固定床加壓氣化系統的製作方法
2023-06-11 20:01:11 2
本實用新型涉及氣化工藝技術領域，尤其是涉及一種固定床加壓氣化系統。
背景技術：
目前，傳統的煤炭顆粒固定床氣化技術是採用空氣添加蒸汽常壓下高溫燃燒固定床間歇式循環進行煤炭轉化製造煤氣(一氧化碳和氫氣)的技術。一般來說，此類煤炭氣化工藝裝置由煤倉、給料計量罐、氣化爐、灰貯鬥、除塵器、空氣風機及其輔助配套設施組成；氣化劑多為空氣和水蒸氣，壓力接近常壓；效率低、能耗大，對環境汙染大。另有德國魯奇公司的魯奇爐也為加壓固定床氣化工藝，魯奇爐加壓固定床氣化工藝只用於褐煤、煙煤等燃料的煤氣化，其在氣化反應器出口將氣體進行激冷並將煤氣中夾帶的煤灰和焦炭等有機物洗掉，其生產出來的煤氣中甲烷含量高，對系統產能影響較大。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種固定床加壓氣化系統，以解決現有技術中存在的氣化系統生產出的煤氣中甲烷含量高，對系統產能影響較大的技術問題。
本實用新型提供的固定床加壓氣化系統，包括：
氣化反應器，所述氣化反應器為壓力容器，其工作壓力為0.5MPa～5.0MPa，所述氣化反應器自下而上分為灰層、氧化層、第一還原層、第二還原層、乾餾層和乾燥層；
甲烷轉化裝置，所述甲烷轉化裝置的進氣口與所述氣化反應器的出氣口相連通，所述甲烷轉化裝置的頂部設置有氣化劑入口，經由所述氣化劑入口進入所述甲烷轉化裝置的氣化劑包括氧氣；
煤氣廢鍋，所述煤氣廢鍋與所述甲烷轉化裝置的出氣口相連通；
洗滌飽和塔，所述洗滌飽和塔與所述煤氣廢鍋相連通；
灰水處理系統，所述灰水處理系統分別與所述氣化反應器、所述煤氣廢鍋和所述洗滌飽和塔相連通。
進一步地，所述甲烷轉化裝置的內部設置有耐熱耐磨襯裡。
可選地，所述氣化反應器與所述甲烷轉化裝置之間設置有旋風除塵設備，所述旋風除塵設備的進氣口與所述氣化反應器的出氣口相連通，所述旋風除塵設備的出氣口與所述甲烷轉化裝置的進氣口相連通。
可選地，所述甲烷轉化裝置與所述煤氣廢鍋之間設置有旋風除塵設備，所述旋風除塵設備的進氣口與所述甲烷轉化裝置的出氣口相連通，所述旋風除塵設備的出氣口與所述煤氣廢鍋的進氣口相連通。
進一步地，所述灰水處理系統包括：閃蒸罐、沉降槽、灰水槽、除氧水槽和含塵焦油槽，所述閃蒸罐與所述洗滌飽和塔相連，所述沉降槽分別與所述閃蒸罐、所述含塵焦油槽和所述灰水槽相連，所述灰水槽與所述除氧水槽相連，所述除氧水槽與所述洗滌飽和塔相連。
優選地，所述氣化反應器的底部連通有第一排灰鎖鬥，所述第一排灰鎖鬥的進口與所述氣化反應器的排渣口連通，所述第一排灰鎖鬥為變壓排渣罐，與排灰閥相連。
可選地，所述甲烷轉化裝置的底部連通有第二排灰鎖鬥，所述第二排灰鎖鬥的進口或出口設置有氣動自動鎖渣球閥；所述煤氣廢鍋的底部連通有第三排灰鎖鬥，所述第三排灰鎖鬥的進口或者出口設置氣動自動鎖渣球閥。
進一步地，所述第二排灰鎖鬥、所述第三排灰鎖鬥分別與所述閃蒸罐或者沉降槽相連。
可選地，所述氣化反應器的頂部設置有變壓進料鎖鬥，所述變壓進料鎖鬥與所述氣化反應器之間連接有給料罐，所述變壓進料鎖鬥與原料倉連通，所述變壓進料鎖鬥上設置有充壓洩壓氣體接口。
優選地，所述氣化反應器的底部設有排灰爐篦以及氣化劑進口；所述排灰爐篦為一變速旋轉和排灰的結構，採用耐熱耐磨鑄鋼製備，為多層多邊扇形結構，所述排灰爐篦與電機相連；所述氣化反應器的氣化劑進口為環形多孔分布結構。
相對於現有技術，本實用新型所述的固定床加壓氣化系統具有以下優勢：
本實用新型所述的固定床加壓氣化系統工作過程中，氣化反應器中生成的高溫氣體進入甲烷轉化裝置中，經甲烷轉化裝置處理後的氣體進入煤氣廢鍋中。通過甲烷轉化裝置的氣化劑入口向甲烷轉化裝置中通入少量氧氣，以使得由氣化反應器輸送過來的氣體中的部分煤氣和煤氣夾帶的煤灰、焦油等有機物燃燒產生熱量，從而使得溫度上升到1000℃-1100℃左右，煤氣中的甲烷與二氧化碳或者水蒸氣發生吸熱分解反應，生成一氧化碳和氫氣，從而使得煤氣中的甲烷達到分解產生有效氣體的目的。
與現有技術中的氣化系統相比，本實用新型提供的固定床加壓氣化系統中設置有甲烷轉化器，甲烷轉化器將甲烷轉化為一氧化碳和氫氣，從而降低氣體中甲烷含量，同時增加固定床加壓氣化系統的有效氣體轉化率。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統的工藝流程示意圖一；
圖2為本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統的結構示意圖一；
圖3為本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統的結構示意圖二；
圖4為本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統的結構示意圖三；
圖5為本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統的工藝流程示意圖二。
圖中：10-預熱器；20-混合器；30-氣化反應器；31-原料倉；32-變壓進料鎖鬥；33-給料罐；34-夾套汽包；40-甲烷轉化裝置；50-煤氣廢鍋；51-煤氣廢鍋汽包；52-耐磨瓦；60-洗滌飽和塔；70-灰水處理系統；71-閃蒸罐；72-沉降槽；73-灰水槽；74-除氧水槽；75-含塵焦油槽；76-灰水泵；77-除氧水泵；80-旋風除塵設備。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
如圖1-5所示，本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統，包括：氣化反應器30、甲烷轉化裝置40、煤氣廢鍋50、洗滌飽和塔60和灰水處理系統70，上述各結構均通過管路相連，在與甲烷轉化裝置40相連的管路內壁設置有耐熱耐磨襯裡。
氣化反應器30為壓力容器，其工作壓力為0.5MPa～5.0MPa，氣化反應器30自下而上分為灰層、氧化層、第一還原層、第二還原層、乾餾層和乾燥層，氣化反應器30為半夾套結構或者全夾套結構，氣化反應器30的夾套結構與夾套汽包34相連通，氣化反應器30與混合器20相連通，混合器20與預熱器10相連通，氣化反應器30具有氣化劑進口、進料口、排渣口和出氣口；經由氣化反應器30的氣化劑進口進入氣化反應器30內部的氣化劑為氧氣+水蒸氣、富氧+水蒸氣，還可以是富氧+水蒸汽+CO2或者氧氣+水蒸汽+CO2。
