CN101942345A

CN101942345A - 煤气生产装置和方法

Info

Publication number: CN101942345A
Application number: CN2010101095087A
Authority: CN
Inventors: 武桢; 李庆民; 邵俊杰
Original assignee: Maanshan Keda Clean Energy Co Ltd
Current assignee: Maanshan Keda Clean Energy Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-01-12

Abstract

本发明涉及一种煤气生产装置和方法。该装置包括内炉和外炉；外炉用于进行燃烧反应放热；内炉上设有用于通入煤的第二原料进口和用于通入二氧化碳的第二进气口，内炉用于在无氧环境及外炉燃烧加热的环境下进行煤和二氧化碳的反应，以生成一氧化碳导出。该方法包括：向内炉通入煤和二氧化碳进行混合；在内炉的无氧环境下，以内炉外侧的外炉燃烧所放出的热量加热煤和二氧化碳反应以生成一氧化碳。本发明采用外炉燃烧加热的方式，将内炉中无氧环境下的煤和二氧化碳气体加热到高温状态使其反应生成一氧化碳，提高了反应效率和生产率，且能够消耗温室气体保护环境。

Description

煤气生产装置和方法

技术领域

本发明涉及一种煤气生产装置和方法，尤其涉及一种以煤制备包含一氧化碳的混合气的生产装置和方法。

背景技术

相比于煤的燃烧，煤气的燃烧更为清洁、高效，因此煤气作为一种清洁能源正受到越来越广泛的关注。现有技术中，主要是利用粉煤来生产煤气，其气化原理本质上是碳、氧和水蒸汽的反应。在通常的煤气发生炉中，将粉煤通入煤气发生炉中进行燃烧，产生热量和二氧化碳，并将水蒸汽、空气等通入煤气发生炉中共同组成气化剂，而后粉煤和气化剂在高温环境下发生反应，主要的反应式包括二氧化碳和水蒸汽被碳还原为一氧化碳和氢气的反应，主要反应式如下式(1)、(2)和(3)所示：

CO₂+C→2CO-Q (1)

H₂O+C→H₂+CO-Q (2)

2H₂O+C→CO₂+2H₂-Q (3)

其中，“-Q”代表吸收热量。

采用上述技术实现煤气生产所普遍存在的问题是：煤气转化效率不高；排出的混合气中包含的未反应二氧化碳、水蒸汽、粉煤微粒等杂质多，后续分离步骤繁琐；以煤粉自身加热获取热量，一般会形成过量的二氧化碳，则排出过多的温室气体对环境不利；并且煤粉自身加热得到的温度不易控制，即无法对上述还原反应式(1)～(3)的反应进行精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤气生产装置和方法，以实现煤转化为煤气过程中转化效率的提高，并且减小对环境的污染。

为实现上述目的，本发明提供了一种煤气生产装置，包括内炉和外炉，内炉嵌套设置在外炉之内；所述外炉上设有用于通入燃烧物的第一原料进口和用于通入助燃剂的第一进气口，所述外炉用于进行燃烧反应放热；所述内炉上设有用于通入煤的第二原料进口和用于通入二氧化碳的第二进气口，所述内炉用于在无氧环境及外炉燃烧加热的环境下进行煤和二氧化碳的反应，以生成一氧化碳从所述内炉上设置的第二出气口导出。

如上所述的煤气生产装置，优选的是所述外炉上还设有用于通入水蒸汽或气化剂的第三进气口；所述外炉第一原料进口所通入的燃烧物为煤；所述外炉还用于进行煤与所述水蒸汽或气化剂的反应，以生成一氧化碳和氢气，并从所述外炉上设置的第一出气口导出。

如上所述的煤气生产装置，优选的是所述内炉和所述外炉均竖向设置，所述第一原料进口和所述第二原料进口分别设置在所述内炉和所述外炉的侧壁上，所述第一进气口和所述第二进气口分别设置在所述内炉和所述外炉的下端。

如上所述的煤气生产装置，优选的是所述内炉包括顺次相连的混合区和反应区，所述第二原料进口和所述第二进气口设置在所述混合区上，所述第二出气口设置在所述反应区上。

如上所述的煤气生产装置，优选的是所述内炉的反应区嵌套容纳在所述外炉之内，所述混合区沿伸于所述外炉之外。

如上所述的煤气生产装置，优选的是所述混合区的长度为按照设定速率从所述第二进气口喷入的二氧化碳气流行进0.5秒至6秒的距离。

为实现上述目的，本发明还提供了一种煤气生产方法，包括如下步骤：

向内炉通入煤和二氧化碳进行混合；

在内炉的无氧环境下，以内炉外侧的外炉燃烧所放出的热量加热所述煤和所述二氧化碳反应以生成一氧化碳。

如上所述的煤气生产方法，优选的是所述外炉燃烧放热具体为：向外炉通入煤和助燃剂以进行燃烧，生成二氧化碳；向外炉通入水蒸汽或气化剂，进行煤、二氧化碳与所述水蒸汽或气化剂的反应，以生成一氧化碳和氢气。

如上所述的煤气生产方法，优选的是向内炉通入所述二氧化碳具体为：向内炉通入包含有二氧化碳的烟气。

如上所述的煤气生产方法，优选的是向内炉通入的所述煤与所述二氧化碳的体积比范围为1∶2至1∶50。

如上所述的煤气生产方法，优选的是向内炉通入煤和二氧化碳进行混合具体为：向内炉通入所述煤和所述二氧化碳，在内炉未进入外炉内部的区段内进行混合。

如上所述的煤气生产方法，优选的是向内炉通入所述煤和所述二氧化碳，在内炉未进入外炉内部的区段内进行混合具体为：向内炉以设定速率喷入所述二氧化碳，所述二氧化碳吹动所述煤运动，在内炉未进入外炉内部的区段内运动0.5至6秒，从而完成混合。

由以上技术方案可知，本发明采用外炉燃烧的方式，将内炉中无氧环境下的煤和二氧化碳加热到高温状态，使其反应生成一氧化碳，实现了碳作为还原物质能够直接与二氧化碳充分接触反应，从而提高了生成一氧化碳的反应效率，即能够提高煤气产量。同时，本发明的技术方案利用二氧化碳作为原料，能够消耗利用温室气体，且能够循环利用一次反应后多余的二氧化碳，所以能够有效改善环境。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明煤气生产装置具体实施例一的结构示意图；

图2为本发明煤气生产装置具体实施例二的结构示意图；

图3为本发明煤气生产装置具体实施例三的结构示意图；

图4为本发明煤气生产方法具体实施例一的流程图；

图5为本发明煤气生产方法具体实施例二的流程图。

图中：

100-外炉 110-第一原料进口 120-第一进气口

130-第三进气口 140-第一出气口 200-内炉

210-第二原料进口 220-第二进气口 230-第二出气口

240-反应区 250-混合区 300-旋风分离器

具体实施方式

煤气生产装置实施例一

如图1所示为本发明煤气生产装置具体实施例一的结构示意图。该煤气生产装置主要由外炉100和内炉200两部分组成，且内炉200嵌套设置在外炉100之内，两者内部的空间相互隔离。外炉100的侧壁上设有用于通入燃烧物的第一原料进口110和用于通入类似空气这样的助燃剂的第一进气口120，助燃剂也可以是氧气等其他助燃物质。外炉100用于提供燃烧物和助燃剂进行燃烧的空间，使其在外炉100内燃烧放热。内炉200的侧壁上设有用于通入煤的第二原料进口210和用于通入二氧化碳的第二进气口220，内炉200之内为近似的无氧环境，内炉200中的煤和二氧化碳在无氧环境下，且在外炉100燃烧所放出热量形成的高温环境下进行还原反应，生成作为煤气主要成份的一氧化碳，而后一氧化碳从内炉200上设置的第二出气口230导出。

在本实施例中，内炉200是嵌套在外炉100中的，主要完成煤气生成反应，而外炉100的作用是为内炉200提供高温环境，保证还原反应的进行。通常，外炉100将内炉200加热到1200℃或以上的高温状态更有利于还原反应的进行。内炉200和外炉100的放置方式可以有多种，如图1所示是将内炉200和外炉100均竖向设置，第一原料进口110和第二原料进口210可分别设置内炉200和外炉100的侧壁上，第一进气口120和第二进气口220分别设置在内炉200和外炉100的下端。并且，内炉200上设置的第二原料进口210和第二进气口220可以穿设在外炉100的壁面上，内炉200和外炉100的运转是基本上相互独立的。具体应用中，内炉200和外炉100也可以水平放置，同样能够实现外炉100燃烧加热，内炉200还原制备一氧化碳的反应。

本实施例的煤气生产装置采用外炉燃烧加热的方式为内炉无氧环境下的还原反应提供高温条件，能够使煤与二氧化碳直接进行生成一氧化碳的还原反应，反应效率高。本实施例的生产的部分原料为工厂外排烟气，其中富含二氧化碳，能够有效消耗温室气体，保护环境。从出气口排出的混合气，可以将分离出的二氧化碳再循环回内炉作为原料。或者，可以直接采用用户燃烧煤气后生成的烟气通入内炉，利用烟气中的二氧化碳作为原料。不需要投入分离二氧化碳所需的成本，且能够有效消耗废气。

煤气生产装置实施例二

如图2所示为本发明煤气生产装置具体实施例二的结构示意图。本实施例与上述实施例一的区别在于：外炉100上还设有用于通入水蒸汽或气化剂的第三进气口130，该气化剂包括空气和水蒸汽；且外炉100的第一原料进口所通入的燃烧物为煤。外炉100除用于燃烧加热内炉200之外，还用于在燃烧放热的环境下进行未燃煤和燃烧所得的二氧化碳，以及水蒸汽或气化剂的还原反应，以生成一氧化碳和氢气，并从外炉100上设置的第一出气口140导出。

在本实施例中，外炉100即可以为一般的煤气发生炉，例如循环流化床煤气发生炉等，外炉100的第一出气口140和内炉200的第二出气口230可以与旋风分离器300相连，这类煤气发生炉本身即可以制备煤气。本实施例将一般的煤气发生炉作为外炉100，在其内设置一个内炉200，内炉200利用外炉100的燃烧放热，在无氧高温环境下完成煤和二氧化碳的直接还原反应。

在本实施例中，内炉完成了无氧高温制备煤气的目的，而外炉一方面作为内炉的热源，另一方面也可独立完成制备煤气的目的。因此，该技术方案既具有上述内炉无氧高温制备煤气所具有的反应效率高、环保节能的优势，还能够在现有设备的基础上进行改进来获取新的煤气生产装置，兼顾两种煤气生产方法，可进一步提高煤气产量。从节能角度看，还能够充分利用煤气发生炉燃烧所放出的热量，最大限度利用能源。

煤气生产装置实施例三

如图3所示为本发明煤气生产装置具体实施例三的结构示意图。本实施例可以上述实施例一和实施例二为基础，进一步设置内炉200包括顺次相连的混合区250和反应区240，且反应区240通常设置在混合区250的上部。第二原料进口210和第二进气口220设置在混合区250的侧壁上，较佳的是设置在混合区250的下端，第二出气口230设置在反应区240上部的端壁上。

在本实施例中，以外炉为一般的煤气发生炉为例，从外炉底部的第一进气口到达外炉中下部的第一原料进口之间还有一段距离，一般在第一原料进口之上才设置炉膛进行燃烧。则内炉的混合区可以对应设置在第一原料进口的下侧，即外炉内未进行燃烧的部分。这样，在内炉中的这段区域内温度相对较低，一般为550℃至950℃递增，煤和二氧化碳在此段区域内可以完成混合，还可以进行预热，以便在后续反应区达到高温状态时进行反应。

