煤氣淨化方法及煤氣淨化裝置的製作方法
2023-05-02 04:04:26
專利名稱：煤氣淨化方法及煤氣淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於煤的氣化工藝等合成煤氣的溼式淨化技術，特別是涉及一種能夠解決在合成煤氣的冷卻和再加熱的熱交換器中產生鱗片的不良情況從而提高熱效率的煤氣淨化技術。
近年來，由於石油資源的枯竭和石油價格的高漲，對燃料多樣化的呼聲日高，目前正在開發煤和重油的利用技術，其中，使煤或重油氣化並將其作為發電燃料或合成原料使用的技術正在受到重視。另外，與使用煤或石油的過去的火力發電相比，使用由煤氣化所獲的煤氣進行發電具有效率高、能夠有效地利用有限資源的優點，因此受到人們的重視。
然而，在這種由煤氣化所獲的合成煤氣(以下也簡稱為煤氣)中含有數100-數1000ppm的硫化物(主要是硫化氫)。為了防止這種由煤氣化所獲煤氣產生的公害，或者為了防止它對下遊設備(例如燃氣輪機等)的腐蝕，必須將這些硫化物除去。作為除硫方法，已知的例如象特開平7-48584號公報所示那樣，將煤氣與吸收液進行氣液接觸的溼式煤氣淨化技術。
另外，在煤氣化而生成的煤氣中所含的硫化物，除了H2S(硫化氫)之外，還含有100ppm左右的COS(硫化羰)，它不能用吸收液除去。
因此，為了在溼式的煤氣淨化過程中除去COS，如特開平1-223197號公報所述，必須在使吸收液與煤氣進行氣液接觸的脫硫塔的上遊，預先使COS通過水解反應而轉化成H2S。
另外，除了硫化物之外，在合成煤氣中還含有例如100～1500ppm左右的氨(NH3)、100ppm左右的氯化氫(HCl)等有害物，為了進一步地淨化或防止材料的腐蝕等，應儘量將其在上遊除去。
因此，本申請人曾提出一種用於清除上述雜質的技術，該技術是通過在脫硫塔的上遊側使合成煤氣與洗滌液進行氣液接觸來洗滌煤氣。
另外，按照本發明者們的知識可知，以HCl為代表的在煤氣中的含滷化合物等雜質，對於用來使COS轉化成H2S的常用催化劑的活性是有害的，因此，為了避免這種活性降低，在進行上述轉化的COS轉化器中，優選是將上述洗滌塔設置在COS轉化器的上遊，以便預先將上述雜質洗滌除去。
然而，上述的溼式煤氣淨化技術，如果不進行某種熱交換，在洗滌塔或脫硫塔(或在脫硫塔的上遊設置的冷卻裝置)中，合成煤氣被冷卻，合成煤氣的熱量大量浪費。於是，為維持送入燃氣輪機等中的處理後的煤氣在高溫狀態並實現較高的熱效率，本領域的技術人員當然會想到設置再加熱用的熱交換器，從導入洗滌塔或脫硫塔之前的高溫煤氣(淨化處理前的煤氣)回收熱量並加熱從脫硫塔排出的淨化處理後的煤氣。
但是，並未詳細研究進行這種熱回收的溫度條件以及用於該回收的熱交換器等的機器構成等，根據本發明人等的研究發現，只是簡單地設置上述再加熱用熱交換器的構成存在以下實用上的重大問題。
也就是說，導入洗滌塔之前的煤氣中，含有相當濃度的氯化氫氣體或氨氣，這些成分基於圖4給出的氯化銨的分解壓特性，在一定的溫度條件下會作為氯化銨(NH4Cl)析出。
從脫硫塔排出的淨化處理後的煤氣溫度低至40℃，該煤氣直接導入上述熱交換器中進行熱交換，在上述熱交換器中，淨化處理前的煤氣所接觸的傳熱面的最低溫度當然是氯化銨析出的較低溫度。
