CN100516177C - 一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置及其方法。该装置主要由炉顶设有煤气出口管的固定床煤气发生炉构成，所述煤气发生炉的内壁设有高度为2.6～5.2m、承压0.2～1.6MPa的水夹套，顶部设有焦炭进口，内部设有与所述焦炭进口相连的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端与所述水夹套上封头之间的水平间距为200mm～600mm；所述煤气发生炉内灰渣层高度至少1200mm，焦炭层顶部至所述焦炭进口的空程高度为2m±0.5m。本发明解决了现有技术中制备一氧化碳的成本高、设备庞大、单位产品的生产能耗较高的问题。

Description

一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置及其方法
技术领域
本发明涉及纯氧焦炭制备一氧化碳的设备及其方法，特别涉及固定床煤气发生炉纯氧焦炭制备一氧化碳的装置及其方法。
背景技术
一氧化碳(CO)是重要的羰基合成化工原料之一。CO的传统制备方法是从富含一氧化碳的气体中，通过变压吸附、COSORB、深度冷冻分离等工艺分离得高纯CO。20世纪90年代以来，以纯氧、焦炭、二氧化碳为原料制备一氧化碳的工艺及设备得以开发，在一碳化学工业领域发挥了积极的作用。
以纯氧、焦炭、二氧化碳为原料制备一氧化碳的工艺及设备，必须有较丰富的、可利用的CO2资源；对于不具备CO2资源，又不具备富含一氧化碳煤气资源的一碳化学工业项目，采用纯氧、焦炭连续气化制备一氧化碳的方法和设备，具有投资省、见效快、成本低的效果。
纯氧、焦炭、二氧化碳为原料制备一氧化碳的工艺分为富一氧化碳煤气的制备和一氧化碳气体的精制。由于受现有工艺的限制，粗煤气中一氧化碳含量在67％～75％，存在粗煤气中一氧化碳含量偏低(CO～67％，CO2～33％)、一氧化碳精制系统中CO2循环分离的负荷偏大，而且市售CO2作为原料时亦必须对其进行相应的精制(以脱硫为主)，这样生产装置的设备相对庞大、效能较低、操作复杂，而且单位产品的生产能耗较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种克服上述不足、低成本制备高纯度一氧化碳的装置及其方法。
本发明的技术方案是：
一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，主要由炉顶设有煤气出口管的固定床煤气发生炉构成，所述煤气发生炉的内壁设有高度为2.6～5.2m、承压0.2～1.6MPa的水夹套，顶部设有焦炭进口，内部设有与所述焦炭进口相连的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端与所述水夹套上封头之间的水平间距为200mm～600mm；所述煤气发生炉内灰渣层高度至少1200mm，焦炭层顶部至所述焦炭进口的空程高度为2m±0.5m。
所述焦炭分布器为直筒式耐高温钢管，伸入所述煤气发生炉内1200～1500mm；管壁垂直开有交错排列的10～15×150mm长条型口或ф12～20mm的圆孔，间隔距离为横向50mm、竖向80mm。
所述煤气发生炉的顶部外设有与所述焦炭进口相连的自动加焦机，所述焦炭进口位于所述顶部的中央。
所述煤气发生炉顶部为椭圆型封头，所述封头上设有检查口和探火孔接口。
所述煤气发生炉的底盘外挂两个带双钟罩阀、可隔离密封的灰箱，对称布置；所述底盘上的气化剂接口在所述炉底盘中与所述灰箱成90°布置。
所述封头与检查口和探火孔接口的连接为金属垫密封的法兰或直接焊接。
所述检查口位于所述煤气出口管的同心圆线上。
采用上述装置实现纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的方法的一种技术方案是：
一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的方法，包括如下步骤：
1)使煤气发生炉底部的灰渣层高度至少1200mm，并使焦炭层顶部至焦炭进口的空程高度为2m±0.5m；
2)设定炉顶温度小于800℃、炉底温度小于200℃，焦炭根据生产负荷从炉顶通过与焦炭进口相连的焦炭分布器加入炉内，纯氧从炉底氧气进口不间断定量入炉；
3)在煤气发生炉的内壁安装高度2.6m～5.2m、承压0.2MPa～1.6MPa的水夹套，水夹套上封头与焦炭分布器底部的间距为200mm～600mm。
本发明的有益效果在于：
采用纯氧、焦炭为原料连续制备一氧化碳的生产体系，使纯氧焦炭制备一氧化碳的反应始终处在最佳温度和负荷条件下可靠工作，根据相关物性参数，粗煤气中的一氧化碳含量始终大于90％，CO2含量始终小于10％；一氧化碳精制系统的能耗降低了25％以上，焦炭资源的利用率93％～98％，节约装置投资约30％。
本发明可用于焦炭、纯氧、二氧化碳、水蒸气为原料的连续煤气制备场合，生产的煤气中有效气体组成占90％以上，焦炭的资源利用率≥93％，当一氧化碳净化系统脱除的二氧化碳被充分回收利用的基础上，焦炭资源利用率≥98％。
下面通过附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不仅限于实施例中所涉及的内容。
附图说明
附图是本发明纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置结构示意图。
具体实施方式
根据附图，固定床煤气发生炉内设高度为2.6m～5.2m、承压0.2MPa～1.6MPa的可副产蒸汽的水夹套7，焦炭通过自动加焦机和焦炭分布器4入炉。自动加焦机选用带双焦阀或三焦阀的市售产品。自动加焦机底部的炉内焦炭分布器4下端与煤气炉水夹套上封头之间的水平间距为200mm～600mm，确保纯氧焦炭生成一氧化碳的反应可靠进行。固定床煤气发生炉顶部采用椭圆型封头6，焦炭进口3设在封头6顶部中央位置；在煤气出口管1的同心圆线上设检查口5备用；为了确保运行安全，炉顶椭圆型封头与水夹套外侧筒体采取垂直对接焊接；与焦炭进口3相连的焦炭分布器4，采用直筒式耐高温钢管，伸入炉内1200mm～1500mm，管壁垂直开有交错排列的10～15×150mm长条型口或ф12～20mm的圆孔，间隔距离为横向50mm、竖向80mm。固定床煤气发生炉顶的煤气出口管1采用不锈钢材质，在加煤机构、炉体上封头现场安装结束的基础上用浇筑料(耐火温度可达1700℃)进行整体筑炉；检查口5和探火孔等接口与封头6的连接采用金属垫密封的法兰或直接焊接。固定床煤气发生炉的底盘采用整体铸铁结构或焊接成型，炉底盘外挂两个带双钟罩阀、可隔离密封的灰箱9，对称布置，满足不停炉出灰要求；气化剂接口2在炉底盘中与灰箱成90°布置。固定床煤气发生炉的炉箅8选用高破渣性能的产品。固定床煤气发生炉的炉体由四根钢柱支撑，炉体的牛腿设置在CO煤气炉夹套的下部适当地方，以保证炉体的稳定性并便于维修。
在固定床煤气发生炉内进行纯氧焦炭连续制备一氧化碳操作过程中，只有上行制气，不存在其它运行。制气过程中，根据一氧化碳的需求进行相应的加减；同时根据纯氧焦炭制备一氧化碳气化反应的特点，该反应不能在煤气炉底用炽热的焦炭与氧气直接进行，必须在炉内营造焦炭层的碳元素浓度梯度，使纯氧焦炭生成一氧化碳的反应逐渐进行，使炉内灰渣层高度维持在1200mm以上，而炭层高度以控制炉内空程高度，即炉内焦炭炭层顶部至炉口的空程高度，在2m±0.5m为宜。
在固定床煤气发生炉内的焦炭层与炉顶的空程间距为2.27m、主反应区与炉顶的空程间距为3.25m、炉顶温度753℃、炉底温度175℃，主反应区焦炭层温度为1275℃、气化压力0.015MPa，水夹套工作压力为1.0MPa的条件下，由炉顶焦炭进口3加入500kg/h的优质焦炭、由炉底气化剂接口2不间断地送入378Nm3/h的纯氧和净化系统回收的约60Nm3/h二氧化碳，进行纯氧焦炭连续制备一氧化碳的煤气化反应和二氧化碳与焦炭还原成一氧化碳的反应。
在上述条件下，生产得含一氧化碳93.2％、二氧化碳6.8％、氮气0.2％、温度720℃的高温粗煤气从煤气炉的顶部出口管离开煤气炉，通过除尘、余热回收、脱硫、脱碳净化等工序得到高纯度的一氧化碳产品。

