CN1114681C - 一种复合床高温煤气冷却洗涤设备及其工业应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合床高温煤气冷却洗涤设备及其工业上的应用。所述的复合床高温煤气冷却洗涤设备包括壳体、喷水环、导气管、均布器、气泡分隔器、静态破渣器、环形加水器和除沫器等部件。所说的复合床是指在同一冷却洗涤设备中含喷淋撞击和鼓泡两种热质传递床型，效率高，带水量和带灰量小，激冷室煤气出口管道不易堵塞，设备投资小，十分适宜于以煤、石油焦、生物质、可燃工业废气物等为原料气流床部分氧化法生产的煤气的冷却洗涤。
Description
本发明涉及一种以含碳氢化合物为原料气流床生产煤气时的高温煤气的复合床冷却洗涤设备，具体地说是一种以煤、石油焦、生物质、可燃工业废弃物等为原料，气流床部分氧化法生产的煤气的复合床冷却洗涤设备。
以含碳氢化合物为原料气流床气化装置生产出的煤气，如发明人在中国专利(专利号ZL98110616.1《多喷嘴对置式水煤浆或干煤粉气化炉及其应用》)中提供的技术，煤气一般压力为0.2～12.0MPa，温度为1250～1550℃，煤气中含有灰渣，其干气成分CO2＝2～22％，CO+H2＝75～93％，N2、Ar、H2S、COS、NH3、HCl、CH4、HCN、HCOOH等为3～5％。为了将煤气用于生产合成氨、油品、甲醇以及联合循环(IGCC)发电等领域，应该先进行洗涤和降温，一种普遍的使用的方法是用循环水洗涤高温煤气，除去大部分所含灰渣并使其降温、增湿(饱和)。
中国专利(申请号89101262.1，89101054.8，89100533.1)公开了由泰克萨科(Destec)开发公司提供的骤冷环(Quench Ring)及其改进型的技术，中国专利(申请号89109831.3，89101638.4)披露了由德士古(Texaco)开发公司提供的洗涤方法与装置，上述专利都是将骤冷环喷出的水沿管壁流下，没有利用洗涤水与高温煤气呈交叉撞击的有利条件，从而其热质传递面积有限，效率不高。
德士古(Texaco)开发公司所申请的中国专利(申请号85104127)提出在洗涤器出口防止灰渣沉积的技术，即通过挡板和在煤气出口管道中加入冲洗水的方法，效率较低，其激冷室(Quench Chamber)出口煤气带水，一个年产10万吨氨的装置，带水量竟达20t/h；带灰渣量大，激冷室煤气出口管道容易堵塞；在激冷室下部设有电动破渣机，每台约40万美元。由于上述缺点的存在，有关厂家迫切希望一种性能良好的高温煤气冷却洗涤设备。
本发明的目的之一在于研究开发一种复合床高温煤气冷却洗涤设备，以克服现有技术所存在的带水量和带灰渣量大，激冷室煤气出口管道容易堵塞，设备投资大的缺陷；
本发明的目的之二在于提供所述复合床设备在冷却洗涤高温煤气中的应用。
实现本发明目的的技术方案：
本发明所述的复合床高温煤气冷却洗涤设备包括壳体、喷水环、导气管、均布器、气泡分隔器、静态破渣器、环形加水器和除沫器等部件。
所说的喷水环为一下侧具有环形槽缝的环形圆管，环形圆管与壳体上的洗涤水进口相连通，喷水环在壳体中水平放置，上部设有煤气入口与连接件，以便与气化炉的气化室相连接。洗涤水自环形槽缝喷出，与高温煤气形成交叉撞击流，增加热质传递面积，提高洗涤效率，从而形成了进行热质传递的喷淋撞击床。
所说的导气管固接于喷水环上，下端与呈漏斗状的均布器相连，锥面夹角为80～160度，锥面开设大小不同的多个圆孔，以均布煤气。
所说的气泡分隔器由多层分隔单元构成，每层分隔单元，由按同心圆布置的多圈角铁及其连接件角铁组成，角铁外缘开60～100度角的齿缝。每层分隔单元水平放置，齿缝向下，该气泡分隔器设置在壳体与导气管之间的空腔中，实现对气泡的横向分隔。操作时，气泡分隔器浸入洗涤水中，从而形成了进行热质传递的鼓泡床。