因此在上述熱交換器的傳熱面上析出附著氯化銨形成鱗片狀物，長時間運轉後鱗片堆積，最差的情況是熱交換器被閉塞，從而導致無法工作。於是在實用中為迴避這種鱗片問題的發生，必須頻繁地進行熱交換器的維修。
本發明的目的是提供一種煤氣淨化技術，可以避免在現有的合成煤氣的溼式淨化技術中存在的熱交換器上的鱗片問題，從淨化處理前的煤氣中回收熱量，實現較高的熱效率。
為實現上述目的，本發明的煤氣淨化方法是一種淨化由煤或重質油等的氣化得到的合成煤氣的淨化方法，由以下工序組成利用熱交換器從淨化處理前的合成煤氣回收熱量的工序；在該熱回收工序之後使合成煤氣與洗滌液或吸收液進行氣液接觸以除去合成煤氣中含有的有害物的氣液接觸工序；利用由上述熱回收工序中回收的熱量再加熱經過該氣液接觸工序的淨化處理後的合成煤氣的再加熱工序；其特徵在於設定上述熱回收工序的溫度條件使得不會從上述合成煤氣中析出氯化銨並附著在上述熱交換器的傳熱面上。
另外，按照本發明的煤氣淨化方法的優選的第一實施方案，其特徵在於在所說的再加熱工序之前設有預先加熱淨化處理後的合成煤氣的預加熱工序。
按照本發明的煤氣淨化方法的優選的第二實施方案，其特徵在於，作為所說的氣液接觸工序，包括使合成煤氣與洗滌液進行氣液接觸的洗滌工序，及使合成煤氣與吸收液進行氣液接觸而至少吸收除去合成煤氣中含有的硫化氫的脫硫工序，同時在洗滌工序之後脫硫工序之前具有加熱合成煤氣的加熱工序以及在該加熱工序之後將合成煤氣中的硫化羰轉化成硫化氫的轉化工序，另外，作為所說的預加熱工序，是利用經過所說的轉化工序後要導入所說的脫硫工序之前的合成煤氣的熱量加熱淨化處理後的合成煤氣的工序。
本發明的煤氣淨化裝置是一種用於淨化由煤或重油的氣化而獲得的合成煤氣的煤氣淨化裝置，其特徵在於具有用於使上述的合成煤氣與洗滌液或吸收液進行氣液接觸，從而將上述合成煤氣中所含的有害物除去的氣液接觸塔；預加熱從該氣液接觸塔導出的淨化處理後的合成煤氣的預加熱裝置；以及利用被導入所說的氣液接觸塔的淨化處理前的合成煤氣的熱量再加熱經過該預加熱裝置的合成煤氣的再加熱用熱交換器。
另外，本發明的優選的煤氣淨化裝置，其特徵在於，所說的氣液接觸塔包括使上述的合成煤氣與洗滌液進行氣液接觸的洗滌塔和在該洗滌塔的下遊使合成煤氣與吸收液氣液接觸從而至少除去合成煤氣中含有的硫化氫的脫硫塔，同時在所說的洗滌塔的下遊和脫硫塔的上遊之間具有加熱合成煤氣的加熱器以及在該加熱器的下遊的將合成煤氣中的硫化羰轉化成硫化氫的轉化器，另外，作為上述的預加熱裝置，是利用從所說的轉化器排出後導入所說的脫硫塔之前的合成煤氣的熱量加熱從所說的脫硫塔排出的淨化處理後的合成煤氣的預加熱用熱交換器。
在本發明的煤氣淨化方法中，處理前的合成煤氣的熱量被熱交換器回收，利用該回收的熱量加熱淨化處理後的合成煤氣，形成最終的高溫的合成煤氣，供給到例如複合發電系統的燃氣輪機中。於是，由上述的熱交換器進行的熱回收工序的溫度條件，要設定為在熱交換器的傳熱面上不析出附著氯化銨的溫度條件。
因此，在從淨化處理前的合成煤氣回收熱量用來加熱淨化處理後的合成煤氣的再加熱用的熱交換器的傳熱面上不會引起氯化銨的析出，所以在該熱交換器中不會發生由鱗片導致的不良狀況，從而可以省去頻繁的維修等。
而且本發明的煤氣淨化方法的優選的第一實施方案中設有預加熱淨化處理後的合成煤氣的預加熱工序，所以避免了上述的氯化銨析出，同時淨化處理後的合成煤氣的最終溫度可以達到340℃左右的高溫，即使是溼式的淨化方法也可以得到較高的熱效率。
