專利名稱：用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝方法和系統(tǒng)配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝方法和系統(tǒng)配置。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料逐漸枯竭，生物質(zhì)可再生清潔能源的開發(fā)利用日益受到關(guān)注，并處于快速發(fā)展之中。生物質(zhì)制氣、制油是新能源開發(fā)領(lǐng)域的重要研究課題。同煤制氣一樣，生物質(zhì)制氣也須經(jīng)歷冷卻、洗滌等凈化過程。目前，有關(guān)生物質(zhì)氣化方法的研究成果很多，但關(guān)于生物質(zhì)合成氣如何凈化的研究卻較少，多是沿用傳統(tǒng)煤氣冷卻、洗滌的老辦法，如果忽視生物質(zhì)制氣出口煙溫比煤制氣出口煙溫高得多的具體情況， 照搬照套煤氣初冷的工藝方法顯然是不合適的，從炭化室出來的粗煤氣溫度在650°C，而本工藝的氣化爐出口合成氣的溫度高達(dá)1000°C，因此在冷卻方面的技術(shù)必須有所創(chuàng)新。傳統(tǒng)的煤氣初冷方式分為間接初冷、直接初冷、間-直接初冷三種，初冷主要是指煤氣從炭化室出來在進(jìn)入電捕焦油器之前將其冷卻到22 35°C。間接初冷時(shí)煤氣與冷卻介質(zhì)不直接接觸，兩相只間接傳熱，不進(jìn)行傳質(zhì)過程。煤氣冷卻、凈化效果好。直接初冷時(shí)煤氣與噴灑氨水直接接觸進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱過程。與間接初冷相比，具有煤氣冷卻效率高、阻力小、設(shè)備造價(jià)低、動(dòng)力消耗大的特點(diǎn)。間直接初冷是煤氣先經(jīng)過間接冷卻器再經(jīng)過直接冷卻器的組合工藝方法，其特點(diǎn)是發(fā)揮兩者的長處。煤氣除塵的方法也有很多，包括沉降、過濾、旋風(fēng)除塵、電除塵、水洗或文丘里除塵等，不同的方式，除塵效果和阻力消耗差別也較大。煤氣除焦油的設(shè)備主要是電捕焦油器。不同的原料及氣化工藝，合成氣的特性不盡相同，要達(dá)到先進(jìn)的凈化指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，應(yīng)采用有針對性的工藝方法和系統(tǒng)配置。傳統(tǒng)煤制氣的凈化方法，系統(tǒng)復(fù)雜、流程長、能耗高、效率低、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性差，用于生物質(zhì)合成氣的處理時(shí)，須經(jīng)優(yōu)化和改進(jìn)。本所的科研人員，結(jié)合生物質(zhì)高溫氣化工藝和合成氣的理化特性,對其冷卻、凈化方法,做了大量的試驗(yàn)研究,形成了本發(fā)明的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一套用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝方法和系統(tǒng)配置。通過采取優(yōu)化的有針對性的工藝方案和流程設(shè)計(jì)，配置合理的工藝設(shè)備，控制適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，解決傳統(tǒng)煤化工凈化方法系統(tǒng)復(fù)雜、流程長、能耗高、效率低、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性差、 針對性差的問題，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。本發(fā)明提出的技術(shù)方案針對生物質(zhì)固定床等離子高溫氣化工藝及合成氣的特點(diǎn)(氣溫度高達(dá)1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3)，在參考煤制氣冷卻、凈化工藝的基礎(chǔ)上，擬定了本方案一種用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，采用氧化風(fēng)機(jī)給高溫?zé)峤鈿饣癄t鼓風(fēng)，該氣化爐出來的高溫合成氣，經(jīng)高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產(chǎn)中壓、 低壓蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結(jié)回收重質(zhì)焦油后，進(jìn)入無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧凈化，達(dá)到合成氣中粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、 溫度<45°C，顯熱回收率大于80%，合格的合成氣輸送至濕式氣柜儲(chǔ)存或供下游工段使用。