一種碎煤生產(chǎn)潔凈合成氣的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碎煤生產(chǎn)潔凈合成氣的工藝，具體涉及一種基于碎煤加壓氣化爐 生產(chǎn)潔凈合成氣的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤氣化是實(shí)現(xiàn)煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)之一。煤氣化的發(fā)展目標(biāo)是：希望能 使用包括劣質(zhì)煤在內(nèi)的固體燃料，大規(guī)模連續(xù)高效清潔的生成煤氣。通過煤氣化可以生產(chǎn) 工業(yè)燃料氣、民用燃料氣、化工合成原料氣、合成燃料油原料氣、氫燃料電池、煤氣聯(lián)合循環(huán) 發(fā)電、合成天然氣、火箭材料等。
[0003] 目前氣化爐主要有固定床、流化床、氣流床等氣化爐，不同的氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣 的組成各異，尤其是液體油和廢水，產(chǎn)率、成分差別很大。
[0004] 碎煤加壓氣化屬于固定床氣化，碎煤加壓氣化爐在中國(guó)的應(yīng)用有：云南省解放軍 化肥廠用于生產(chǎn)合成氨原料氣；山西天脊煤化工集團(tuán)公司第三代碎煤加壓氣化爐，用于生 產(chǎn)合成氨原料氣；蘭州煤氣廠第二代碎煤加壓氣化爐生產(chǎn)城市煤氣；哈爾濱氣化廠和河南 義馬氣化廠氣化裝置用于生產(chǎn)城市煤氣并聯(lián)產(chǎn)甲醇；內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克旗使用碎煤加壓氣 化爐用于煤制天然氣；潞安集團(tuán)用于煤基合成油，主要產(chǎn)品有柴油、石腦油、液化氣等。
[0005] 碎煤加壓氣化有如下優(yōu)點(diǎn)： ①煤氣經(jīng)過熱分解層-干燥層時(shí)灰塵得到過濾，致使出爐的煤氣灰分含量較氣流床和 流化床少得多；另外熱的煤氣和碎煤逆流接觸，煤氣向上流動(dòng)時(shí)有助于物料的熱分解和干 燥，熱量在爐內(nèi)得到了有效利用，出爐的煤氣溫度較低，所以氣化熱效率高。因此該技術(shù)較 適合高水分、高揮發(fā)分、較高灰分的劣質(zhì)煤。
[0006] ②煤制備輸送簡(jiǎn)單，與同規(guī)模干粉煤、水煤漿氣流床相比，電耗僅是Shell氣化的 1/25、水煤漿氣化的1/13,投資僅為Shell、Texaco煤氣化的1/3。
[0007] ③碎煤加壓氣化過程生成大量甲烷，在爐內(nèi)放出大量熱量供氣化和煤干燥用，因 此降低了氧的消耗。
[0008] 碎煤加壓氣化煤氣中含有10%左右的甲烷。對(duì)于生產(chǎn)天然氣而言是一大優(yōu)勢(shì)，甲 烷化裝置氣體負(fù)荷大大減小，所以投資省、消耗低；但對(duì)于生產(chǎn)合成氣而言，則需要把這部 分甲烷轉(zhuǎn)化為C0和H2，就需要增加甲烷轉(zhuǎn)化裝置，投資和消耗就會(huì)升高，則是一大劣勢(shì)。此 夕卜，碎煤加壓氣化的主要缺點(diǎn)是：由于是逆流氣化床，生成的煤氣組成比較復(fù)雜，除CO、H2、 014、0)2和H20等主要成分外，還有輕油、石腦油、焦油、酚、脂肪酸和CnHm、NH3、H2S等，這給 后續(xù)過程的凈化和分離增加了難度和投資。焦油的存在不僅降低了氣化效率，在低溫時(shí)難 于與可燃?xì)怏w一道被利用，浪費(fèi)了能源；在對(duì)粗煤氣冷凝工序中，焦油成分因?yàn)闇囟冉档腿?易聚合、結(jié)焦引起管道堵塞，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成威脅；若進(jìn)入下游用氣設(shè)備中，會(huì)因氣 流夾帶液滴，影響內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)等的安全運(yùn)行；此外焦油中的許多物質(zhì)具有致 癌作用，如果這些物質(zhì)被排放到環(huán)境中，就會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。另外，廢水中含有較多 的C0D、酚，這就造成了凈化工藝復(fù)雜繁瑣且廢水不容易達(dá)標(biāo)排放，需要大量的設(shè)備費(fèi)用、操 作費(fèi)用和維修費(fèi)用。另外，nh3會(huì)腐蝕生產(chǎn)回收設(shè)備及煤氣儲(chǔ)存輸送設(shè)施。因此如何采用更 加合理的工藝來克服這些缺點(diǎn)已成為當(dāng)前亟需解決的重要課題。
[0009] 對(duì)于碎煤加壓氣化工藝產(chǎn)生的廢水，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍采用的從物化預(yù)處理到生物 處理再到物化深度處理的工藝。
[0010] 預(yù)處理階段主要是為了脫酚除氨。脫酚比較有效的方法是萃取法，盡管萃取劑可 以再生和重復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)效益較高，但是其能耗較高，殘留于廢水中的萃取劑會(huì)對(duì)后續(xù)處理 產(chǎn)生影響。因此大多煤化工企業(yè)采用閃蒸、沉降等工藝，將焦油、酸性氣體除去，再萃取后進(jìn) 行脫酚。脫氨過程中銨鹽結(jié)晶的情況屢有發(fā)生，容易導(dǎo)致結(jié)垢和堵塞等情況，對(duì)于設(shè)備的運(yùn) 行效率有很強(qiáng)的影響。
[0011] 生物處理階段采用的生化法一般都是通過加入化學(xué)試劑、好氧工藝、厭氧工藝的 不同方式的排列組合。盡管生化法應(yīng)用廣泛、處理能力大、高效，但是其主要缺點(diǎn)表現(xiàn)為工 藝復(fù)雜繁瑣、嚴(yán)格的水質(zhì)要求、pH值和含酚量對(duì)處理效果影響大。
[0012] 經(jīng)過生化處理工藝后，煤氣化廢水中的有機(jī)污染物以及氨氮等物質(zhì)都被除去了， 但是仍然存在許多難以降解的污染物。為了使這些污染物滿足國(guó)家的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，需要 對(duì)其進(jìn)行深度處理，采用混凝沉淀、吸附、過濾、過膜等方法進(jìn)一步處理。
[0013] 上述工藝流程繁瑣，極大地增加了企業(yè)的設(shè)備投資費(fèi)用、操作費(fèi)用。說的透徹些， 這些傳統(tǒng)的處理工藝，仍然是先污染后治理的老思路，只有從源頭上改變這種現(xiàn)狀，才能使 處理變得簡(jiǎn)單、容易、高效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明旨在提供一種基于碎煤加壓氣化爐生產(chǎn)潔凈合成氣的工藝，處理過程簡(jiǎn) 單、高效，從源頭上避免了污染問題。
[0015] 本發(fā)明提供的一種碎煤生產(chǎn)潔凈合成氣的工藝，其特征在于：包括以下步驟： (1)碎煤加壓氣化爐生成粗煤氣，通過換熱器預(yù)熱到600?1100°C，與被另一換熱器預(yù) 熱到500?700 °C的氧氣，一同進(jìn)入到壓力為1. 5?8MPa的高溫裂解重整反應(yīng)器中，加入的 氧氣、粗煤氣中原有的水蒸氣、二氧化碳作為含氧反應(yīng)介質(zhì)，與粗煤氣中的各種油、低碳烴、 CH4等有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，重整為CO和H2，反應(yīng)器內(nèi)的溫度為900?1400°C，生成的粗合成氣 的出口溫度為900?1200°C; 在重整反應(yīng)器的高溫作用下，粗煤氣中的氨氣大部分轉(zhuǎn)化生成氮?dú)猓?(2 )粗合成氣作為熱介質(zhì)，在上述換熱器中預(yù)熱粗煤氣和氧氣，冷卻后的粗合成氣進(jìn)一 步經(jīng)過冷卻冷凝分離出冷凝水，再經(jīng)過凈化處理成為凈合成氣。
[0016] 上述方案中，所述粗煤氣中的各種油包括C5及C5以上的脂肪烴、芳烴、芳香族含 氧化合物以及含氮、含硫的雜環(huán)化合物。
[0017] 上述方案中，所述的碎煤可使用褐煤、煙煤、無煙煤中的任一種。
[0018] 上述方案中，所述低碳烴為碳原子數(shù)為C2?C4的脂肪烴。
[0019] 上述方案中，所述粗合成氣中CH4的體積百分?jǐn)?shù)降低到0. 4%以下，NH3的體積百分 數(shù)降低到0. 01%以下，不含有油、低碳烴、酚類化合物。
[0020] 上述方案中，所述冷凝水中NH3-N含量(氨氮含量）降低到100mg/L，COD&降低到 200mg/L〇
[0021] 本發(fā)明中，所述的工藝中氣化褐煤時(shí)，粗合成氣相比于粗煤氣，粗合成氣中的二氧 化碳和水蒸氣的體積百分含量可以分別降低4%?7%和5%?14%，一氧化碳和氫氣的體積 百分含量可以分別提高9%?15%和10%?25% ;壓力越高，二氧化碳、水蒸氣、一氧化碳和 氫氣的體積百分含量變化幅度越大。根據(jù)本發(fā)明采取的煤的種類不同，反應(yīng)后粗合成氣中 一氧化碳和氫氣的體積百分含量變化范圍比較大。
[0022] 本發(fā)明的有益效果： (1)各種油、低碳烴完全重整生成0)、4等小分子物質(zhì)，CH4的體積百分含量低于0. 4%， 避免了制合成氣時(shí)的甲烷的二次轉(zhuǎn)化。粗合成氣中CO的摩爾量提高0. 9?3. 5倍，H2的摩 爾量提高〇. 7?4. 0倍，有效合成氣產(chǎn)率大幅度提升，并且粗合成氣中不含有焦油、酚類等 物質(zhì)。
[0023] (2)順3以96%?99%的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化生成N2，減小了脫氨操作的負(fù)擔(dān)，冷凝水中氨 氮含量大幅下降。冷凝分離后的廢水中NH3-N含量降低到100mg/L以下，COD&可以降低到 200mg/L以下，不含有酚類物質(zhì)。
[0024] (3)高溫裂解重整反應(yīng)器出口的水流量低于氣化爐的蒸汽用量，故水可以全部用 于氣化爐的氣化劑，水可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，真正實(shí)現(xiàn)零排放、零污染。<