另外，在本發明的煤氣淨化方法的第二實施方案中，作為實施所說的預加熱工序的工序，是利用經過COS轉化工序後導入脫硫工序之前的合成煤氣的熱量來加熱淨化處理後的合成煤氣的工序。因此如下述的方案中所示，在COS的轉化工序中為維持轉化催化劑的活性需要大量的熱量，而在經過洗滌工序後被冷卻的合成煤氣通過加熱工序被加熱的情況下，煤氣中蓄積的熱能通過該加熱而被有效利用，所以利用該預加熱工序可以大量節省從其他途徑供給的能源，這是其中的一個優點。
另外，本發明的煤氣淨化裝置在利用再加熱用熱交換器進行再加熱之前，預先利用預加熱裝置加熱淨化處理後的合成煤氣。因此在再加熱用熱交換器中的淨化處理後合成煤氣的入口處溫度升高，同時在該熱交換器中的淨化處理前合成煤氣的出口處的溫度也上升，結果實現了提高再加熱後合成煤氣的溫度的目的，而且也可以維持該熱交換器的傳熱面的最低溫度在較高的水平上。
從而可以避免在上述的再加熱用熱交換器中的氯化銨的析出問題，同時可以將淨化處理後的煤氣最終維持在高溫度下，利用溼式淨化裝置即可以獲得較高的熱效率。
換句話說，如果按照本發明的構成，再加熱後的合成煤氣的溫度例如為340℃的高溫，根據本發明的淨化方法進行溫度設定，則可以消除由氯化銨的析出導致的鱗片問題。
另外，從脫硫塔排出的煤氣如果直接導入再加熱用的熱交換器中利用淨化處理前的煤氣的熱量加熱，這種簡單的構成很明顯是無法既維持再加熱後的煤氣的高溫又不會引起在傳熱面上析出氯化銨的。其原因是，為維持在脫硫塔中的硫化氫的吸收性能，脫硫塔的溫度條件必須是40℃左右的低溫，結果在脫硫塔中經脫硫處理後的合成煤氣也成為40℃左右的低溫。
另外，本發明的煤氣淨化裝置的優選實施方案中，作為上述預加熱裝置，設有利用經過COS轉化器後導入脫硫塔之前的合成煤氣的熱量加熱淨化處理後的合成煤氣的預加熱用熱交換器。因此，如下述的實施例所述，為維持在COS轉化器中的轉化催化劑的活性等需要大量的熱量，經過洗滌塔後被冷卻的合成煤氣在上述轉化器的上遊被加熱器加熱的情況下，煤氣中蓄積的熱能通過該加熱而被有效利用，所以利用該預加熱用熱交換器可以大量節省從其他途徑供給的能源，這是其中的一個優點。
也就是說，如果沒有上述的預加熱用熱交換器，則從COS轉化器出來的煤氣的熱量就浪費在脫硫塔(通常是在其之前設置的冷卻塔)中的水分蒸發上，同時在作為預加熱裝置而設置的另外的加熱器中煤氣溫度為40℃左右的低溫，如果要升溫至180℃左右的高溫，則要增加額外的負荷，而本發明由於使用了上述預加熱用熱交換器，所以可以避免這種能源的浪費。
附圖1是表示本發明的淨化裝置之一例的前處理部構成的示意圖。附圖2是表示在同一淨化裝置中的脫硫部及石膏回收部構成的示意圖。附圖3是表示同一淨化裝置主要部分構成的示意圖。附圖4是表示氯化銨的分解壓特性的示意圖。附圖4是表示將溫度作為參數時COS轉化率的數據的示意圖。
以下基於
本發明實施方案之一例。
圖1是表示本實例煤氣淨化裝置中主要的前處理部構成的示意圖，圖2是表示在同一裝置中脫硫部和石膏回收部構成的示意圖。
首先說明前處理部的構成及工作原理。在圖中省略的氣化爐中，煤被氣化劑如空氣或氧氣所氣化，生成以一氧化碳和氫氣為主成分的合成煤氣A。
在上述這種以煤為原料、以空氣或氧氣為氣化劑生成的合成煤氣A中，通常含有1000～1500ppm左右的H2S(含硫化合物)、100ppm左右的COS(含硫化合物)，還含有100～1500ppm左右的NH3、100ppm左右的HCl。
