[发明专利]一种煤气化制合成气过程的热量回收工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤气化工艺过程，具体涉及一种煤气化制合成气热量回收工艺方法。

背景技术

煤炭是世界储量最多分布最广的化石能源，在高油价的背景下，煤炭资源的比价优势日益明显，而且世界煤炭可开采储量及开采年限明显大于石油和天然气，这为煤化工行业提供了良好的发展环境。煤的洁净与高效利用是当今能源与环境保护领域中的重大技术课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。

近二十年来，国外很多公司为了提高燃煤电厂热效率，对煤气化联合循环发电技术进行了开发研究工作，促进了煤气化技术的发展。目前国际上技术比较成熟、工艺指标先进、业绩较多具有代表性的有荷兰壳牌(Shell)公司的干煤粉气化工艺(ZL88102581、ZL02829258.8、ZL200480010079.0)和美国GE(原德士古(Texaco))公司的水煤浆煤气化工艺(ZL94106474.3、ZL94117093.4、ZL98807310.2)。在已建成的工业装置中，高温合成气的热量回收方法有两种常见的流程，一种是以Shell干煤粉气化炉为代表的废锅流程，另一种是以GE水煤浆气化炉为代表的激冷流程。所谓废锅流程是指利用热交换设备(即废热锅炉)直接回收高温合成气显热，并产生高温高压蒸汽的工艺流程。激冷流程是指高温合成气首先用水激冷至较低的温度而后再利用热交换设备回收激冷后合成气的潜热，发生较低温度、压力的蒸汽，此种蒸汽的利用范围不如高温高压的蒸汽广泛，利用价值也相对较低。

Shell在专利US4859213中公开的一种煤气化工艺，熔渣在重力作用下落入气化室下方的渣池罐，高温合成气夹带着粉尘上升至急冷区，在气化炉出口处被再循环的冷合成气冷激至900℃左右，然后进入合成气冷却器进一步回收热量，根据合成气的用途不同，合成气温度被冷却至250-400℃左右。合成气冷却器采用水管式废热锅炉，用来生产高压蒸汽、中压蒸气或过热蒸汽。合成气出合成气冷却器经干法除尘后，一部分经过循环气压缩机压缩后进入急冷区，用于激冷气化炉出口的高温合成气，其余的合成气送至下游工序。Shell的煤气化工艺存在冷煤气效率低，设备投资增加，压缩机功耗大，用于激冷的合成气需循环除尘等缺点。

GE在ZL94117093.4中公开一种水煤浆煤气化工艺，其合成气热量回收有两种形式，即直接激冷方式的气化炉或者装有辐射式冷却器的气化炉。在直接激冷式气化炉中，高温合成气在激冷室中用水喷淋，被激冷到130～260℃，在洗涤的同时将合成气的显热直接转化成蒸汽。这种将高温热源转化成低品位的低温热能来使用，在热能的利用上是极不合理的，热量回收的利用价值也不高。GE在美国专利US4436530，US4377132公开了两种装有辐射式冷却器的气化炉，其辐射式冷却器分别采用水冷壁结构和水管式结构。高温合成气先经过辐射式冷却器的下降通道辐射换热后，把合成气的温度降到250-600℃的范围内，再用水激冷除渣。这种热量回收方式中，熔融的灰渣容易在水冷壁表面或水管壁表面粘结，严重时会降低辐射式冷却器的传热效率。

发明内容

针对现有流程中存在的技术缺陷，本发明的目的是：提供一种煤气化制合成气过程的热量回收工艺方法，该工艺方案结合了激冷流程与废锅流程的优点，将现有工艺中的回收低品位的低温热能改为回收高品位的高温热能，提高热能的使用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种煤气化制合成气过程的热量回收工艺方法，该方法包括以下次序的工艺步骤：

(1)将煤原料与氧化剂一起进入煤气化炉1的气化室5内，在气化室5内发生部分氧化反应，生成高温合成气；

(2)从气化室5中出来的温度为1200-1500℃合的成气与熔渣，经过一级激冷器7进行激冷后，被冷却至原料煤的灰熔点T₁以下；

(3)经步骤(2)激冷后的高温合成气，进入第一蒸汽发生器8的管程，与其壳程的来自汽包14的压力为4.0～16MPa的水进行热交换，由水产生的汽水混合物再返回汽包14，管程的合成气在第一蒸汽发生器的出口处被冷却至650-1000℃；

(4)来自第一蒸汽发生器8出口的合成气及灰渣，在激冷室的下部空间进行重力分离，灰渣沉降在激冷室的底部，之后排至锁渣罐16中，而合成气在第一蒸汽发生器8的外壳与气化炉激冷室衬里3之间的通道折流向上，经煤气化炉合成气出口15出气化炉，然后，被送至蒸汽过热器9，合成气在蒸汽过热器9中，与来自汽包14的饱和蒸汽进行热交换，将饱和蒸汽过热至330-590℃，送蒸汽用户使用，而合成气被冷却至500-900℃；