CN101481629A - 固定床富氧双向连续气化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定床富氧双向连续气化工艺，其工艺过程包括上吹阶段，将混合有富氧空气和水蒸汽的气化剂从气化炉炉底送入，在气化炉内进行氧化－还原反应，制取半水煤气；其特征在于：还包括上吹吹净、下吹、二次上吹三个阶段；上吹吹净阶段，在上吹阶段结束后，从气化炉炉底通入水蒸汽，利用上吹蒸汽将炉内的富氧空气吹净；下吹阶段，从气化炉顶通入水蒸汽，使炉内火层下移；二次上吹阶段，将水蒸汽从气化炉炉底通入，利用上吹水蒸汽将炉内半水煤气吹净。本发明旨在提供一种实现容易、高效、节能、低投资的固定床富氧双向连续气化工艺。

Description

固定床富氧双向连续气化工艺
技术领域
本发明涉及固定床煤气化工艺领域，尤其涉及一种固定床富氧双向连续气化新工艺。
背景技术
煤气化是生产合成气和燃料气(半水煤气和水煤气)的重要步骤。工业上生产半水煤气主要通过以下反应：首先空气中的氧气与碳反应生成CO2和CO，放出热量；其次入炉蒸汽与炽热的炭反应生成CO、CO2和H2，吸收热量。通过上述反应的生成物与空气中未参与反应的氮气一起构成半水煤气的主要成分。
C+O2→CO2+Q     C+1/2O2→CO+Q
C+H2O→CO+H2-Q  C+2H2O→CO2+2H2-Q
目前，工业上在使用的煤气化工艺主要有两种。
第一种是传统的固定床煤气化技术，以空气和蒸汽为气化剂的间歇气化工艺，主要包含吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净五个制气阶段。首先从底部向气化炉内送入空气，使空气中的氧气与固定床部分碳进行燃烧，放出热量，并将大部分热量蓄积在碳层中，当蓄积的热量使碳层达到制取水煤气的化学反应所需的温度时，停止吹风，然后向气化炉内通入水蒸汽，使水蒸汽与炽热的碳发生气化反应生成半水煤气。为了保证炉内碳层中的温度相对稳定，因此分上吹、下吹、二次上吹、吹净四个阶段通入蒸汽进行气化反应。随着气化反应的进行，炉内碳层温度逐渐下降，当温度降至使水蒸汽分解率低到一定限度时，停止通蒸汽，再向气化炉内送入空气，如此循环往复。采用这种气化工艺可以完成半水煤气的制取，但是其缺点表现为：①吹风强度大，带出物多，煤炭利用效率低，吨氨入炉型煤耗为1.6-2.2吨，且单炉产气能力低。②吹风气中含有CO、CO2和SO2，污染环境。③是国家明令限制的煤气化技术。
第二种是以富氧空气和蒸汽为气化剂的固定床富氧连续气化工艺，氧浓度50-60％的富氧空气与蒸汽按一定的汽氧比，从炉底进入，单向上吹制气。在《中氮肥》2008年3月第二期上署名尤彪的题为《型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景》的文章中公开了一种以富氧空气和蒸汽为气化剂的富氧连续气化工艺：在富氧鼓风机入口，氧气与空气混合配置成40％～60％的富氧空气，经富氧鼓风机加压后进入混合器再与蒸汽进行充分混合，然后送往煤气发生炉底部，连续上吹制取煤气。采用这种工艺制取半水煤气，单位入炉空气流量小，同时，所公开的这种工艺还具有床温稳定，耗煤少、易操作、无污染的优点，因此这种工艺已经在逐步取代传统的煤气化工艺。但是这种工艺也存在缺点，主要表现为：①单向上吹制气，温度梯度从下到上单向变化、温度最高的半水煤气的显热无法回收利用，半水煤气温度高达550-650℃，造成显热大量损失，高温煤气造成后续工序管道冲刷严重。②吨氨型煤耗1.5-1.6t、氧耗450-600Nm3、蒸汽耗2.5t，消耗不够经济。③半水煤气CO2含量高达18-23％，导致有效气含量只有62-68％。
发明内容
为了克服现有使用固定床煤气化工艺的不足，本发明旨在提供一种实现容易、高效、节能、低投资的固定床富氧双向连续气化工艺。
本发明为解决以上问题所采用的技术方案是：一种固定床富氧双向连续气化新工艺，其工艺过程包括上吹阶段，将混合有富氧空气和水蒸汽的气化剂从气化炉炉底送入，在气化炉内进行氧化-还原反应，制取半水煤气；
其特征在于：还包括上吹吹净、下吹、二次上吹三个阶段；
a)、上吹吹净阶段，在上吹阶段结束后，从气化炉炉底通入水蒸汽，利用上吹蒸汽将炉内的富氧空气吹净；
b)、下吹阶段，从气化炉顶通入水蒸汽，使炉内火层下移；
c)、二次上吹阶段，将水蒸汽从气化炉炉底通入，利用上吹水蒸汽将炉内半水煤气吹净。
工艺以两台造气炉一组，循环时间为60-180s，上吹阶段占循环时间的50％，上吹蒸汽流量3-15t/h，上行温度200-500℃；上吹吹净阶段大于5S，上吹蒸汽流量3-15t/h，上行温度200-500℃；下吹阶段占循环时间的30-45％，下吹蒸汽流量5-20t/h，下行温度控制到150-350℃J二次上吹阶段大于3s，上吹蒸汽流量3-15t/h。
工艺以两台造气炉一组，循环时间为80-140s，上吹阶段占循环时间的50％，上吹蒸汽流量5-12t/h，上行温度250-400℃。上吹吹净阶段大于7S，上吹蒸汽流量5-12t/h，上行温度250-400℃；下吹阶段占循环时间的30-45％，下吹蒸汽流量7-18t/h，下行温度控制到200-300℃，二次上吹阶段最少保证5s时间，上吹蒸汽流量5-12t/h。
本发明的工艺与传统间歇气化工艺相比较，区别在于：
传统的固定床间歇气化工艺所包含的吹风、上吹、下吹、二次上吹、吹净五个阶段，制气只有上吹、下吹和二次上吹三个阶段。吹风阶段，吹入空气，使碳与氧气反应，提高碳层温度，并为后面制气阶段蓄积热量，吹风气放空。上吹阶段，自下而上通入水蒸汽，水蒸汽与炽热的碳发生气化反应制取半水煤气，碳层下部温度下降、上部温度升高。下吹阶段，自上而下通入水蒸汽进行气化反应，使碳层温度趋于均衡。二次上吹阶段，用水蒸汽将炉底部的下吹煤气排尽，为下个循环周期的吹风阶段吹入空气做准备，防止空气与下吹半水煤气在炉底相遇、发生爆炸，保证安全生产。吹净阶段，从炉底吹入空气，所产生的空气煤气与原残留的半水煤气一并送入气柜。这种气化工艺放空的吹风气中含有CO、CO2和SO2，污染环境。程控阀变向次数多，有效制气时间短，效率低。
本发明固定床富氧双向连续气化工艺包含上吹、上吹吹净、下吹、二次上吹四个阶段，每个阶段都通入水蒸汽进行气化反应制取半水煤气。上吹阶段，自下而上通入混合有富氧空气和水蒸汽的气化剂，其中碳与水蒸汽反应生产半水煤气，氧气与碳发生氧化反应，放出热量，为碳与水蒸汽反应提供热量。上吹阶段使用富氧空气，提高氧浓度，使其产生的热量足够整个循环周期使用，从而取消间歇气化的吹风阶段，避免吹风气污染大气。上吹吹净阶段，主要是在上吹阶段结束后利用上吹蒸汽将炉内的富氧空气吹净，防止残留的富氧空气与下吹的半水煤气相遇发生爆炸，保证安全。下吹阶段，从气化炉顶通入水蒸汽，使炉内火层下移，碳层温度趋于均衡，降低半水煤气出气温度，提高能源的利用率。二次上吹阶段，与间歇气化的二次上吹阶段相同，用水蒸汽将炉底部的下吹半水煤气排尽，为下个循环周期的上吹阶段通入富氧空气做准备，防止富氧空气与下吹半水煤气在炉底相遇、发生爆炸，保证安全生产。
二者相比，富氧双向连续气化工艺通过在上吹阶段通入富氧空气，使碳与氧气反应产生的热量足够整个循环周期使用(间歇气化采用普通空气，氧浓度低，热量无法平衡)，从而取消了吹风阶段和吹净阶段这两个无效制气阶段，增加制气时间，提高制气效率。因此富氧双向连续气化工艺相对于传统间歇气化工艺具有独创性，效果显著。
三种气化技术的比较表：
 