合成煤氣A在爐出口處的溫度通常為1000～1300℃，通常由設置在爐出口側的熱回收器(圖中省略)回收一定程度的熱量，冷卻至420℃左右，其壓力為26個大氣壓左右。
該合成煤氣A如圖1所示被依次導入旋風分離器1和多孔過濾器2，分別分離除去粒徑比較大的粉塵和微細的粉塵。
在多孔過濾器2的下遊設置有熱交換器3(再加熱用熱交換器)，利用從多孔過濾器2導出的煤氣A1的熱量加熱淨化後的煤氣A4，作為煤氣A5被排出。另外，煤氣A1在該熱交換器3中被逆流地奪走熱量，此時最低要冷卻至280℃左右。在該熱交換器3中煤氣A4的入口溫度在這種情況下為180℃左右的高溫。
利用該熱交換器3進行的熱回收或再加熱相當於本發明的熱回收工序或再加熱工序，此時煤氣A1的出口溫度(280℃左右)或煤氣A4的入口溫度(180℃左右)的設定，要符合不在熱交換器3的傳熱面上從合成煤氣A1中析出附著氯化銨的溫度條件。
也就是說，在熱交換器3中煤氣A1接觸的傳熱面的最低溫度可以利用公知的熱傳遞理論來設定，此時最低為230℃左右。由圖4所示的氯化銨的分解壓特性可知，如果保持傳熱面的溫度為230℃以上，儘管煤氣中的氨濃度不均勻，但只要傳熱面的溫度高於氯化銨的露點溫度，則確實不會在傳熱面上析出氯化銨。
在熱交換器3的下遊，在煤氣A2導入後述的轉化器10或脫硫塔21之前，設置有使煤氣與洗滌液B氣液接觸的洗滌塔4。
洗滌塔4此時也稱為充填式的氣液接觸塔，在塔底部貯留的以水為主成分的洗滌液B被循環泵5抽吸，從塔上部的噴霧管6噴射，一邊與煤氣A1氣液接觸，一邊經由充填材料7流下，再循環返回至塔底部。
在該洗滌塔4中，煤氣A1中含有的溶解度較高的NH3或HCl，不必特別地調整洗滌液B的pH，即可被洗滌液B吸收大部分，最終作為排水C排出到體系外。因此，最終得到的煤氣A5中在除去H2S的同時已除去相當量的NH3和HCl，成為從未有過的清潔煤氣。
煤氣A1中通常含有比HCl更多量的NH3，如果不調節pH的話，則洗滌液B為鹼性。洗滌液B成為鹼性後，不只是吸收NH3的性能下降，而且煤氣A1中含有的弱酸性的H2S也有相當量被洗滌液B吸收，包含在排水C中。由於對於含硫化合物的排放有嚴格限制，無害化處理困難，此時要處理排水C就需要較高的成本，這是其中存在的問題。
本發明為解決上述問題，在洗滌塔4的洗滌液B中適當供給硫酸等酸E，調節其pH，將洗滌液B的pH保持在弱酸性以下。由此抑制排水C中含有的H2S量，避免了麻煩的排水處理。此時由於HCl為強酸，所以即使是在弱酸性區域也能充分吸收。
為更完全地吸收除去NH3,pH優選大大低至強酸領域，但此時HCl的吸收性能下降，所以為完全除去HCl和NH3二者，分別設置主要吸收NH3的洗滌塔和主要吸收除去HCl的洗滌塔，成為雙塔式結構。
只利用單純的洗滌塔4難以完全捕集由煤氣冷卻產生的氯化銨煙霧(亞微粒子)，在洗滌塔4的下遊側的煤氣中便含有這種煙霧，這種情況下也可在該洗滌塔4的下遊設置除去上述煙霧的集塵器或過濾器等。
煤氣A1通過與洗滌液B接觸被冷卻至水分為飽和狀態，此時洗滌後的煤氣A2的溫度為140℃左右。
洗滌液B的一部分從由循環泵5的排出側分支的流路被排出，作為排水C排出到體系外。在洗滌液B的循環經路的任意位置可以適當供給補給水D，以補充排水C或煤氣中夾帶的水分。
