一種二氧化碳煤漿的製備與氣化系統的製作方法

2023-10-25 09:28:07

一種二氧化碳煤漿的製備與氣化系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，主要包括二氧化碳煤漿製備系統、氣化系統和合成氣淨化系統三個部分組成。通過加壓使二氧化碳在常溫下液化與煤混合製成煤漿，通過除泡過濾後利用二氧化碳煤漿泵送入氣化爐內進行氣化，得到高溫高壓合成氣，再經過淨化除塵後利用二氧化碳捕集單元將二氧化碳捕集分離，所捕集的二氧化碳可用於循環至製漿系統進行二氧化碳煤漿製備，也可以作為二氧化碳產品或者進行驅油或地質封存等等。本發明所述系統大大提高了煤氣化能源利用效率，可實現溫室氣體零排放，且系統簡單，運行穩定可靠、投資低，具有較好的大規模推廣應用前景。
【專利說明】一種二氧化碳煤漿的製備與氣化系統
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及一種二氧化碳煤漿的製備輸送與氣化系統，屬於能源清潔利用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]氣化過程是含碳物質的一個熱化學過程。氣化技術通常以煤等含碳固體燃料的粉末或其配置的液體燃料為原料，以含氧氣、水蒸汽作為氣化劑，通過燒嘴噴入氣化爐後，在高溫高壓條件下發生氣化反應，產生高溫高壓合成氣(或稱為煤氣)和爐渣。合成氣在投入使用前需經降溫、淨化等工序處理。所投入燃料經氣化後產生的灰渣同樣需要降溫處理才能排出氣化爐。
[0003]所述的氣化技術，其中氣流床氣化技術是一種高效潔淨煤氣化方法。從氣化原料分可分為漿體燃料氣化技術和粉體燃料氣化技術兩類；漿體燃料氣化技術具有代表性的由美國GE公司的水煤漿氣化技術和中國華東理工大學等開發的多噴嘴水煤漿氣化技術，均採用水煤漿為原料進行原料輸送和氣化反應生產合成氣。水煤漿氣化技術具有以下主要特點:
[0004](I)原料水煤漿濃度通常低於65%，即35%以上為水，系統耗水量較大；
[0005](2)由於大量水隨著煤漿一起噴入氣化爐，水氣化過程吸收大量汽化潛熱，熱效率較低，即冷煤氣效率較低；
[0006](3)水煤漿氣化由於需要在較高的速度下進行霧化，故燒嘴磨損等問題達到燒嘴使用壽命較短。
[0007]幹煤粉氣化由於煤粉輸送技術目前主要米用高壓密相氣流輸送方法,其輸送壓力收到一定限制，且煤粉輸送系統複雜，煤粉流量監測與控制技術仍有待進一步完善，煤粉輸送技術已經成為幹煤粉氣化技術發展的重要制約因素。
[0008]因此，開發一種便於原料輸送和控制，又能在效率優化上獲得一定的突破，探索全新的燃料輸送方式和氣化系統成為提高氣化效率和系統可靠性的主要技術途徑之一。

【發明內容】

[0009] 本發明專利要解決的技術問題是提供一種適合於大規模化應用、運行穩定可靠、環保節能的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統。
[0010]為了解決上述技術問題，本發明專利的技術方案是提供一種二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述的系統由水煤漿製備單元、二氧化碳煤漿製備單元、煤氣化單元、合成氣冷卻淨化單元以及二氧化碳捕集分離單元組成；所述的水煤眾製備單元包括水煤漿製備槽，水煤漿製備槽設有煤粉入口及水入口，水煤漿製備槽通過煤漿泵一與煤漿置換槽連接；所述的二氧化碳煤漿製備單元包括二氧化碳煤漿槽，所述煤氣化單元包括氣化爐，煤漿置換槽與二氧化碳煤漿槽連接後，通過煤漿泵二與氣化爐的二氧化碳煤漿入口連接；氣化爐頂部設有水蒸汽入口；所述合成氣冷卻淨化單元包括合成氣冷卻器，氣化爐與合成氣冷卻器連接，合成氣冷卻器底部設有灰渣出口，合成氣冷卻器與降溫除塵單元連接，降溫除塵單元依次與除酸單元、變換反應器連接；所述二氧化碳捕集分離單元包括二氧化碳捕集單元，二氧化碳捕集單元分別與變換反應器、二氧化碳壓縮系統連接，二氧化碳捕集單元設有合成氣出口；二氧化碳壓縮系統產生的二氧化碳通過液態二氧化泵收集至二氧化碳容器或與煤漿置換槽的二氧化碳入口連接。