在具体应用中，与第一原料进口类似，第二原料进口也可以设置在内炉的侧壁上，由下端以设定速率喷入的二氧化碳高速气流带动下向上运动，一般经过0.5秒至6秒的时间，可以使粉煤和二氧化碳完成充分的混合。为使混合更加充分，还可以在混合区内设置一段折线形或螺旋形的进气道，使二氧化碳高速气流由进气道喷出时形成涡流，以利于二氧化碳和粉煤的混合。

在上述技术方案的基础上，为保证二氧化碳和粉煤混合的足够时间，可以设置混合区从外炉的下端沿伸而出，即将混合区设置在外炉之外，且可以设置混合区两端之间的长度等于从第二进气口喷入的二氧化碳气流按照设定速率能够行进0.5秒至6秒的距离。使得二氧化碳和粉煤在温度相对较低的环境且足够的时间和空间中进行混合。采用上述方式实现二氧化碳和粉煤的混合，不仅能够实现充分混合，而且高速喷入的二氧化碳气流使得第二原料进口的压强较低，通常能够相对于外界形成负压，则能够自动的将粉煤从外界通过第二原料进口吸入混合区内。依靠这种吸力将粉煤吸入，能有效的避免因主动加料方式可能导致的加料过多堵塞混合区的问题。

煤气生产方法实施例一

如图4所示为本发明煤气生产方法具体实施例一的流程图。该方法较佳的是采用本发明的煤气生产装置来实现，其具体包括如下步骤：

步骤10、向内炉通入煤和二氧化碳进行混合，较佳的是可以通入粉煤颗粒和包含二氧化碳的烟气，进一步的可以设定通入的煤与二氧化碳的体积比范围为1∶2至1∶50；

步骤20、将内炉抽为真空或近似真空的环境，在内炉的无氧环境下，以内炉外侧的外炉燃烧所放出的热量加热该煤和二氧化碳进行还原反应，以生成一氧化碳，而后将一氧化碳导出，一氧化碳是所制备煤气的主要成份，导出气体中可能还存在其他杂质，可以通过后续分离步骤提高一氧化碳的浓度。

在本实施例中，内炉中通入的二氧化碳和煤在无氧高温的环境下直接发生还原反应生成一氧化碳，反应效率高、生成的一氧化碳浓度高，且能够消耗作为温室气体的二氧化碳，有利于保护环境。高温环境的热源由外炉进行燃烧来提供，实现方案简单，可以通过现有的多种设备来实现。

煤气生产方法实施例二

如图5所示为本发明煤气生产方法具体实施例二的流程图。本实施例与上述实施例的区别在于步骤20中的外炉燃烧放热步骤具体为：

步骤21、向外炉通入煤和助燃剂以进行燃烧，生成二氧化碳；

步骤22、向外炉通入水蒸汽或气化剂，该气化剂包括水蒸汽和空气，则未燃的煤和生成的二氧化碳，以及通入的水蒸汽或气化剂在外炉中发生反应，以生成一氧化碳和氢气，而后从外炉的出口导出。

本实施例的方法可采用上述煤气生产装置实施例二的技术方案，外炉可以是一般的煤气发生炉，内炉嵌设在煤气发生炉中，两者相互独立工作，向外炉通入煤和空气，以及向内炉通入煤和二氧化碳的操作可以是同时且相对独立完成的。内炉可以无氧高温方式制备一氧化碳，而外炉以常规的方式燃烧氧化而后还原制备一氧化碳和氢气，外炉既保留了原有制备一氧化碳的功能，又为内炉提供了热源。该方案的生产效率高，对现有技术的改进简单。