在洗滌塔4的塔上部設置有用於分離除去煤氣中的霧狀物的除霧器8，抑制在下遊側流出的煙霧量。
在該洗滌塔4的下遊設置有利用從圖1所示的裝置構成的體系外供給的高溫蒸汽等的熱能來加熱煤氣A2的加熱器9。煤氣A2此時被加熱至150℃左右。
通過煤氣A2的加熱，可以獲得以下的優點。也就是說，在下述的轉化器10中，調整到適於將COS轉化成H2S的催化劑發揮活性的溫度，另外，使煤氣A2中的霧狀水分蒸發，這樣可以避免由該水分造成的對上述轉化反應的阻礙，高度實現轉化器10的性能。
在加熱器9的下遊，設置充填有轉化催化劑(將COS轉化成H2S)的轉化器10，合成煤氣A2中幾乎全部的COS在此被轉化成H2S，作為幾乎不含COS的煤氣A3被排出。
作為此時的轉化器10中的催化劑，可以使用廣泛用於此種轉化器的一般催化劑。在該情況下，在轉化器10的上遊設置洗滌塔4，預先除去對此種催化劑有害的滷素(主要是氯)。
作為轉化器10的催化劑，例如可以使用特公昭63-11053號公報中給出的催化劑(以氧化鈦為基並加有Li或Na等添加劑的催化劑)。但以氧化鈦為基的催化劑一般要在較高的溫度(例如300℃左右)下發揮高性能，所以有必要在轉化器10的上遊將煤氣加熱至高溫，這在熱效率方面不理想。
因此在本實例中使用如圖5所示的能夠在150℃的較低溫度下發揮最高性能的催化劑，如以氧化鋁為基並添加有鉀等添加劑的催化劑。
如果使用這種催化劑，則可以減小加熱器9的負擔，削減由體系外供給的水蒸汽等能源。
在該轉化器10的下遊設置熱交換器11(預加熱用熱交換器)，利用從轉化器10導出的煤氣A3的熱量來加熱淨化後的煤氣A4。
煤氣A2在熱交換器11中被逆流地奪走熱量，冷卻至120℃左右。煤氣A4在此處被加熱至140℃左右。
在熱交換器11的下遊，煤氣A3導入下述的脫硫塔21之前，設置與冷卻液B1氣液接觸的冷卻塔12。
冷卻塔12為所說的充填式氣液接觸塔，在塔底部貯留的以水為主成分的冷卻液B1被循環泵13抽吸上來，從塔上部的噴霧管14噴射，一邊與煤氣A3氣液接觸，一邊經由充填材料15流下，再循環返回到塔底部。
在該循環泵13的循環線路上設置有冷卻器16，該冷卻器16使用工業用水等作為冷媒來冷卻冷卻液B1，在此處煤氣A3的熱量被間接地回收。在該冷卻塔12中煤氣A3通過與冷卻液B接觸而被冷卻，冷卻至適合於導入下述脫硫塔21中的理想溫度(如40℃左右)。
在煤氣A3中含有殘留的雜質的情況下，該冷卻塔12也有利用冷卻液B1捕集除去一部分雜質的作用。此時與洗滌塔4同樣，也可以一邊供給補給水，一邊排出一部分冷卻液B1，並投入調節pH用的藥劑。
在圖1所示的前處理部，作為本發明的預加熱裝置，除上述的熱交換器11之外還設置有加熱器17。該加熱器17被配置在淨化處理後的煤氣A4的排出管線中的熱交換器11的下遊側，利用從圖1所示裝置構成的體系外供給的高溫蒸汽等的熱能進一步加熱煤氣A4。此時煤氣A4被加熱到上述的180℃左右。
下面利用圖2簡單說明脫硫部的構成及工作狀況。脫硫部主要由脫硫塔21和再生塔22構成。
脫硫塔21是與上述的洗滌塔7同樣的氣液接觸塔，再生塔22的塔底部貯留的硫化氫的吸收液F被循環泵23抽吸上來，在吸收液熱交換器24被冷卻後，從塔上部的噴霧管25噴射，一邊與煤氣A3氣液接觸，一邊經由充填材料26流下。
