有灰罐夹套给水口215。如上所述的灰罐213夹套双层结构由灰罐内壁219和灰罐外壁220组成。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表1。表1旋风除尘器设计结构参数序号结构名称结构相对参数(单位m)1外筒体内壁209直径1.02含油尘粗煤气进口202位置(从外筒体直筒底部计量)0.25-0.503含油尘粗煤气进口202直径0.2-0.254内筒体205高度0.5-0.855外筒体211直筒高度1.5-1.66粗煤气出口203直径0.25-0.307外筒体211锥形高度2.2-2.58外筒体211的底端出口直径0.30-0.359内筒体205与外筒体内壁209之间距离0.2-0.3如上所述的一体式废热回收器，它包括除了尘的粗煤气进口302、回收废热粗煤气出口303、废液排放口304和壳体301，其特征在于壳体301顶端有除了尘的粗煤气进口302，底端有废液排放口304，下部有回收废热粗煤气出口303，上部有过热器307，中部从上到下有热回收器Ⅱ306和热回收器Ⅰ305。如上所述的过热器307有中压蒸汽入口312和过热蒸汽出口313。如上所述的热回收器Ⅱ306有热回收器Ⅱ给水口310和中压蒸汽出口311。如上所述的热回收器Ⅰ305有热回收器Ⅰ给水口308和低压蒸汽出口309。本发明可以根据后续蒸汽品质要求，设立不同的换热面积，生产不同数量和等级的蒸汽。本发明的有益效果1、干法脱出碎煤加压气化生产的粗煤气中含油尘，避免大量洗涤煤气水产生和处理。2、工艺流程短、能耗低、煤气显热损失少，有利于废热分级回收。3、一体式废热回收器占地面积小、投资低，热回收效率高。附图说明图1是本发明的方法流程图。图2是本发明的除尘旋风分离器装置结构示意图。图3是本发明的一体式废热回收器结构示意图。如图所示，201-旋风除尘器、202-含油尘粗煤气进口、203-粗煤气出口、204-含油尘排放阀、205-内筒体、206-旋风除尘器热水进口、207-旋风除尘器热水出口、208-外筒体外壁、209-外筒体内壁、210-拉伸件、211-外筒体、212-油尘入口、213-灰罐、214-排灰口、215-灰罐夹套给水口、216-灰罐夹套排水口、217-平衡煤气进口、218-平衡煤气出口、219-灰罐内壁、220-灰罐外壁、α-粗煤气通道与旋风除尘器外筒体内壁夹角301-壳体，302-除了尘的粗煤气进口，303-回收废热粗煤气出口，304-废液排放口，305-热回收器Ⅰ，306-热回收器Ⅱ，307-过热器，308-热回收器Ⅰ给水口，309-低压蒸汽出口，310-热回收器Ⅱ给水口，311-中压蒸汽出口，312-中压蒸汽入口，313-过热蒸汽出口具体实施方式下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细、具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。本部分对本发明中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。以下结合附图对本发明的具体实施方式做更为详细的说明。实施例1碎煤加压气化炉是指鲁奇炉的高度延2.9米，博斯曼套筒采用水夹套结构。除尘旋风分离器装置，它包括旋风除尘器201和灰罐213，旋风除尘器1包括外筒体211和内筒体205，外筒体211的上部呈直筒，下部呈倒锥形，外筒体211由外筒体外壁208和外筒体内壁209组成，并形成夹套结构，内筒体205通过拉伸件210固定在外筒体内壁209上，含油尘粗煤气进口202通过外筒体211与内筒体205下部相通，粗煤气出口203位于外筒体211顶端，外筒体外壁208上部有旋风除尘器热水出口207，下部有旋风除尘器热水进口206，外筒体211的底端出口通过含油尘排放阀204与灰罐213顶端连接。所述的内筒体205是锥筒体结构，呈上部小，底部大锥筒形。所述的含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209的夹角α为75度。所述的灰罐213包括排灰口214、灰罐夹套给水口215、灰罐夹套排水口216、平衡气进口217、平衡气出口218，灰罐213的底端为排灰口214，灰罐213的顶端为油尘入口212，灰罐213的上部呈垂直形，下部呈倒锥形，并采用夹套双层结构，灰罐213的顶部有平衡气进口217和平衡气出口218，灰罐213的上部有灰罐夹套排水口216，灰罐213的下部有灰罐夹套给水口215。所述的灰罐213夹套双层结构由灰罐内壁219和灰罐外壁220组成。所述外筒体内壁209和灰罐内壁219的壁温在183℃。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表2。表2旋风除尘器设计结构参数序号结构名称结构相对参数(单位m)1外筒体内壁209直径1.02含油尘粗煤气进口202位置(从外筒体直筒底部计量)0.473含油尘粗煤气进口202直径0.254内筒体205高度0.795外筒体211直筒高度1.56粗煤气出口203直径0.257外筒体211锥形高度2.218外筒体211的底端出口直径0.309内筒体205与外筒体内壁209之间距离0.22一体式废热回收器，它包括除了尘的粗煤气进口302、回收废热粗煤气出口303、废液排放口304和壳体301，其特征在于壳体301顶端有除了尘的粗煤气进口302，底端有废液排放口304，下部有回收废热粗煤气出口303，上部有过热器307，中部从上到下有热回收器Ⅱ306和热回收器Ⅰ305。所述的过热器307有中压蒸汽入口312和过热蒸汽出口313。所述的热回收器Ⅱ306有热回收器Ⅱ给水口310和中压蒸汽出口311。所述的热回收器Ⅰ305有热回收器Ⅰ给水口308和低压蒸汽出口309。(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为6.5MPa、温度为600℃的含油尘粗煤气。(2)将含油尘粗煤气以18m/s的速度进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器201进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体205时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体205和外筒体211的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器201的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在50mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量过程生成1.5MPa，198.2℃的低压饱和蒸汽，7.0MPa，285.7℃的中压蒸汽和6.4MPa、540℃的过热蒸汽三个等级的蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。实施例2碎煤加压气化炉是赛鼎炉基础上高度延长1.1米，博斯曼套筒采用水夹套结构。含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209形成夹角α为76度。外筒体内壁209和灰罐内壁219的壁温在273℃。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表3。