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用于制油的 生物质 合成气超高压冷却 净化工艺及其设备

阅读：867发布：2024-02-01

专利汇可以提供用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺及其设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺及其设备，工艺包括：1)两级余热回收，并进行旋风除尘处理，副产高压和低压蒸汽；2)将生物质合成气在第二级间接换热过程中冷却析出的部分重质焦油除去；3)采用洗涤液进一步除尘降温；4)采用湿气流深度除尘除焦，将对生物质合成气中残存少量的粉尘、焦油雾吹扫除去，并使其压力降至0.3～1Mpa，从而获得粉尘和焦油含量均小于10mg/Nm3，温度＜45℃的生物质合成气。设备主要包括集成式换热除尘装置，填料洗涤塔和湿式电除尘器。本发明通过工艺方案的优化设计，控制适当的工艺参数，实现了生物质合成气的分级冷却，余热梯级回用，逐级除尘、除焦油的冷却净化目标。，下面是用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺及其设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)首先采用工艺水进行第一级间接换热，将从流化床式气化炉输出的温度在950℃以上、压力在3.0MPa以上的高温超高压生物质合成气冷却至520～580℃，余热回收产生的高压蒸汽返回输送到流化床式气化炉中，作为生物质燃料的气化剂，高压蒸汽压力为6.0～
9.8MPa；然后对生物质合成气进行旋风除尘处理；再采用工艺水进行第二级间接换热，继续将生物质合成气冷却至温度≤210℃，余热回收产生的低压蒸汽对外提供，低压蒸汽压力为
0.5～0.8MPa；
2)将生物质合成气在第二级间接换热过程中冷却析出的部分重质焦油收集除去；
3)采用洗涤液进一步除尘降温，将经过换热除尘处理的生物质合成气中绝大部分的粉尘、焦油滴、水溶性气体洗涤除去，洗涤后的生物质合成气温度控制在43～47℃；
4)采用湿气流深度除尘除焦，将经过洗涤液处理的生物质合成气中残存少量的粉尘、
3
焦油雾吹扫除去，并使其压力降至0.3～1MPa，最终获得粉尘和焦油含量均小于10mg/Nm 、温度低于45℃、显热回收率大于80％的净化生物质合成气。
2.根据权利要求1所述用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，第一级间接换热时，控制生物质合成气冷却至550～570℃；第二级间接换热时，控制生物质合成气冷却至65～95℃。
3.根据权利要求1所述用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，第一级间接换热时，控制生物质合成气冷却至555～565℃；第二级间接换热时，控制生物质合成气冷却至65～75℃。
4.根据权利要求1或2或3所述用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，所产生的高压蒸汽压力为6.0～8.5MPa，所产生的低压蒸汽压力为0.5～0.8MPa。
5.根据权利要求1或2或3所述用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，控制从气化炉输出的高温超高压生物质合成气的温度为1000～1200℃，压力为3.0～4.0Mpa，粉尘含量＜20g/Nm3，焦油含量＜3g/Nm3。
6.根据权利要求1或2或3所述用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，所产生的低压蒸汽应用到步骤4)中，作为湿气流吹扫生物质合成气中的粉尘、焦油雾。
7.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，包括集成式换热除尘装置(2)、填料洗涤塔(3)和湿式电除尘器(4)，其特征在于：
所述集成式换热除尘装置(2)依次由高温换热器(2a)、旋风分离器(2b)和低温换热器(2c)紧凑串联衔接为整体结构，所述高温换热器(2a)的进气口(2-1)与流化床式气化炉(1)的合成气出口(1-1)相连，所述低温换热器(2c)的出气口(2-2)与填料洗涤塔(3)的进气口(3-1)相连，所述填料洗涤塔(3)的出气口(3-2)与湿式电除尘器(4)的输入端(4-1)相连，所述湿式电除尘器(4)的输出端(4-2)与高压储气罐(5)的进气口(5-1)相连；所述高温换热器(2a)的高压蒸汽出口通过高压蒸汽输送管(6)与流化床式气化炉(1)的气化剂入口(1-2)相连。
8.根据权利要求7所述的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，其特征在于：
所述低温换热器(2c)的低压蒸汽出口通过低压蒸汽输送管(7)与湿式电除尘器(4)的湿气流入口(4-3)相连。
9.根据权利要求7所述的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，其特征在于：
所述旋风分离器(2b)的底端粉尘出口(2-3)与仓泵(9)的进料口(9-1)相连，所述仓泵(9)的出料口(9-2)与灰库(10)相连。
10.根据权利要求7所述的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，其特征在于：所述低温换热器(2c)的底部焦油出口(2-4)与焦油槽斗(11)的进料口(11-1)相连。
11.根据权利要求7所述的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，其特征在于：所述湿式电除尘器(4)的输出端(4-2)还与尾气焚烧炉(8)的进气口(8-1)相连。