與吸收液F氣液接觸後被除去了H2S的煤氣A4(溫度為42℃左右)，利用除霧器27除霧後，從脫硫塔21的塔頂部排出，利用上述的熱交換器11、加熱器17和熱交換器3加熱，成為處理後的煤氣A5。
煤氣A5的壓力例如為25.5個大氣壓左右，其溫度為340℃左右，其中硫成分(H2S和COS的濃度)為10ppm以下。
再生塔22的構成如下，在脫硫塔21的塔底部貯留的吸收液F被循環泵28抽吸上來，被吸收液熱交換器24加熱後，從塔上部的噴霧管29噴射，一邊與在塔內上升的吸收液F的蒸汽或吸收成分(廢氣)相接觸，一邊經由充填材料30流下。
再生塔22底部的吸收液F在再沸器31中被水蒸汽G加熱，由此使作為吸收成分的H2S在再生塔22中揮散到氣體中。含有該H2S的廢氣H在除霧器32中除霧後，經過設置在再生塔22頂部的回流部，作為含有高濃度H2S的廢氣H1(主成分是CO2)被送往下述的石膏回收部。
另外，在設置於再生塔22頂部的回流部中，由廢氣H被冷卻器33冷卻而生成並貯存於貯存罐34中的廢氣H的冷凝液Ⅰ，通過泵36的抽送而由噴霧管36噴出，這樣就使得廢氣H中的蒸氣較多地液化，並使得液體中作為吸收成分的H2S較多地揮散，從而獲得一種含有體積百分數例如為20％左右的高濃度H2S的廢氣H1。
下面解釋石膏回收部的構成及其功能。本實例的石膏回收部由燃燒爐41和溼式石灰石膏法的脫硫裝置組合而成，燃燒爐41的作用是將廢氣H1中所含的能與空氣J反應的H2S燃燒掉，廢氣H1在該燃燒爐41中燃燒後變成燃燒廢氣H2，而脫硫裝置的作用是從燃燒廢氣H2中吸收除去SO2(亞硫酸氣)等硫氧化物並將該廢氣作為無害的廢氣H3排放。
脫硫裝置具有反應器42、空氣供給裝置(圖中省略)和離心機之類的固液分離裝置44，反應器42的作用是使含有高濃度由H2S燃燒而生成的CO2的燃燒廢氣H2與供入該反應器內部並含有鈣化合物的漿料K進行氣液接觸，然後將該廢氣排出；空氣供給裝置的作用是把氧化用的空氣L作為許多微小的氣泡吹噴入該反應器42內的漿料中；固液分離裝置44的作用是對從反應器42中排出的漿料M(石膏漿料)進行固液分離。
另外，在圖2中以符號46表示的是冷卻器，其作用是將燃燒廢氣H2冷卻至適合於吸收其中的SO2等物質的溫度。另外，在固液分離裝置44中通過固液分離而生成的分離水M3，作為構成反應器42內漿液的水分直接返回在此情況下的反應器42內。
此處，反應器42可以由一種所謂漿料循環式的吸收塔構成，具體地說，例如在塔底部具有一個用於讓氧化用空氣L吹入其中的漿料槽，在燃燒廢氣H2流通的塔上部具有用於噴射漿料槽內的漿料，形式為填充式、噴霧式或液柱式等的氣液接觸部。總之在反應器42中主要是吸收SO2，生成二水石膏。
另外還設置有石膏加熱裝置45(石膏加熱工序)，由固液分離裝置44獲得的固體物質M1(二水石膏的石膏濾餅)在其中被加熱至120～150℃，獲得半水石膏M2。
以下參照圖3說明利用上述煤氣淨化裝置實施本發明煤氣淨化方法的主要部分。圖3隻是本實例裝置構成的主要部分的簡圖。
由圖3可以看出，在本實例中從處理前的合成煤氣回收熱量再加熱處理後的煤氣的熱回收工序和再加熱工序，是通過熱交換器3實現的。也就是說，在這種情況下處理前的煤氣A1的熱量被熱交換器3回收，利用該熱量加熱淨化處理後的煤氣A4，最終成為340℃左右的煤氣A5，供給到如複合發電系統的燃氣輪機中。
