一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法

2023-10-05 04:18:39 1

一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法
【專利摘要】本發明公布了一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法，通過利用低品位的能量對溼法進料氣化技術中進入氣化爐的漿態含碳原料和氧化劑進行預熱，提高氣化爐中原料的溫度，進而提高漿態進料氣化裝置的氣化效率。本工藝利用來自水氣變換等單元副產的富餘低壓蒸汽的低品位能量對氣化爐中的原料進行預熱，將其間接轉化為高品位的化學能，有效降低了氣化系統的原料消耗，提高了冷煤氣效率，進而提高漿態進料氣化裝置的氣化效率。
【專利說明】一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱量回收方法，具體涉及一種對溼法進料氣化技術中入氣化爐漿態含碳原料和氧化劑進行預熱的方法。
技術背景
[0002]水氣變換反應如下式所示:
[0003]
CO + H1O o CO2 + H2 AH= — 41.2K.1/mol
[0004]是一個重要的化學反應，通常用於調節氣體組分，進行部分變換或者進行完全變換，使變換後的氣體組成滿足化工生產，同時還能淨化原料氣，有利於實現CO2的捕獲與封存。
[0005]水氣變換反應是放熱反應，水氣變換單元釋放出大量的熱量，現有的水氣變換系統熱量回收主要靠副產中低壓蒸汽、預熱脫鹽水等方式回收。由於變換系統以副產大量的低品位的低壓蒸汽為主，低品位蒸汽能量利用率低，現今在工業裝置中未得到有效利用。出氣流床氣化爐高溫合成氣熱量的回收方式有兩種，即採用廢熱鍋爐和激冷流程。對於激冷流程，出氣流床氣化爐高溫合成氣的熱量以水蒸汽的形式飽和在合成氣中，合成氣中水蒸汽/合成氣體積比高，使得合成氣中的水蒸汽對變換單元來說大量富餘，在變換系統通過副產水蒸汽回收的大量低位餘熱。如何高效地回收低品位蒸汽能量一直是技術攻關的重點課題。
[0006]氣化爐是一個`高耗能的單元設備，工業上氣流床氣化進料方式主要有兩種，溼法進料和幹法進料。溼法氣化技術的冷煤氣效率低於幹法冷煤氣效率，原因在於進料漿體中水的加熱、蒸發、過熱至氣化溫度需要消耗熱量，氧氣升溫、過熱至氣化溫度也需要消耗熱量，導致氣化系統氧耗、煤耗增加，有效氣(CCHH2)組分含量降低，無效氣體組分CO2含量增加，使得入爐原料的化學能通過氣化反應後最終保留在合成氣中的化學能減少。
[0007]漿體溫度升高後顆粒的布朗運動加劇，使物料分散得更加均勻；漿體升溫後體積增大，分子間作用力減弱，漿體粘度降低，有利於漿體的輸送。高溫漿體的表面張力降低，霧化性能變好，增加了漿體與氣化劑的接觸面，促進氣化反應進行完全。漿體溫度升高後漿體的流動性變好使得可以製備更高濃度的漿體，提高氣化系統的效率。由於漿體預熱溫度較低，預熱過程中生成副產物的機率較低。
[0008]因此，為了彌補溼法進料氣化單元高能耗、效率低的缺點，以及實現有效利用後續系統中的低品位能量，本發明提出了一種利用低品位的能量提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法。

【發明內容】

[0009]鑑於以上問題，本發明提供一種對溼法進料氣化技術中入氣化爐漿態含碳原料和氧化劑進行預熱的方法，將水氣變換單元釋放出來的熱量回收傳遞到氣化爐進口原料(包括漿態含碳原料與氧化劑)，實現漿態含碳原料氣化單元與水氣變換單元的熱量集成，提高氣化爐進口原料的溫度，達到有效利用水氣變換單元低品位熱量。具體技術方案如下:
[0010]一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法，包括如下步驟:
[0011 ] 來自水氣變換單元廢熱鍋爐(I)的蒸汽(S2 )分為兩股，一股蒸汽(S3 )進入與碳質漿態原料(S5 )換熱的漿態原料加熱器(2 )，另一股蒸汽(S7 )進入與氧化劑(S9 )換熱的氧化劑加熱器(3);出漿態原料加熱器(2)和氧化劑加熱器(3)的碳質漿態原料(S6)和氧化劑 (SlO)直接送往氣化爐的噴嘴；
[0012]其中:
[0013]碳質漿態原料(S5 )經高壓淤漿泵(5 )從碳質漿態原料儲罐(4 )送往漿態原料加熱器⑵；
[0014]氧化劑(S9)為直接來自空分裝置(6)的高壓氧化劑；
[0015]漿態原料加熱器(2 )的管程走碳質漿態原料(S5 )、殼程走蒸汽(S3 )。
[0016]對於含有多路漿態原料進料的氣化爐，可以每路碳質漿態原料(S5)單獨設置漿態原料加熱器(2)，也可以多路(大於等於2)漿態原料進料並聯進入一個漿態原料加熱器
(2)。為避免碳質漿態原料(S5)在漿態原料加熱器(2)中的沉積和不均勻分配，最好漿態原料加熱器(2)的每一路管程均設置一個高壓淤漿泵(5)。對於有多路(大於等於2)漿態原料出口的高壓淤漿泵(5)，每路碳質漿態原料(S5)對應於高壓淤漿泵(5)的一個出口。
[0017]所述漿態原料加熱器(2)的管程為列管式、U型管式、盤管式或螺旋管式。
[0018]出高壓淤漿泵(5)的碳質漿態原料(S5)和來自空分裝置(6)的氧化劑(S9)的壓力為0.1~12MPa之間。
[0019]來自水氣變換單元廢熱鍋爐(I)的蒸汽(S2)的壓力為0.1~12MPa之間。通過蒸汽(S3 )給碳質漿態原料(S5 )加熱，為了使碳質漿態原料(S5 )中不生成氣體或者不產生氣泡，碳質漿態原料(S5)被加熱後的溫度應低於碳質漿態原料(S5)所在壓力下水的飽和溫度。
[0020]所述碳質漿態原料(S5)中的碳質為煤、石油焦、生物質、浙青、渣油、生物質油中的一種或其幾種的混合物；氧化劑(S9)是氧氣、空氣、富氧空氣、水蒸汽、二氧化碳中的一種或其幾種的混合物。
[0021 ] 所述蒸汽(S2 )可選擇性地預熱碳質漿態原料(S5 )、氧化劑(S9 )或對兩者均預熱， 根據具體的生產工藝來選擇。
[0022]所述蒸汽(S2)可來自水氣變換單元，也可來自其它系統的蒸汽，也可以用其它熱源代替蒸汽，如各種燃料。
[0023]本工藝將低壓蒸汽的低品位能量間接轉化為高品位的化學能，有效降低了氣化系統的原料消耗，提高了冷煤氣效率，進而提高漿態進料氣化裝置的氣化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是實施例中漿態含碳原料氣化單元與水氣變換單元的熱量集成示意圖；
[0025]圖2是實施例中每路漿態原料獨立換熱示意圖；
[0026]圖3是實施例中多路 漿態原料並聯換熱示意圖。
[0027]符號說明[0028]I蒸汽廢熱鍋爐；2漿態原料加熱器；3氧化劑加熱器；
[0029]4碳質漿態原料儲罐；5高壓淤漿泵；6空分裝置；
[0030]SI鍋爐給水；S2蒸汽；S3蒸汽；S4冷凝液；
[0031]S5碳質眾態原料；S6加熱後的碳質眾態原料；S7蒸汽；
[0032]S8冷凝液；S9氧化劑；SlO加熱後的氧化劑；Sll冷凝液。
【具體實施方式】 [0033]以下為本發明的實施例，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，其目的僅在更好地理解本發明的內容。因此本發明的保護範圍不受所舉實施例的限制。
[0034]參見圖1，漿態含碳原料氣化單元與水氣變換單元的熱量集成的核心內容通過利用低品位熱量預熱氣化進料單元的進料(包括漿態含碳原料與氧化劑)，將低品位能量間接轉化為高品位的化學能，提高漿態進料氣化裝置的氣化效率。
[0035]蒸汽S2分為兩股,其中一股蒸汽S3進入與碳質眾態原料S5換熱的眾態原料加熱器2，另一股蒸汽S7進入與氧化劑S9換熱的氧化劑加熱器3。出漿態原料加熱器2和氧化劑加熱器3的碳質漿態原料S6和氧化劑SlO直接送往氣化爐的噴嘴。
