CN102796568B

CN102796568B - 一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置及工艺

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Publication number: CN102796568B
Application number: CN201210327097.8A
Authority: CN
Inventors: 刘宗礼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: CN102796568A

Abstract

一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置及工艺，它涉及煤化工生产技术领域，它的整体设备分为四段，分别为干燥段、干馏段、造气段和冷却段，上段数层为干燥段，中段数层为干馏段，下部数层为造气段，最下端为冷却段，干燥段、干馏段和造气段根据固体原料的性质设定层数，对于水分、挥发分含量较高的固体原料，干燥、干馏段设置层数多于含水、挥发分低的固体原料，造气段根据造气温度的不同及造气目的的不同，设置气化层数，冷却段采用预堆灰措施，壳体不保温，自然冷却。它降低了杂质气体产生量，干馏气可以用于反应的加热，加热通道和各室分开设置，使生产的合成气杂质少，减少了后处理气量和工序，使后处理设备投资减少。

Description

一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置及工艺

技术领域：

本发明涉及煤化工生产技术领域，具体涉及以水蒸汽生产纯净水煤气和以二氧化碳生产一氧化碳的装置及工艺。

背景技术：

目前，以氢气、一氧化碳为主的合成气生产工艺及设备在生产过程中普遍使用纯氧或富氧、水、煤或无烟煤、干馏煤，采用间歇周期式固定床生产技术，生产的水煤气中含有大量的二氧化碳、氮气、甲烷、水蒸汽，从造气到后期需要调整气体的组成比，生产周期长，过程比较复杂，且生产工艺中对煤种、灰熔点的要求都比较严格，因此选择原料及工艺的范围小，随着环境要求的不断提高，合成气生产过程能够选择的工艺及原料范围越来越小，严重影响工厂的发展及经济效益。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置及工艺，它实现在一台设备上完成了干燥、干馏、气化，完成了连续化的气化过程，满足了以水蒸汽和碳生产纯净水煤气和以二氧化碳与碳生产高纯一氧化碳的过程，它采用多层式塔，可将干燥的水分单独排出，干馏气可以用于反应的加热，它的加热通道和各室分开设置，产生的气体杂质少，减少了后处理气量，使后处理设备投资减少，它采用逐层搅拌，传热效率高，提高了热利用率，且它采用耐高温及绝热保温材料，设备工作温度在1200℃以下，水煤气及一氧化碳的产生温度在900-1000℃，低于灰熔点，无需设置特殊的装置除灰，灰分以固体粉状形式从炉下部、装置外的高温除尘、换热器排除，工艺过程中无废水产生。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：它的整体设备分为四段，分别为干燥段A、干馏段B、造气段C和冷却段D，上段数层为干燥段A，中段数层为干馏段B，下部数层为造气段C，最下端为冷却段D，干燥段A、干馏段B和造气段C根据固体原料的性质设定层数，对于水分、挥发分含量较高的固体原料，干燥、干馏段设置层数多于含水、挥发分低的固体原料，造气段根据造气温度的不同及造气目的的不同，设置气化层数，冷却段采用预堆灰措施，壳体不保温，自然冷却。

所述的干燥段A、干馏段B、造气段C和冷却段D包含密封出料口1、筒体2、中心下料管3、气化层孔板4、高温加热气管5、侧高温气喷射管6、侧下料管7、加热气入口8、高温气入口9、中心高温气喷射管10、搅拌导轨组件11、耙式搅拌臂12、搅拌件13、搅拌轴套14、热气夹套15、搅拌轴16、蓄热式加热室17、保温层18、凹形底板19、凸形底板20、蓄热室底板21、密封进料口22、搅拌密封组件23、搅拌电机24、烟气出口管25、干燥气集气管26、干馏气集气管27、层间气出口28、中心密封下料管29、搅拌支撑30、人孔31、高温气塔外环管32和合成集气管33，筒体2的底部中间位置设置有密封出料口1，密封出料口1的上方为集灰段，在集灰段上部设有中心下料管3，下料管与上部的气化层孔板4连接，气化层孔板4的上方设置高温加热气管5，在两层高温加热气管5的中间设置有多个高温气喷射管6，高温气喷射管6的一端与高温气多个入口9连接，由塔外环形管31连接进入加热塔内。相邻的上部孔板气化层设侧下料管7，上一层孔板连接的下料管为中心下料管3，以此类推；筒体2的外壁上设置有数层加热气入口8，筒体2的内部中心位置设置的搅拌轴16上套接有数个搅拌轴套14，搅拌轴套14均与耙式搅拌臂12连接，耙式搅拌臂12的一端均设置有搅拌导轨组件11，耙式搅拌臂12上设置有搅拌件13，筒体2的外壁上设有热气夹套15，热气夹套15的外壁设置有保温层18，筒体2的顶端中心位置连接有搅拌电机24，搅拌电机24的下方设置有搅拌密封组件23，搅拌密封组件23的下方一侧设置有密封进料口22。筒体2上部几段为干燥段，在外壁上连接有干燥气集气管26、烟气出口管25；筒体的中段为干馏段，设有干馏气集气管27，干燥和干馏段各层设有层间气出口28。筒体2上设置有若干个人孔31，筒体2的下段设置有合成集气管33。