所说的静态破渣器设置在气泡分隔器的下方，为一半球状的格栅，格栅的交点处设菱形破渣锥。
所说的环形加水器设置于壳体的下端，由环形管和若干根支管构成，支管与环形管和壳体连通，环形管上设有入水口，通水以防止灰渣在壳体的排渣口处架桥，并推动复合床设备内水流动，为静态破渣创造条件。
所说的除沫器可以采用常规的除沫器，固定设置在壳体的煤气出口，以除去出口煤气中的泡沫。
上述的设备可以用于对高温煤气进行冷却洗涤，具体的应用方法如下：
洗涤水由壳体的洗涤水进口进入喷水环，并通过槽缝喷出，与煤气入口进入的高温煤气形成交叉撞击流，在导气管中煤气被降温、增湿，洗涤水蒸发，熔融灰渣凝固、降温并为洗涤水浸润，其中部分较细颗粒为气相携带，其它部分与洗涤水混合，此即完成煤气与洗涤水之间热质传递的喷淋撞击床。
降温与增湿煤气携带含灰渣水由导气管的下端进入均布器，经均布孔煤气进入鼓泡床。为防止气泡长大并使表面不断更新，在鼓泡床中设有气泡横向分隔单元，进一步达到高温煤气降温、增湿(饱和)、洗涤的目的。尤其在开车时，可防止因系统置换氧不合格，而大气泡中又含有炽热灰，形成明火引起爆炸。通过除沫器，进一步脱除煤气中的携带水与灰渣流出壳体，煤气中含灰量达到5g/Nm3以下，含水140g/Nm3。
由于煤气、洗涤水、灰渣之间的密度差异，部分洗涤水与大粒度(＞3mm)，以及大部分小粒度的灰渣在导气管下端进入壳体中的洗涤水里，凡粒径大于格栅空间的灰渣或其他固体物均为静态破渣器截留，较小颗粒则通过格栅空间进入静态破渣器的下部。又由于自环形加水器进入壳体的水的流动使壳体内特别是下部的灰渣等固体物处于不停的紊乱运动状态，当它们不断与静态破渣器的菱形锥碰撞时，颗粒破碎，粒度减小。静态破渣器的破渣效率取决于灰渣的运动速度，所以水流速度应有较大值。环形进水器的另一功能是防止灰渣在排渣口处架桥。通过环形进水器的支管，洗涤水以一定速度进入壳体，推动了壳体内的水流动，抑制了灰渣在壳体下锥的沉积，破坏了灰渣架桥的条件，有效的防止了排渣口的堵塞，含灰渣水由壳体下侧的灰渣水出口流出，灰渣由壳体底部的排渣口排出。
经过上述的冷却洗涤过程，高温煤气中所含渣的93％将在壳体中与煤气分离；煤气基本为水蒸汽饱和，煤气温度降为饱和温度。
以下将通过附图对本发明作进一步的说明，以便对本发明的实质有更深刻的了解。
图1为设备示意图。
图2为喷水环示意图。
图3为图1中A-A向示意图。
图4为图3中F---F向示意图。
图5为均布器示意图。
图6为图1中B---B的示意图。
图7为图1中C---C向示意图。
图8为图1中D---D向示意图。
图9为图1中E---E的示意图。
由图1可见，本发明所述的复合床高温煤气洗涤设备包括壳体1、喷水环7、导气管5、均布器4、气泡分隔器6、静态破渣器3、环形加水器2和除沫器10等部件。
由图1和图2可见，所说的喷水环7为一下侧具有环形槽缝701的环形圆管，槽缝701中心线与水平线的夹角为10～60度，环形圆管与设置在壳体1上部的洗涤水进口8相连通，喷水环7在壳体中水平放置，上部设有煤气入口9与连接件；
所说的导气管5固接于喷水环7上，下端与均布器4相连，由图1、图5和图6可见，所说的均布器4呈漏斗状，锥面夹角为80～160度，在锥面开设若干个直径大小不同的圆孔401，孔直径自内向外逐渐增加，以均布气体；
由图1，图3和图4可见，所说的气泡分隔器6设置在壳体1与导气管5之间的空腔中，由多层分隔单元601构成。分隔单元601由多圈角铁602及其连接件角铁603组成，角铁602、603边缘开有齿缝，夹角为60～100度。分隔单元601水平放置，齿缝向下；
