CN102559266B - 固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法。本发明方法是以原料煤为气化原料，以纯氧和水蒸气为气化剂，在固定床煤气炉内连续气化生产水煤气。原料煤从煤气炉上部连续进入炉内，并依次经过炉内干燥区、干馏区处理，处理后与从炉底部通入的气化剂在煤气炉气化层进行氧化反应和分解反应，反应产生的水煤气经干馏区、干燥区处理后由上部出气口排出，产生的灰渣从炉下部出渣口排出；排出的水煤气依次经过旋风除尘器、换热器、废热锅炉和洗气塔处理后得到高质量水煤气。利用本发明可以连续气化生产水煤气，并且所得水煤气质量较高。利用本发明生产水煤气其生产效率较高、原料煤转化利用率较高，并且有利于环保，具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种水煤气的生产方法，特别是涉及一种以纯氧和水蒸气为气化剂，利用固定床煤气炉连续气化生产水煤气的方法，即一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法。
背景技术
水煤气的主要成份是一氧化碳和氢气。水煤气广泛适用于煤化工行业生产甲醇、乙二醇、丁二醇、丁辛醇、合成氨、合成氨联碱、合成氨联醇等煤化工生产装置作为原料气。
我国煤化工行业装备有固定床煤气炉4500余台套，有大部分煤气炉采用了生产效率低、环保性能差的间歇气化工艺，生产效率低、原料煤转化利用率低。因此，造成使用单位经济效益差，甚至亏损严重。
因此，煤化工行业想要解决传统间歇气化工艺中存在的生产效率低、原料煤转化利用率低、环保性能差等问题，需要对其工艺进行技术改进，研发一种降低成本、效率高，并且有利于环保的水煤气生产方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有间歇气化生产水煤气工艺中存在的生产效率低、环保性能差等缺陷，提供一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法。利用本发明技术方案生产水煤气，其生产效率较高、原料煤转化利用率较高，并且有利于环保。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为原料煤470～500kg，纯氧240～270Nm3，水蒸气490～560kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，原料煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的原料煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，原料煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣温度为150～200℃；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，经过洗气塔清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述原料煤为无烟煤、焦炭、型煤或半焦。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述纯氧的纯度为≥99.6%。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤b中所述干燥区的温度为350～400℃。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤b中所述干馏区的温度为600～750℃。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤b中所述气化层的温度为1000～1300℃。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤b中排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤d中所述废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤e中所述经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗。
根据上述的固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，步骤f中所得产品水煤气中主要物质成分及其含量分别为：CO2 12～17％、O2 0.1～0.3％、CO 39～42％、H2 40～44％，N2 0.3～0.8％和CH4 ≤1.0％。
本发明各物质在固定床煤气炉内气化过程中的化学反应主要有：
C+O2＝CO2+Q
2C+O2＝2CO+Q
CO2+C＝2CO-Q
2CO+O2＝2CO2+Q
C+H2O＝CO+H2-Q
C+2H2O＝CO2+2H2-Q
CO+H2O＝CO2+H2+Q
C+2H2＝CH4+Q
本发明固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，其生产系统主要设备是固定床煤气炉，配套的系统设备有旋风除尘器、换热器、废热锅炉、洗气塔、安全隔绝槽，以及DCS自动控制系统、油压控制系统、工艺阀门、工艺管道、循环冷却水系统等。
本发明纯氧连续气化生产水煤气，以无烟块煤、焦炭、型煤或者半焦(也称“兰炭”)作气化原料，以纯氧（≥99.6％）和水蒸汽作气化剂，在煤气炉内高温条件下连续气化生产高质量水煤气。
本发明的积极有益效果：
1、本发明技术方案以原料煤作气化原料，以纯氧、水蒸气作为气化剂，在固定床煤气炉内高温条件下连续气化生产高质量水煤气。本发明所得产品高质量水煤气中氮气含量低（≤0.8%）、一氧化碳和氢气含量较高（二者含量之和可达到80～86%）。因为，以传统间歇气化工艺生产的水煤气中氮气含量为5%左右。
2、利用本发明技术方案生产的高质量水煤气成分更适合作醇类化工产品的原料气。因为在醇类煤化工生产过程中，氮气为无效气体，本发明气化工艺生产的水煤气中氮气含量≤0.8%，用作醇类化工产品的原料气时，不需要另外进行净化处理，可有效降低醇类化工产品生产的成本。
3、利用本发明技术方案连续气化生产水煤气，其中产生的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%，与传统工艺相比，其灰渣残炭比传统工艺降低50%以上（传统工艺中产生的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量为20～23%），从而使其原料煤转化利用率提高，降低了原料煤的消耗；另外灰渣出口温度＜200℃，该灰渣残炭量低和排渣温度低是本发明技术方案显著的特点之一。
4、利用本发明技术方案连续气化生产水煤气，产生的水煤气由煤气炉出口排除时，其水煤气的出气温度可降低到350～400℃，该出气温度与传统工艺相比，其水煤气出气温度降低了200℃以上（传统间歇气化生产的水煤气，其出气温度≥600℃）。该水煤气出气温度的高低是衡量气化工艺合理性和节能型的重要指标，其出气温度越低说明气化工艺更合理、节能。所以，水煤气出气温度较低是本发明技术方案显著的特点之一。
5、与传统间歇式气化工艺生产水煤气相比，本发明技术方案单炉产气量可提高1倍。
6、与传统工艺相比，本发明生产工艺简化了生产过程，单台煤气炉系统减少了8台油压自动阀门（传统工艺13台，本发明连续气化工艺5台），进一步完善了安全保障措施，增加了多套安全检测、安全联锁装置，生产系统的安全性大幅度提高。
7、本发明技术方案增强了环保性，有利于环境保护，具有显著的社会效益：
a、本发明取消了生产过程中的吹风阶段改为连续气化，单台煤气炉每小时可减少烟气排放6000Nm3/h左右；
b、本发明生产过程中加煤、排灰等工作设备全部改用全密封装置，灰尘外泄率等于零；
c、本发明取消了大功率鼓风机（功率450kw/h），消除了造气车间最大的噪音污染源，并且降低了电力消耗，相应降低了生产成本；
d、自动化程度提高：本发明整套装置配套DCS自动控制，对加煤数量、排灰数量、氧气流量和压力、蒸汽流量和压力、油压等工艺操作过程进行全程监控和自动调节，大大提高了工作效率。
e、降低能耗；单位产品综合能耗降低25～30％。
8、利用本发明技术方案可以连续气化生产水煤气，并且所得水煤气质量较高。利用本发明生产水煤气其生产效率较高、原料煤转化利用率较高，并且有利于环保，具有显著的经济效益和社会效益。