所述的耙式搅拌臂12的下方分别设置有凹形底板19和凸形底板20，凹形底板19的下方均与蓄热室底板21连接，蓄热室底板21的中间位置设置有密封下料管29，凸形底板20的下方均与蓄热式加热室17连接。

所述的密封下料管29的作用是为了防止各段不同气体穿层。

所述的外设加热器为各层统一提供相同的温度，但各层的温度控制由进入的加热气量确定，干燥、干馏层的加热采用加热室加热，造气层的加热由热气加热管加热。造气层加热气导入干馏层与补充的加热气混合进行干馏层加热、二者混合加热后的热气又进行干燥层的加热、以最大利用热量。

本发明具有以下有益效果：它实现了一台设备上完成了干燥、干馏、气化、冷却，完成了连续化的气化过程，满足了以水蒸汽和碳生产纯净水煤气和以二氧化碳与碳生产高纯一氧化碳的过程，它采用多层式塔，可将干燥的水分单独排出，干馏气可以用于反应的加热，它的加热通道和各室分开设置，产生的气体杂质少，减少了后处理气量，使后处理设备投资减少，它采用逐层搅拌，传热效率高，提高了热利用率，且它采用耐高温及绝热保温材料，设备工作温度在1200℃以下，水煤气及一氧化碳的产生温度在900-1000℃，低于灰熔点，无需设置特殊的装置除灰，灰分以固体粉状形式从炉下部、装置外的高温除尘换热器排除，工艺过程中无废水产生。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中实施例1、实施例2、实施例3的结构示意图。

具体实施方式：

参照图1，本具体实施方式采取以下技术方案：它的整体设备分为四段，分别为干燥段A、干馏段B、造气段C和冷却段D，上段数层为干燥段A，中段数层为干馏段B，下部数层为造气段C，最下端为冷却段D，干燥段A、干馏段B和造气段C根据固体原料的性质设定层数，对于水分、挥发分含量较高的固体原料，干燥、干馏段设置层数多于含水、挥发分低的固体原料，造气段根据造气温度的不同及造气目的的不同，设置气化层数，冷却段采用预堆灰措施，壳体不保温，自然冷却。

所述的干燥段A、干馏段B、造气段C和冷却段D包含密封出料口1、筒体2、下料管3、气化层孔板4、高温加热气管5、高温气喷射管6、侧下料管7、加热气入口8、高温气入口9、中心高温气喷射管10、搅拌导轨组件11、耙式搅拌臂12、搅拌件13、搅拌轴套14、热气夹套15、搅拌轴16、蓄热式加热室17、保温层18、凹形底板19、凸形底板20、蓄热室底板21、密封进料口22、搅拌密封组件23、搅拌电机24、烟气出口管25、干燥气集气管26、干馏气集气管27、层间气出口28、中心密封下料管29、搅拌支撑30、人孔31、高温气塔外环管32和合成集气管33，筒体2的底部中间位置设置有密封出料口1，密封出料口1的上方为集灰段，在集灰段上部设有中心下料管3，中心下料管3与上部的气化层孔板4连接，气化层孔板4的上方设置高温加热气管5，在两层高温加热气管5的中间设置有多个高温气喷射管6，高温气喷射管6的一端与多个高温气入口9连接，且高温气入口9与中心高温气喷射管10连接，中心高温气喷射管10与高温气塔外环管32连接，相邻的气化层孔板4之间设置有侧下料管7，筒体2的外壁上设置有数个加热气入口8，筒体2的内部中心位置的搅拌轴16上套接有数个搅拌轴套14，搅拌轴16的下端与搅拌支撑30连接，搅拌轴套14均与耙式搅拌臂12连接，耙式搅拌臂12的一端均设置有搅拌导轨组件11，耙式搅拌臂12上设置有搅拌件13，且筒体2的外壁上设有热气夹套15，热气夹套15的外壁设置有保温层18，筒体2的顶端中心位置连接有搅拌电机24，搅拌电机24的下方设置有搅拌密封组件23，搅拌密封组件23的下方一侧设置有密封进料口22，筒体2的外壁上连接有干燥气集气管26和烟气出口管25，筒体2的中段为干馏段B，干馏段B设有干馏气集气管27，干燥段A和干馏段B各层设有层间气出口28，筒体2上设置有若干个人孔31，筒体2的下端设置有合成集气管33。