传统固定床间歇气化技术       固定床富氧连续气化工艺   固定床富氧双向连续气化工艺      
吨氨耗型煤 1.6-2.2吨 1.5-1.6t 1.2-1.3t
吨氨耗氧 0 450-600Nm3 350-450Nm3
吨氨耗蒸汽 3吨 2.5吨 1.5-1.8吨
半水煤气温度 300-400℃ 550-650℃ 300-350℃
半水煤气CO2含量 10-12％ 18-23％ 16-18％
其它 吹风气污染大是国家明令限制的煤气化技术。 随着煤价的大幅度提高，成为新流行的煤气化技术。       实现容易、高效节能的新型煤气化技术。            
注：以上三种气化技术的入炉原料煤均为腐植酸作为粘结剂的型煤。
与现有的富氧连续气化技术相比，本发明半水煤气温度可从550-650℃降到300-350℃，解决单向上吹制气，温度梯度从下到上单向变化、温度最高的半水煤气的显热无法回收利用问题，提高蒸汽分解率，降低吨氨入炉煤耗，氧耗也有较大幅度的下降。同时，如果对采用传统煤气化工艺的企业进行技术改造，无需对现有技术设备做大的改动，能够充分利用原有固定床造气炉，实现常压制气与合成氨后系统无缝连接。
附图说明
图1为本发明固定床富氧双向连续气化工艺的流程框图。
具体实施方式
实施例1
两台造气炉一组，循环时间120s。上吹阶段上吹蒸汽和富氧空气从1s到60s，富氧空气流量3714Nm3/h(含氧70％)，上吹蒸汽流量5.0t/h，上行温度控制在300-350℃。上吹吹净阶段上吹蒸汽61s到69s，上吹蒸汽流量5.0t/h，上行温度控制到300-350℃。下吹阶段下吹蒸汽70s到115s，下吹蒸汽流量6.8t/h，下行温度控制到220-260℃。二次上吹阶段上吹蒸汽116-120s，上吹蒸汽流量5.0t/h。
半水煤气温度300℃，气体组成：CO33.7％、CO217.3％、H241.8％、N25.5％、CH40.9％、O20.4％、Ar0.2％，蒸汽分解率55.7％，单炉产汽量10013Nm3/h，折氨3.52t/h，氢氮比13.72，吨氨入炉型煤耗1.25吨、氧耗370Nm3/h。
实施例2
两台造气炉一组，循环时间100s。上吹阶段上吹蒸汽和富氧空气1s到50s，富氧空气4752Nm3/h(含氧50％)，上吹蒸汽流量4.8t/h，上行温度控制到300-350℃。上吹吹净阶段上吹蒸汽51s到59s，上吹蒸汽流量4.8t/h，上行温度控制到300-350℃。下吹阶段下吹蒸汽60s到95s，下吹蒸汽流量6.8t/h，下行温度控制到220-280℃。二次上吹阶段上吹蒸汽94-100s，上吹蒸汽流量4.8t/h。
半水煤气温度290℃，气体组成：CO30.6％、CO216.8％、H238.5％、N212.5％、、CH40.9％、O20.4％、Ar0.4％，蒸汽分解率51.1％，单炉产汽量9452Nm3/h，折氨3.04t/h，氢氮比5.52，吨氨入炉型煤耗1.28吨、氧耗391Nm3/h。
实施例3
两台造气炉一组，循环时间140s。上吹阶段上吹蒸汽和富氧空气1s到70s，富氧空气3600Nm3/h(含氧60％)，上吹蒸汽流量4.8t/h，上行温度控制到300-350℃。上吹吹净阶段上吹蒸汽71-79s，上吹蒸汽流量4.8t/h，上行温度控制到300-350℃。下吹阶段下吹蒸汽80s到135s，下吹蒸汽流量6.8t/h，下行温度控制到220-280℃。二次上吹阶段上吹蒸汽136s到140s，上吹蒸汽流量4.8t/h。
半水煤气温度280℃，气体组成：CO32.4％、CO217.3％、H239.6％、N29.0％、CH40.9％、O20.4％、Ar0.3％，蒸汽分解率44.6％，单炉产汽量8012Nm3/h，折氨2.68t/h，氢氮比7.97，吨氨入炉型煤耗1.29吨、氧耗402Nm3/h。