氣化反應器30的爐壁可以為全夾套結構或者半夾套結構，夾套結構與夾套汽包34相連，夾套汽包34用於將夾套結構中產出的水蒸汽通入氣化反應器30中，從而進一步減少外界水蒸汽的用量；當氣化反應器30的爐壁為半夾套結構時，氣化反應器30包括夾套部和耐火部，氣化反應器30分為上下兩個區域，耐火部位於上部區域，夾套部位於下部區域，夾套部內壁採用碳鋼+不鏽鋼複合鋼板或者碳鋼+不鏽鋼堆焊，且夾套部具有吸收熱膨脹量消除熱應力變形能力，耐火部內存耐熱耐火材料，向火面為耐磨澆注料或者重質耐火料襯裡。在氣化反應器30中，出氣口設置於氣化反應器30上部側壁或者頂蓋上，且出氣口內側具有耐熱澆注襯裡。氣化反應器30的頂部設置有變壓進料鎖鬥32，變壓進料鎖鬥32與氣化反應器30之間連接有給料罐33，變壓進料鎖鬥32與原料倉31連通，變壓進料鎖鬥32上設置有充壓洩壓氣體接口，進料鎖鬥充壓可以使用本裝置煤氣和其他惰性氣體；變壓進料鎖鬥32的數量可以為一個、兩個或者多個，當變壓進料鎖鬥32的數量為兩個或者多個時，各變壓進料鎖鬥32之間連接有平衡管道。在本實施例的一種具體實施方式中，變壓進料鎖鬥32的數量為兩個，兩個變壓進料鎖鬥32之間連接有平衡管道。
甲烷轉化裝置40的進氣口與氣化反應器30的出氣口相連通，甲烷轉化裝置40的頂部設置有氣化劑入口，經由氣化劑入口進入甲烷轉化裝置40的氣化劑包括氧氣，還可以為氧氣加二氧化碳、氧氣加水蒸氣、氧氣加氮氣等混合保護氣。
煤氣廢鍋50與甲烷轉化裝置40的出氣口相連通，煤氣廢鍋50為一碳鋼材質外殼、高溫鉻鉬鋼列管的豎琴式傳熱裝置。煤氣廢鍋50包括具有空腔的外殼，空腔的上部設置有蒸汽過熱器換熱列管、中部設置有廢熱鍋爐換熱列管、下部為除塵區，廢熱鍋爐換熱列管與煤氣廢鍋汽包51相連通，煤氣廢鍋汽包51與蒸汽過熱器換熱列管相連通，蒸汽過熱器換熱列管與夾套汽包34相連通，夾套汽包34與氣化反應器30相連通。煤氣廢鍋50內部襯有耐熱澆築襯裡，進氣口出設置有防衝擋板，蒸汽過熱器換熱列管和廢熱鍋爐換熱列管的頂部均設有耐磨瓦52。
洗滌飽和塔60與煤氣廢鍋50相連通，洗滌飽和塔60為一固閥/垂直篩板結構的氣液接觸塔，使煤氣降溫增溼，實現煤氣洗塵和水氣飽和的目的。洗滌飽和塔60為多層塔板，通過三條工藝路線向塔板供水。洗滌飽和塔60內上部清液通過泵送入下部塔板、從界區外的變換裝置送入的冷凝液送入頂部塔板。洗滌飽和塔60將煤氣洗塵並提高水汽比後，通過氣水分離器後做為產品外送。
灰水處理系統70分別與氣化反應器30、甲烷轉化裝置40、煤氣廢鍋50和洗滌飽和塔60相連通。閃蒸罐71、沉降槽72、灰水槽73、除氧水槽74和含塵焦油槽75，閃蒸罐71與洗滌飽和塔60相連，沉降槽72分別與閃蒸罐71、含塵焦油槽75和灰水槽73相連，灰水槽73與除氧水槽74相連，除氧水槽74的除氧水與洗滌飽和塔60相連。閃蒸罐71與洗滌飽和塔60下部排水管線相連，並通過減壓再沸使液體中不凝氣體進行釋放；沉降槽72與閃蒸罐71底部排水相連，通過重力沉降的方式將液體中的固體進行分離，其上部清液通過溢流方式進入灰水槽73儲存使用；除氧水槽74是為通過加熱除氧的方式來降低水溶氧的設備，其與灰水槽73送水相連；除氧水槽74的除氧水與洗滌飽和塔60相連；含塵焦油槽75與沉降槽72底部相連，收集沉降槽72底部含焦油灰漿。由於灰水處理系統70將洗滌氣體後的灰水進行分離處理，實現了廢渣和水的分離，分離出來的水可在固定床加壓氣化系統中循環使用，因此，降低了水的消耗量，且降低了汙水的排放量。從除氧水槽74來的除氧水通過灰水加熱器加熱後進入中部塔板供水。
