全文摘要
本实用新型公开了一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置。从焦炉出来的高温荒煤气直接进入非催化重整炉，首先与氧气进行反应将温度提高到1300～1500℃，然后与水蒸汽发生重整反应生成以H2、CO为主的合成气，合成气经脱硫等净化处理后用于生产甲醇。本实用新型充分利用了荒煤气自身的显热及高温水蒸汽资源，实现了荒煤气中煤焦油、苯、萘等含碳有机物在高温下全部转化生产合成气，从而解决传统的化产工艺流程复杂并有大量难以处理的含酚氰废水等问题。另外，用非催化转化法将焦炉荒煤气做原料后，煤焦油、苯等化学产品中多余的碳就可以弥补净煤气中碳不足的问题，提高氢碳比，从而提高甲醇产量。
主设计要求
1.一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，其特征是，包括非催化重整炉(1)、换热装置(2)、除尘装置(3)、甲醇生产装置(5)；所述的非催化重整炉(1)顶部侧面与荒煤气集气管(16)相连，顶部与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，底部侧面与换热装置(2)的高温气体进口(18)相连；所述的换热装置(2)的低温气体出口(19)与除尘装置(3)顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置(3)顶部气体出口与甲醇生产装置(5)的进口管线(22)相连；所述的甲醇生产装置(5)的出口与甲醇产品管线(23)相连；所述的换热装置(2)包括换热过热器(12)、废热锅炉(13)换热预热器(14)组成，所述的换热过热器(12)通过过热蒸汽管线(4)、高温氧气管线(7)与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，通过饱和蒸汽管线(20)与所述的废热锅炉(13)相连，通过预热氧气管线(21)与所述的换热预热器(14)相连，所述的废热锅炉(13)通过预热锅炉给水管线(11)与所述的换热预热器(14)相连，所述的换热预热器(14)分别与锅炉给水管线(24)和氧气管线(25)相连，所述的过热蒸汽管线(4)经减压阀与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，经调节阀外送副产蒸汽管线(26)相连；所述的甲醇生产装置(5)包括冷却器(8)、风机(6)、净化装置(9)、压缩机(10)和甲醇合成装置(15)，所述的冷却器(8)气体进口与进口管线(22)相连，冷却器(8)气体出口与风机(6)的进口相连，所述的风机(6)的出口与净化装置(9)的气体进口相连，所述的净化装置(9)的气体出口与压缩机(10)的进口相连，所述的压缩机(10)出口与甲醇合成装置(15)的气体进口相连，所述的甲醇合成装置(15)的出口与甲醇产品管线(23)相连。
设计方案
1.一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，其特征是，包括非催化重整炉(1)、换热装置(2)、除尘装置(3)、甲醇生产装置(5)；所述的非催化重整炉(1)顶部侧面与荒煤气集气管(16)相连，顶部与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，底部侧面与换热装置(2)的高温气体进口(18)相连；所述的换热装置(2)的低温气体出口(19)与除尘装置(3)顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置(3)顶部气体出口与甲醇生产装置(5)的进口管线(22)相连；所述的甲醇生产装置(5)的出口与甲醇产品管线(23)相连；
所述的换热装置(2)包括换热过热器(12)、废热锅炉(13)换热预热器(14)组成，所述的换热过热器(12)通过过热蒸汽管线(4)、高温氧气管线(7)与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，通过饱和蒸汽管线(20)与所述的废热锅炉(13)相连，通过预热氧气管线(21)与所述的换热预热器(14)相连，所述的废热锅炉(13)通过预热锅炉给水管线(11)与所述的换热预热器(14)相连，所述的换热预热器(14)分别与锅炉给水管线(24)和氧气管线(25)相连，所述的过热蒸汽管线(4)经减压阀与高温蒸汽和氧气混合气管线(17)相连，经调节阀外送副产蒸汽管线(26)相连；
所述的甲醇生产装置(5)包括冷却器(8)、风机(6)、净化装置(9)、压缩机(10)和甲醇合成装置(15)，所述的冷却器(8)气体进口与进口管线(22)相连，冷却器(8)气体出口与风机(6)的进口相连，所述的风机(6)的出口与净化装置(9)的气体进口相连，所述的净化装置(9)的气体出口与压缩机(10)的进口相连，所述的压缩机(10)出口与甲醇合成装置(15)的气体进口相连，所述的甲醇合成装置(15)的出口与甲醇产品管线(23)相连。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，其特征在于，所述的非催化重整炉(1)内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
3.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，其特征在于，所述的甲醇生产装置(5)中的风机(6)为罗茨风机。
4.根据权利要求1所述的一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，其特征在于，所述的净化装置(9)为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
设计说明书
技术领域
本发明属于能源化工领域，尤其是一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置及方法。
背景技术
我国是世界上最大的焦炭生产和出口国，焦化工业副产的焦炉煤气已经成为一种大吨位能源和化工资源。如何对焦炉荒煤气进行高值化综合利用已经成为炼焦企业生存与发展的关键问题。目前，焦炉煤气制合成气进而生产甲醇已经成为我国的焦炉煤气综合利用的方式之一。以焦炉煤气为原料生产合成气的重整反应一般有两种途径。一是水蒸汽重整，二是二氧化碳重整，但这两种工艺路线都需要将焦炉荒煤气净化，即荒煤气先初冷后再经过电捕焦油、除氨、脱萘、洗苯、脱硫等工序。净化后煤气中硫化物、卤化物、焦油等降至很低的水平。以防止催化剂发生析碳，硫、卤素中毒。焦炉荒煤气净化和化学产品回收过程是焦化厂最重要的污染物排放源，特别是产生的含酚氰废水，成分复杂，是最难处理的一类工业废水。总之，上述两种工艺都存在工艺流程长，设备投资大，环境污染大、能量利用效率低的缺点。
常规焦炉煤气制合成气前期净化工艺流程长，且焦炉荒煤气的高温显热以及其中的蒸汽潜热均未被有效利用，造成能量的巨大浪费。将焦炉荒煤气利用非催化转化法制取合成气，可以充分利用其高温及水蒸汽资源。直接将荒煤气中的煤焦油、苯、萘等含碳有机物全部转化生产合成气等有用成分。避免了常规制备合成气存在的工艺流程长、污染严重及催化转化过程中催化剂的积炭中毒等问题。另外，用非催化转化法将焦炉荒煤气做原料后，煤焦油、苯等化学产品中多余的碳就可以弥补净煤气中碳不足的问题，提高氢碳比，从而提高甲醇产量。
发明内容
一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，包括非催化重整炉、换热装置、除尘装置、甲醇生产装置；所述的非催化重整炉顶部侧面与荒煤气集气管相连，顶部与高温蒸汽和氧气混合气管线相连，底部侧面与换热装置的高温气体进口相连；所述的换热装置的低温气体出口与除尘装置顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置顶部气体出口与甲醇生产装置的进口管线相连；所述的甲醇生产装置的出口与甲醇产品管线相连；
所述的换热装置包括换热过热器、废热锅炉换热预热器组成，所述的换热过热器通过过热蒸汽管线、高温氧气管线与高温蒸汽和氧气混合气管线相连，通过饱和蒸汽管线与所述的废热锅炉相连，通过预热氧气管线与所述的换热预热器相连，所述的废热锅炉通过预热锅炉给水管线与所述的换热预热器相连，所述的换热预热器分别与锅炉给水管线和氧气管线相连，所述的过热蒸汽管线经减压阀与高温蒸汽和氧气混合气管线相连，经调节阀外送副产蒸汽管线相连；
所述的甲醇生产装置包括冷却器、风机、净化装置、压缩机和甲醇合成装置，所述的冷却器气体进口与进口管线相连，冷却器气体出口与风机的进口相连，所述的风机的出口与净化装置的气体进口相连，所述的净化装置的气体出口与压缩机的进口相连，所述的压缩机出口与甲醇合成装置的气体进口相连，所述的甲醇合成装置的出口与甲醇产品管线相连。
优选的，所述的非催化重整炉内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为 10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
优选的，所述的甲醇生产装置中的风机为罗茨风机。
优选的，所述的净化装置为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.采用焦炉荒煤气替代焦炉净煤气，直接将荒煤气中的煤焦油、苯、萘等含碳有机物全部转化生成合成气等有用成分，取消繁冗的焦炉煤气化产回收过程，从源头上避免焦化含酚氰废水的产生以及对环境的污染问题。
2.本发明充分利用了焦炉荒煤气高温和水蒸汽资源，并解决了现焦化工艺制备合成气存在的工艺流程长、污染严重及催化转化过程中催化剂的积炭中毒问题。
3.本发明具有工艺流程短、设备投资小、能量利用效率高、污染小、没有液体废物产生、不需要催化剂、常用操作条件温和等特点。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图中：1、非催化重整炉；2、换热装置；3、除尘装置；4、过热蒸汽管道； 5、甲醇生产装置；6、风机；7、高温氧气管道；8、冷却器；9-净化装置，10、压缩机；11、预热锅炉给水管道；12、换热过热器；13、废热锅炉；14、换热预热器；15、甲醇合成装置；16、荒煤气集气管道；17、高温蒸汽和氧气混合气管道；18、高温合成气管道；19、低温合成气管道；20、饱和蒸汽管道；21、预热氧气管道；22、甲醇生产装置5的进口管道；23、甲醇产品出口管道；24、锅炉给水管道；25、氧气管道；26、外送副产蒸汽管道。
具体实施方式
下面参照附图1对本发明的具体实施方式进行详细说明。
一种焦炉荒煤气直接水蒸汽重整生产甲醇的装置，包括非催化重整炉1、换热装置2、除尘装置3、甲醇生产装置5；所述的非催化重整炉1顶部侧面与荒煤气集气管16相连，顶部与高温蒸汽和氧气混合气管线17相连，底部侧面与换热装置2的高温气体进口18相连；所述的换热装置2的低温气体出口19 与除尘装置3顶部侧面切向进气口相连；所述的除尘装置3顶部气体出口与甲醇生产装置5的进口管线22相连；所述的甲醇生产装置5的出口与甲醇产品管线23相连；
所述的换热装置2包括换热过热器12、废热锅炉13换热预热器14组成，所述的换热过热器12通过过热蒸汽管线4、高温氧气管线7与高温蒸汽和氧气混合气管线17相连，通过饱和蒸汽管线20与所述的废热锅炉13相连，通过预热氧气管线21与所述的换热预热器14相连，所述的废热锅炉13通过预热锅炉给水管线11与所述的换热预热器14相连，所述的换热预热器14分别与锅炉给水管线24和氧气管线25相连，所述的过热蒸汽管线4经减压阀与高温蒸汽和氧气混合气管线17相连，经调节阀外送副产蒸汽管线26相连；
所述的甲醇生产装置5包括冷却器8、风机6、净化装置9、压缩机10和甲醇合成装置15，所述的冷却器8气体进口与进口管线22相连，冷却器8气体出口与风机6的进口相连，所述的风机6的出口与净化装置9的气体进口相连，所述的净化装置9的气体出口与压缩机10的进口相连，所述的压缩机10 出口与甲醇合成装置15的气体进口相连，所述的甲醇合成装置15的出口与甲醇产品管线23相连。
优选的，所述的非催化重整炉1内衬耐火砖，外壁为水夹套结构，高度为 10m～30m，高度与内径的比值为2.0～10.0:1.0。
优选的，所述的甲醇生产装置5中的风机6为罗茨风机。
优选的，所述的净化装置9为湿法脱硫装置或干法脱硫装置。
实施例1