本發(fā)明的方案中，高溫?zé)峤鈿饣癄t出來的溫度1000 1100°C、粉塵含量小于20g/ Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的高溫合成氣，自氣化爐頂引出，經(jīng)高溫水冷煙道，送入水冷式激冷塔噴水激冷至800±20°C，凝出熔渣后，進(jìn)入水管式余熱爐回收中溫余熱，水管式余熱爐產(chǎn)生的中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣溫度450±20°C，送入熱管式余熱爐回收低溫余熱，產(chǎn)生的低壓蒸汽對外供汽；合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時(shí)，析出的部分重質(zhì)焦油，通過槽斗收集除去；出熱管式余熱爐時(shí)，合成氣降溫至200±10°C，送入無填料文丘里洗滌塔，洗滌除塵并進(jìn)一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進(jìn)入洗滌液除去；洗滌后的合成氣溫45±2°C，再送入濕式電除塵器，進(jìn)行深度除塵、除焦油后，合成氣達(dá)到粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80%，合格的合成氣輸送至濕式氣柜儲(chǔ)存或供下游工段使用，濕式氣柜并聯(lián)燃放火炬對廢氣進(jìn)行燃燒處理。本發(fā)明的方案中，采用氧化風(fēng)機(jī)正壓鼓風(fēng)，省掉了煤氣鼓風(fēng)機(jī)，通過提高氧化風(fēng)機(jī)的出口壓頭，保證高溫?zé)峤鈿饣癄t出口的壓頭克服凈化系統(tǒng)的阻力后到達(dá)濕式儲(chǔ)氣柜入口時(shí)還有4 6KPa的正壓，以保證其氣化爐、水冷式激冷塔、水管式余熱爐、熱管式余熱爐、無填料文丘里洗滌塔、濕式電除塵器和濕式氣柜處于正壓狀態(tài)下工作，防止外部空氣漏入以上凈化設(shè)備，減少了燃?xì)獗ǖ目赡苄?。本發(fā)明的方案中，所述的高溫水冷煙道、水冷式激冷塔均采用膜式水冷管結(jié)構(gòu)，以減輕重量，消除耐火材料脫落的問題，提高運(yùn)行的可靠性。它們與熱管余熱爐串連成一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)，解決了循環(huán)水的冷卻問題，實(shí)現(xiàn)熱量的全量回收利用。本發(fā)明的方案中，高溫合成氣在水冷式激冷塔噴水激冷，溫度降至800±20°C，凝出的熔渣，從塔底排出，避免余熱鍋爐受熱面的結(jié)渣污染，保證余熱爐的換熱性能穩(wěn)定。本發(fā)明的方案中，余熱鍋爐分成高、低溫兩段設(shè)置，高溫段采用水管式余熱爐，低溫段采用熱管式余熱爐。所述的水管式余熱爐出口合成氣溫度450±20°C，控制在重質(zhì)焦油的凝點(diǎn)以上，避免焦油在此凝結(jié)。水管式余熱爐，設(shè)計(jì)壓力1.6MPa或以上，以提高蒸汽溫度品質(zhì)，滿足相應(yīng)化工用汽需求。所述的熱管式余熱爐出口合成氣溫度控制在200°C以下，以使重焦油在此段凝結(jié)， 通過槽斗收集處理。低溫段余熱爐采用熱管式余熱爐，提高換熱功效。設(shè)計(jì)壓力為O. 5MPa， 產(chǎn)生的低壓蒸汽供電除塵等設(shè)備吹掃使用。生物質(zhì)合成氣粉塵、焦油量較低，初除塵配置無填料文丘里除塵器，既達(dá)到除塵、 降溫的目的，又能洗去合成氣中的H2s、NH3和HCN等有害氣體。末級配置濕式電除塵器，確保達(dá)到除塵、除焦油的控制指標(biāo)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，突出解決了以下問題，優(yōu)勢十分明顯。適配于絕熱型高溫氣化爐，解決了水冷或成品氣冷方式時(shí)，氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，爐體尺寸大，壁面易掛渣，水側(cè)易結(jié)垢；耗氣量大，電耗高的技術(shù)問題，在提高氣化穩(wěn)定性的同時(shí)，還節(jié)省了氣化主設(shè)備的造價(jià)。