本發(fā)明涉及一種采用霧化水兩次激冷冷卻合成氣的方法。

背景技術(shù)：

目前的氣化主流技術(shù)是采用氣流床技術(shù)，有代表性的主要有三種工藝：

一種是水煤漿加壓氣化技術(shù)，以美國GE公司的水煤漿最為典型，采用水煤漿濕法進(jìn)料，氣化合成氣直接水激冷的工藝，該技術(shù)有技術(shù)成熟(氣化壓力高，煤漿輸送簡單、安全可靠)，投資低等優(yōu)點(diǎn)，但存在氣化效率低，碳轉(zhuǎn)化率低(約96％)，比煤耗、比氧耗較高，原料受限(成漿性、灰分、灰熔點(diǎn))等不足，且后續(xù)的“黑水”處理難度較大。

第二種是干粉煤加壓氣化技術(shù)，以荷蘭殼牌公司的干粉氣化最為典型，采用干煤粉進(jìn)料，多噴嘴氣化，氣化合成氣采用廢鍋流程冷卻的工藝，該技術(shù)有煤種適應(yīng)性廣，碳轉(zhuǎn)化率高(約99％)，比煤耗、比氧耗較低，熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在投資高，對于后接一氧化碳變換的工藝流程，該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品氣中蒸汽含量不足，需補(bǔ)加蒸汽，激冷合成氣加壓所需功耗大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不足。

第三種也是干粉煤加壓氣化技術(shù)，采用干煤粉進(jìn)料，氣化合成氣直接水激冷的工藝，該技術(shù)以GSP加壓氣化技術(shù)最為典型，該工藝結(jié)合了水煤漿技術(shù)和殼牌氣化技術(shù)各自的優(yōu)勢，對現(xiàn)行化工生產(chǎn)更有利，但該工藝也存在著灰水處理量較大，氣化排放廢水多，合成氣氫碳比較低等不足。

目前商業(yè)化的干粉煤氣化爐中，干粉煤氣化廢鍋流程出口合成氣氫碳比約0.3、水氣比約0.23，干粉煤氣化激冷流程出口合成氣氫碳比約0.4、水氣比約0.8，若滿足下游費(fèi)托合成合成氣氫碳比要求，變換單元存在高水氣比變換需要配汽且存在超溫風(fēng)險，低水氣比變換存在流程長，壓降大的弊端，在現(xiàn)行清潔高效利用煤炭資源和節(jié)水環(huán)保的今天，如何減少投資，縮短工藝流程來得到合成氣供下游裝置使用，是目前該領(lǐng)域技術(shù)人員一直致力于研究的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用霧化水兩次激冷冷卻合成氣的方法。

本發(fā)明提供的采用霧化水兩次激冷冷卻合成氣的方法，包括如下步驟：

將干粉煤進(jìn)行氣化反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣利用水蒸汽和霧化水進(jìn)行一次激冷，再進(jìn)行變換反應(yīng)，變換反應(yīng)完成后再利用霧化水進(jìn)行二次激冷，激冷完畢完成所述合成氣的冷卻。

上述方法所述氣化反應(yīng)步驟中，氣化劑為氧氣配水蒸汽；所述氧氣和水蒸汽的配比為每1Nm³氧氣中含有0.1-0.4kg或0.16kg水蒸汽；

氣化反應(yīng)的壓強(qiáng)為4.0-4.3MPaG；

氣化反應(yīng)的溫度為1350-1500℃。

所述一次激冷步驟中，水蒸汽和霧化水可由氣化爐燃燒室上部噴入，從而與上行的合成氣相遇完成一次激冷。

所述水蒸汽和霧化水的溫度為180-220℃，具體可為200℃；

所述霧化水為霧化的水蒸汽。

經(jīng)過所述一次激冷后所述合成氣的溫度不高于900℃，具體可為900℃。

所述變換反應(yīng)為所述一次激冷步驟噴入的水蒸汽和霧化水與所述合成氣中的CO反應(yīng)生成CO₂和H₂的反應(yīng)。

所述變換反應(yīng)步驟中，壓強(qiáng)為4.0-4.3MPaG；

溫度為900-1100℃；

反應(yīng)時間大于3秒或3-10秒，以利于反應(yīng)的充分進(jìn)行。

該變換反應(yīng)是在無催化劑的條件下進(jìn)行的。

反應(yīng)如下：

CO+H₂O＝CO₂+H₂C+H₂O＝CO+H₂

一次激冷后的合成氣經(jīng)過該變換反應(yīng)，可提高合成氣中氫碳比值，減少下游變換工藝負(fù)擔(dān)；同時水蒸氣還與飛灰中殘?zhí)及l(fā)生反應(yīng)生成，生成CO和H₂，這可將降低飛灰中的殘?zhí)悸剩⒃黾佑行Ш铣蓺饬?；將COS基本全部轉(zhuǎn)化為H₂S，使得下游脫硫系統(tǒng)不在考慮脫除COS的問題，凈化后的總硫指標(biāo)更低。

