利用高温余热及高温CO₂废气与煤气化联产工艺的制作方法

专利名称：利用高温余热及高温CO₂废气与煤气化联产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环保领域。
背景技术：
长期以来人们在探索煤炭清洁利用的步伐从未停止，目前许多学者和研究机构对煤的近零排放技术开展了广泛的研究，其实现过程主要有两种途径，一是在传统能源利用基础上增加尾部烟气的CO2脱除；二是构建新的利用体系，在利用过程中脱除C02。无论怎么去除CO2均需要投入大量的成本，并且白白的浪费CO2的有效资源。

发明内容
本发明的目的是有效的利用水泥生产过程中产生的CO2气体再利用的利用高温余热及高温(X)2废气与煤气化联产工艺。本发明的步骤是
a、回转窑尾气体与水泥生产过程中助燃用三次风汇合后通过温度调节器，再与经过多级预热后的生料在管路中汇合，一并进入旋风预热器C4筒；
b、在旋风预热器C4筒中预热后，气体排出，或者回到上一级预热器，而生料进入分解
炉；
C、向分解炉中注入C02、O2和煤粉，与生料同时进入，生料在分解炉中分解成(X)2和
CaO ；
d、分解炉中分解后的(X)2和CaO进入旋风除尘器C5筒中进行气固分离，分离后的CO2 气体分三路，一路与A混合引入气化炉炉内做汽化剂制取煤气，二路与注入分解炉中的A 混合参与循环燃烧，三路高浓度(X)2经降温、除尘及提存后作为原料气供工业用途；
e、旋风除尘器C5筒的固体CaO送入回转窑；
f、d步骤的CO2气体与02混合进入气化炉，并同时向气化炉中注入煤粉，生成煤气储存， 废渣通过排渣口排出。
本发明利用工业高温余热和高温(X)2废气直接制取煤气来消减二氧化碳排放具有现实意义，同时还会从中获取由于减排带来的收益和制取廉价煤气给企业带来的巨大经济效益和社会效益。利用水泥企业高温CO2制备煤气，使其与有机合成化工及城市燃气配送有机整合的思想，为大规模利用(X)2提供了新的途径。对于有机化工企业，CO是一种非常重要的基础原料气，它可以转化成烃，再进一步转化成其它有机产品。比如一氧化碳与氨、甲酸反应可以生成甲酰胺、甲酸甲酯等。煤化工企业的投资往往比水泥企业的投资大得多，因此水泥企业(X)2资源化应用的模式应在煤化工的基础上增加水泥产量，实行煤化工与水泥联产，利用水泥煅烧过程产生的高温(X)2制备煤气，再进一步转化成烃及其它有机工业产品。如果作为民用燃气，它可以代替部分天然气。以年产水泥熟料1000万吨的水泥厂为例，按水泥熟料产量同CO2废气产量比为1 :0. 8计算，若只处理30% CO2废气时，每年可实现减少排放CO2废气240万吨。减少炭资源消耗65. 45万吨。作为民用燃气使用，可以采取粉煤和生物质混合汽化制取高热值燃气与天然气混合配送作为民用燃气，掺混比例可以达到15%以上，若在西气东输沿线实施可以减缓15%的天然气输送压力，可以为国家节省大量建设资金，社会效益非常巨大。


图1是本发明工艺流程图。
具体实施例方式本发明的具体步骤是
a、回转窑尾气体与水泥生产过程中助燃用三次风汇合后通过温度调节器，再与经过多级预热后的生料在管路中汇合，一并进入旋风预热器C4筒；回转窑中产生的尾气温度 1000°C 1100°C，水泥生产过程中助燃用三次风温度650°C 800°C，回转窑尾气体与水泥生产过程中助燃用三次风汇合后通过温度调节器调节完后温度850°C 860°C。b、在旋风预热器C4筒中预热后，气体排出，或者回到上一级预热器，而生料进入分解炉；生料出C4筒温度在750V 770°C，而排出的气体一般是C02、N等，进入现有水泥生产过程中的前期预热步骤对生料进行预热。