由图1和图7可见，所说的静态破渣器3为一半球状的格栅，格栅最好呈方形交叉，空间为30×30～150×150mm，格栅的交点处设菱形破渣锥301。该静态破渣器3固定在导气管5的下方；
由图1图8可见，所说的环形加水器2设置于壳体1的下端，由环形管201和若干根支管202构成，支管202与环形管201和壳体1连通，环形管201上设有入水口203；
由图1和图9可见，所说的除沫器10固定设置在壳体1内上部煤气出口11处，该除沫器10由多根开槽管1001、管束定位器1002构成。开槽管1001上沿管子轴线方向开槽的槽缝半径夹角为60～90度，管径d为20～60mm。开槽管1001彼此平行，按同心圆排布成扇形，共布置4～8层，其最外开槽管1001中心线所在圆的半径与壳体1的内壁距离为0.6～1d，各层间径向管心距为1.2～1.8d，周向管心距亦为1.2～1.8d，开口槽对称朝向壳体的轴线。其外沿周边为煤气出口11直径的3～5倍，除沫器10的高度为煤气出口直径的4～6倍，煤气出口11轴线与扇形对称线相重合。
上述的复合床设备可以用于对高温煤气进行冷却洗涤，具体的应用方法如下：
洗涤水由洗涤水进口8进入喷水环7，并通过槽缝701以1～8m/s的速度喷出；
降温与增湿煤气携带含灰渣水由导气管5的下端出口进入均布器4的速度为1～10m/s，煤气经均布孔401进入鼓泡床与洗涤水相接触。在鼓泡床中，经气泡分隔器6多次将气泡横向分隔，气泡在鼓泡床中的速度为1～6m/s。
由于煤气、洗涤水、灰渣之间的密度差异，部分洗涤水与大粒度(＞3mm)，以及大部分小粒度的灰渣在导气管5下端进入壳体1中的洗涤水里，凡粒径大于格栅空间的灰渣或其他固体物均为静态破渣器3截留，较小颗粒则通过格栅空间进入静态破渣器3的下部。环形加水器2加入洗涤水自下而上以0.1～2m/s速度的流动，使壳体1内特别是下部的灰渣等固体物处于不停的紊乱运动状态，当它们不断与静态破渣器3的菱形锥301碰撞时，颗粒破碎，粒度减小，达到破渣目的。静态破渣器3的破渣效率取决于灰渣的运动速度，所以水流速度应有较大值。环形进水器2的另一功能是防止灰渣在排渣口处架桥。通过环形进水器2的支管202，洗涤水以一定速度进入壳体1，推动了壳体1内的水流动；抑制了灰渣在壳体1下锥的沉积，破坏了灰渣架桥的条件，有效的防止了排渣口13的堵塞，含灰渣水由壳体1下侧的灰渣水出口12流出，灰渣由壳体1底部的排渣口13排出。
由上述公开的技术方案可见，本发明所说的设备结构简单，带水量和带灰渣量小，激冷室煤气出口管道不易堵塞，设备投资小，十分适宜于以煤、石油焦、生物质、可燃工业废弃物等为原料气流床部分氧化法生产的煤气的冷却洗涤。
以下以一个日处理1000吨煤的水煤浆气化装置为实例，进一步说明本发明的有关内容。
实施例1
进入壳体1的煤气压力为6.5MPa，温度为1300℃，干煤气流量为85000Nm3/h，干煤气中含CO2＝17％，CO+H2＝81％，还有CH4、N2、Ar、H2S、COS、NH3、HCl、HCN、HCOOH等，约占2％，以干煤气为基准，其中含灰渣量为70g/Nm3，相当于每小时煤气携带6吨灰渣进入壳体1。
上述的高温煤气以12m/s的速度进入导气管5，洗涤水温度为240℃，每标准立方米干煤气加入洗涤水量为2.5kg，洗涤水由水源经过4个进口8进入喷水环7，洗涤水自槽缝701以3m/s的速度喷出，在喷淋撞击床中煤气增湿，熔融、灰渣凝固、降温并为洗涤水浸润，部分较细颗粒为气相携带，其它部分与水混合。
降温与增湿煤气携带含灰渣水由导气管5的下端以3m/s速度穿过均布器4的均布孔401，煤气在鼓泡床中不断为气泡分隔器6横向分隔，与洗涤水进行热质交换。自上端出来的煤气携带少量洗涤水和少量灰渣，以1.8m/s的速度绕流通过除沫器10，出壳体1煤气中含灰量达到5g/Nm3；含水140g/Nm3。
