專利名稱：固定床加壓氣化制合成氣裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種合成氣制備裝置，具體地涉及固定床加壓氣化制備合成氣的裝
置。
背景技術：
目前所采用的固定床氣化技術中所采用的原料主要為煤物質進行合成氣的生產。 其主要缺點是煤物質得到的合成氣粗產品中存在較多的甲烷及其它烯烷烴類氣體，分離回收利用流程較為復雜，合成氣凈化精制所需投資大。固定床加壓氣化技術中具有代表性的為魯奇爐固定床加壓氣化技術。如圖1所示，其主要流程如下加壓氣化后合成氣經洗滌冷卻去除固相夾帶和焦油組分后送入變換單元將合成氣中一氧化碳變換為氫氣。由于合成氣主要用于生產合成氨，合成氣中主要參與反應組分為氫氣。因此變換氣經低溫甲醇洗進行脫硫脫碳后分兩路進行凈化，主要目的為通過變壓吸附和低溫液氮洗脫除凈化氣中的甲烷和烯烷烴類組成作為燃料氣送入燃料氣系統(tǒng)，一定純度的氫氣作為產品氣送入合成氨合成單元。也即，其主要技術路線為經固定床氣化產生的合成氣粗產品中的甲烷及烯烷烴類組成在變換和脫硫脫碳后進行分離脫除。 但是，由于固定床氣化爐所產生合成氣中存在較多的甲烷和烯烷烴類組成，所采用的流程為凈化后進行分離的流程。由于在合成氣中甲烷和烯烷烴類組成在變換和低溫甲醇洗中均無法分離，合成氣總流量較大，導致變換和低溫甲醇洗裝置處理能力大大提高。為滿足合成氣組成的要求，在脫硫脫碳后需要增加PSA變壓吸附和低溫液氮洗裝置對合成氣中的甲烷和烯烷烴類組成進行分離，增加了流程的復雜程度，同時也大大增加了投資。中國專利ZL200720067395. 2公開了以下固定床加壓氣化技術的技術路線經固定床氣化產生的合成氣粗產品經固相分離后在非催化部分氧化爐中將合成氣中的甲烷及烯烷烴類組成進行轉化。也即，該專利所采用的流程為固定床所生產的合成氣經高溫分離器將合成氣中的固相分離出來后進入非催化部分氧化爐，以純氧為氧化劑將合成氣中的焦油、甲烷及其它烯烷烴類氣體進行轉化。轉化后合成氣經熱量回收和再次固相分離后進行變換和凈化。該技術中轉化后的合成氣組成較為單一，因此降低了后系統(tǒng)合成氣后的凈化要求，僅需要進行常規(guī)的變換、脫硫脫碳即可實現(xiàn)對合成氣的凈化以實現(xiàn)下游合成反應的要求。但是該技術存在以下尚待改進之處①尚未實現(xiàn)工業(yè)化；高溫旋風分離器出口溫度約為550 650°C，其直接進入非催化部分氧化爐能否實現(xiàn)存在不確定性。②由于合成氣中存在焦油組成，在非催化部分氧化爐中進行轉化過程存在固相產物，需要在非催化部分氧化后增加二級固相分離裝置。③由于非催化氧化工序接受的合成氣粗產品中存在溫度、含塵量、雜質含量高的工況，因此對轉化器燒嘴的適用性提出了較高的要求，能否滿足工業(yè)長周期連續(xù)穩(wěn)定生產的要求存在不確定性。中國專利200610012940. 8公開了一種碎煤加壓氣化生產粗煤氣的技術，其在高溫狀態(tài)下直接進行低氧耗、充分利用未反應水蒸汽的自熱式純氧(富氧)非催化部分轉化， 一次解決夾帶粉塵的二次反應、焦油等高碳及復雜化合物的裂解、CH4等低碳有機物的蒸汽轉化，達到潔凈氣體、簡化后續(xù)處理流程，提供一種能夠適應大規(guī)模碎煤加壓氣化高校生產合成氣的方法。該專利所采用的流程為固定床所生產的合成氣經高溫分離器將合成氣中的固相分離出來后進入非催化部分氧化爐，將合成氣中的焦油、甲烷及其它烯烷烴類氣體進行轉化。轉化后合成氣經冷卻洗滌對合成氣進行二次除塵。其存在的問題與中國專利 ZL200720067395. 2 基本類似。目前的固定床氣化 技術中，還沒有采用生物質或生物質和煤的組合物作為進行合成氣生產的裝置。綜上所述，本領域缺乏一種保持固定床加壓氣化爐原料處理費用低、熱效率高、原料適用性廣泛的優(yōu)勢的前提下實現(xiàn)凈化合成氣、簡化后續(xù)處理流程，節(jié)約投資和運行費用， 提供一種高效生產合成氣的裝置。