c、向分解炉中注入C02、O2和煤粉，与温度在750°C 770°C生料同时进入，生料在分解炉中分解成(X)2和CaO ；分解炉内温度在860°C 910°C。d、分解炉中分解后的(X)2和CaO进入旋风除尘器C5筒中进行气固分离，分离后的 CO2气体分三路，一路与O2混合引入气化炉炉内做汽化剂制取煤气，二路与注入分解炉中的 O2混合参与循环燃烧，三路高浓度(X)2经降温、除尘及提存后作为原料气供工业用途；旋风除尘器C5筒出的气体(X)2和固体CaO温度均为850°C 910°C。e、旋风除尘器C5筒的固体CaO送入回转窑。f、d步骤的(X)2气体与&混合进入气化炉，并同时向气化炉中注入煤粉，生成煤气储存，废渣通过排渣口排出。气化炉炉内温度1500°C 1800°C，排出的煤气温度1000°C 1300 "C。熟料煅烧与煤气化联产后工艺路线
一、窑尾气体不进分解炉而与原三次风汇合后通过温度调节器，使调节后的风温与原进C4筒风管的风温一致直接进入C4筒(为了保证原系统中的工艺参数不变的同时可以获得高浓度(X)2气，三次风只用作调节C4筒内的风温及风量用，不做助燃风)确保C4筒及以上各筒的原工艺参数不变；二、出C5筒的高浓度(X)2气体分三路，一路与&气混合引入煤气发生炉内做汽化剂制取煤气，第二路与O2气混合回到分解炉内参与循环燃烧(参与循环燃烧的(X)2气体是为了确保分解炉内原工艺参数风速不变)，第三路高浓度(X)2经降温、除尘及提存后作为原料气供工业用；三、分解炉的助燃风由出C5筒的部分高温(X)2废气与&气的混合气体作为助燃风。出C5筒的高浓度(X)2废气不参与循环燃烧部分可以全部引入煤气发生炉制取煤气，也可以一部分制取煤气，另一部分作为工业原料气加以利用或降温后全部液化填埋。
煤气化工艺的选择
使高温煤粉直接进入气化炉并将出C5筒的高温(X)2废气同部分高温O2气作为气化剂通入气化炉，进行C02+C=2C0的还原反应。通过此反应的完成，实现利用水泥企业生产中产生的高温余热和高温(X)2废气直接制取煤气(CO)的设计思想。由于气化剂(高温(X)2气和高温O2气)的温度高达800--900°C，并且在生产中要求气化炉有很高的气化强度，因此在熟料煅烧与煤气化联产时，一定要选用流化床气化工艺或气流床气化工艺制备煤气。出气化炉高温煤气的利用
(1)可以对高温煤气通过余热回收利用后，经后处理作为有机合成原料气(可有效降低有机合成企业的固定资产投入并减少了由于制取原料煤气而造成的环境污染)或作为天然气的掺混气加以利用。(2)可以将高温煤气作为清洁能源直接发电，不仅充分利用了煤气的显热也达到了清洁生产的目的。(3)可以将高温煤气通过余热回收利用后，作为清洁燃料供给其它生产企业使用。(4)可以将高温煤气作为铁矿粉还原剂供给海绵铁生产企业或与其联产用来生产海绵铁、还原铁粉直接加以利用，是煤气的显热得到充分利用降低了能源消耗，进一步提高了能源利用效率。优点
改造后的工艺可以避免预热器中的堵塞现象产生(煤粉不再带入C4筒后避免煤粉在预热器中燃烧使生料出现液相而发生在管道中结皮现象)，由于窑尾气不进入分解炉，使分解炉内截面气体流速降低延长了煤粉和生料在分解炉内的停留时间从而提高了煤粉的燃烧效率和生料的分解率。由于出C5筒的部分高浓度(X)2在分解炉内参与循环燃烧使炉内只有1%左右的队，所以避免了 N Ox的产生，通过调整参与循环燃烧的C02、02比例，可以随意控制生料及煤粉在分解炉中的停留时间和炉内温度。由于在分解炉中缺少了 N2气参与燃烧，从而避免了因为队气存在而造成的大量热损失降低了能耗。如使用氧含量为99%氧气为助燃气以下为体积比
出C5筒的气体成分为
CO2 93—96%, O2 2—4%, N2 1—3%, CO 2—3%
进入分解炉的CO2废气、O2比例为70— 75% 25—30%
进入气化炉的CO2废气、O2比例为35— 50% 50—65%
气化炉出口气体成分为CO 92— 96%、C024— 6%、N2 1 — 2%、02比微量
以下为质量比(煤粉按含固定碳计算)
进入分解炉的煤粉、CO2废气、O2比例为
0. 72—0. 75: 4.0—4.5: 0.95—1.0
进入气化炉的煤粉、CO2废气、O2比例为12 —14% :4—5% :11-12%O5.应用前景
随着经济规模的不断扩大，中国能源消费呈持续上升趋势。在节能减排方面，中国面临最大的挑战是以煤炭为主的能源结构。《BP世界能源统计2009》最新数据，向社会与公众揭示了能源消费的最新发展趋势的变化以中国为代表的发展中国家再一次能源消费总量方面首次超过了经合组织国家。其中，约3/4的增长来自中国。我国CO2排放量仅次于美国居世界第二。研究开发有效的控制C02排放技术势在必行。 据中国建筑材料联合会信息部初步统计，2009年全国水泥产量生产能力2009年全国水泥熟料产量10. 79亿吨，约占全球总产量的一半。据计算，每煅烧1吨熟料就要直接排放0.8吨的C02。可见水泥业全年CO2的排放总量是相当巨大的！结合煅烧水泥熟料和煤气化的生产工艺，在煤气化过程中将煅烧熟料时产生的高温(X)2直接转化为煤气(CO)，来消减二氧化碳排放，避免了当前煤炭清洁利用工艺中的附加能耗及(X)2的填埋处理，使CO2 得到资源化利用，减少了不可再生炭资源的用量，同时还会从中获取由于减排带来的收益和制取廉价煤气给企业带来的巨大经济效益和社会效益。巨大的水泥生产量，造成了巨大的(X)2排放量，面对全球性的巨大减排压力。为大规模集中减排技术的推广应用提供了一个巨大的潜在市场。
权利要求
1. 一种利用高温余热及高温CO2废气与煤气化联产工艺，其特征在于a、回转窑尾气体与水泥生产过程中助燃用三次风汇合后通过温度调节器，再与经过多级预热后的生料在管路中汇合，一并进入旋风预热器C4筒；b、在旋风预热器C4筒中预热后，气体排出，或者回到上一级预热器，而生料进入分解炉；C、向分解炉中注入C02、O2和煤粉，与生料同时进入，生料在分解炉中分解成(X)2和CaO ；d、分解炉中分解后的(X)2和CaO进入旋风除尘器C5筒中进行气固分离，分离后的(X)2 气体分三路，一路与A混合引入气化炉炉内做汽化剂制取煤气，二路与注入分解炉中的A 混合参与循环燃烧，三路高浓度(X)2经降温、除尘及提存后作为原料气供工业用途；e、旋风除尘器C5筒的固体CaO送入回转窑；f、d步骤的CO2气体与02混合进入气化炉，并同时向气化炉中注入煤粉，生成煤气储存， 废渣通过排渣口排出。
全文摘要
一种利用高温余热及高温CO2废气与煤气化联产工艺，属于环保领域。本发明的目的是有效的利用水泥生产过程中产生的CO2气体再利用的利用高温余热及高温CO2废气与煤气化联产工艺。本发明的步骤是回转窑尾气体与水泥生产过程中助燃用三次风汇合后通过温度调节器，再与经过多级预热后的生料在管路中汇合，一并进入旋风预热器C4筒；在旋风预热器C4筒中预热后，气体排出，或者回到上一级预热器，而生料进入分解炉分解成CO2和CaO，CO2和CaO进入旋风除尘器C5筒中进行气固分离，旋风除尘器C5筒的固体CaO送入回转窑；d步骤的CO2气体与O2混合进入气化炉，煤气储存，废渣排出。本发明利用工业高温余热和高温CO2废气直接制取煤气来消减二氧化碳排放具有现实意义，同时还会从中获取由于减排带来的收益和制取廉价煤气给企业带来的巨大经济效益和社会效益。
文档编号C10J3/46GK102153298SQ201010593599
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者张成顺, 白晓明 申请人:张成顺