用來吸收除去煤氣中的H2S的本發明的脫硫工序通過脫硫塔21實現。在該脫硫工序之前，用來除去煤氣中的氨或氯化氫等雜質的洗滌工序在洗滌塔4中實施，在該洗滌工序之後加熱煤氣的加熱工序通過加熱器9來實施，其後將煤氣中的COS轉化成H2S的轉化工序在轉化器10中實施。
本實例中，在上述的熱交換器3中進行的熱回收工序的溫度條件要設定為不會使氯化銨析出附著在熱交換器3的傳熱面上的溫度條件。
在這種情況下，導入熱交換器3中的淨化後的煤氣A4預先被熱交換器11和加熱器17加熱到180℃左右。因此，基於一般的熱交換器的情況，本發明人等經計算(在電熱面材料的壁厚方向上的傳熱速度及溫度梯度等一系列的計算)，將由熱交換器3導出的淨化處理前的煤氣A1的溫度設定為280℃左右，將熱交換器3的合成煤氣A1的傳熱材料表面溫度最低維持在230℃左右，這樣便確實不會引起氯化銨的析出。
按照本實例的淨化技術，可以獲得以下實用上的優良效果。
(1)從淨化處理前的合成煤氣A1回收熱量來加熱淨化處理後的煤氣A4的再加熱用熱交換器3的傳熱面上，不會引起氯化銨的析出，不會在該熱交換器3中因產生鱗片而導致運轉不良，進而可以避免頻繁的維修。
(2)因為設置了利用預加熱裝置(熱交換器11及加熱器17)實施預加熱淨化處理後的煤氣A4的預加熱工序，所以可以避免上述的氯化銨析出問題，淨化處理後的煤氣最終可達到340℃左右的高溫，採用溼式的淨化方法或裝置就可實現較高的熱效率。
如果直接將從脫硫塔出來的煤氣導入再加熱用熱交換器中，利用淨化處理前的煤氣的熱量進行加熱，那麼要想既維持再加熱後的煤氣為高溫，又不在傳熱面上析出氯化銨的溫度條件是不可能的。其原因是，為維持脫硫塔的吸收液不吸收二氧化碳等有用成分而選擇性吸收硫化氫的性能在實用的高水平上，脫硫塔的溫度條件必須是40℃左右的低溫，結果在脫硫塔中被脫硫處理後的合成煤氣也成為40℃左右的低溫。
(3)在本實例中，作為實施上述的預加熱工序的預加熱裝置，設置熱交換器11，該熱交換器利用經過轉化器11(轉化工序)後導入脫硫塔21(脫硫工序)之前的合成煤氣A3的熱量來加熱淨化處理後的合成煤氣A4。因此，為維持轉化器10(轉化工序)中的轉化催化劑的活性本來需要大量的熱量，但在本例中在經過洗滌塔4(洗滌工序)後被冷卻的合成煤氣A2被加熱器9(加熱工序)加熱的情況下，通過該加熱可以有效地利用煤氣中蓄積的熱能，從而可以大量削減從體系外應該供給的能量(即該加熱器17的負荷)。
也就是說，如果沒有熱交換器11，則煤氣A3的熱量浪費在冷卻塔14中的水分蒸發上。另一方面，在加熱器17中要將煤氣A4的溫度從40℃左右的低溫升溫到180℃左右，其負荷要顯著增加，但在本實例中由於有了熱交換器11，從而可以避免這種能量的白白浪費，進一步節省了能源。
本發明並不限於上述的實例，還可以有各種形態。例如，本發明的熱回收工序中的具體溫度條件可以不限於上述的溫度設定(高溫側煤氣出口溫度280℃左右，低溫側煤氣入口溫度180℃左右)。例如在氣化爐中將氧氣限定為氣化劑的情況下，合成煤氣中的氨濃度經常很低(100ppm左右)，可以相應地在下遊修正上述的溫度設定。總之，本發明的溫度條件的設定要基於如圖4所示的氯化銨的分解壓特性，從處理前的煤氣回收熱量的熱交換器(如圖1的熱交換器3)的傳熱面的表面溫度要控制在不低於氯化銨的露點溫度。