因此，本領域迫切需要這樣一種既能保持固定床加壓氣化爐原料處理費用低、熱效率高、原料適用性廣泛的優(yōu)點，又能實現(xiàn)凈化合成氣、簡化后續(xù)處理流程、節(jié)約投資和運行費用的目的，從而高效生產合成氣的裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于獲得一種既能保持固定床加壓氣化爐原料處理費用低、熱效率高、原料適用性廣泛的優(yōu)點，又能實現(xiàn)凈化合成氣、簡化后續(xù)處理流程、節(jié)約投資和運行費用的目的，從而高效生產合成氣的裝置。本發(fā)明第一方面提供一種固定床加壓氣化制合成氣裝置，所述裝置包括-以生物質和任選的煤物質混合為原料提供合成氣粗產品的固定床加壓氣化單元；-冷凝分離單元；所述冷凝分離單元包括-去除合成氣粗產品中固相夾帶并對合成氣粗產品中焦油組分進行冷凝分離的激冷洗滌單元；-使得合成氣粗產品進行裂解、加氫和轉化，使其主要成分轉化為一氧化碳和氫氣的非催化部分氧化單元，以及-對轉化后的合成氣進行處理的后處理單元。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述固定床加壓氣化單元為固定床加壓氣化爐。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述激冷洗滌單元包括激冷洗滌塔、氣液分離器、洗滌水循環(huán)泵、焦油輸送泵。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述裝置還包括高溫旋風分離器單元。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述高溫旋風分離器單元包括高溫旋風分離器以及對分離物進行處理的高溫固相儲存、冷卻和卸料系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述后處理單元不含二次除塵裝置。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述后處理單元包括后續(xù)變換單元、和脫硫脫碳單元。在一個具體實施方式
中，上述以生物質、生物質與煤物質摻混為原料，采用固定床加壓氣化生產合成氣的方法包括至少一套固定床加壓氣化爐；至少一臺激冷洗滌塔、氣液分離器、洗滌水循環(huán)泵、焦油輸送泵；至少一臺非催化部分氧化爐。 在一個具體實施方式
中，以氧氣作為氧化劑將合成氣粗產品中C2以上的烯烷烴類組分及其它有機物進行裂解、加氫和轉化，使合成氣中主要組分轉化為一氧化碳和氫氣。


圖1為現(xiàn)有技術的魯奇爐固定床加壓氣化技術的主要流程；圖2為本發(fā)明的固定床加壓氣化技術的主要流程；其中，固定床氣化爐所生產的合成氣粗產品通過高溫旋風分離器去除合成氣中固相夾帶后，合成氣粗產品采用激冷洗滌流程使合成氣粗產品中焦油冷凝進而實現(xiàn)分離后送往非催化部分氧化工段。合成氣粗產品在非催化氧化爐采用純氧在爐中進行部分氧化反應，將合成氣粗產品中甲烷、C2以上的烯烷烴類組分及其它有機物進行裂解、加氫和轉化后送往下游工序進一步調整合成氣組成和精制。
具體實施例方式本發(fā)明人經過廣泛而深入的研究，在保持固定床加壓氣化爐原料處理費用低、熱效率高、原料適用性廣泛的優(yōu)勢的前提下，通過對所生產的合成氣經過固相分離工序、激冷洗滌工序進行初步凈化后，通過非催化部分氧化對合成氣中高碳化合物、低碳化合物(甲烷等)進行轉化，實現(xiàn)凈化合成氣、簡化后續(xù)處理流程、節(jié)約投資和運行費用，提供了一種高效生產合成氣的裝置。在此基礎上完成了本發(fā)明。本文中，所述“生物質”包括動植物和微生物，例如是剔除可食用部分后其它的富含生物質能的物質，如植物纖維、木質素顆粒。具體的例子包括各種草木(包括水生各種植物)，城市木質廢物，農作物莖葉根，堅果殼，造紙廠的木頭廢料，鋸末，榨過油或糖后的下腳料，和森林伐木產生的廢料，等等。這些生物質的主要構成成分例如為多聚糖纖維素和半纖維素，以及多聚芳香化合物的木質素。本文中，所述的“煤物質”包括本領域各種用于生產合成氣的煤。本發(fā)明的合成方法可以使用例如山西無煙煤但不限于此。本文中，所述的“合成氣粗產品”是以生物質和任選的煤物質混合為原料得到的待凈化的合成氣。具體地，以生物質、生物質與煤摻混為原料，生物質的摻混比例可以從0 100%任意比例投料。所述合成氣中包括高碳化合物、低碳化合物(甲烷等)。