[0036]碳質漿態原料S5經高壓淤漿泵5從碳質漿態原料儲罐4送往漿態原料加熱器2。 氧化劑S9為直接來自空分裝置6的高壓氧化劑。
[0037]參見圖2和圖3，漿態原料加熱器2的管程走碳質漿態原料S5、殼程走蒸汽S3。對於含有多路漿態原料進料的氣化爐，可以每路碳質漿態原料S5單獨設置漿態原料加熱器 2，也可以多路(大於等於2路)漿態原料進料並聯進入一個漿態原料加熱器2。對於有多路 (大於等於2路)漿態原料出口的高壓淤漿泵5，每路碳質漿態原料S5對應於高壓淤漿泵5 的一個出口。
[0038]本發明並不限於圖2和圖3所示的漿態原料加熱器2的組合型式，其它組合型式也在本發明保護的範圍內。
[0039]實施例1
[0040]對以水煤漿為原料的溼法進料的氣化技術生產合成氣，合成氣進而可用於合成化學品、制氫、IGCC等應用。表1為原料煤的性質。氣化爐基於多噴嘴對置式水煤漿技術，採用有4個對置燒嘴的多噴嘴對置式水煤漿氣化爐，氣化壓力為4.0MPa,氣化溫度為1300°C， 氣化爐採用耐火磚襯裡。單臺氣化爐有效氣(CCHH2)產量為134375Nm3/h。
[0041]表1原料煤的性質
【權利要求】
1.一種提高漿態進料氣化裝置氣化效率的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 來自水氣變換單元廢熱鍋爐(I)的蒸汽(S2 )分為兩股，一股蒸汽(S3 )進入與碳質漿態原料(S5)換熱的漿態原料加熱器(2)，另一股蒸汽(S7)進入與氧化劑(S9)換熱的氧化劑加熱器(3 );出漿態原料加熱器(2 )和氧化劑加熱器(3 )的碳質漿態原料(S6 )和氧化劑(SlO)直接送往氣化爐的噴嘴； 其中: 碳質漿態原料(S5)經高壓淤漿泵(5)從碳質漿態原料儲罐(4)送往漿態原料加熱器(2)； 氧化劑(S9)為直接來自空分裝置(6)的高壓氧化劑； 漿態原料加熱器(2 )的管程走碳質漿態原料(S5 )、殼程走蒸汽(S3 )。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述漿態原料加熱器(2)的管程為列管式、U型管式、盤管式或螺旋管式。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，出高壓淤漿泵(5)的碳質漿態原料(S5)和來自空分裝置(6)的氧化劑(S9)的壓力為0.1~12MPa之間。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，來自水氣變換單元廢熱鍋爐(I)的蒸汽(S2)的壓力為0.1~12MPa之間。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述碳質漿態原料(S5)中的碳質為煤、石油焦、生物質、浙青、渣油、生物質油中的一種或其幾種的混合物；氧化劑(S9)是氧氣、空氣、富氧空氣、水蒸汽、二氧`化碳中的一種或其幾種的混合物。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述蒸汽(S2)可選擇性地預熱碳質漿態原料(S5 )、氧化劑(S9 )或對兩者均預熱。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，碳質漿態原料(S5)被加熱後的溫度低於碳質漿態原料(S5)所在壓力下水的飽和溫度。
【文檔編號】C10J3/46GK103555371SQ201310573590
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】代正華, 於廣鎖, 周志傑, 王輔臣, 龔欣, 劉海峰, 王亦飛, 陳雪莉, 李超, 許建良, 郭慶華, 梁欽鋒, 李偉鋒, 郭曉鐳, 王興軍 申請人:華東理工大學