来自焦炉的800℃荒煤气，干煤气流量为50000Nm3<\/sup>\/h，含有的水蒸汽流量为13t\/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为16m，内径为4m。氧气管线25输送压力为0.5MPa氧气，氧气流量为12000Nm3<\/sup>\/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至150℃，再经过预热氧气管线21进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至400℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的软水120t\/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，经过预热锅炉给水管线11进入废热锅炉13产生3MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线20进入换热过热器12 经过间接换热得到3MPa、400℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(4t\/h)和氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1300℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于 0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为1.5s。
经过换热装置2降温至200℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的200℃的合成气进入冷却器8，将温度降到30℃，得到低温合成气。自冷却器8出来的30℃低温合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入净化装置9，对气体中的含硫化合物进行湿法脱除净化，使其中的硫含量小于 1mg\/m 3<\/sup>，得到超净化气。自净化装置9出来的超净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa，然后进入甲醇合成装置15制备甲醇，经产品管线23外送至下一工序。
实施例2
来自焦炉的600℃荒煤气，干煤气流量为60000Nm3<\/sup>\/h，含有的水蒸汽流量为27t\/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为30m，内径为6m。氧气管线25输送压力为2MPa氧气，氧气流量为22000Nm3<\/sup>\/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至200℃，再经过预热氧气管线21进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至600℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的焦化含酚氰废水200t\/h 首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至200℃，经过预热锅炉给水管线 11进入废热锅炉13产生4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线20进入换热过热器12经过间接换热得到4MPa、600℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(6t\/h)和氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1500℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于 0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为3.8s。
经过换热装置2降温至250℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的250℃的合成气进入冷却器8，将温度降到50℃，得到低温合成气。自冷却器8出来的50℃低温合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入净化装置9，对气体中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于 1mg\/m 3<\/sup>，得到超净化气。自净化装置9出来的超净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa，然后进入甲醇合成装置15制备甲醇，经产品管线23外送至下一工序。
实施例3
来自焦炉的700℃荒煤气，干煤气流量为55000Nm3<\/sup>\/h，含有的水蒸汽流量为20t\/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为24m，内径为3.5m。氧气管线25输送压力为0.8MPa氧气，氧气流量为18500Nm3<\/sup>\/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，再经过预热氧气管线21进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至500℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的焦化含酚氰废水160t\/h 首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至170℃，经过预热锅炉给水管线11进入废热锅炉13产生3.5MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线20进入换热过热器12经过间接换热得到3.5MPa、500℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(5t\/h)和氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1400℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于 0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为1.3s。
