CN103555371B - 一种提高浆态进料气化装置气化效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种提高浆态进料气化装置气化效率的方法，通过利用低品位的能量对湿法进料气化技术中进入气化炉的浆态含碳原料和氧化剂进行预热，提高气化炉中原料的温度，进而提高浆态进料气化装置的气化效率。本工艺利用来自水气变换等单元副产的富余低压蒸汽的低品位能量对气化炉中的原料进行预热，将其间接转化为高品位的化学能，有效降低了气化系统的原料消耗，提高了冷煤气效率，进而提高浆态进料气化装置的气化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种热量回收方法，具体涉及一种对湿法进料气化技术中入气化炉浆态含碳原料和氧化剂进行预热的方法。
技术背景
水气变换反应如下式所示：
是一个重要的化学反应，通常用于调节气体组分，进行部分变换或者进行完全变换，使变换后的气体组成满足化工生产，同时还能净化原料气，有利于实现CO2的捕获与封存。
水气变换反应是放热反应，水气变换单元释放出大量的热量，现有的水气变换系统热量回收主要靠副产中低压蒸汽、预热脱盐水等方式回收。由于变换系统以副产大量的低品位的低压蒸汽为主，低品位蒸汽能量利用率低，现今在工业装置中未得到有效利用。出气流床气化炉高温合成气热量的回收方式有两种，即采用废热锅炉和激冷流程。对于激冷流程，出气流床气化炉高温合成气的热量以水蒸汽的形式饱和在合成气中，合成气中水蒸汽/合成气体积比高，使得合成气中的水蒸汽对变换单元来说大量富余，在变换系统通过副产水蒸汽回收的大量低位余热。如何高效地回收低品位蒸汽能量一直是技术攻关的重点课题。
气化炉是一个高耗能的单元设备，工业上气流床气化进料方式主要有两种，湿法进料和干法进料。湿法气化技术的冷煤气效率低于干法冷煤气效率，原因在于进料浆体中水的加热、蒸发、过热至气化温度需要消耗热量，氧气升温、过热至气化温度也需要消耗热量，导致气化系统氧耗、煤耗增加，有效气（CO+H2）组分含量降低，无效气体组分CO2含量增加，使得入炉原料的化学能通过气化反应后最终保留在合成气中的化学能减少。
浆体温度升高后颗粒的布朗运动加剧，使物料分散得更加均匀；浆体升温后体积增大，分子间作用力减弱，浆体粘度降低，有利于浆体的输送。高温浆体的表面张力降低，雾化性能变好，增加了浆体与气化剂的接触面，促进气化反应进行完全。浆体温度升高后浆体的流动性变好使得可以制备更高浓度的浆体，提高气化系统的效率。由于浆体预热温度较低，预热过程中生成副产物的几率较低。
因此，为了弥补湿法进料气化单元高能耗、效率低的缺点，以及实现有效利用后续系统中的低品位能量，本发明提出了一种利用低品位的能量提高浆态进料气化装置气化效率的方法。
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供一种对湿法进料气化技术中入气化炉浆态含碳原料和氧化剂进行预热的方法，将水气变换单元释放出来的热量回收传递到气化炉进口原料（包括浆态含碳原料与氧化剂），实现浆态含碳原料气化单元与水气变换单元的热量集成，提高气化炉进口原料的温度，达到有效利用水气变换单元低品位热量。具体技术方案如下：
一种提高浆态进料气化装置气化效率的方法，包括如下步骤：
来自水气变换单元废热锅炉（1）的蒸汽（S2）分为两股，一股蒸汽（S3）进入与碳质浆态原料（S5）换热的浆态原料加热器（2），另一股蒸汽（S7）进入与氧化剂（S9）换热的氧化剂加热器（3）；出浆态原料加热器（2）和氧化剂加热器（3）的碳质浆态原料（S6）和氧化剂（S10）直接送往气化炉的喷嘴；
其中：
碳质浆态原料（S5）经高压淤浆泵（5）从碳质浆态原料储罐（4）送往浆态原料加热器（2）；
氧化剂（S9）为直接来自空分装置（6）的高压氧化剂；
浆态原料加热器（2）的管程走碳质浆态原料（S5）、壳程走蒸汽（S3）。
对于含有多路浆态原料进料的气化炉，可以每路碳质浆态原料（S5）单独设置浆态原料加热器（2），也可以多路（大于等于2）浆态原料进料并联进入一个浆态原料加热器（2）。为避免碳质浆态原料（S5）在浆态原料加热器（2）中的沉积和不均匀分配，最好浆态原料加热器（2）的每一路管程均设置一个高压淤浆泵（5）。对于有多路（大于等于2）浆态原料出口的高压淤浆泵（5），每路碳质浆态原料（S5）对应于高压淤浆泵（5）的一个出口。
所述浆态原料加热器（2）的管程为列管式、U型管式、盘管式或螺旋管式。
出高压淤浆泵（5）的碳质浆态原料（S5）和来自空分装置（6）的氧化剂（S9）的压力为0.1～12MPa之间。
来自水气变换单元废热锅炉（1）的蒸汽（S2）的压力为0.1～12MPa之间。通过蒸汽（S3）给碳质浆态原料（S5）加热，为了使碳质浆态原料（S5）中不生成气体或者不产生气泡，碳质浆态原料（S5）被加热后的温度应低于碳质浆态原料（S5）所在压力下水的饱和温度。
所述碳质浆态原料（S5）中的碳质为煤、石油焦、生物质、沥青、渣油、生物质油中的一种或其几种的混合物；氧化剂（S9）是氧气、空气、富氧空气、水蒸汽、二氧化碳中的一种或其几种的混合物。
所述蒸汽（S2）可选择性地预热碳质浆态原料（S5）、氧化剂（S9）或对两者均预热，根据具体的生产工艺来选择。
所述蒸汽（S2）可来自水气变换单元，也可来自其它系统的蒸汽，也可以用其它热源代替蒸汽，如各种燃料。
本工艺将低压蒸汽的低品位能量间接转化为高品位的化学能，有效降低了气化系统的原料消耗，提高了冷煤气效率，进而提高浆态进料气化装置的气化效率。