说明书全文

用于制油的生物质 合成气超高压冷却 净化工艺及其设备

技术领域

[0001] 本发明涉及合成气净化技术，具体地指一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺及其设备。

背景技术

[0002] 随着化石燃料的逐渐枯竭，生物质可再生清洁能源的开发利用日益受到关注，并处于快速发展之中，因此，生物质制气和制油成为新能源开发领域的重要研究课题。

[0003] 同煤制气一样，生物质制气也需经历冷却、除尘等净化过程。目前，有关生物质气化制备合成气的方法研究成果很多，但关于生物质合成气如何冷却和净化的研究却较少，大多是沿用传统煤气冷却和洗涤的老办法。传统的煤气初冷方式分为间接初冷、直接初冷、以及间直接初冷三种，初冷主要是指煤气从炭化室出来在进入电捕焦油器之前将其冷却到22～35℃。间接初冷时煤气与冷却介质不直接接触，两相只间接传热，不进行传质过程，煤气的冷却、净化效果较好。直接初冷时煤气与喷洒氨水直接接触，进行传质和传热过程。与间接初冷相比，直接初冷具有煤气冷却效率高、阻力小、设备造价低、动力消耗大的特点。间直接初冷是煤气先经过间接冷却再经过直接冷却的组合工艺方法，其特点是发挥了两者的长处。此外，煤气除尘的方法也有很多，包括沉降、过滤、旋风除尘、电除尘、水洗或文丘里除尘等，不同的方式除尘效果和阻力消耗差别也较大。

[0004] 传统煤制气过程中从炭化室出来的粗煤气温度约在650℃左右，而现代气流床式生物质气化炉出口处合成气的温度往往在950℃以上，远远高于炭化室出口处的煤气温度，如果忽视生物质制气出口烟温比煤制气出口烟温高的具体情况，照搬照套煤气初冷的工艺方法，显然不能达到生物质合成气的冷却效果和净化指标。而且，如果简单模拟传统煤制气的净化方法，还存在系统复杂、流程长、能耗高、效率低、稳定性和经济性差的缺陷。因此，提供一种针对生物质气化炉合成气的冷却净化工艺和设备便显得极为必要。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是要提供一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺及其设备，该工艺及设备将合成气限定在特定的温度和压力状态下进行多级处理，其系统简捷、工艺流畅、冷却效率高、净化效果好、所需能耗低、经济效益好。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化工艺，包括以下步骤：

[0007] 1)首先采用工艺水进行第一级间接换热，将从流化床式气化炉输出的温度在950℃以上、压力在3.0Mpa以上的高温超高压生物质合成气冷却至520～580℃，余热回收产生的高压蒸汽对外提供；然后对生物质合成气进行旋风除尘处理；再采用工艺水进行第二级间接换热，继续将生物质合成气冷却至温度≤210℃，余热回收产生的低压蒸汽对外提供；

[0008] 2)将生物质合成气在第二级间接换热过程中冷却析出的部分重质焦油收集除去；

[0009] 3)采用洗涤液进一步除尘降温，将经过换热除尘处理的生物质合成气中绝大部分的粉尘、焦油滴、水溶性气体洗涤除去，洗涤后的生物质合成气温度控制在43～47℃；

[0010] 4)采用湿气流深度除尘除焦，将经过洗涤液处理的生物质合成气中残存少量的粉尘、焦油雾吹扫除去，并使其压力降至0.3～1Mpa，最终获得粉尘和焦油含量均小于10mg/Nm3、温度低于45℃、显热回收率大于80％的净化生物质合成气。

[0011] 进一步地，所述步骤1)中，第一级间接换热时，控制生物质合成气冷却至550～570℃；第二级间接换热时，控制生物质合成气冷却至65～95℃。

[0012] 进一步地，所述步骤1)中，第一级间接换热时，控制生物质合成气冷却至555～565℃；第二级间接换热时，控制生物质合成气冷却至65～75℃。

[0013] 进一步地，所述步骤1)中，所产生的高压蒸汽压力为6.0～9.8MPa，所产生的低压蒸汽压力为0.5～0.8MPa。

[0014] 进一步地，所述步骤1)中，所产生的高压蒸汽压力为6.0～8.5MPa，所产生的低压蒸汽压力为0.5～0.8MPa。

[0015] 进一步地，所述步骤1)中，所产生的高压蒸汽返回输送到气流床式气化炉中，作为生物质燃料的气化剂。

[0016] 进一步地，所述步骤1)中，控制从气化炉输出的高温超高压生物质合成气的温度3 3
为1000～1200℃，压力为3.0～4.0Mpa，粉尘含量＜20g/Nm，焦油含量＜3g/Nm。

