一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置。液氧儲存裝置的出口連接低溫換熱裝置后連接高溫換熱裝置，在高溫換熱裝置中與地下氣化爐產(chǎn)生的荒煤氣進行換熱，然后經(jīng)空氧混合裝置連入地下氣化爐的氣化劑入口；將地下氣化爐的荒煤氣出口連接高溫換熱裝置后連入發(fā)電系統(tǒng)。本實用新型可以有效提高氣化爐反應氣體的溫度，保持燃空區(qū)高溫，提高燃燒效率，從而有效提高系統(tǒng)能效。本實用新型不僅使液氧氣化為氧氣滿足氣化爐的富氧氣化需要，同時在此過程中回收了液氧中的高品位冷能。
【專利說明】一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及地下煤氣化【技術領域】，尤其涉及一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置。
【背景技術】
[0002]煤炭地下氣化過程會產(chǎn)生大量熱量，氣化爐出氣孔輸出的荒煤氣溫度一般在80?300°C，匯集到井口主管網(wǎng)溫度一般在120?200°C，而通常用于煤氣發(fā)電機所需的煤氣溫度應小于30°C，因此煤氣在輸送及初凈化過程中需釋放大量的熱降溫以滿足發(fā)電要求，該過程大量余熱被浪費掉。與此同時，地下氣化爐運行過程中需要源源不斷地向進氣孔輸入氣化劑富氧。目前富氧的供應主要采用外購液氧儲存于液氧儲罐，通過空溫式氣化器將液氧氣化為常溫氧氣，經(jīng)空氧混合器混合后達到所需濃度后注入地下氣化爐。上述過程中，液氧的高品位冷能直接與空氣換熱，冷能被白白浪費；此外外購液氧用量很大、成本很高，其供應受氣體處理廠的限制，影響氣化爐的連續(xù)性生產(chǎn)。
[0003]目前，在煤炭氣化領域，高溫煤氣的余熱利用，一般采用換熱器，通過循環(huán)水作為換熱介質，將高溫煤氣的溫度逐漸降至所需溫度，然后通過涼水塔降低循環(huán)水溫度。外購液氧從液氧儲罐中進入空溫式氣化器后加熱為常溫氧氣，在空氧混合器中與空氣混合后達到所需比例，輸入地下氣化爐參加反應。這種方式不但造成大量熱能的浪費，還需要投入電能使設備運轉。液氧的高品位冷能直接與空氣換熱，冷能被白白浪費。此外外購液氧用量很大、成本很高，其供應受氣體處理廠的限制，影響氣化爐的連續(xù)性生產(chǎn)。
[0004]目前空分廠在氧氣和氮氣充瓶過程中，液氧和液氮在氣化中的冷能通過一個換熱器可將空分的原料空氣預冷，從而實現(xiàn)充瓶過程中冷能的回收，可有效降低空分廠制取液氧、液氮的能耗。此種工藝雖然可回收充瓶過程中的部分冷能，但只能將空氣預冷，并不能實現(xiàn)空氣的液化，其制取液氧及液氮等空分產(chǎn)品還是依賴于傳統(tǒng)的空分工藝。同時充瓶時的氣量往往很難穩(wěn)定，波動比較大，對于其冷能的回收及空分系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性都產(chǎn)生一定影響。因此并不適用于地下氣化的工藝條件。
[0005]CN 101571340A公開了一種利用液化天然氣冷能的空分系統(tǒng)。該發(fā)明采用三段低溫進氣的循環(huán)氮壓機，采用乙二醇冷卻系統(tǒng)，但液氧產(chǎn)品的獲得主要是依靠低壓氧氣與LNG-氮換熱器中的高壓過冷液氮節(jié)流至低壓與其換熱，且循環(huán)高壓液氮的過冷的冷源之一為節(jié)流的低壓液氮，即循環(huán)低溫氮氣壓縮機中一段入口流量較大，導致低溫氮氣壓縮機軸功率較高。
實用新型內容
[0006]為解決煤炭地下氣化過程中煤氣余熱及液氧冷能利用方面存在的問題，本實用新型提供了 一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置。本實用新型空分制取液氧循環(huán)利用，有效回收液氧冷能及煤氣余熱，提高系統(tǒng)能效，達到能源綜合利用的目的。
[0007]傳統(tǒng)的空分廠制取氧氣或氮氣過程中，需要對液氧或液氮進行脫硫脫碳等凈化過濾過程，而本工藝應用在煤炭地下氣化領域，富氧氣化中對氧氣的濃度要求為50?60%，其它組分為氮氣，對氧氣的純度要求不高，因此本工藝不必對空氣進行凈化及過濾處理，即可滿足富氧氣化需要。該方案大大簡化工藝流程，減少投資，效益更加明顯。
[0008]為達此目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0009]一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置，液氧儲存裝置的出口連接低溫換熱裝置后連接高溫換熱裝置，在高溫換熱裝置中與地下氣化爐產(chǎn)生的荒煤氣進行換熱，然后經(jīng)空氧混合裝置連入地下氣化爐的氣化劑入口 ；將地下氣化爐的荒煤氣出口連接高溫換熱裝置后連入發(fā)電系統(tǒng)。