所述高碳化合物中通常包括C2以上的烯烷烴類組分，還包括其他形成固相夾帶、焦油部分的有機物。 所述低碳化合物主要包括甲烷。本文中，所述的“焦油組分”是合成氣粗產品中普遍存在的組分，對于本領域技術人員是已知的。本文中，所述“固相夾帶”是合成氣粗產品中普遍存在的組分，對于本領域技術人員是已知的。本文中，所述的“裂解、加氫和轉化”是本領域技術人員熟知的方法。本文中，所述的二次除塵通常采用的方法包括旋風分離器、冷卻洗滌器等。本發(fā)明技術構思如下本發(fā)明是針對以固定床氣化爐所產生的合成氣粗產品中固相、焦油、甲烷、烯烷烴及其它有機物的處理工藝，關鍵為所采用的固定床加壓氣化、合成氣激冷洗滌和合成氣非催化部分氧化的工藝操作單元的組合。具體而言，以生物質和煤物質為原料，采用固定床加壓氣化生產合成氣，并通過合成氣的固相去除、合成氣激冷洗滌和非催化部分氧化工藝的耦合，實現(xiàn)合成氣的初步凈化， 簡化了傳統(tǒng)固定床加壓氣化工藝合成氣精制的過程；使所采用的工藝便于工業(yè)化的實現(xiàn)和應用。可實現(xiàn)生物質和煤為原料在不同進料比例的工況下在固定床加壓氣化爐中進行氣化，生產供下游化工生產所需的合成氣。本發(fā)明的一種固定床加壓氣化制合成氣裝置包括 -以生物質和任選的煤物質混合為原料提供合成氣粗產品的固定床加壓氣化單元；-冷凝分離單元；所述冷凝分離單元包括-去除合成氣粗產品中固相夾帶和對合成氣粗產品中焦油組分進行冷凝分離的激冷洗滌單元；-使得合成氣粗產品進行裂解、加氫和轉化，使其主要成分轉化為一氧化碳和氫氣的非催化部分氧化單元，以及-對轉化后的合成氣進行處理的后處理單元。在一個具體實施方式
中，上述以生物質、生物質與煤物質摻混為原料，采用固定床加壓氣化生產合成氣的方法包括至少一套固定床加壓氣化爐；至少一臺激冷洗滌塔、氣液分離器、洗滌水循環(huán)泵、焦油輸送泵；至少一臺非催化部分氧化爐。本發(fā)明采用在固定床加壓氣化產出合成氣后采用激冷洗滌工序對焦油組分進行冷凝分離后，通過非催化部分氧化工序以氧氣作為氧化劑將合成氣粗產品中C2以上的烯烷烴類組分及其它有機物進行裂解、加氫和轉化，使合成氣中主要組分轉化為一氧化碳和氫氣。轉化后的合成氣送入后續(xù)變換和脫硫脫碳工序對合成氣的組成進行調整和合成氣進行精制凈化。簡化了固定床合成氣粗產品的凈化和精制的流程，降低了合成氣的凈化和精制的難度。同時合成氣粗產品經過固相分離和焦油分離的初步凈化后送入非催化部分氧化工序，減少非催化部分氧化爐燒嘴的設計難度、降低了使用工況，更有利于生產的長周期穩(wěn)定運行；固相雜質和焦油的脫除減少了非催化部分氧化工序固相副產物產生的幾率，避免了增加后續(xù)二次除塵的要求。通過冷凝分離單元(合成氣激冷洗滌)和非催化部分氧化工藝的耦合，實現(xiàn)合成氣的初步凈化，簡化傳統(tǒng)固定床加壓氣化工藝合成氣精制的過程。這種結合可實現(xiàn)生物質和煤為原料在不同進料比例的工況下在固定床加壓氣化爐中進行氣化，生產供下游化工生產所需的合成氣。這意味著本發(fā)明的技術可以適用于各種原料進行合成氣生產，使得目前的生產設備可以不需要進行調整即可應用。以下對本發(fā)明的各個方面進行詳述固定床加壓氣化單元本發(fā)明適用于以生物質、生物質與煤物質摻混為原料，生物質的摻混比例可以從 0 100%任意比例投料；采用固定床加壓氣化，以純氧和富氧作為氣化劑生產合成氣。后續(xù)步驟中，所生產的合成氣經過固相分離和焦油分離后與非催化部分氧化工序匹配進行合成氣的初步凈化處理。 優(yōu)選地，所述的“固定床加壓氣化”中，采用一定粒徑的生物質原料或生物質及煤摻混原料(任意比例)、純氧或富氧作為氣化劑、液態(tài)排渣方式生產粗合成氣(也即合成氣粗產品)。具體地例如，所述固定床加壓氣化單元為固定床加壓氣化爐。本發(fā)明適用于以生物質和煤物質為原料任意投料比例的固定床氣化技術所生產的合成氣進行化工生產，可簡化合成氣的凈化和精制工序的工藝要求，降低凈化和精制裝置的投資成本。在目前石油能源供應日趨嚴峻，煤物質和生物質原料作為替代能源和原料的氣化技術日益得到發(fā)展和應用。固定床加壓氣化技術作為傳統(tǒng)的成熟的煤物質氣化技術逐步得到關注、發(fā)展和應用。本發(fā)明采用將會有較為廣泛的實際應用前景。冷凝分離單元本發(fā)明的冷凝分離單元用于對合成氣粗產品中夾帶固相及焦油組分進行分離和冷凝。在一個具體實施方式