在具体应用中，还可以采用上述煤气生产装置实施例三的技术方案，设置内炉包括混合区和反应区，且进一步设置混合区沿伸到外炉的外侧。则向内炉通入煤和二氧化碳进行混合时，具体可以是向内炉通入煤和二氧化碳，在内炉未进入外炉内部的混合区内进行混合。且可以以设定速率喷入二氧化碳，令二氧化碳的高速气流吹动煤运动，较佳的是采用粉煤颗粒作为煤。在内炉未进入外炉内部的混合区内，使粉煤颗粒在二氧化碳的带到下运动0.5至6秒，从而完成混合，进入反应区。

本发明的煤气生产装置和方法能够有效提高煤与二氧化碳的反应效率，从而提高作为煤气主要成份的一氧化碳的产量。并且在导出的混合气中，杂质的成份较为单一，易于分离，能提高煤气中一氧化碳的比例。同时该技术方案还能消耗温度气体，保护环境。该技术方案可以充分利用现有的燃烧加热设备或煤气发生炉设备，对现有技术的改进小，投入成本低，且能兼顾两者的优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种煤气生产装置，其特征在于：包括内炉和外炉，内炉嵌套设置在外炉之内；所述外炉上设有用于通入燃烧物的第一原料进口和用于通入助燃剂的第一进气口，所述外炉用于进行燃烧反应放热；所述内炉上设有用于通入煤的第二原料进口和用于通入二氧化碳的第二进气口，所述内炉用于在无氧环境及外炉燃烧加热的环境下进行煤和二氧化碳的反应，以生成一氧化碳从所述内炉上设置的第二出气口导出。

2.根据权利要求1所述的煤气生产装置，其特征在于：所述外炉上还设有用于通入水蒸汽或气化剂的第三进气口；所述外炉第一原料进口所通入的燃烧物为煤；所述外炉还用于进行煤与所述水蒸汽或气化剂的反应，以生成一氧化碳和氢气，并从所述外炉上设置的第一出气口导出。

3.根据权利要求1或2所述的煤气生产装置，其特征在于：所述内炉和所述外炉均竖向设置，所述第一原料进口和所述第二原料进口分别设置在所述内炉和所述外炉的侧壁上，所述第一进气口和所述第二进气口分别设置在所述内炉和所述外炉的下端。

4.根据权利要求1或2所述的煤气生产装置，其特征在于：所述内炉包括顺次相连的混合区和反应区，所述第二原料进口和所述第二进气口设置在所述混合区上，所述第二出气口设置在所述反应区上。

5.根据权利要求4所述的煤气生产装置，其特征在于：所述内炉的反应区嵌套容纳在所述外炉之内，所述混合区沿伸于所述外炉之外。

6.根据权利要求5所述的煤气生产装置，其特征在于：所述混合区的长度为按照设定速率从所述第二进气口喷入的二氧化碳气流行进0.5秒至6秒的距离。

7.一种煤气生产方法，其特征在于，包括：

向内炉通入煤和二氧化碳进行混合；

8.根据权利要求7所述的煤气生产方法，其特征在于，所述外炉燃烧放热具体为：向外炉通入煤和助燃剂以进行燃烧，生成二氧化碳；向外炉通入水蒸汽或气化剂，进行煤、二氧化碳与所述水蒸汽或气化剂的反应，以生成一氧化碳和氢气。

9.根据权利要求7或8所述的煤气生产方法，其特征在于，向内炉通入所述二氧化碳具体为：向内炉通入包含有二氧化碳的烟气。

10.根据权利要求7或8所述的煤气生产方法，其特征在于：向内炉通入的所述煤与所述二氧化碳的体积比范围为1∶2至1∶50。

11.根据权利要求7或8所述的煤气生产方法，其特征在于，向内炉通入煤和二氧化碳进行混合具体为：向内炉通入所述煤和所述二氧化碳，在内炉未进入外炉内部的区段内进行混合。

12.根据权利要求11所述的煤气生产方法，其特征在于，向内炉通入所述煤和所述二氧化碳，在内炉未进入外炉内部的区段内进行混合具体为：向内炉以设定速率喷入所述二氧化碳，所述二氧化碳吹动所述煤运动，在内炉未进入外炉内部的区段内运动0.5至6秒，从而完成混合。