低压干粉煤气化工艺的制作方法

本发明涉及煤气化领域，具体说是一种低压干粉煤气化工艺。

背景技术：

目前以煤炭为原料经过气化生产燃料气的气化技术主要采用固定床气化技术，燃料气的规格：燃料气压力≤0.5MPaG；热值≤2800kcal/Nm3。固定床气化技术由于能耗较高-表现为碳转化率约93％，和废水排放指标不满足环境保护要求-表现为废水中有机物含量高达2000mg/L，而将逐渐被淘汰。

现在比较先进的第二代气化技术中，最具代表性的为美国GE公司的水煤浆加压气化技术、德国西门子公司的GSP气化技术、荷兰壳牌公司的SCGP干煤粉加压气化技术。这些技术基本应用在气化压力＞4.0MPa的工况，气化、除渣、洗涤和黑水处理工序均适用于高压工况。针对上述行业对燃料气的压力需求及清洁煤制燃气的需要，采用气化压力较低、环保指标好的低压气流床干煤粉气化技术是一种解决方案。

但是对于气化压力仅为0.3～2.5MPag的低压气流术干煤粉气化技术而言，又存在以下问题：1，粉煤随输送气喷入气化炉后，由于气化炉内压力较低，导致碳转化率和气化强度降低，从而导致产气量减少。为提高碳转化率，需要增加气化炉内气化室的体积，以增加煤粉的停留时间，这就导致气化炉的生产、维护成本高，制备成本和难度增加的问题；2，为了充分对合成气进行洗涤，需要使合成气与洗涤液充分混合，过去通常在洗涤塔外设置文丘里器使合成气与洗涤液混合，合成气会对文丘里缩径段局部带来严重磨蚀甚至磨穿，为了提高运行安全性，通常会在文丘里外加设套筒，导致安装维护不便；3，由于系统压力降低，导致激冷室和洗涤塔排出的黑水温度仅为100多度，这部分热量难以采用闪蒸回收，导致热量损失、能耗增加，不利于节能降耗。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、气化效率高、设备投资和运行成本低、安全可靠性好、节能降耗、特别适用于低压气流床干煤粉气化技术的低压干粉煤气化工艺。

技术方案包括将粉煤送入气化炉气化得到合成气，气化压力为0.3～2.5MPag，所述合成气经气化炉下段水激冷后送入洗涤塔中进行洗涤后合成气由洗涤塔顶部排出送入后续工序，所述粉煤和氧气的混合物分别经气化炉顶部的垂直喷嘴和上段侧壁的多个侧向喷嘴喷入气化炉内并瞬间被点燃，形成的火焰呈交汇状态，粉煤在高温下气化生成合成气；所述合成气经进气口进入洗涤塔内的直角弯管中，在直角弯管出口处与阻塞喷头喷出的水雾充分混合并降温，未雾化的水则沿直角弯管底部的排水管流入洗涤塔下段，洗涤后的合成气由洗涤塔顶部排出。

所述侧向喷嘴具有向上的倾角，使所述火焰的交汇点在侧向喷嘴的上方。

所述侧向喷嘴向上的倾角角度为5°～35°。

所述阻塞喷头与直角弯管管壁间的环隙宽度为50mm～250mm。

所述洗涤塔底部的黑水送入缓冲罐进行初步的沉降，再经液体过滤器进行的过滤处理，最后再送入汽提塔汽提。

所述汽提塔中汽提后的液体进入水力旋流器进行固液分离，上部溢流液经回用水储罐送入洗涤塔作为洗涤液，底部的含固液体经依次经一级换热器、二级换热器进行两次换热回收热能后送入减压缓冲罐减压后再送入卧螺机固液分离。