[0011]優選地，所述煤漿置換槽通過脫水罐與水煤漿製備槽形成循環。
[0012]優選地，所述合成氣冷卻器的水蒸汽出口與氣化爐的水蒸氣入口連接。
[0013]優選地，所述煤漿置換槽與二氧化碳煤漿槽之間設有除泡過濾器，除泡過濾器產生的二氧化碳通過二氧化碳出口通往二氧化碳壓縮系統。
[0014]優選地，所述的二氧化碳煤漿槽用於4.0MPa以上操作壓力的氣化系統，在製備時的壓力為6.0MPa~12.0MPa，煤漿溫度為10~40°C。
[0015]優選地，所述二氧化碳捕集單元產生的二氧化碳循環激冷氣通往合成氣冷卻器，用於合成氣冷卻器激冷降溫，二氧化碳循環激冷氣的循環量為合成氣產量的1/3~2/3倍，溫度為200~400°C。
[0016]優選地,所述氣化爐的氧氣入口與空分單元連接,空分單元將空氣中的氧氣與氮氣分離後，將氧氣輸送至氣化爐。
[0017]本發明採用液態二氧化碳作為溶劑製備二氧化碳煤漿進行輸送，以此替換水煤漿輸送燃料，由於臨界點的二氧化碳氣化潛熱遠低於水的汽化潛熱，故熱損失將遠低於水煤漿氣化系統，且利於後續二氧化碳的捕集分離。首先將煤粉製備成通常的水煤漿燃料，將水煤漿加壓至6.0~8.0MPa，將液態二氧化碳與水煤漿進行攪拌混合，由於煤粉的親水性和親液態二氧化碳的差異，煤粉將溶入液態二氧化碳中，形成具有一定濃度的液態二氧化碳煤漿，為了進一步提高二氧化碳煤漿濃度，需要對二氧化碳煤漿進行適當加熱，使其二氧化碳接近氣液臨界點(壓力約6.0MPa，溫度約為23°C )，此時需要除去二氧化碳煤漿表面泡沫，將製備好的二氧化碳煤漿統一送入煤漿槽，通過二氧化碳煤漿泵送入氣化爐，與水蒸氣、氧氣等進行混合氣化。氣化後的高溫合成氣經合成氣冷卻器降溫處理後分別進入除塵、脫酸和變換反應，得到清潔合成氣後再如二氧化碳捕集系統，是合成氣中有效氣成分與二氧化碳分離，合成氣去後續利用，而二氧化碳一部分去壓縮系統製備液態二氧化碳用於製備二氧化碳煤漿或以二氧化碳產品進行利用或封存，當合成氣冷卻器需要低溫氣體激冷時，二氧化碳是很好的激冷氣，且二氧化碳是很好的熱輻射氣體，對合成氣冷卻器的餘熱回收傳熱過程具有促進作用。
[0018]為了實現上述過程，本發明專利所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統主要由水煤漿製備槽、水煤漿泵、煤漿置換槽、煤漿脫水罐、煤漿除泡器、氣化爐、合成氣冷卻器、合成氣除塵單元、合成氣脫酸單元、變換反應器、二氧化碳分離捕集單元，二氧化碳壓縮單元、液態二氧化碳泵、空分系統以及其他輔助設備組成。
[0019]本發明專利所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，起主要過程如下:
[0020]煤粉在水煤漿製備系統中與水混合後製備為常溫常壓水煤漿(煤漿質量濃度約60%)，常壓水煤漿經加壓後達到6.0~8.0MPa，溫度保持為常溫；
[0021 ] 壓力與水煤漿相同的液態二氧化碳通過液態二氧化碳泵送入水煤漿置換槽，與水煤漿進行攪拌混合，大部分煤粉將與液態二氧化碳混合形成二氧化碳煤漿，水被分離回流至水煤漿製備單元，此時的二氧化碳煤漿質量濃度約30%，為了進一步提高二氧化碳煤漿的濃度，對二氧化碳煤漿進行適當加熱，降低其壓力值6.0MPa左右，溫度降低至約25°C，接近二氧化碳氣液兩相臨界點，用過濾器將二氧化碳煤漿上層泡沫濾除，提高二氧化碳煤漿的質量濃度；