经过换热装置2降温至220℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的220℃的合成气进入冷却器8，将温度降到40℃，得到低温合成气。自冷却器8出来的40℃低温合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入净化装置9，对气体中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于 1mg\/m 3<\/sup>，得到超净化气。自净化装置9出来的超净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa，然后进入甲醇合成装置15制备甲醇，经产品管线23外送至下一工序。
实施例4
来自焦炉的650℃荒煤气，干煤气流量为52000Nm3<\/sup>\/h，含有的水蒸汽流量为17t\/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为24m，内径为6.5m。氧气管线25输送压力为1MPa氧气，氧气流量为17000Nm3<\/sup>\/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至190℃，再经过预热氧气管线21进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至450℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的软水150t\/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，经过预热锅炉给水管线11进入废热锅炉13产生3.4MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线20进入换热过热器 12经过间接换热得到3.4MPa、500℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(4.5t\/h)和氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1350℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于 0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为5.0s。
经过换热装置2降温至210℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的210℃的合成气进入冷却器8，将温度降到37℃，得到低温合成气。自冷却器8出来的37℃低温合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入净化装置9，对气体中的含硫化合物进行湿法脱除净化，使其中的硫含量小于 1mg\/m 3<\/sup>，得到超净化气。自净化装置9出来的超净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa，然后进入甲醇合成装置15制备甲醇，经产品管线23外送至下一工序。
实施例5
来自焦炉的780℃荒煤气，干煤气流量为51000Nm3<\/sup>\/h，含有的水蒸汽流量为15t\/h，直接进入非催化重整炉1。非催化重整炉1高度为20m，内径为5m。氧气管线25输送压力为1.2MPa氧气，氧气流量为15000Nm3<\/sup>\/h，首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，再经过预热氧气管线21进入换热过热器12，通过间接换热继续升温至480℃，然后经减压阀后进入高温蒸汽和氧气混合气管线17。来自锅炉给水管线24的压力为4MPa的软水135t\/h首先进入换热预热器14，通过间接换热升温至180℃，经过预热锅炉给水管线11进入废热锅炉13产生3.6MPa的饱和水蒸汽，再经过饱和蒸汽管线20进入换热过热器 12经过间接换热得到3.6MPa、540℃的过热蒸汽，其中部分过热蒸汽经减压阀后进入高温蒸汽(4.5t\/h)和氧气混合气管线17作为非催化重整的原料，其余高压过热蒸汽经过外送副产蒸汽管线26外送至所需工序。
高温过热蒸汽与氧气在管线17混合后，直接进入非催化重整炉1与荒煤气重整制备1420℃的合成气，出口合成气中氧含量小于0.01％，焦油含量小于 0.01％。高温气体在非催化重整炉1中发生重整反应的停留时间为2.5s。
经过换热装置2降温至230℃的合成气，通过除尘装置3进行除尘，除尘后的230℃的合成气进入冷却器8，将温度降到42℃，得到低温合成气。自冷却器8出来的42℃低温合成气进入风机6对气体进行引风和输送，然后进入净化装置9，对气体中的含硫化合物进行干法脱除净化，使其中的硫含量小于 1mg\/m 3<\/sup>，得到超净化气。自净化装置9出来的超净化气进入压缩机10进行二次压缩，加压到5MPa，然后进入甲醇合成装置15制备甲醇，经产品管线23外送至下一工序。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920079373.0
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:13(河北)
授权编号:CN209636133U
授权时间:20191115
主分类号:C07C 29/152
专利分类号:C07C29/152;C07C31/04
范畴分类:23E;
申请人:河北科技大学;邢台旭阳科技有限公司
第一申请人:河北科技大学
申请人地址:050000 河北省石家庄市裕华区裕翔街26号
发明人:王建英;杨洪庆;赵风云;翟记川;胡永琪;崔咏梅;刘兴涛;陈磊
第一发明人:王建英
当前权利人:河北科技大学;邢台旭阳科技有限公司
代理人:李宏伟
代理机构:11531
代理机构编号:北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙) 11531
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计