所述卧螺机排出的液体经循环水储罐送入一级换热器与来自水力旋流器的含固液体换热回收热能，然后回送洗涤塔作为洗涤液。

所述缓冲罐和液体过滤器底部的含固液体也送入水力旋流器。

所所述气化炉底部的排出的激冷渣经连续排渣装置降压后再经捞渣机进行进一步渣液分离，分离出的液体送入减压缓冲罐。

针对背景技术中存在的问题，发明人作出如下改进：(1)，在气化炉中，将过去粉煤和氧气的混合物由顶喷式改为顶喷和侧喷结合，通过增加的多个侧向喷嘴，使喷出的火焰不仅具有向下的方向，还使多条火焰形成交汇状态，进一步的使侧向喷嘴向上倾斜，使火焰的交汇点高于侧向喷嘴，从而增加了煤粉在气化室内的停留时间，提高煤粉的碳转化率，解决由于低压气化带来煤粉分布密度低、停留时间短的问题，因此无需增大气化炉体，降低了设备投资和运行成本、易于维护。(2)取消了气化炉与洗涤塔之间的文丘里器，在洗涤塔内设置直角弯管，将气化炉内的合成气通过直角弯管引入洗涤塔内，由于直角弯管的出口处设置阻塞头，一方面通过阻塞喷头喷出并雾化成小液滴，与合成气进行混合，有利于合成气的洗涤，另一方面，阻塞头与直角弯管的出口处之间形成一个气体流速很高的环隙，混合后的气体经过阻塞喷头周围的环隙继续向上运动，由于流通面积先减小后增大，流速先变大后又减小，合成气与小液滴的接触更加充分，可以增强合成气与小液滴的混合效果，有效替代文丘里器，由于这部分结构位于塔内，如果出现磨蚀，也仅发生在塔内，不会对系统安全性带来严重影响，易于维护。(3)针对黑水温度较低，不适于闪蒸回收热能的问题，发明人然后通过水力旋流器对来自汽提塔的黑水先进行固液分离，顶部溢流出的溢流液体可以直接回用于洗涤塔，该部分液体未经降压降温，直接回送，与现有的多级闪蒸和闪蒸气加热系统循环工艺灰水的方法相比，一方面大幅减少了循环冷却水量，另一方面，使这种酸性黑水的低压低温热能得到有效回收，降压小、节能降耗，对环境友好。(4)采用了连续排渣装置，降低了设备框架高度，进一步节能降耗。

进一步的，旋流设备底部的流出的含固液体仍保持相应温度和压力，可先经一级换热器回收热能，再经二级换热器进一步冷却，再经减压缓冲罐降至常压后送入卧螺机固液分离。

进一步的，一级换热器中用于回收热能的换热介质来自所述卧螺机排出的液体，所述液体换热后的液体也回送洗涤塔，整个工艺中仅在二级换热器中引入循环冷却水，绝大部分的酸性黑水均得到回收利用，大大降低了循环冷却水的循环量，节能降耗。

进一步的，所述侧向喷嘴向上的倾角角度优选为5°～35°，过大会或过小都会使顶置与侧置喷嘴产生的火焰无法良好地交汇，从而无法达到增强混合的目的。；所述阻塞喷头与直角弯管管壁间的环隙宽度为50mm～250mm。，以达到强化合成气与洗涤水润湿和洗涤效果的目的，宽度过大，气体流速变化不明显，在扩径后润湿效果无法增强。。宽度过小，通道阻力降过大，则会影响设备的经济性。

有益效果；

(1)本发明的低压气流床干粉煤气化工艺应用在0.3-2.5MPa下，气化、排渣和黑水处理工序的设计均适用于此低压工况。气化温度约1300℃～1600℃，煤气化产生的焦油、酚等有机物均已分解，废水中不含大分子有机物，其他有机物含量与固定床技术项比减少90％。通过改进的粉煤喷入的气化燃烧模式使碳砖化率提高，比固定床技术高5％。

(2)黑水处理技术能够节约35％的循环冷却水量，有效回收热能，降低能耗；连续排渣技术使气化框架降低约8m，从而降低了系统工艺循环灰水需要输送的高度，节省能耗。

(3)本发明工艺简单、设备投资和运行成本低、安全可靠性好、节能降耗、特别适用于低压气流术干煤粉气化床技术。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为直角弯管的安装示意图。

图3为侧向喷嘴的布置示意图。

图4为侧向喷嘴的截面下布置示意图。

其中，1-气化炉、2-连续排渣装置、3-洗涤塔循环水泵、4-洗涤塔、4.1-直角弯管、4.2-环隙、4.3-排水管、4.4-阻塞喷头、5-捞渣机、6-缓冲罐、7-液体过滤器、8-汽提塔、9-水力旋流器、10-回用水储罐、11-一级换热器、12-二级换热器、13-减压缓冲罐、14-卧螺机、15-循环水储罐、16-循环水泵、17-捞渣机水泵、18-回用水泵、19-垂直喷嘴、20-侧向喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

系统实施例：

参见图1，气化炉1连接洗涤塔4，所述气化炉1的顶部设有喷嘴组，所述喷嘴组由气化炉1顶部的垂直喷嘴19和上段侧壁周向均匀布置的多个侧向喷嘴20(参见图3及图4，本实施例中为三个)组成，所述侧向喷嘴20具有向上的倾角。所述侧向喷嘴向上的倾角角度a为5°～35°。；所述气化炉1的出口气与洗涤塔4的进气口连接，所述洗涤塔4下段的循环水出口经洗涤塔循环水泵3与气化炉1的循环水进口连接。参见图2，所述洗涤塔4中段内部设有与进气口连通的直角弯管4.1，所述直角弯管4.1底部还设有垂直向下的排水管4.3，所述直角弯管4.1的出口处设有阻塞喷头4.4，所述阻塞喷头4.4与直角弯管4.1的管壁间具有环隙4.2，所述阻塞喷头4.4与直角弯管管壁间的环隙宽度为50mm～250mm；所述气化炉1和洗涤塔4底部黑水出口依次连接缓冲罐6、液体过滤器7和汽提塔8。所述汽提塔8底部的液体出口连接水力旋流器9，所述水力旋流器9顶部的溢流口经回用水罐10、回用水泵18连接洗涤塔4，底部的排液口依次经一级换热器11、二级换热器12、减压缓冲罐13和卧螺机14连接。所述卧螺机14的液体出口经循环水储罐15、循环水泵16、一级换热器连11接洗涤塔4。所述缓冲罐6、液体过滤器7底部的排液口也与水气旋液器9连接。另一方面所述气化炉1底部的渣出口依次经连续排渣装置2与捞渣机5连接，所述捞渣机5的排液口也经捞渣水泵17与减压缓冲罐13连接。

工艺实施例：

参见图1-图3，

气力输送的煤粉和氧化混合后分别由气化炉1顶部的垂直喷嘴19(一个)和侧壁的侧向喷嘴20(三个)喷入气化炉，进行剧烈的化学反应并产生高温的合成气，形成的火焰呈交汇状态，温度在1300～1600℃，气化压力为0.3～2.5MPag，合成气在气化炉1下部经过水激冷过程降温并除去大量的灰渣，气化炉1底部产生大量的激冷渣，激冷渣经连续排渣装置2进入捞渣机5，捞渣机捞出的固体渣排往界外，液体经捞渣机水泵17送入减压缓冲罐13；

气化炉1内降温后的合成气进入洗涤塔4进一步降温除尘，合成气经过进气口进入直角弯管4.1，通过直角弯管4.1向上运动，通过阻塞喷头4.4时，洗涤水从阻塞喷头4.4喷出并雾化成小液滴，与合成气进行混合，混合后的气体经过阻塞喷头4.4周围的环隙4.2继续向上运动，由于流通面积先减小后增大，流速先变大后又减小，合成气与小液滴的接触更加充分，可以增强合成气与小液滴的混合效果。小部分未雾化的水则通过经直角弯管4.1底部的排水管4.3路进入洗涤塔4下部。合成气离开弯管后先后向上经过洗涤塔4的塔盘层和填料层与工艺水接触洗涤，使合成气中含尘量进一步降低，含尘量低于1mg/Nm³，洗涤后的合成气(又称粗煤气)最终通过顶部的合成气出口排出气化界区。洗涤塔4下部的一部分黑水则经过洗涤塔循环水泵3返回气化炉1底部，作为激冷水使用。

从洗涤塔4底部的黑水和气化炉底部排出的黑水(温度为110～200℃，压力为0.3～2.5MPag，含有固含量低于2.8wt％的固体颗粒，

100～2000ppm的CO₂，SO₂，H₂S等酸性气体)一起进入缓冲罐6进行初步的沉降，再经液体过滤器7进行的过滤处理，初步沉降、过滤的目的在于防止固体颗粒在后续设备中造成堵塞。过滤后的滤液(含固量低于1.6wt％)最后进入汽提塔8汽提(汽提介质为蒸汽或惰性气体)，脱除黑水中溶解的CO₂，SO₂，H₂S等酸性气体，汽提塔8产生的酸性气体由顶部排出进入后处理工序，如变换工序或热电站等。汽提塔底4部汽提后的液体和来自缓冲罐和滤体过滤器7底部的含固液体一起送入水力旋流器9，经过水力旋流作用进一步实现固液分离，水力旋流器9上部溢流液(温度为110～200℃，压力为0.2～2.4MPag，酸性气体含量为20ppm以下，固含量降至0.1wt％以下)进入回用水储罐10中存储备用，最后经回用水泵18回送至洗涤塔4作为洗涤液。水力旋流器9底部的含固液体经过两级换热器进行冷却处理，一级换热器11采用循环工艺灰水进行换热，可以回收部分热量，二级换热器12采用循环冷却水作为冷却介质，在液体降温至50℃以下后进入减压缓冲罐13减压，随后进入卧螺机14进行渣液分离，分离后的液体进入循环水罐15备用，湿灰排出界区，循环水罐15的澄清液(即循环工艺灰水)通过循环水泵16进入一级换热器11进行间接换热后再回送洗涤塔4回用，可以减少热量的损耗，提高热量的利用效率。