[0022]二氧化碳煤漿採用煤漿泵從煤漿槽輸送至氣化爐燒嘴，與水蒸氣、純氧或富氧空氣一同經氣化燒嘴噴入氣化爐，進行氣化反應，氣化反應通常在1300°C及以上進行，故需要對高溫合成氣進行冷卻、除塵、脫酸等單元處理；
[0023]淨化的合成氣中含有較高濃度的二氧化碳，通過二氧化碳捕集系統進行二氧化碳與合成氣有效氣分離，二氧化碳可用於合成氣激冷、二氧化碳煤漿製備和二氧化碳產品的其他利用。
[0024]相比現有技術，本發明專利提供的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統具有如下有益效果:
[0025](I)本發明專利採用二氧化碳煤漿作為氣化爐燃料，與水煤漿燃料相比，大大降低氣化液態水是損失的熱量，提高了煤氣化系統的熱量利用效率，且二氧化碳也可作為氣化齊?，將促進氣化反應的快速完全進行；
[0026](2)本發明專利採用了氣化系統尾部二氧化碳捕集方案，將高濃度二氧化碳重新收集，並作為製漿原料重複利用，大大節省了能耗，且在氣化系統尾部實現了溫室氣體零排放，環保優勢明顯；
[0027](3)本發明專利採用二氧化碳分離後的多用途規劃，如作為激冷氣、二氧化碳產品也可用於食品加工和驅油等，使煤氣化系統的二氧化碳捕集成本大大降低；
[0028](4)本發明專利採用二氧化碳作為輸送介質，大大降低了水的消耗量，降低了運行成本，且解決了含水量高的難成漿煤 種的製漿問題，煤種適應性大大拓寬。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發明提供的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。
[0031]實施例
[0032]如圖1所示，為本發明提供的一種二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統的示意圖，所述的系統由水煤漿製備單元、二氧化碳煤漿製備單元、煤氣化單元、合成氣冷卻淨化單元以及二氧化碳捕集分離單元組成。所述的水煤漿製備單元包括水煤漿製備槽I，水煤漿製備槽I設有煤粉入口 A及水入口 B，水煤漿製備槽I通過煤漿泵一 15與煤漿置換槽2連接；煤漿置換槽2通過脫水罐3與水煤漿製備槽I形成循環。所述的二氧化碳煤漿製備單元包括二氧化碳煤漿槽5，所述煤氣化單元包括氣化爐6，煤漿置換槽2與二氧化碳煤漿槽5連接後，通過煤漿泵二 16與氣化爐6的二氧化碳煤漿入口 D連接。煤漿置換槽2與二氧化碳煤漿槽5之間設有除泡過濾器4。氣化爐6頂部設有水蒸汽入口 Ε。氣化爐6的氧氣入口F與空分單元14連接，空分單元14將空氣中的氧氣與氮氣分離後,將氧氣輸送至氣化爐6。所述合成氣冷卻淨化單元包括合成氣冷卻器7，氣化爐6與合成氣冷卻器7連接，合成氣冷卻器7底部設有灰渣出口 G，合成氣冷卻器7與降溫除塵單元8連接，降溫除塵單元8依次與除酸單元9、變換反應器10連接；合成氣冷卻器7產生的水蒸汽從水蒸汽出口 H通往氣化爐6的水蒸汽入口 E。所述二氧化碳捕集分離單元包括二氧化碳捕集單元11，二氧化碳捕集單元11分別與變換反應器10、二氧化碳壓縮系統12連接，二氧化碳捕集單元11設有合成氣出口 J，從合成氣出口 J產生的合成氣清潔後可作為城市燃氣、化工原料氣、制氫氣等用途。二氧化碳壓縮系統12產生的二氧化碳通過液態二氧化泵13收集至二氧化碳容器I或與煤漿置換槽2的二氧化碳入口 C連接，除泡過濾器4產生的二氧化碳通過二氧化碳出口 K通/('主二氧化碳壓縮系統12。
[0033]二氧化碳煤漿槽5用於4.0MPa以上操作壓力的氣化系統，在製備時的壓力為
6.0MPa~12.0MPa，煤漿溫度為10~40°C ; 二氧化碳捕集單元11產生的二氧化碳循環激冷氣通往合成氣冷卻器7，用於合成氣冷卻器7激冷降溫，二氧化碳循環激冷氣的循環量為合成氣產量的1/3~2/3倍，溫度為200~400°C。
[0034]針對某氣化規模為2150t/d的氣流床煤氣化裝置，設計二氧化碳煤漿氣化系統替換原水煤漿氣化系統，二氧化碳煤漿槽操作壓力4.4MPa，煤漿溫度12 °C，二氧化碳循環激冷氣的循環量為合成氣產量的1/2，溫度240°C。其使用的煤種信息如表1:
[0035]表1煤質分析表
[0036]
【權利要求】
1.一種二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述的系統由水煤漿製備單元、二氧化碳煤漿製備單元、煤氣化單元、合成氣冷卻淨化單元以及二氧化碳捕集分離單元組成；所述的水煤漿製備單元包括水煤漿製備槽(I)，水煤漿製備槽(I)設有煤粉入口(A)及水入口(B)，水煤漿製備槽(I)通過煤漿泵一(15)與煤漿置換槽(2)連接；所述的二氧化碳煤漿製備單元包括二氧化碳煤漿槽(5)，所述煤氣化單元包括氣化爐(6)，煤漿置換槽(2)與二氧化碳煤漿槽(5)連接後，通過煤漿泵二(16)與氣化爐(6)的二氧化碳煤漿入口(D)連接；氣化爐(6)頂部設有水蒸汽入口(E);所述合成氣冷卻淨化單元包括合成氣冷卻器(7)，氣化爐(6)與合成氣冷卻器(7)連接，合成氣冷卻器(7)底部設有灰渣出口(G)，合成氣冷卻器(7)與降溫除塵單元(8)連接，降溫除塵單元(8)依次與除酸單元(9)、變換反應器(10)連接；所述二氧化碳捕集分離單元包括二氧化碳捕集單元(11)，二氧化碳捕集單元(11)分別與變換反應器(10)、二氧化碳壓縮系統(12)連接，二氧化碳捕集單元(11)設有合成氣出口(J) ; 二氧化碳壓縮系統(12)產生的二氧化碳通過液態二氧化泵(13)收集至二氧化碳容器(I)或與煤漿置換槽(2)的二氧化碳入口(C)連接。
2.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述煤漿置換槽(2)通過脫水罐(3)與水煤漿製備槽(I)形成循環。
3.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述合成氣冷卻器(7)的水蒸汽出口⑶與氣化爐(6)的水蒸氣入口(E)連接。
4.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述煤漿置換槽(2)與二氧化碳煤漿槽(5)之間設有除泡過濾器(4)，除泡過濾器(4)產生的二氧化碳通過二氧化碳出口(K)通往二氧化碳壓縮系統(12)。
5.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述的二氧化碳煤漿槽(5)用於4.0MPa以上操作壓力的氣化系統，在製備時的壓力為6.0MPa~12.0MPa,煤漿溫度為10~40°.C。
6.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述二氧化碳捕集單元(11)產生的二氧化碳循環激冷氣通往合成氣冷卻器(7)，用於合成氣冷卻器(7)激冷降溫，二氧化碳循環激冷氣的循環量為合成氣產量的1/3~2/3倍，溫度為200~400。。。
7.根據權利要求1所述的二氧化碳煤漿製備輸送與氣化系統，其特徵在於，所述氣化爐(6)的氧氣入口(F)與空分單元(14)連接，空分單元(14)將空氣中的氧氣與氮氣分離後，將氧氣輸送至氣化爐(6)。
【文檔編號】C10J3/46GK103468320SQ201310442381
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】倪建軍, 池國鎮, 張建文, 劉煜 申請人:上海鍋爐廠有限公司