Claims (8)

1、一种纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，主要由炉顶设有煤气出口管的固定床煤气发生炉构成，其特征在于：所述煤气发生炉的内壁设有高度为2.6～5.2m、承压0.2～1.6MPa的水夹套，顶部设有焦炭进口，内部设有与所述焦炭进口相连的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端与所述水夹套上封头之间的水平间距为200mm～600mm；所述煤气发生炉内灰渣层高度至少1200mm，焦炭层顶部至所述焦炭进口的空程高度为2m±0.5m。
2、根据权利要求1所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述焦炭分布器为直筒式耐高温钢管，伸入所述煤气发生炉内1200～1500mm；管壁垂直开有交错排列的10～15×150mm长条型口或ф12～20mm的圆孔，间隔距离为横向50mm、竖向80mm。
3、根据权利要求1所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述煤气发生炉的顶部外设有与所述焦炭进口相连的自动加焦机，所述焦炭进口位于所述顶部的中央。
4、根据权利要求1或3所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述煤气发生炉顶部为椭圆型封头，所述封头上设有检查口和探火孔接口。
5、根据权利要求1所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述煤气发生炉的底盘外挂两个带双钟罩阀、可隔离密封的灰箱，对称布置；所述底盘上的气化剂接口在所述炉底盘中与所述灰箱成90°布置。
6、根据权利要求4所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述封头与检查口和探火孔接口的连接为金属垫密封的法兰或直接焊接。
7、根据权利要求4所述纯氧焦炭连续气化制备一氧化碳的装置，其特征在于：所述检查口位于所述煤气出口管的同心圆线上。
8、一种利用权利要求1所述装置制备一氧化碳的方法，包括如下步骤：
1)使煤气发生炉底部的灰渣层高度至少1200mm，并使焦炭层部至焦炭进口的空程高度为2m±0.5m；
2)设定炉顶温度小于800℃、炉底温度小于200℃，焦炭根据生产负荷从炉顶通过与焦炭进口相连的焦炭分布器加入炉内，纯氧从炉底氧气进口不间断定量入炉；
3)在煤气发生炉的内壁安装高度2.6m～5.2m、承压0.2MPa～1.6MPa的水夹套，水夹套上封头与焦炭分布器底部的间距为200mm～600mm。
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