采用高溫水冷連接煙道，解決了絕熱煙道笨重、膨脹、支吊不好解決、煙道內(nèi)襯易垮脫、使用壽命短的問題。采用爐外噴水激冷方式，對氣化操作無干擾，控制部分激冷程度，能兼顧凝渣效果和系統(tǒng)的熱利用效率。兩級、雙壓余熱鍋爐的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了重質(zhì)焦油的集中收集處理，余熱梯級回用，提高了裝置的熱效率。配置無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器除焦、除塵，實(shí)現(xiàn)了合成氣的逐級除塵、除焦的凈化目標(biāo)。本發(fā)明系統(tǒng)簡捷、工藝流暢、能耗低、效率高、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益好。


圖I是本發(fā)明的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝進(jìn)一步描述如圖I所示，本方案的主工藝系統(tǒng)設(shè)備包括高溫水冷煙道1，水冷式激冷塔2，水管式余熱爐3，熱管式余熱爐4，文丘里洗滌塔(無填料)5，濕式電除塵器6，濕式氣柜7，燃放火炬8等設(shè)備。其參數(shù)和工藝流程為采用氧化風(fēng)機(jī)給高溫?zé)峤鈿饣癄t鼓風(fēng)，高溫?zé)峤鈿饣癄t出來的溫度1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的高溫合成氣，自氣化爐頂引出，經(jīng)高溫水冷煙道I，送入水冷式激冷塔2，噴水激冷至800±20°C，凝出熔渣后， 進(jìn)入水管式余熱爐3，回收中溫余熱，水管式余熱爐產(chǎn)生中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣溫度450±20°C，送入熱管式余熱爐4，回收低溫余熱，產(chǎn)生低壓蒸汽對外供汽。 合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時(shí)，會(huì)有部分重質(zhì)焦油析出，通過槽斗收集除去。出熱管式余熱爐時(shí)，合成氣降溫至200°C以下，送入文丘里洗滌塔(無填料)5，洗滌除塵并進(jìn)一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進(jìn)入洗滌液除去。洗滌后的合成氣溫< 45°C，再送入濕式電除塵器6，進(jìn)行深度除塵、除焦油。通過上述冷卻、凈化過程，合成氣達(dá)到粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80 %，完全滿足后續(xù)工段的用氣要求，合格的合成氣輸送至濕式氣柜7儲(chǔ)存或供下游工段使用。與濕式氣柜并聯(lián)的燃放火炬8，它是在系統(tǒng)啟動(dòng)、合成氣成份超標(biāo)時(shí)，對廢氣進(jìn)行燃燒處理的重要設(shè)備。以上是合成氣正壓冷卻、洗滌的主工藝流程及相關(guān)設(shè)備，在激冷塔噴水、兩級余熱爐給水、冷卻洗滌塔循環(huán)水、濕式電除塵器沖洗水、濕式氣柜的水封等輔助系統(tǒng)上，還有一些標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)設(shè)備，它們通過管道、閥門組成各自的子系統(tǒng)，為相關(guān)設(shè)備服務(wù)，進(jìn)而完成本生物質(zhì)合成氣冷卻、洗滌的總流程。
權(quán)利要求
1.一種用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，采用氧化風(fēng)機(jī)給高溫?zé)峤鈿饣癄t鼓風(fēng)，該氣化爐出來的高溫合成氣，經(jīng)高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產(chǎn)中壓、低壓蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結(jié)回收重質(zhì)焦油后，進(jìn)入無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧凈化，達(dá)到合成氣中粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80%，合格的合成氣輸送至濕式氣柜儲(chǔ)存或供下游工段使用。
