CN206668243U - 用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，包括如下组件：（1）若干具有移动性的模块化单元容器；（2）粗合成气分离模块；（3）粗合成气冷却模块；（4）粗合成气洗涤模块；（5）气‑液分离模块；（6）监控和安全仪表模块；（7）合成气采样模块；（8）火炬/焚烧炉/排气口模块；（9）干合成气集合管模块；（2）‑（9）的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有（2）‑（7）组件的各模块化单元容器的管线对接连通，然后再通过地面管线分别于安置有（8）和（9）组件的模块化单元容器的管线对接连通。本实用新型有利于改进现有煤炭地下气化技术，提高低生产率，降低成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，属于煤炭地下气化工艺设备技术领域。
背景技术
煤炭地下气化(ISC)是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。
一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。
当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化(ISC)单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。
通过煤炭地下气化生成的产品气(粗合成气)通常含有合成气(CO，CO2，H2，CH4及其他气体的混合物)以及其他成分(固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H2S，NH4，COS等)。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂(空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物)、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。
根据已有专利文献，目前现有煤炭地下气化技术面临的具体问题包括：
ISC项目通常位于偏远地区，ISC井场工艺设备和支持服务设备通常需要在现场组装和实施。这需要将各种技术团队及其设备运送到这些偏远的 地点以执行该任务。因此，这较大提高了整个项目的建造费用，尤其是在这些偏远地区出现不可预见的气候条件时(雨，雪，高温等)，会进一步增加项目的建造费用。另外，项目实施过程中涉及到许多不同类型的部件和工具，非常容易造成建设和总体项目进程的延迟。
ISC项目通常周期为20年至30年，目前没有为后续每2至7年更换并重复使用井口设备和地面设备而做出的任何考虑和规定。
ISC井对会随着项目现场开发进度而逐渐远离已建好的工艺设备和支持服务设备。根据现场的地形地貌如丘陵和山谷，将需要增加附加的泵和工艺系统来输送工艺原料和产物从/到其地面工艺设施。
对于在工业化规模项目实施之前所需的试验/示范装置，需要根据现场具体条件进行设计和建造工艺设备及支持服务设备，这样将严重推迟后续工业化项目的实施和推广进程。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，基于ISC产品井，所述模块化化合成气处理系统包括如下组件：
(1)若干具有移动性的模块化单元容器；
(2)粗合成气分离模块，包含至少一个气固液三相分离罐，用于收集煤颗粒、灰分和重质焦油沉积物；
(3)粗合成气冷却模块，包含至少一个热交换器，用于降低粗合成气温度以去除在接近周围环境温度下的液体；
(4)粗合成气洗涤模块，包含至少一个文丘里洗涤器或洗涤塔，用于洗涤去除粗合成气中的气相杂质；
(5)气-液分离模块，包含至少一个气液两相分离罐，用于分离干合成气与工艺水和液体焦油；
(6)监控和安全仪表模块，用于控制干合成气流量并将干合成气引导到干合成气集合管管或火炬/焚烧炉/排气口；
(7)合成气采样模块，用于手动和/或在线分析合成气；
(8)火炬/焚烧炉/排气口模块，用于在调试、启动阶段或下游工艺中断时作为合成气的排放口；
(9)干合成气集合管模块，包含多个并网管头和压力平衡设备，用于收集干合成气；
(2)-(9)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(2)-(7)组件的各模块化单元容器的管线对接连通，然后再通过地面管线分别与安置有(8)和(9)组件的模块化单元容器的管线对接连通。
优选的，所述模块化化合成气处理系统还包括
(10)液体沉淀模块，包含至少一个沉淀池或沉降罐，用于对废液进行初步分离并输送到工艺水和煤焦油分离设备进行分离；
(11)工艺水和煤焦油分离模块，包含至少一个分离设备，如聚结介质分离器，垂直重力分离器或离心分离器，用于分离工艺水和煤焦油；
(12)工艺水储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存工艺水做进一步处理；
(13)煤焦油储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存煤焦油副产品；
(14)工艺水处理模块，包括过滤、活性炭吸收、反渗透和生物法处理设备；
(15)处理水储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存处理水作为循环冷却剂；
(16)工艺废液储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存残余废液流，沉积物和污泥等进行最终处理；
(17)液相产品输送模块，包含监控和安全仪表及水泵；
(10)-(17)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(5)、(10)、(11)、(17)、(12)、(14)、(15)组件的模块化单元容器的管线依次对接连通，安置有(13)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(17)组件的模块化单元容器的管线对接连通，安置有(16)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(14)组件的模块化单元容器的管线对接连通。
优选的，所述模块化单元容器采用具有标准高度的3m/20ft或6m/40ft集装箱。
本实用新型的有益效果：本实用新型的模块化合成气处理系统有利于改进现有煤炭地下气化技术。在项目达到满负荷运营时，将大大提高项目执行进度，质量控制和成本控制；此外，当在偏远地区建造ISC设备时，模块化合成气处理系统将提高低生产率，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本实用新型的示意图。
图中：1、产品井；2、粗合成气分离模块 3、粗合成气冷却模块；4、粗合成气洗涤模块；5、气-液分离模块；6、监控和安全仪表模块；7、合成气采样模块；8、火炬/焚烧炉/排气口模块；9、干合成气集合管模块；10、液体沉淀模块；11、工艺水和煤焦油分离模块；12、工艺水储存模块；13、煤焦油储存模块；14、工艺水处理模块；15、处理水储存模块；16、工艺废液储存模块；17、液相产品输送模块。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
本实用新型的模块化系统具体描述包括可在不同供应商处购买的标准部件，以及特定设计和制造的部件。本实用新型的创新之处，利用单个部件和特制部件设计组合为可移动，模块化、集装箱化的设备系统单元，最终实现ISC合成气处理系统的模块化。
如图1所示，用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，基于ISC产品井1，所述模块化化合成气处理系统包括如下组件：
(1)若干具有移动性的模块化单元容器；
(2)粗合成气分离模块2，包含至少一个气固液三相分离罐，用于收 集煤颗粒、灰分和重质焦油沉积物；
(3)粗合成气冷却模块3，包含至少一个热交换器，用于降低粗合成气温度以去除在接近周围环境温度下的液体；
(4)粗合成气洗涤模块4，包含至少一个文丘里洗涤器或洗涤塔，用于洗涤去除粗合成气中的气相杂质；
(5)气-液分离模块5，包含至少一个气液两相分离罐，用于分离干合成气与工艺水和液体焦油；
(6)监控和安全仪表模块6，用于控制干合成气流量并将干合成气引导到干合成气集合管模块或火炬/焚烧炉/排气口；
(7)合成气采样模块7，用于手动和/或在线分析合成气；
(8)火炬/焚烧炉/排气口模块8，用于在调试、启动阶段或下游工艺中断时作为合成气的排放口；
(9)干合成气集合管模块9，包含多个并网管头和压力平衡设备，用于收集干合成气；
(2)-(9)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(2)-(7)组件的各模块化单元容器的管线对接连通，然后再通过地面管线和管架分别于安置有(8)和(9)组件的模块化单元容器的管线对接连通。
如图1所示，来自产品井1的高温粗合成气中包含部分杂质、饱和气相流(水和烃蒸汽)、夹带的液体(焦油和沥青)和固体杂质(煤颗粒，灰分，砂和岩石颗粒)。粗合成气经过粗合成气分离模块2，其包含至少一个气固液三相分离罐，也称为废料捕集罐，以除去合成气中的固体杂质和夹带的液体杂质，分离出的杂质直接输送至液体沉淀模块10进行分离，然后将其送去进一步处理。分离后的粗合成气从粗合成气分离模块2顶部输出，流向粗合成气冷却模块3，以去除在接近周围环境温度下的液体杂质。冷却模块需根据最适合于项目现场的气候条件和要求选择不同的冷却技术。其中，间接冷却方法如热交换器(风扇，壳管式热交换器等)或热回收交换器可用于冷却粗合成气；直接冷却方法，如直接在粗合成气流中注入冷却剂(骤冷水，骤冷烃，骤冷气)，可有效减小设备占地面积。之后，粗合成气流入粗合成气洗涤模块4，典型设备是文丘里洗涤器或洗涤塔，以有 效去除粗合成气内的气相杂质。洗涤后的合成气进入气-液分离模块5，包括至少一个气液两相分离罐，去除合成气流中残余的液体杂质。
干合成气流向监控和安全仪表模块6，用于监测合成气的重要工艺参数，例如气体温度，压力，流速和气体组成等。然后将这些参数用于该模块的控制和安全系统，以实现对工艺的自动化控制。连接到该模块的是合成气采样模块7(如拉曼激光分析仪，气相色谱仪，氧气分析仪等)，用于用于手动和/或在线分析合成气质量，并且通过控制系统，将合成气引导到火炬/焚烧炉/排气口模块8(气体含量超出规范，或氧气含量高于爆炸下限(LEL)的情况)或引导到干合成气集合管模块9。干合成气集合管模块9包含多个并网管头和压力平衡设备，用于平衡来自不同气化炉的合成气压力实施并网流入集合管。
上述技术方案是本实施新型的各种实现方案中的一种，在此基础上，可以根据工程条件做出更具体的设计，获得不同的实施方式，如为了进一步处理(5)组件分离得到废液，所述模块化化合成气处理系统还包括
(10)液体沉淀模块10，包含至少一个沉淀池或沉降罐，用于对废液进行初步分离并输送到工艺水和煤焦油分离设备进行分离；
(11)工艺水和煤焦油分离模块11，包含至少一个分离设备，如聚结介质分离器、垂直重力分离器或离心分离器，用于分离工艺水和煤焦油；
(12)工艺水储存模块12，包含至少一个储存罐，用于储存工艺水做进一步处理；
(13)煤焦油储存模块13，包含至少一个储存罐，用于储存煤焦油副产品；
(14)工艺水处理模块14，包括过滤、活性炭吸收、反渗透和生物法处理设备；
(15)处理水储存模块15，包含至少一个储存罐，用于储存处理水作为循环冷却剂；
(16)工艺废液储存模块16，包含至少一个储存罐，用于储存残余废液流，沉积物和污泥等进行最终处理；
(17)液相产品输送模块17，包含监控和安全仪表及水泵；
(10)-(17)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(5)、(10)、(11)、(17)、(12)、(14)、(15)组件的模块化单元容器的管线依次对接连通，安置有(13)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(17)组件的模块化单元容器的管线对接连通，安置有(16)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(14)组件的模块化单元容器的管线对接连通。
如图1所示，所有回收液体流同一输送至液体沉淀模块10，包含至少一个沉淀池或沉降罐，将收集的液体冷却至更接近环境温度，并允许油-水乳液开始分离。油-水乳液流入工艺水和煤焦油分离模块11进行分离处理，需根据工艺水和煤焦油的组成选址分离技术和设备，如聚结介质分离器，垂直重力分离器，离心分离器等。分离后的工艺水和煤焦油通过液相产品输送模块17中的水泵，分别输送至工艺水储存模块12和煤焦油储存模块13。同时，通过液相产品输送模块17中的监控和安全系统控制各种液体处理模块之间的泵速率，控制液位高度、温度等，控制和提高产品分离效率。工艺水从工艺水储存模块12输送至工艺水处理模块14，其中工艺水处理过程包括：过滤，活性炭吸收，反渗透和生物法处理。经处理的工艺水被输送至处理水储存模块15备用，该处理水可作为冷却剂循环注入ISC井对。残余废液流，沉积物和污泥等输送至工艺废液储存和处理模块16，进行最终处理，如蒸发、抽提(盐，酚等)、焚烧或垃圾填埋。