中，所述激冷洗滌單元包括激冷洗滌塔、氣液分離器、洗滌水循環(huán)泵、焦油輸送泵。具體地，激冷洗滌工段采用激冷洗滌塔噴淋洗滌降溫，通過氣液分離器將冷凝焦油和工藝洗滌液與合成氣進行分離。采用激冷洗滌工藝將合成氣中焦油組分進行冷卻分離，避免由于焦油進入非催化部分氧化單元導致積炭等副反應，因此不需要增加二級分離裝置進行再次的氣固分離；焦油可通過氣化爐燒嘴返回氣化爐進行再次氣化。合成氣粗產品經過固相分離和焦油分離的初步凈化后送入非催化部分氧化工序， 減少非催化部分氧化爐燒嘴的設計難度、降低了使用工況，更有利于生產的長周期穩(wěn)定運行；固相雜質和焦油的脫除減少了非催化部分氧化工序固相副產物產生的幾率，避免了增加后續(xù)二次除塵的要求。在激冷洗滌工段將合成氣中焦油組分冷凝分離后送往非催化轉化爐去除合成氣中的甲烷和烯烷烴類氣體，所產生的轉化氣可經過常規(guī)的變換和凈化即可送往合成單元進行化工生產。本發(fā)明目的在于采用發(fā)明所采用的工藝流程，簡化以任意投料比例煤物質和生物質為原料，采用固定床氣化所產生的合成氣的凈化和精制過程。本發(fā)明還可以包括其他分離單元，例如高溫旋風分離器單元。在一個具體實施方式
中，所述高溫旋風分離器單元包括高溫旋風分離器以及對分離物進行處理的高溫固相儲存、冷卻和卸料系統(tǒng)。但是應當了解，本發(fā)明在無需其他分離器協(xié)助的情況下也可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術目的。目前大多數(shù)固定床在生物質和煤混合投料中生物質的投料比例一般不超過15%，本技術通過必要的工藝調整以適應不同比例的生物質原料和煤的混燒工況，產出適合下游生產所需要的合成氣。非催化部分氧化單元所生產的合成氣經過固相分離和焦油分離后與非催化部分氧化工序匹配進行合成氣的初步凈化處理。在一優(yōu)選例中，所述非催化部分氧化單元中，以氧氣作為氧化劑將合成氣粗產品中C2以上的烯烷烴類組分及其它有機物進行裂解、加氫和轉化，使合成氣中主要組分轉化為一氧化碳和氫氣具體地，非催化部分氧化部分采用純氧作為氧化劑。離出的焦油返回固定床氣化爐，通過燒嘴噴入氣化爐的燃燒區(qū)進行再反應，洗滌水清液循環(huán)用于粗煤氣的洗滌。分離出的焦油返回固定床氣化爐，通過燒嘴噴入氣化爐的燃燒區(qū)進行再反應，洗滌水清液循環(huán)用于粗煤物質氣的洗滌。本發(fā)明由于增加了非催化部分氧化單元，C2以上的烯烷烴類組分及其它有機物在非催化部分氧化單元在純氧為氧化劑進行轉化，使轉化氣組成主要為一氧化碳和氫氣，減少了后系統(tǒng)對甲烷和烯烷烴類組成的分離工序。在合成氣粗產品進行固相分離后采用激冷洗滌工藝避免了焦油帶入非催化部分氧化單元，減少非催化部分氧化爐燒嘴的設計難度、降低了使用工況，更有利于生產的長周期穩(wěn)定運行；固相雜質和焦油的脫除減少了非催化不部分化工序固相副產物產生的幾率， 避免了增加后續(xù)二次除塵的要求。更有利于工業(yè)化應用的實現(xiàn)。

本發(fā)明采用了固定床加壓氣化、合成氣激冷洗滌和非催化部分氧化工藝的組合； 用激冷洗滌工藝將合成氣中焦油組分進行冷卻分離，避免由于焦油進入非催化部分氧化單元導致積炭等副反應，因此不需要增加二級分離裝置進行再次的氣固分離。后處理單元具體地，所述后處理單元包括后續(xù)變換單元、和脫硫脫碳單元。具體地，所述后處理單元可以不含二次除塵裝置。具體地，轉化后的合成氣送入后續(xù)變換和脫硫脫碳工序對合成氣的組成進行調整和合成氣進行精制凈化。簡化了固定床合成氣粗產品的凈化和精制的流程，降低了合成氣的凈化和精制的難度。所述的后續(xù)變換單元可以采用本領域的常規(guī)變換單元，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產生限制即可。所述的脫硫脫碳單元可以采用本領域的常規(guī)裝置，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的產生限制即可。