所述二次激冷步驟中，所用霧化水的溫度為180-220℃，具體可為200℃；

經(jīng)過所述二次激冷后所述合成氣的溫度為360℃～380℃。

合成氣經(jīng)過二次激冷，不僅完成了冷卻，還增加了合成氣中水蒸氣含量，生產(chǎn)出的粗合成氣中蒸汽含量高，對于后續(xù)接變換工藝的裝置，不需要再補(bǔ)加蒸汽，從而簡化流程，節(jié)省投資。

經(jīng)過二次激冷后的合成氣可進(jìn)入干法除灰系統(tǒng)，除去合成氣中攜帶的飛灰，送入水洗塔再次降溫除塵后，得到～210℃的粗合成氣送出界區(qū)。

本發(fā)明提供的兩次激冷冷卻合成氣的方法，提高了粗合成氣中的氫碳比和水氣比，減少了下游變換工藝的負(fù)擔(dān)，并節(jié)省了補(bǔ)入蒸汽的步驟；節(jié)省了傳統(tǒng)廢鍋流程中廢鍋部分的投資及合成氣激冷的壓縮功耗；縮小了傳統(tǒng)水浴激冷流程造成的黑水處理規(guī)模，減少了廢水排放量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1、

氣化反應(yīng)：

干粉煤與氧氣及水蒸汽一起分別送至氣化爐中，在爐內(nèi)燃燒室發(fā)生氣化反應(yīng)，反應(yīng)條件為4.3MPaG，1500℃，生成合成氣和液態(tài)渣。形成的液態(tài)渣沿水冷壁向下流動進(jìn)入底部渣池，激冷成固體狀出氣化爐。

一次激冷：

在氣化爐燃燒室的上部設(shè)置水平均勻布置水蒸氣和霧化水激冷噴嘴的汽水一次激冷段，由氣化爐燃燒室生成的大量合成氣攜帶飛灰(約1500℃)上行，進(jìn)入水蒸汽和霧化水一次激冷段，由汽水一次激冷段的水蒸氣和霧化水激冷噴嘴噴出的水蒸汽和霧化水(溫度均為200℃，霧化水也即由水蒸汽霧化而得的水))對該合成氣進(jìn)行一次激冷，激冷后合成氣的溫度降至900℃。

變換反應(yīng)：

將汽水一次激冷段的水蒸氣和霧化水激冷噴嘴噴出的水蒸氣和霧化水加溫加壓，與經(jīng)過一次激冷后的合成氣進(jìn)行變換反應(yīng)，該合成氣中的CO發(fā)生變換反應(yīng)，壓強(qiáng)為4.3MPaG，溫度為1000℃，反應(yīng)時間為8秒，生成CO₂和H₂，提高合成氣中氫碳比值；同時水蒸氣還與飛灰中殘?zhí)及l(fā)生反應(yīng)生成，生成CO和H₂，這可將降低飛灰中的殘?zhí)悸剩⒃黾佑行Ш铣蓺饬?。二次反?yīng)段發(fā)生的反應(yīng)如下：

CO+H₂O＝CO₂+H₂C+H₂O＝CO+H₂

二次激冷：

經(jīng)過變換反應(yīng)后的合成氣繼續(xù)上行，進(jìn)入水平均勻布置霧化水二次激冷噴嘴的二次激冷段，由霧化水二次激冷噴嘴噴出溫度為200℃霧化水(也即由水蒸汽霧化而得的水)對經(jīng)過變換反應(yīng)的合成氣進(jìn)行二次激冷，使合成氣的溫度冷卻至380℃～360℃送出氣化爐。

出氣化爐的合成氣中含有一定的飛灰，送至除灰單元經(jīng)飛灰過濾器除灰后送至水洗塔，經(jīng)水洗塔減溫吹灰后送至下游工藝單元。

出氣化爐渣池的爐渣經(jīng)除渣單元處理后送至渣廠。

飛灰過濾器收集的飛灰經(jīng)除灰單元處理后送至飛灰儲倉。

傳統(tǒng)干粉煤氣化廢鍋流程出口合成氣組分見列1；傳統(tǒng)干粉煤氣化激冷流程出口合成氣組分見列2，本發(fā)明流程出口合成氣組分見列3。

表1、本發(fā)明流程出口合成氣和傳統(tǒng)流程出口合成氣組分對照表

從上表1可以看出，若采用干粉煤氣化廢鍋流程出口合成氣氫碳比約為0.3、水氣比約為0.23，干粉煤氣化激冷流程出口合成氣氫碳比約為0.4、水氣比約為0.8；若采用本發(fā)明，出口合成氣氫碳比可達(dá)到0.8、水氣比約為1。

可見，本發(fā)明利用霧化水/水蒸汽兩次激冷合成氣，該工藝提高了粗合成氣中的氫碳比和水氣比，減少了下游變換工藝的負(fù)擔(dān)，并節(jié)省了補(bǔ)入蒸汽的步驟；節(jié)省了傳統(tǒng)廢鍋流程中廢鍋部分的投資及合成氣激冷的壓縮功耗；縮小了傳統(tǒng)水浴激冷流程造成的黑水處理規(guī)模，減少了廢水排放量。