[0017] 更进一步地，所述步骤1)中，所产生的低压蒸汽应用到步骤4)中，作为湿气流吹扫生物质合成气中的粉尘、焦油雾。

[0018] 一种为实现上述工艺而设计的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，包括集成式换热除尘装置、填料洗涤塔和湿式电除尘器，所述集成式换热除尘装置依次由高温换热器、旋风分离器和低温换热器紧凑串联衔接为整体结构，所述高温换热器的进气口与流化床式气化炉的合成气出口相连，所述低温换热器的出气口与填料洗涤塔的进气口相连，所述填料洗涤塔的出气口与湿式电除尘器的输入端相连，所述湿式电除尘器的输出端与高压储气罐的进气口相连。

[0019] 进一步地，所述高温换热器的高压蒸汽出口通过高压蒸汽输送管与流化床式气化炉的气化剂入口相连。

[0020] 进一步地，所述低温换热器的低压蒸汽出口通过低压蒸汽输送管与湿式电除尘器的湿气流入口相连。

[0021] 进一步地，所述旋风分离器的底端粉尘出口与仓泵的进料口相连，所述仓泵的出料口与灰库相连。

[0022] 进一步地，所述低温换热器的底部焦油出口与焦油槽斗的进料口相连。

[0023] 更进一步地，所述湿式电除尘器的输出端还与尾气焚烧炉的进气口相连。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0025] 其一，本发明将生物质合成气温度限定在950℃以上，并在3.0Mpa以上的压力状态下对生物质合成气进行多级处理，利用余热回收产生的压力为6.0～9.8MPa的高压蒸汽作为生物质燃料的气化剂，使得整个冷却净化系统在超高压状态下运转，在保证冷却净化效果的前提下提高了气流速度，缩短了工艺流程与处理时间，大幅提高了处理效率，使得整个处理系统简捷、工艺流畅、冷却效率高、净化效果好、所需能耗低、经济效益好；尤其是利用压力为6.0～8.5Mpa的高压蒸汽作为生物质燃料的气化剂时，获得了意想不到的冷却净化效果。

[0026] 其二，本发明的冷却净化工艺，首先分两级冷却，第一级冷却至520～580℃，将温度控制在重质焦油的凝结点以上，避免焦油在此凝结，第二段冷却至温度≤210℃，以使重焦油在此段凝结收集，并且在两级之间对生物质合成气进行旋风除尘处理，实现了重质焦油的集中收集处理，也为后续除尘处理提供了十分优良的处理条件；经两级、双压余热回收后再进行逐级除尘降温、除焦深度处理，最终使得处理后的生物质合成气中粉尘含量＜10mg/Nm3，焦油含量均＜10mg/Nm3，温度＜45℃，显热回收率大于80％，并副产高压及低压蒸汽。

[0027] 其三，本发明中，生物质合成气在气化炉内经过凝渣处理，采用高压蒸汽作气化剂为其提供压力，即将集成式换热除尘装置产生的高压蒸汽输入生物质气化炉中，作为气化剂为净化设备提供压力，通过调节蒸汽的压力，可保证生物质气化炉出口的压头克服冷却净化设备的阻力后到达储气罐入口时还能保证0.3～1MPa(G)的正压，即保证了气化炉、集成式换热除尘装置、填料洗涤塔及湿式除尘器等设备均处于正压状态下工作，防止外部空气漏入冷却净化设备，减少了燃气爆炸的可能性，而且省掉了气化工段的鼓风机和合成工段的空压机，大幅降低了气化及合成油工段的总体能耗，解决了传统煤气净化工艺中系统复杂、流程长、能耗高、效率低、稳定性和经济性差、针对性不强的问题。

[0028] 其四，本发明设备采用集成式换热除尘装置，该装置将高温换热和低温换热一体化布置，并在两级之间内置旋风分离器，结构紧凑省材料，换热效率高，大幅提升了冷却净化工艺的处理效率；生物质合成气中粉尘和焦油量相对较低，在两级换热器之间设置初除尘，采用集成式换热除尘装置自带的旋风除尘器，大幅提升了除尘效率，在第一级间接换热后将生物质合成气冷却至550～570℃时，旋风除尘器的除尘效率可达90％以上，冷却至555～565℃时，旋风除尘器的除尘效率甚至达到99.9％以上。