具体到本实施例中，所述模块化单元容器采用具有标准高度的3m/20ft或6m/40ft集装箱，采用高度移动性的ISO集装箱便于运输，同时，可根据现场气候和环境条件的要求，预先给各部件的管线安装保温隔热材料或给相应的模块化单元容器安装保温设备等。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员，本实用新型可以有各种变化和更改。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，基于ISC产品井，其特征在于，所述模块化合成气处理系统包括如下组件：
(1)若干具有移动性的模块化单元容器；
(2)粗合成气分离模块，包含至少一个气固液三相分离罐，用于收集煤颗粒、灰分和重质焦油沉积物；
(3)粗合成气冷却模块，包含至少一个热交换器，用于降低粗合成气温度以去除在接近周围环境温度下的液体；
(4)粗合成气洗涤模块，包含至少一个文丘里洗涤器或洗涤塔，用于洗涤去除粗合成气中的气相杂质；
(5)气-液分离模块，包含至少一个气液两相分离罐，用于分离干合成气与工艺水和液体焦油；
(6)监控和安全仪表模块，用于控制干合成气流量并将干合成气引导到干合成气集合管模块或火炬/焚烧炉/排气口模块；
(7)合成气采样模块，用于手动和/或在线分析合成气；
(8)火炬/焚烧炉/排气口模块，用于在调试、启动阶段或下游工艺中断时作为合成气的排放口；
(9)干合成气集合管模块，包含多个并网管头和压力平衡设备，用于收集干合成气；
(2)-(9)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(2)-(7)组件的各模块化单元容器的管线依次对接连通并连接在ISC产品井的下游，实现粗合成气的冷却、洗涤和分离，然后再通过地面管线分别于安置有(8)和(9)组件的模块化单元容器的管线对接连通，实现下游工艺要求的合成气排放或并网。
2.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，其特征在于，所述模块化合成气处理系统还包括
(10)液体沉淀模块，包含至少一个沉淀池或沉降罐，用于对废液进行初步分离并输送到工艺水和煤焦油分离设备进行分离；
(11)工艺水和煤焦油分离模块，包含至少一个分离设备，用于分离工艺水和煤焦油；
(12)工艺水储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存工艺水做进 一步处理；
(13)煤焦油储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存煤焦油副产品；
(14)工艺水处理模块，包括过滤、活性炭吸收、反渗透和生物法处理设备；
(15)处理水储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存处理水作为循环冷却剂；
(16)工艺废液储存模块，包含至少一个储存罐，用于储存残余废液流、沉积物和污泥并进行最终处理；
(17)液相产品输送模块，包含监控和安全仪表及水泵；
(10)-(17)的各组件分别单独安置于模块化单元容器内并单独调试，安装现场将安置有(5)、(10)、(11)、(17)、(12)、(14)、(15)组件的模块化单元容器的管线依次对接连通，安置有(13)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(17)组件的模块化单元容器的管线对接连通，安置有(16)组件的模块化单元容器的管线再与安置有(14)组件的模块化单元容器的管线对接连通。
3.根据权利要求1所述用于煤炭地下气化工艺的模块化合成气处理系统，其特征在于，所述模块化单元容器采用具有标准高度的3m/20ft或6m/40ft集装箱。
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| CN112957864A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-15 | 华能（天津）煤气化发电有限公司 | 一种避免滤棒断裂飞灰进入火炬的飞灰过滤系统 |
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| CN112957864B (zh) * | 2021-02-04 | 2022-03-25 | 华能（天津）煤气化发电有限公司 | 一种避免滤棒断裂飞灰进入火炬的飞灰过滤系统 |
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