表3旋风除尘器设计结构参数(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为7.8MPa、温度为640℃的含油尘粗煤气；(2)将含油尘粗煤气以26m/s的速度进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器201进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体205时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体205和外筒体211的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器201的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在75mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量过程生成生成0.6MPa，158.7℃的低压饱和蒸汽，6.0MPa，275.4℃的中压蒸汽和7.8MPa、340℃的过热蒸汽三个等级的蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。实施例3碎煤加压气化炉是赛鼎炉的高度延长2.5米，博斯曼套筒采用水夹套结构。含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209形成夹角α为82度。外筒体内壁209和灰罐内壁219的壁温在225℃。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表4。表4旋风除尘器设计结构参数序号结构名称结构相对参数(单位m)1外筒体内壁209直径1.02含油尘粗煤气进口202位置(从外筒体直筒底部计量)0.403含油尘粗煤气进口202直径0.234内筒体205高度0.785外筒体211直筒高度1.566粗煤气出口203直径0.277外筒体211锥形高度2.38外筒体211的底端出口直径0.329内筒体205与外筒体内壁209之间距离0.24(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为1.1MPa、温度为515℃的含油尘粗煤气；(2)将含油尘粗煤气以26m/s的速度进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器201进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体205时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体205和外筒体211的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器201的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在32mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量过程生成生成1.2MPa，187.8℃的低压饱和蒸汽，2.1MPa，212.2℃的中压蒸汽和3.2MPa、380℃的过热蒸汽三个等级的蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。锅回收过程生成1.2MPa，187.8度的低压饱和蒸汽，2.1MPa，212.2度的中压蒸汽和3.2MPa、380度的过热蒸汽三个等级的蒸汽，回收废热粗煤气产生的冷凝液经废液排放口304排出一体式废热回收器。实施例4碎煤加压气化炉是指赛鼎炉的高度延长1.5米，博斯曼套筒采用水夹套结构。含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209形成夹角α为86度。外筒体内壁209和灰罐内壁219的壁温在273℃。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表5。表5旋风除尘器设计结构参数(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为3.0MPa、温度为580℃的含油尘粗煤气；(2)将含油尘粗煤气以19m/s的速度进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器201进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体205时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体205和外筒体211的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器201的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在21mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量过程生成0.8MPa，170.4℃的低压饱和蒸汽，4.0MPa，250.3℃的中压蒸汽和4.0MPa、400℃的过热蒸汽三个等级的蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。实施例5碎煤加压气化炉是指赛鼎炉的高度延长2.1米，博斯曼套筒采用水夹套结构。含油尘粗煤气进口202与外筒体内壁209形成夹角α为81度。外筒体内壁209和灰罐内壁219的壁温在218℃。本发明旋风除尘器201以外筒体内壁209的1m直径为基准，其它结构相对参数如表6。表6旋风除尘器设计结构参数序号结构名称结构相对参数(单位m)1外筒体内壁209直径1.02含油尘粗煤气进口202位置(从外筒体直筒底部计量)0.323含油尘粗煤气进口202直径0.244内筒体205高度0.625外筒体211直筒高度1.526粗煤气出口203直径0.277外筒体211锥形高度2.48外筒体211的底端出口直径0.339内筒体205与外筒体内壁209之间距离0.27(1)以焦炭为原料，经过碎煤加压气化生成压力为4.3MPa、温度为540℃的含油尘粗煤气；(2)将含油尘粗煤气以23m/s的速度进入除尘旋风分离装置中的旋风分离器201进行分离，煤气中油尘受离心力和离开内筒体205时突然降速双重作用的影响，使油尘及部分气体从内筒体205和外筒体211的间隙返回锥筒体进行自旋分离，分离后的气体与进入旋风分离器201的含油尘粗煤气混合并再次分离，得到每立方米粗煤气中油尘的含量在4mg的粗煤气和含油尘；(3)将含油尘富集到旋风分离器的外筒体底部，使用煤气或惰性气氛对灰罐进行充压至与旋风分离器压力一致，打开含油尘排放阀进行排灰，排完灰后关闭含油尘排放阀，卸灰罐压力到常压后将含油尘排出灰罐；(4)将步骤(2)得到的粗煤气进入一体式废热回收器，先后通过过热器、热回收器Ⅱ、热回收器Ⅰ分级回收热量后由回收废热粗煤气出口3排出到下游工序，回收热量过程生成生成1.1MPa，180.2℃的低压饱和蒸汽，5.0MPa263.8℃的中压饱和蒸汽，5.0MPa、440℃的过热蒸汽，产生的冷凝液经废液排放口排出一体式废热回收器。当前第1页1 2 3