[0029] 其五，集成式换热除尘装置能初步除尘，节省了大量的冲洗水及水处理能耗，也省掉了水处理设备，而且设备布置更简单易操作，也更省材料，获得了可观的经济效益。附图说明

[0030] 图1是一种用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备的结构示意图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

[0032] 图1中所示的用于制油的生物质合成气超高压冷却净化设备，包括集成式换热除尘装置2、填料洗涤塔3和湿式电除尘器4，集成式换热除尘装置2依次由高温换热器2a、旋风分离器2b和低温换热器2c紧凑串联衔接为整体结构；高温换热器2a的进气口2-1与流化床式气化炉1的合成气出口1-1相连，低温换热器2c的出气口2-2与填料洗涤塔3的进气口3-1相连，填料洗涤塔3的出气口3-2与湿式电除尘器4的输入端4-1相连，湿式电除尘器4的输出端4-2与高压储气罐5的进气口5-1相连，该超高压储气罐5采用球形超高压储气罐；高温换热器2a的高压蒸汽出口通过高压蒸汽输送管6与流化床式气化炉1的气化剂入口1-2相连，低温换热器2c的低压蒸汽出口通过低压蒸汽输送管7与湿式电除尘器4的湿气流入口4-3相连；旋风分离器2b的底端粉尘出口2-3与仓泵9的进料口9-1相连，仓泵9的出料口9-2与灰库10相连；低温换热器2c的底部焦油出口2-4与焦油槽斗11的进料口11-1相连；湿式电除尘器
4的输出端4-2还与尾气焚烧炉8的进气口8-1相连。

[0033] 上述设备的工艺流程如下：控制从气流床气化炉1输出的高温超高压生物质合成气的温度为1000～1200℃，压力为3.0～4.0Mpa，粉尘含量＜20g/Nm3，焦油含量＜3g/Nm3，该高温超高压生物质合成气是经过炉内凝渣处理后自气化炉1顶部的合成气出口1-1引出后进入集成式换热除尘装置2，先在高温换热器2a中进行第一级间接换热，将从气化炉1输出的高温超高压生物质合成气冷却至520～580℃，优选冷却至550～570℃，更优选冷却至555～565℃，余热回收产生的6.0～9.8MPa，优选6.0～8.5MPa的高压蒸汽返回输送到气化炉1中，作为生物质燃料的气化剂，然后高温超高压生物质合成气经集成式换热除尘装置2内的旋风分离器2b进行旋风除尘处理后再进入低温换热器2c进行第二级间接换热，继续在集成式换热除尘装置2内将生物质合成气冷却至温度≤210℃，优选冷却至65～95℃，更优选冷却至65～75℃，余热回收产生的0.5～0.8MPa的低压蒸汽对外提供；生物质合成气在第二级间接换热过程中冷却析出的部分重质焦油从低温换热器2c的底部焦油出口2-4流入焦油槽斗11，通过焦油槽斗11收集除去；接着，经降温和初步除尘后的生物质合成气从集成式换热除尘装置2的出气口2-2出来后，经填料洗涤塔3的进气口3-1进入填料洗涤塔3内，采用烧碱等碱性洗涤液和沸石等填料进一步除尘降温，将生物质合成气中绝大部分的粉尘、焦油滴、水溶性气体洗涤除去，洗涤后的生物质合成气温度降低至43～47℃；最后将洗涤后的生物质合成气从填料洗涤塔3的出气口3-2引出后从湿式电除尘器4的输入端4-1输入湿式电除尘器4中，并将之前第二级间接换热产生的低压蒸汽应用到此处，作为湿气流吹扫生物质合成气中的粉尘和焦油雾，深度除尘除焦，将对生物质合成气中残存少量的粉尘和焦油雾吹扫除去，并使生物质合成气的压力降至0.3～1Mpa，从而获得粉尘和焦油含量均小于10mg/Nm3，温度低于45℃，显热回收率大于80％的净化生物质合成气；另外，合格的生物质合成气从超高压储气罐5的进气口5-1输送至超高压储气罐5内储存或供下游工段使用，与超高压储气罐5并联的尾气焚烧炉8对废气进行燃烧处理并产生低压蒸汽对外供出，集成式换热除尘装置2中旋风分离器2b过滤下来的粉尘由仓泵9收集后通过气力输送到灰库10存储并合理利用。其中，超高压储气罐5的进气口5-1处还有0.3MPa以上的正压，以保证集成式换热除尘装置2，填料洗涤塔3，湿式电除尘器4及超高压储气罐5处于超高压状态下工作。

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