Claims (3)

1、一种固定床富氧双向连续气化工艺，其工艺过程包括上吹阶段，将混合有富氧空气和水蒸汽的气化剂从气化炉炉底送入，在气化炉内进行氧化-还原反应，制取半水煤气；
其特征在于：还包括上吹吹净、下吹、二次上吹三个阶段；
a)、上吹吹净阶段，在上吹阶段结束后，从气化炉炉底通入水蒸汽，利用上吹蒸汽将炉内的富氧空气吹净；
b)、下吹阶段，从气化炉顶通入水蒸汽，使炉内火层下移；
c)、二次上吹阶段，将水蒸汽从气化炉炉底通入，利用上吹水蒸汽将炉内半水煤气吹净。
2、根据权利要求1所述的固定床富氧双向连续气化工艺，其特征在于以两台造气炉一组，循环时间为60-180s，上吹阶段占循环时间的50％，上吹蒸汽流量3-15t/h，上行温度200-500℃；上吹吹净阶段大于5S，上吹蒸汽流量3-15t/h，上行温度200-500℃；下吹阶段占循环时间的30-45％，下吹蒸汽流量5-20t/h，下行温度控制到150-350℃J二次上吹阶段大于3s，上吹蒸汽流量3-15t/h。
3、根据权利要求1所述的固定床富氧双向连续气化工艺，其特征在于以两台造气炉一组，循环时间为80-140s，上吹阶段占循环时间的50％，上吹蒸汽流量5-12t/h，上行温度250-400℃；上吹吹净阶段大于7S，上吹蒸汽流量5-12t/h，上行温度250-400℃；下吹阶段占循环时间的30-45％，下吹蒸汽流量7-18t/h，下行温度控制到200-300℃。二次上吹阶大于5S，上吹蒸汽流量5-12t/h。
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