洗滌飽和塔60內的洗塵水通過管道送入到閃蒸罐71，閃蒸罐71為一通過減壓再沸形式將液體中融入不凝氣體進行釋放的容器，實現液體釋放不凝氣、降溫、含固濃縮的目的。閃蒸罐71設置為一到三級，壓力逐漸進行遞減，閃蒸罐71內的液體通過管道送入沉降槽72。沉降槽72為一通過重力沉降使液體中的固定進行分離的設備，其底部濃縮液外送，上部清液溢流返回循環使用，從而實現系統水循環重複使用的目的。
洗滌飽和塔60、甲烷轉化裝置40、煤氣廢鍋50底部排出高含灰黑水經過閃蒸罐71，灰水溫度下降到100℃以下後送入沉降槽72，水中細灰匯集與沉降槽72底部送入到含塵焦油槽75，再通過泵壓外送。沉降槽72頂部溢流出來的清液送入到灰水槽73，再經由灰水槽73的灰水泵76送回系統循環使用。
進一步地，甲烷轉化裝置40的內部設置有耐熱耐磨襯裡。
為了對氣化反應器30生產出來的煤氣進行進一步除灰除塵操作，在本實施例的其中一種具體實施方式中，氣化反應器30與甲烷轉化裝置40之間設置有旋風除塵設備80，旋風除塵設備80的進氣口與氣化反應器30的出氣口相連通，旋風除塵設備80的出氣口與甲烷轉化裝置40的進氣口相連通。旋風除塵設備80用於對氣化反應器30產生的氣體進行除塵除灰。
或者，在本實施例中的另一種具體實施方式中，甲烷轉化裝置40與煤氣廢鍋50之間設置有旋風除塵設備80，旋風除塵設備80的進氣口與甲烷轉化裝置40的出氣口相連通，旋風除塵設備80的出氣口與煤氣廢鍋50的進氣口相連通。在此處設置旋風除塵設備80能夠更好地除塵除灰，減小煤氣廢鍋50的磨損，延長其使用壽命。
進一步地，氣化反應器30的頂部設置有變壓進料鎖鬥32，變壓進料鎖鬥32與氣化反應器30之間連接有給料罐33，變壓進料鎖鬥32與原料倉31連通，變壓進料鎖鬥32上設置有充壓洩壓氣體接口。氣化反應器30的底部連通有第一排灰鎖鬥，第一排灰鎖鬥的進口與氣化反應器30的排渣口連通，第一排灰鎖鬥為變壓排渣罐，與排灰閥相連。甲烷轉化裝置40的底部連通有第二排灰鎖鬥，第二排灰鎖鬥的進口或出口設置有氣動自動鎖渣球閥。煤氣廢鍋50的底部連通有第三排灰鎖鬥，第三排灰鎖鬥的進口或者出口設置有啟動自動鎖渣球閥。第二排灰鎖鬥、第三排灰鎖鬥均與閃蒸罐71或者沉降槽72相連。
優選地，氣化反應器30的底部設有排灰爐篦以及氣化劑進口；排灰爐篦為一變速旋轉和排灰的結構，採用耐熱耐磨鑄鋼製備，為多層多邊扇形結構，排灰爐篦與電機相連；氣化劑進口為環形多孔分布結構。電機驅動排灰爐篦轉動，從而將氣化反應器30底部內側的廢渣清除，防止廢渣粘結在氣化反應器30的內壁上。
本實用新型實施例的固定床加壓氣化系統工作過程中，氣化反應器30中生成的高溫氣體進入甲烷轉化裝置40中，經甲烷轉化裝置40處理後的氣體進入煤氣廢鍋50中。通過甲烷轉化裝置40的氣化劑入口向甲烷轉化裝置40中通入少量氧氣，以使得由氣化反應器30輸送過來的氣體中的部分煤氣和煤氣夾帶的煤灰、焦油等有機物燃燒產生熱量，從而使得溫度上升到1000℃-1100℃左右，煤氣中的甲烷與二氧化碳或者水蒸氣發生吸熱分解反應，生成一氧化碳和氫氣，從而使得煤氣中的甲烷達到分解產生有效氣體的目的。