作為上述控制溫度條件的方法，可以是考慮到上述實例的最差條件後設定在一定值的方法，例如利用傳感器感知處理前的煤氣中的氨濃度，然後通過調節預加熱裝置的加熱量等來控制煤氣溫度，使上述熱交換器的傳熱面表面溫度達到最適溫度。作為此時測定上述傳熱面表面溫度(或為感知該表面溫度的煤氣溫度)的溫度檢測裝置，可以使用熱電偶等熱電溫度計、半導體熱敏電阻等電阻溫度計等，當然也可以使用各種公知的溫度傳感器。
本發明不採用石灰石膏法進行脫硫處理(從除去的硫化氫回收石膏)，當然可以在脫硫塔中從被吸收的硫成分(硫化氫)中回收硫單體。
權利要求
1.一種淨化由煤或重質油等的氣化得到的合成煤氣的淨化方法，由以下工序組成利用熱交換器從淨化處理前的合成煤氣回收熱量的工序；在該熱回收工序之後使合成煤氣與洗滌液或吸收液進行氣液接觸以除去合成煤氣中含有的有害物的氣液接觸工序；利用由上述熱回收工序中回收的熱量再加熱經過該氣液接觸工序的淨化處理後的合成煤氣的再加熱工序；其特徵在於設定上述熱回收工序的溫度條件使得不會從上述合成煤氣中析出氯化銨並附著在上述熱交換器的傳熱面上。
2.根據權利要求1記載的煤氣淨化方法，其特徵在於在所說的再加熱工序之前設有預先加熱淨化處理後的合成煤氣的預加熱工序。
3.根據權利要求2記載的煤氣淨化方法，其特徵在於，作為所說的氣液接觸工序，包括使合成煤氣與洗滌液進行氣液接觸的洗滌工序，及使合成煤氣與吸收液進行氣液接觸而至少吸收除去合成煤氣中含有的硫化氫的脫硫工序，同時在洗滌工序之後脫硫工序之前具有加熱合成煤氣的加熱工序以及在該加熱工序之後將合成煤氣中的硫化羰轉化成硫化氫的轉化工序，另外，作為所說的預加熱工序，是利用經過所說的轉化工序後導入所說的脫硫工序之前的合成煤氣的熱量加熱淨化處理後的合成煤氣的工序。
4.一種用於淨化由煤或重油的氣化而獲得的合成煤氣的煤氣淨化裝置，其特徵在於具有用於使上述的合成煤氣與洗滌液或吸收液進行氣液接觸，從而將上述合成煤氣中所含的有害物除去的氣液接觸塔；預加熱從該氣液接觸塔導出的淨化處理後的合成煤氣的預加熱裝置；以及利用被導入所說的氣液接觸塔的淨化處理前的合成煤氣的熱量再加熱經過該預加熱裝置的合成煤氣的再加熱用熱交換器。
5.根據權利要求4記載的煤氣淨化裝置，其特徵在於，所說的氣液接觸塔包括使上述的合成煤氣與洗滌液進行氣液接觸的洗滌塔和在該洗滌塔的下遊使合成煤氣與吸收液氣液接觸從而至少吸收除去合成煤氣中含有的硫化氫的脫硫塔，同時在所說的洗滌塔的下遊和脫硫塔的上遊之間具有加熱合成煤氣的加熱器以及在該加熱器的下遊的將合成煤氣中的硫化羰轉化成硫化氫的轉化器，另外，作為上述的預加熱裝置，是利用從所說的轉化器排出後導入所說的脫硫塔之前的合成煤氣的熱量加熱從所說的脫硫塔排出的淨化處理後的合成煤氣的預加熱用熱交換器。
全文摘要
本發明提供一種溼式的淨化合成煤氣的方法,可以避免熱交換器3中的鱗片問題,所說的熱交換器3用來從淨化處理前的煤氣A1回收熱量加熱淨化處理後的煤氣A4。具體的情況是,在通過加熱器17和熱交換器11進行預加熱工序的同時,設定利用熱交換器3進行的熱回收工序的溫度條件,使得氯化銨不會從煤氣A1中析出進而附著在熱交換器3的傳熱面上。
文檔編號C10K1/00GK1214358SQ9812083
公開日1999年4月21日 申請日期1998年9月29日 優先權日1997年10月3日
發明者多谷淳, 洲崎誠, 香川晴治, 世良俊邦, 沖野進, 本城新太郎 申請人:三菱重工業株式會社