[0010]在液氧儲存裝置中所儲存的液氧輸送至低溫換熱裝置，在低溫換熱裝置中與常溫空氣換熱后溫度升高，然后進入高溫換熱裝置與地下氣化爐產(chǎn)生的荒煤氣換熱溫度繼續(xù)升高，進入空氧混合裝置與空氣進行混合，達到所需氧氣濃度后注入地下氣化爐。
[0011]地下氣化爐產(chǎn)生的荒煤氣首先進入高溫換熱裝置與來自低溫換熱裝置的氧氣換熱，荒煤氣溫度下降，然后經(jīng)過一系列凈化處理后進入發(fā)電系統(tǒng)。
[0012]以下作為本實用新型優(yōu)選的技術方案，但不作為本實用新型提供的技術方案的限制，通過以下技術方案，可以更好的達到和實現(xiàn)本實用新型的技術目的和有益效果。
[0013]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述低溫換熱裝置設有空氣入口和空氣出口，使來自液氧儲存裝置的液氧與空氣進行換熱。
[0014]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述低溫換熱裝置的空氣入口連接有空氣壓縮機。來自大氣中的空氣首先通過空氣壓縮機加壓升溫后再進入低溫換熱裝置。
[0015]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述低溫換熱裝置的空氣出口經(jīng)膨脹機連入空分塔；所述空分塔頂部連接低溫換熱裝置后排空，其底部連接液氧儲存裝置。進入空分塔后，氣態(tài)部分主要為低溫氮氣，低溫氮氣從空分塔頂部流出，進入低溫換熱裝置對高溫空氣進行預冷，將氮氣升溫后排空?？辗炙幸簯B(tài)氧從塔底部通過回流液氧泵將液氧輸送至液氧儲存裝置入口，實現(xiàn)冷能制液氧循環(huán)利用。
[0016]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述膨脹機還連接發(fā)電機。本實用新型使用膨脹技術，不僅獲得液氧，同時利用膨脹機發(fā)電，回收一部分壓力能，產(chǎn)生的電能可供生產(chǎn)及日常照明使用，提高系統(tǒng)能效。
[0017]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述膨脹機連接空分塔的旁路上設有制冷機。經(jīng)膨脹機后，達到氧氣的沸點使氧氣不斷液化，如果溫度不夠可開啟制冷機進行二次降溫，從而使空氣中的氧氣完全液化。
[0018]優(yōu)選地，在本實用新型提供的技術方案的基礎上，所述空氣壓縮機出口還連接空氧混合裝置。經(jīng)空氣壓縮機加壓升溫后的空氣一部分進入空氧混合裝置與氧氣混合后進入地下氣化爐。
[0019]與已有技術方案相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0020]本實用新型提供的技術方案中，地下氣化粗煤氣通過高溫換熱器，將粗煤氣降溫，不僅得到低溫的煤氣，同時回收粗煤氣中的大量余熱用來給氣化爐入口的氧氣加熱。煤炭地下氣化過程中的富氧氣化工藝需要連續(xù)不間斷的大量使用氧氣，通過低溫換熱器回收冷能，同時加熱氣化氧氣。本實用新型可以有效提高氣化爐反應氣體的溫度，保持燃空區(qū)高溫，提高燃燒效率，從而有效提高系統(tǒng)能效。本實用新型不僅使液氧氣化為氧氣滿足氣化爐的富氧氣化需要，同時在此過程中回收了液氧中的高品位冷能。
[0021]此外，本實用新型提供的優(yōu)選的技術方案中，利用回收的冷能將空氣中的氧氣液化分離，循環(huán)利用，通過膨脹機，降溫降壓獲得空分產(chǎn)品液氧。通過計算，每消耗一噸液氧，其冷能回收后可制取0.4?0.5噸的液氧。本工藝有效的節(jié)省了液氧的消耗量，大大節(jié)省了富氧氣化的成本。
[0022]本工藝使用膨脹技術，不僅獲得液氧，同時利用膨脹機發(fā)電，回收一部分壓力能，產(chǎn)生的電能可供生產(chǎn)及日常照明使用，提高效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1本實用新型所述的綜合利用工藝流程圖。
[0024]圖中:1_地下氣化爐；2_空氧混合裝置；3_高溫換熱裝置；4_空氣壓縮機；5-低溫換熱裝置；6_空分塔；7_制冷機；8_膨脹機；9_發(fā)電機；10_液氧泵；11_回流液氧泵；12-液氧儲存裝置。
[0025]下面對本實用新型進一步詳細說明。但下述的實例僅僅是本實用新型的簡易例子，并不代表或限制本實用新型的權利保護范圍，本實用新型的保護范圍以權利要求書為準。
【具體實施方式】
[0026]為更好地說明本實用新型，便于理解本實用新型的技術方案，本實用新型的典型但非限制性的實施例如下:
[0027]如圖1所示，一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置，液氧儲存裝置12的出口連接低溫換熱裝置5后連接高溫換熱裝置3，在高溫換熱裝置3中與地下氣化爐I產(chǎn)生的荒煤氣進行換熱，然后經(jīng)空氧混合裝置2連入地下氣化爐I的氣化劑入口 ；將地下氣化爐I的荒煤氣出口連接高溫換熱裝置3后連入發(fā)電系統(tǒng)。
[0028]所述低溫換熱裝置5設有空氣入口和空氣出口，使來自液氧儲存裝置12的液氧與空氣進行換熱。
[0029]所述低溫換熱裝置5的空氣入口連接有空氣壓縮機4。
[0030]所述空氣壓縮機4出口還連接空氧混合裝置2。
[0031]所述低溫換熱裝置5的空氣出口經(jīng)膨脹機8連入空分塔6 ;所述空分塔6頂部連接低溫換熱裝置5后排空，其底部連接液氧儲存裝置12。
[0032]所述膨脹機8還連接發(fā)電機9。
[0033]所述膨脹機8連接空分塔6的旁路上設有制冷機7。
[0034]液氧儲存裝置12所儲存的液氧溫度約為-180?_185°C，由回流液氧泵11輸送至低溫換熱裝置5，在低溫換熱裝置5中與常溫空氣換熱后溫度升高至-10?10°C，然后進入高溫換熱裝置3與地下氣化爐I產(chǎn)生的荒煤氣換熱溫度升高至80?160°C后，進入空氧混合裝置2與空氣進行混合，達到所需氧氣濃度后注入地下氣化爐。
[0035]地下氣化爐I產(chǎn)生的荒煤氣溫度在120?200°C，這些荒煤氣首先進入高溫換熱裝置3與來自低溫換熱裝置5的-10?10°C氧氣換熱，荒煤氣溫度降為30°C左右，然后經(jīng)過一系列凈化處理后進入發(fā)電系統(tǒng)。
[0036]來自大氣中的空氣首先通過空氣壓縮機4加壓至4MPa左右，溫度升至50?80°C。其中一部分進入空氧混合裝置2與氧氣混合后進入地下氣化爐1，另一部分進入低溫換熱裝置5與低溫液氧換熱，將高溫空氣降溫至-150?-170 V，然后進入膨脹機8，壓力降至0.3?0.5MPa，同時溫度降為-170?_181°C后進入空分塔6。此時達到氧氣的沸點使氧氣不斷液化，如果溫度不夠可開啟制冷機7進行二次降溫，從而使空氣中的氧氣完全液化。進入空分塔6后，氣態(tài)部分主要為低溫氮氣，低溫氮氣從空分塔頂部流出，進入低溫換熱裝置5對高溫空氣進行預冷，將-150?_170°C的氮氣升溫至O?-10°C后排空。空分塔6中液態(tài)氧從塔底部通過回流液氧泵11將液氧輸送至液氧儲存裝置12入口，實現(xiàn)冷能制液氧循環(huán)利用。
[0037] 申請人:聲明，本實用新型通過上述實施例來說明本實用新型的詳細結構特征以及操作方法，但本實用新型并不局限于上述詳細結構特征以及操作方法，即不意味著本實用新型必須依賴上述詳細結構特征以及操作方法才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本實用新型的任何改進，對本實用新型所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本實用新型的保護范圍和公開范圍之內。
【權利要求】
1.一種地下氣化煤氣余熱及液氧冷能綜合利用工藝裝置，其特征在于，液氧儲存裝置(12 )的出口連接低溫換熱裝置(5 )后連接高溫換熱裝置(3 )，在高溫換熱裝置(3 )中與地下氣化爐(I)產(chǎn)生的荒煤氣進行換熱，然后經(jīng)空氧混合裝置(2)連入地下氣化爐(I)的氣化劑入口 ；將地下氣化爐(I)的荒煤氣出口連接高溫換熱裝置(3)后連入發(fā)電系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的工藝裝置，其特征在于，所述低溫換熱裝置(5)設有空氣入口和空氣出口，使來自液氧儲存裝置(12)的液氧與空氣進行換熱。
3.如權利要求2所述的工藝裝置，其特征在于，所述低溫換熱裝置(5)的空氣入口連接有空氣壓縮機(4)。
4.如權利要求3所述的工藝裝置，其特征在于，所述低溫換熱裝置(5)的空氣出口經(jīng)膨脹機(8)連入空分塔(6);所述空分塔(6)頂部連接低溫換熱裝置(5)后排空，其底部連接液氧儲存裝置(12)。
5.如權利要求4所述的工藝裝置，其特征在于，所述膨脹機(8)還連接發(fā)電機(9)。
6.如權利要求4或5所述的工藝裝置，其特征在于，所述膨脹機(8)連接空分塔(6)的旁路上設有制冷機(7)。
7.如權利要求4所述的工藝裝置，其特征在于，所述空氣壓縮機(4)出口還連接空氧混合裝置(2)。
【文檔編號】F25J3/04GK203478836SQ201320504599
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權日:2013年8月16日
【發(fā)明者】段占庭, 付偉賢, 甘中學, 劉洪濤, 任正午 申請人:新奧氣化采煤有限公司