附图说明
图1是实施例中浆态含碳原料气化单元与水气变换单元的热量集成示意图；
图2是实施例中每路浆态原料独立换热示意图；
图3是实施例中多路浆态原料并联换热示意图。
符号说明
1 蒸汽废热锅炉；2 浆态原料加热器；3 氧化剂加热器；
4 碳质浆态原料储罐；5 高压淤浆泵；6 空分装置；
S1 锅炉给水；S2 蒸汽；S3 蒸汽；S4 冷凝液；
S5 碳质浆态原料；S6 加热后的碳质浆态原料；S7 蒸汽；
S8 冷凝液；S9 氧化剂；S10 加热后的氧化剂；S11 冷凝液。
具体实施方式
以下为本发明的实施例，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，其目的仅在更好地理解本发明的内容。因此本发明的保护范围不受所举实施例的限制。
参见图1，浆态含碳原料气化单元与水气变换单元的热量集成的核心内容通过利用低品位热量预热气化进料单元的进料（包括浆态含碳原料与氧化剂），将低品位能量间接转化为高品位的化学能，提高浆态进料气化装置的气化效率。
蒸汽S2分为两股，其中一股蒸汽S3进入与碳质浆态原料S5换热的浆态原料加热器2，另一股蒸汽S7进入与氧化剂S9换热的氧化剂加热器3。出浆态原料加热器2和氧化剂加热器3的碳质浆态原料S6和氧化剂S10直接送往气化炉的喷嘴。
碳质浆态原料S5经高压淤浆泵5从碳质浆态原料储罐4送往浆态原料加热器2。氧化剂S9为直接来自空分装置6的高压氧化剂。
参见图2和图3，浆态原料加热器2的管程走碳质浆态原料S5、壳程走蒸汽S3。对于含有多路浆态原料进料的气化炉，可以每路碳质浆态原料S5单独设置浆态原料加热器2，也可以多路（大于等于2路）浆态原料进料并联进入一个浆态原料加热器2。对于有多路（大于等于2路）浆态原料出口的高压淤浆泵5，每路碳质浆态原料S5对应于高压淤浆泵5的一个出口。
本发明并不限于图2和图3所示的浆态原料加热器2的组合型式，其它组合型式也在本发明保护的范围内。
实施例1
对以水煤浆为原料的湿法进料的气化技术生产合成气，合成气进而可用于合成化学品、制氢、IGCC等应用。表1为原料煤的性质。气化炉基于多喷嘴对置式水煤浆技术，采用有4个对置烧嘴的多喷嘴对置式水煤浆气化炉，气化压力为4.0MPa，气化温度为1300℃，气化炉采用耐火砖衬里。单台气化炉有效气(CO+H2)产量为134375Nm3/h。
表1原料煤的性质
在本实施例中，高压淤浆泵5设有两台，每台高压淤浆泵5有两个出口，分别对应气化炉一对对置的两个烧嘴的煤浆管线。采用来自水气变换单元0.5～1.0MPa的低压蒸汽给入气化炉的煤浆和氧气预热，预热后的温度均为150℃。每路煤浆设置一个浆态原料加热器2，浆态原料加热器2的管程走煤浆、壳程走蒸汽。管程采用盘管型式。表2为预热与不预热两种情况的主要气化条件和工艺指标。
表2气化条件和工艺指标
从表2可以看出，当气化炉进口水煤浆和氧气的温度均预热到150℃时，气化装置的比煤耗、比氧耗分别降低了2.8%、6.4%，冷煤气效率提高了2.1个百分点，热量集成后的气化工艺性能优于原始的气化工艺性能。
Claims (7)
1.一种提高浆态进料气化装置气化效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
来自水气变换单元废热锅炉（1）的蒸汽（S2）分为两股，一股蒸汽（S3）进入与碳质浆态原料（S5）换热的浆态原料加热器（2），另一股蒸汽（S7）进入与氧化剂（S9）换热的氧化剂加热器（3）；出浆态原料加热器（2）和氧化剂加热器（3）的碳质浆态原料（S6）和氧化剂（S10）直接送往气化炉的喷嘴；
其中：
碳质浆态原料（S5）经高压淤浆泵（5）从碳质浆态原料储罐（4）送往浆态原料加热器（2）；
氧化剂（S9）为直接来自空分装置（6）的高压氧化剂；
浆态原料加热器（2）的管程走碳质浆态原料（S5）、壳程走蒸汽（S3）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆态原料加热器（2）的管程为列管式、U型管式、盘管式或螺旋管式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，出高压淤浆泵（5）的碳质浆态原料（S5）和来自空分装置（6）的氧化剂（S9）的压力为0.1～12MPa之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自水气变换单元废热锅炉（1）的蒸汽（S2）的压力为0.1～12MPa之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳质浆态原料（S5）中的碳质为煤、石油焦、生物质、沥青、渣油、生物质油中的一种或其几种的混合物；氧化剂（S9）是氧气、空气、富氧空气、水蒸汽、二氧化碳中的一种或其几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸汽（S2）可选择性地预热碳质浆态原料（S5）、氧化剂（S9）或对两者均预热。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳质浆态原料（S5）被加热后的温度低于碳质浆态原料（S5）所在压力下水的饱和温度。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |