循环流化床气化方法与流程

1.本发明涉及煤气化领域，具体的说是一种循环流化床气化方法。


背景技术：

2.目前，循环流化床由于较高的原料循环倍率，较高的传热、传质速率，已广泛应用于煤制燃气领域。目前循环流化床气化工艺一般都是采用空气或空气加蒸汽作为煤粉的气化剂，以氮气或空气作为流化气和原料煤一起送入流化床中，采用空气作为流化气或气化剂时，存在以下问题，一方面空气中含氮，会导致气化炉出口粗煤气中氮气含量高达50％，对于不需要氮气的后续产品而言，后续工序中脱除合成气中的氮气需要消耗很大的能量，因此大大限制了循环流化床技术在合成化学品领域的应用；另一方面，空气作为气化剂和流化气时，空气中含有的大量氮气为惰性气体，在气化炉中不参与反应，也降低了气化反应强度和碳转化率。
3.另一方面，对于反应生成的粗合成气的除尘，通常采用旋风旋风分离器结合传统的布袋除尘器的除尘工艺，受限于操作温度要求(一般要求150～210℃)及合成气中的水含量要求，在布袋除尘器之前只能采用水冷器间接换热以免合成气中的饱和水在布袋中冷凝堵塞布袋，导致在下游变换工段需要补充大量水蒸汽；同时由于布袋除尘效率相对高温陶瓷或金属过滤器而言偏低，导致送下游的合成气中尘含量通常高于50mg/nm3，进而给下游工段造成危害。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺流程简单、系统运行成本和投资成本低、除尘效率高、粗煤气中惰性气体含量低、合成气中有效气含量高，适应性好的循环流化床气化方法。
5.技术方案包括将原料煤和流化气一起经进料口送入循环流化床气化炉中，在炉底与气化剂进行反应，反应后的粗合成气由循环流化床气化炉顶部排出，所述流化气中至少含有20v％以上来自后续工序、经洗涤后的粗合成气；所述气化剂中至少含有50v％以上的来自后续工序脱除的二氧化碳气体。
6.所述流化气由粗合成气和二氧化碳气体组成；所述气化剂由二氧化碳气体和蒸汽组成。
7.所述流化气由20v％
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60v％粗合成气和40v％
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80v％二氧化碳气体组成；所述气化剂由50v％
‑
80v％二氧化碳气体和20v％
‑
50v％蒸汽组成。
8.控制循环流化床气化炉顶部粗合成气中的氮气含量在3v％以下。
9.所述循环流化床气化炉顶部排出的粗合气经高温旋风分离器进行气固分离，分离出的固体颗粒经返料器回送循环流化床气化炉，分离出的粗合成气先经气化剂预热器与二氧化碳气体间接换热，再经蒸汽过热器、余热锅炉副产蒸气、回收热能，再经省煤器进一步回收热能，再经旋风除尘器除尘、最后经高温过滤器过滤、饱和热水洗涤塔洗涤后得到粗合
成气。
10.所述饱和热水洗涤塔洗涤后得到的粗合成气分成两股，一股作为流化气和原料煤一起送入进料口，另一股送入下游工序；在气化剂预热器中与粗合成气换热后的二氧化碳气体分成两股一股作为流化气和原料煤一起送入进料口，另一股作为气化剂由循环流化床气化炉底部或下部送入气化炉。
11.从所述余热锅炉的汽包中引出部分蒸汽作为气化剂由循环流化床气化炉底部或下部送入气化炉中。
12.针对背景技术中存在的问题，发明人进行如下改进：
13.(1)对与原料煤一起送入气化炉中的流化气和气化炉中与原料煤反应的气化剂进行深入研究，所述流化气部分或全部采用后续工序、经洗涤后的粗合成气，利用本系统产生粗合成气作为流化气，一方面可以满足煤粉流化的工艺要求，同时还可以改善气化炉出口的粗合成气规格，优选的，所述流化气由粗合成气和二氧化碳气体组成，通过掺入二氧化碳气体可以控制流化气中的粗合成气含量，从而更好的防止形成爆炸性气体氛围，有利于安全操作。这里二氧化碳气体的掺入量应控制在40v％
‑
80v％，过多会使出口粗合成气中的二氧化碳含量较高，从而导致下游脱碳装置负荷较大，过少会导致流化气中的粗合成气含量占比较大，容易造成爆炸性气体氛围，给操作带来麻烦。所述气化剂全部或全部采用二氧化碳气体，引入二氧化碳气体作为气化剂既提供了碳源，又变废为宝，循环利用，优选的，所述气化剂由二氧化碳气体和蒸汽组成，通过引入少量蒸汽可以调节气化剂的组成，且蒸汽可以更好地控制气化反应，从而更好的控制和调节气化炉炉底床层温度。这里蒸汽的掺入量控制在20v％
‑
50v％，过多会使运行成本较高不经济，过少会导致气化炉炉底床层温度不易控制，容易超温。
14.(2)本发明中以自产的粗合气和二氧化碳气体作为流化气和气化剂的主要来源，不使用空气和氮气，增加碳源的同时，又大大减少了氮气的引入，而下游净化装置脱除二氧化碳相比脱除氮气要容易得多，不仅降低了工艺难度、设备投资和运行成本，也使合成气中的有效气含量可得到显著提高。合成气中的氮气含量可降低到3％以下，合成气中的co2可以在下游工序采用成熟、低能耗的工艺脱除，净化后的合成气中有效组分co h2可以达到98％以上，可以应用于各种化学品的合成。
15.(3)本发明采用高温过滤器 饱和热水洗涤塔的工艺流程，饱和热水洗涤塔对煤煤气进行水洗，净化煤气的同时提高煤气中的水蒸汽含量，减小下游变换工段对粗煤气的蒸汽补入量，一方面有利于满足下游变换工段对合成气的高温及高水含量要求，可副产更多的蒸汽，同时节约补水量，另一方面有利于满足下游对合成气中尘含量的净化要求(一般要求≤10mg/nm3)。
16.(4)利用余热锅炉、汽包和蒸汽过热器副产中压过热蒸汽，蒸汽压力可根据全厂蒸汽平衡优化确定，压力范围为1.0～4.5mpag，从而提高蒸汽品位和利用效率；设置高温过滤器和旋风除尘器两级除尘，煤气中含尘量≤10mg/nm3，除尘效率更高。
17.本发明工艺流程简单、系统运行成本和投资成本低、除尘效率高、粗煤气中惰性气体含量低、合成气中有效气含量高，适应性好。
附图说明
18.图1为本发明工艺流程图。
19.其中，1
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原料煤煤仓、2
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螺旋给料机、3
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循环流化床气化炉、4
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高温旋风分离器、5
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返料器、6
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气化剂预热器、7
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蒸汽过热器、8
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余热锅炉、9
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汽包、10
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省煤器、11
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旋风除尘器、12
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高温过滤器、13
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饱和热水洗涤塔、14
‑
渣锁斗。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明工艺作进一步解释说明：
21.原料煤煤仓1中的原料煤和流化气一起经螺旋给料机2加入常压的循环流化床气化炉3，在气化炉炉膛中原料煤与底部和下部通入的气化剂发生气化反应生成粗合成气；气化炉底部排渣通过渣锁斗14连续排渣，再经气动插板阀进入滚筒冷渣机冷却，冷却后出渣温度＜100℃。
22.从气化炉炉膛顶部排出的粗合成气(氮气含量在3wt％以下)与颗粒的气固混合物送高温旋风分离器4进行气固分离，分离出固体颗粒经返料器5返回循环流化床气化炉3内循环流化，分离出的粗合成气进入气化剂预热器6与二氧化碳气体间接换热，再经蒸汽过热器7、余热锅炉8回收热能、副产蒸汽，再经省煤器10进一步回收热能后经旋风除尘器11除去粒径为>200μm的大颗粒灰尘、最后经高温过滤器12除去0～200μm的小颗粒灰尘、经饱和热水洗涤塔13对粗合成气进行水洗，净化煤气的同时提高粗合成气中的水蒸汽含量，得到温度约180℃、含尘量≤10mg/nm3的粗合成气。
23.所述饱和热水洗涤塔13洗涤后得到的粗合成气分成两股，一股作为流化气和原料煤一起送入循环流化床气化炉3的进料口，另一股送入下游工序；在气化剂预热器6中与粗合成气换热后的二氧化碳气体分成两股，一股作为流化气和原料煤一起送入循环流化床气化炉3的进料口，另一股作为气化剂由循环流化床气化炉3底部或下部送入气化炉内。从所述余热锅炉8的汽包9中引出部分蒸汽作为气化剂由循环流化床气化炉3底部或下部送入气化炉中。
24.采用本发明工艺方法同传统以空气作为气化剂、以空气或氮气作为流化气的气化工艺相比，后续工序能耗和运行成本可下降约30％、设备投资下降约20％，气化炉中气化反应强度高、碳转化率提高约10％，粗合成气中有效气含量高、惰性气体(氮气)含量低于3v％。