與現有技術中的氣化系統相比，本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統中設置有甲烷轉化器，甲烷轉化器將甲烷轉化為一氧化碳和氫氣，從而降低氣體中甲烷含量，同時增加固定床加壓氣化系統的有效氣體轉化率。且效率高、汙染小、佔地少、投資省、節能環保、有效發揮行業產能和經濟效益，能有效解決固定床加壓氣化甲烷含量高、煤氣夾帶焦油等有機物的缺點；本實施例提供的固定床加壓氣化系統使用的以煙煤、無煙煤、焦炭為原料的加壓氣化方式實現了潔淨煤氣化、節能減排、環境友好，有著極好的產業化前景和廣泛的社會效益。
此外，本實用新型實施例中的固定床加壓氣化系統在工作過程中，氣化反應器30中生成的高溫氣體進入甲烷轉化裝置40進行處理後進入煤氣廢鍋50，在煤氣廢鍋50中，廢熱鍋爐換熱列管中包含有冷卻水，冷卻水吸收進入煤氣廢鍋50中氣體的熱量，冷卻水受熱後進入煤氣廢鍋汽包51，在煤氣廢鍋汽包51中副產水蒸汽，水蒸汽進入蒸汽過熱器換熱列管中，使水蒸汽加熱為過熱蒸汽，蒸汽過熱器換熱列管與夾套汽包34相連，由於夾套汽包34與氣化反應器30相連通，因此煤氣廢鍋汽包51可將在煤氣廢鍋50中產生的水蒸汽通入氣化反應器30的下部區域，當水蒸汽直接進入氣化反應器30的下部區域時，進入氣化反應器30內的水蒸汽的溫度低於氣化反應器30的內部溫度，因此，可以起到對於氣化反應器30的底部區域降溫的作用。此外，當氣化反應器30中的氣化劑中包含水蒸汽時，進入氣化反應器30的水蒸汽可作為氣化劑的一部分參與氣化反應。當使用的氣化劑中不包含水蒸汽時，煤氣廢鍋50中產生的過熱蒸汽可用於預熱氣化劑，預熱後的氣化劑經由氣化劑入口進入氣化反應器30內。
本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統利用氣化反應產生的氣體的熱量副產水蒸汽、且利用氣化反應產生的氣體顯熱副產過熱蒸汽，並可在使用的氣化劑中含有水蒸汽時將副產的水蒸汽通入氣化反應器30中作為氣化劑的一部分參與反應，因此，提高了熱量的利用率，且減少了外界水蒸汽的通入量。
當使用的氣化劑中不包含水蒸汽，僅為CO2+氧氣或者CO2+富氧時，夾套部產生的水蒸汽可用於預熱氣化劑，水蒸汽不作為氣化劑，能進一步的降低原料煤和蒸汽的消耗，甚至不消耗蒸汽。從而使得煤氣中水蒸汽含量極少，因煤氣洗滌冷卻而產生的廢水基本消除，煤氣中的組分更適合作為燃料氣使用。
氣化反應產生的氣體通過除塵、顯熱回收和水飽和洗滌後，使氣體溫度下降一部分，同時使氣體中的水蒸汽達到飽和。此外，本實用新型提供的固定床加壓氣化系統利用氣體熱量使煤氣中的蒸汽達到飽和狀態，直接達到後續變換反應所需要的水蒸汽含量。而洗滌氣體產生的灰水經過灰水處理系統70處理後循環使用，因此，大量減少了水消耗量，減少了汙水排放量，同時也取消了後續變換反應對外來新鮮蒸汽的加入。
綜上，本實用新型實施例提供的固定床加壓氣化系統具有高效節能、無汙染、環保好、碳有效利用率高、流程簡單、佔地少、設備結構合理及維修投資省等多項優勢。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。