2.如權(quán)利要求I所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，高溫?zé)峤鈿饣癄t出來的溫度1000 1100°C、粉塵含量小于20g/Nm3、焦油含量小于3g/Nm3的高溫合成氣，自氣化爐頂引出，經(jīng)高溫水冷煙道(1)，送入水冷式激冷塔(2)噴水激冷至 800±20°C，凝出熔渣后，進(jìn)入水管式余熱爐(3)回收中溫余熱，水管式余熱爐產(chǎn)生的中壓蒸汽對外供出，出水管式余熱爐的合成氣450±20°C，送入熱管式余熱爐(4)回收低溫余熱，產(chǎn)生的低壓蒸汽對外供汽；合成氣在熱管式余熱爐中降溫冷卻的同時(shí)，析出的部分重質(zhì)焦油，通過槽斗收集除去；出熱管式余熱爐時(shí)，合成氣降溫至200±10°C°C，送入無填料文丘里洗滌塔(5)，洗滌除塵并進(jìn)一步降溫，合成氣中的絕大部分粉塵、焦油滴及水溶性氣體進(jìn)入洗滌液除去；洗滌后的合成氣溫45±2°C，再送入濕式電除塵器￠)，進(jìn)行深度除塵、除焦油后，合成氣粉塵和焦油含量均< 10mg/Nm3、溫度< 45°C，顯熱回收率大于80%，合格的合成氣輸送至濕式氣柜(7)儲(chǔ)存或供下游工段使用，濕式氣柜(7)并聯(lián)燃放火炬(8)對廢氣進(jìn)行燃燒處理。
3.如權(quán)利要求2所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，所述的高溫水冷煙道(I)和水冷式激冷塔(2)均采用膜式水冷管結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，所述的水管式余熱爐(3)設(shè)計(jì)壓力1.6MPa或以上，出口合成氣溫度450±20°C。
5.如權(quán)利要求2所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化方法，其特征在于，所述的熱管式余熱爐(4)出口合成氣溫度控制在200°C以下，以使重焦油在此段凝結(jié)，通過槽斗收集處理。
6.如權(quán)利要求2所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化的方法，其特征在于，所述的熱管式余熱爐(4)設(shè)計(jì)壓力為O. 5MPa，產(chǎn)生的低壓蒸汽供濕式電除塵器(6)吹掃使用。
7.如權(quán)利要求I所述的用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化的方法，其特征在于，所述的氧化風(fēng)機(jī)的出口壓頭，保證高溫?zé)峤鈿饣癄t出口的壓頭克服凈化系統(tǒng)的阻力后到達(dá)濕式氣柜(7)入口時(shí)還有4 6KPa的正壓，以保證水冷式激冷塔(2)，水管式余熱爐(3)，熱管式余熱爐(4)，文丘里洗滌塔(無填料)(5)，濕式電除塵器￠)，濕式氣柜(7)處于正壓狀態(tài)下工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制油的生物質(zhì)合成氣正壓凈化工藝方法和系統(tǒng)配置。該方法采用氧化風(fēng)機(jī)給高溫?zé)峤鈿饣癄t鼓風(fēng)，其氣化爐出來的高溫合成氣，經(jīng)高溫水冷煙道連接，水冷式激冷塔加噴水部分激冷凝渣，水管式余熱爐+熱管式余熱爐兩段、雙壓余熱回收，副產(chǎn)中壓、低壓蒸汽對外供出，熱管式余熱爐凝結(jié)回收重質(zhì)焦油后，進(jìn)入無填料文丘里洗滌塔洗氣除塵，濕式電除塵器深度除塵、除焦油霧凈化，合格的合成氣輸送至濕式氣柜儲(chǔ)存或供下游工段使用。本發(fā)明通過工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，實(shí)現(xiàn)了合成氣的分段冷卻，余熱梯級回用，逐級除塵、除焦油的凈化目標(biāo)。解決了傳統(tǒng)方法系統(tǒng)復(fù)雜、流程長、能耗高、效率低、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性差的技術(shù)問題。
文檔編號C10K1/06GK102604685SQ201110449549
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉文焱, 夏明貴, 張亮, 張巖豐, 聶洪濤 申請人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司