部分洗涤水与大粒度(＞3mm)，以及大部分小粒度的灰渣在导气管4下端进入壳体1中的洗涤水里。凡粒径大于格栅空间的灰渣或其他固体物均为静态破渣器3截留，进行破碎。
经过上述的洗涤过程，高温煤气中所含渣的93％将与煤气分离；煤气基本为水蒸汽饱和，洗涤水蒸发量为135t/h，干气与蒸汽比为1∶1.6；12t/h洗涤水为煤气带出洗涤器外，90t/h洗涤水自含灰渣水出口12送去下游处理，以循环利用和排放。
灰渣自出口13排出炉外，进下工序处理。
Claims (7)
1.一种复合床高温煤气冷却洗涤设备，其特征在于：包括壳体(1)、喷水环(7)、导气管(5)、均布器(4)、气泡分隔器(6)、静态破渣器(3)、环形加水器(2)和除沫器(10)；
所说的喷水环(7)为一下侧具有环形槽缝(701)的环形圆管，环形圆管与设置在壳体(1)上部的洗涤水进口(8)相连通，上部设有煤气入口(9)与连接件；
所说的导气管(5)下端与漏斗状均布器(4)相连，上端固接于喷水环(7)上；均布器(4)锥面夹角为80～160度，锥面开设多个大小不同的圆孔(401)；
所说的气泡分隔器(6)设置在壳体(1)与导气管(5)之间的空腔中，由多层分隔单元(601)构成，每层分隔单元(601)与壳体(1)相连，分隔单元(601)由按同心圆布置的角铁(602)及其连接件角铁(603)组成，角铁(602)、(603)外缘开60～100度角的齿缝；
所说的静态破渣器(3)为一半球状的格栅，格栅的交点处设菱形破渣锥(301)，该静态破渣器(3)固定在导气管(5)的下方；
所说的环形加水器(2)设置于壳体(1)的下端，由环形管(201)和若干根支管(202)构成，支管(202)与环形管(201)和壳体(1)连通，环形管(201)上设有入水口(203)；
所说的除沫器(10)固定设置在壳体(1)内上部煤气出口(11)处。
2.如权利要求1所述的复合床高温煤气冷却洗涤设备，其特征在于，所说的槽缝(701)中心线与水平线的夹角为10～60度。
3.如权利要求1所述的复合床高温煤气冷却洗涤设备，其特征在于，格栅呈方形交叉，空间为30×30～150×150mm。
4.如权利要求1所述的复合床高温煤气冷却洗涤设备，其特征在于，所说的除沫器(10)由多根开槽管(1001)和管束定位器(1002)构成，开槽管(1001)上沿管子轴线方向开槽的槽缝半径夹角为60～90度，开槽管(1001)按同心圆排布成扇形，最外开槽管(1001)中心线所在圆的半径与壳体(1)的内壁距离为0.6～1d，各层间径向管心距为1.2～1.8d，周向管心距为1.2～1.8d，开口槽对称朝向壳体的轴线，其外沿周边为煤气出口(11)直径的3～5倍，除沫器(10)的高度为煤气出口(11)直径的4～6倍，煤气出口(11)轴线与扇形对称线相重合。
5.如权利要求1～4任一所述复合床高温煤气冷却洗涤设备的应用，其特征在于可用于对高温煤气进行冷却、洗涤和增湿。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，洗涤水以1～8m/s的速度从槽缝(701)喷出，煤气出均布孔(401)的速度为1～10m/s，自支管(202)进入壳体1的速度为2～10m/s，环形加水器(2)加入的洗涤水自下而上以0.1～2m/s速度流动。
7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，进入环形加水器(2)的水压高于壳体(1)内的压力。
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