四、具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1：
本发明一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为无烟块煤490kg，纯氧260Nm3（纯氧的纯度为≥99.6%），水蒸气520kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，无烟块煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的无烟块煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，无烟块煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣温度为150～200℃（排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%）；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
其中废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗，经过洗气塔的清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用。
实施例2：
本发明一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为无烟块煤500kg，纯氧270Nm3（纯氧的纯度为≥99.6%），水蒸气560kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，无烟块煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的无烟块煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，无烟块煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣温度为150～200℃（排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%）；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
其中废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗，经过洗气塔的清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用。
实施例3：
本发明一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为型煤470kg，纯氧240Nm3（纯氧的纯度为≥99.6%），水蒸气490kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，型煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的型煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，型煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣温度为150～200℃（排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%）；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
其中废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗，经过洗气塔的清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用。
实施例4：
本发明一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为无烟块煤480kg，纯氧250Nm3（纯氧的纯度为≥99.6%），水蒸气500kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，无烟块煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的无烟块煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，无烟块煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣温度为150～200℃（排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%）；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
其中废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗，经过洗气塔的清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用。
利用本发明上述方法制备所得产品水煤气中主要物质成分及其含量分别为：CO2 12～17％、O2 0.1～0.3％、CO 39～42％、H2 40～44％，N2 0.3～0.8％和CH4 ≤1.0％。
Claims (1)
1.一种固定床纯氧连续气化生产水煤气的方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
a、原料的配制：以生产1kNm3水煤气为基准，需要各原料的量分别为原料煤470～500kg，纯氧240～270Nm3，水蒸气490～560kg，其中原料纯氧和水蒸气作为气化剂；所述原料煤为无烟煤、焦炭、型煤或半焦，所述纯氧的纯度为≥99.6%；
b、将按照步骤a的配料比例配制各种原料，原料煤采用自动输煤装置进行输送，并由电子皮带秤计量，经过计量的原料煤从固定床煤气炉上部连续进入炉内，原料煤进入固定床煤气炉后自上而下依次经过干燥区、干馏区进行处理，干燥区的温度为350～400℃，干馏区的温度为600～750℃；处理后与从固定床煤气炉底部通入的气化剂纯氧和水蒸气在煤气炉内的气化层进行氧化反应和分解反应，所述气化层的温度为1000～1300℃，反应后产生的水煤气经过煤气炉内的还原层水煤气中的二氧化碳还原成一氧化碳、再经过干馏区和干燥区进行显热交换后，由煤气炉上部出气口排出，排出水煤气的出气温度为350～400℃，反应过程中产生的灰渣由煤气炉下部出渣口排出，排出的灰渣中残留的碳分子量占灰渣总重量的含量＜10%，排出的灰渣温度为150～200℃；
c、步骤b由固定床煤气炉出气口排出的水煤气进入旋风除尘器进行分离，去除水煤气中夹带的粒度≥50目的煤粉；
d、经步骤c处理后的水煤气进入换热器，利用水煤气的余热加热气化剂纯氧和水蒸气，经过水煤气余热加热的纯氧和水蒸气的温度由120～130℃提高至220～240℃；经过换热器余热利用后的水煤气进入废热锅炉再次进行余热利用，经过废热锅炉余热利用后的水煤气出废热锅炉时的温度下降到130～150℃；
步骤d中所述废热锅炉分为两段，上段为过热段，用于提高自产蒸汽的温度，使其温度由110℃提高到200℃；下段是余热锅炉吸收水煤气的显热产生饱和蒸汽；
e、经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，经过洗气塔清洗，清洗掉水煤气中夹带的煤焦油和悬浮的灰尘，并使水煤气中夹带的没有分解的水蒸气冷却成水进入冷却循环水系统重新利用，经过洗气塔处理后的水煤气温度≤45℃；
所述经步骤d余热利用后的水煤气进入洗气塔进行清洗、降温，其中水煤气在洗气塔内清洗的过程为依次经过塔底沸腾水洗、塔中喷淋逆流清洗和塔顶填料段清洗；
f、经步骤e洗气塔处理后得到产品水煤气，将所得产品水煤气送入气柜供后序使用；所得产品水煤气中主要物质成分及其含量分别为：CO2 12～17％、O2 0.1～0.3％、CO 39～42％、H2 40～44％，N2 0.3～0.8％和CH4 ≤1.0％。
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