如無具體說明，本發(fā)明的各種原料均可以通過市售得到；或根據(jù)本領域的常規(guī)方法制備得到。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發(fā)明方法中。本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內容，對本領域的技術人員而言是顯而易見的。下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重量份，所有的百分比為重量百分比，所述的聚合物分子量為數(shù)均分子量。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學用語與本領域技術熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發(fā)明方法中。實施例1 5
合成氣粗產品自固定床氣化爐送出后經過如下工序實現(xiàn)對合成氣的初步凈化A、采用激冷洗滌使合成氣粗產品溫度降低，使合成氣粗產品中的夾帶固相分離和焦油組分冷凝；B、經激冷洗滌降溫后的合成氣粗產品采用非催化部分氧化技術，以純氧為氧化劑對合成氣粗產品中的甲烷、烯烷烴及其它有機物進行轉化，使轉化氣中高碳和低碳有機物的含量滿足后續(xù)合成生產的要求。C、轉化氣經廢熱鍋爐進行熱量回收后經變換工段調節(jié)合成氣中一氧化碳和氫氣的比例；D、變換氣經過脫硫脫碳工序脫除合成氣中的硫化氫和多余的二氧化碳氣體；E、經凈化的合成氣經過壓縮工段提高合成氣壓力；F、高壓合成氣進入合成工段進行反應生產。本工藝通過建立中試方法對工藝數(shù)據(jù)進行試驗和驗證。本方法可實現(xiàn)下述各工況的合成氣產出
權利要求
1.一種固定床加壓氣化制合成氣裝置，其特征在于，所述裝置包括-以生物質和任選的煤物質混合為原料提供合成氣粗產品的固定床加壓氣化單元；-冷凝分離單元；所述冷凝分離單元包括-去除合成氣粗產品中固相夾帶并對合成氣粗產品中焦油組分進行冷凝分離的激冷洗滌單元；-使得合成氣粗產品進行裂解、加氫和轉化，使其主要成分轉化為一氧化碳和氫氣的非催化部分氧化單元，以及-對轉化后的合成氣進行處理的后處理單元。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述固定床加壓氣化單元為固定床加壓氣化爐。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激冷洗滌單元包括激冷洗滌塔、氣液分離器、洗滌水循環(huán)泵、和焦油輸送泵。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括高溫旋風分離器單元。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述高溫旋風分離器單元包括高溫旋風分離器以及對分離物進行處理的高溫固相儲存、冷卻和卸料系統(tǒng)。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述后處理單元不含二次除塵裝置。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述后處理單元包括后續(xù)變換單元、和脫硫脫碳單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固定床加壓氣化制合成氣裝置，所述裝置包括以生物質和任選的煤物質混合為原料提供合成氣粗產品的固定床加壓氣化單元；冷凝分離單元；所述冷凝分離單元包括去除合成氣粗產品中固相夾帶并對合成氣粗產品中焦油組分進行冷凝分離的激冷洗滌單元；使得合成氣粗產品進行裂解、加氫和轉化，使其主要成分轉化為一氧化碳和氫氣的非催化部分氧化單元，以及對轉化后的合成氣進行處理的后處理單元。
文檔編號C10J3/72GK102443440SQ20101050760
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者亢萬忠, 馮亮杰, 郭文元, 陳央, 陳明, 高步新 申請人:中國石化集團寧波工程有限公司, 中國石化集團寧波技術研究院, 中國石油化工股份有限公司