所述的耙式搅拌臂12的下方分别设置有凹形底板19和凸形底板20，凹形底板19的下方均与蓄热室底板21连接，蓄热室底板21的中间位置设置有中心密封下料管29，凸形底板20的下方均与蓄热式加热室17连接。

所述的密封下料管29的作用是为了防止各段不同气体穿层。

所述的干燥段A、干馏层B加热采用蓄热式加热室17加热，造气层的加热由高温加热气管5加热，造气层加热气导入干馏层B与补充的加热气混合进行干馏层加热，二者混合加热后的热气又进行干燥层的加热、以最大利用热量。

本具体实施方式的工艺流程为：1、选用磨细的煤或磨细的焦粉从塔顶部通过密封进料口加入；2、在第一层将原料由边沿或中心的进料管导入到搅拌上方，由搅拌上的搅拌件将原料向该层的下料管方向推进，从下料管降落到下一层。相邻层板上原料的流向相反，设置在中心的降料管可以根据需要设置成密封降料管，外侧的降料管为多管下料，也可根据需要设置成密封料管。搅拌将封堵下料管的原料拨往整个层面，各层原料分布均匀；3、原料首先进入干燥段，利用干馏段从热气通道上升的热气流对进入塔内的原料进行间接干燥，干燥出的水蒸汽由各层导出，集中到干燥集汽管排出；4、原料经干燥段加热后下移进入干馏段，通过与热气通道中的热烟气间接换热，温度逐渐提高，运行温度控制在350-1000℃，运行时间在30-360分钟，产生的干馏煤气从各层煤气通道进入干馏气集气管；5、干馏到900℃以上的碳粉在除去挥发分后进入造气段，在该段，进入的高温水蒸汽与碳粉反应，产生一氧化碳和氢气，如果进入的气化剂为二氧化碳，则只产生一氧化碳，上述反应由于是吸热反应，除在每个气化层设多个多层高温加热气管，导入980℃以上的高温气体进行加热；水蒸汽或二氧化碳也加热到900-1200℃，从高温气入口环管处多支管进入气化室，在气化室中，在圆周的多个下料管下端沿切线方向喷气，使气化室发生C+H₂O＝CO+H₂或C+CO₂＝2CO的反应，未反应的碳粉及灰分沿气化室的外壁或中心下料管落入下一层，反应的气体也随着下料管、气化层孔板到下一层，在下一层中，重复上一层的过程，通过控制各层水蒸汽的喷入量，使碳粉完全反应；反应过程中水蒸汽、碳粉从上到下并流，产生的合成气与则通过最下层的合成气集气管导出；6、反应完的碳粉只剩下灰分，随合成气进入冷却段，该段塔体不保温，利用预堆的灰高度自然冷却；7灰分通过密封出料口排出；8、干燥、干馏室、气化室与加热完全隔离，加热气与干燥、干馏、合成气走不同的通道；9、生产过程中，通过调节空气、净化的干馏气、循环烟气量控制所需热量，各层所需热量的多少由加热气的量及气体气化剂的温度来调节。

本具体实施方式具有以下有益效果：它实现在一台设备上完成了干燥、干馏、气化、冷却，完成了连续化的气化过程，满足了以水蒸汽和碳生产纯净水煤气和以二氧化碳与碳生产高纯一氧化碳的过程，它采用多层式塔，可将干燥的水分单独排出，干馏气可以用于反应的加热，它的加热通道和各室分开设置，产生的气体杂质少，减少了后处理气量，使后处理设备投资减少，它采用逐层搅拌，传热效率高，提高了热利用率，且它采用耐高温及绝热保温材料，设备工作温度在1200℃以下，水煤气的产生温度在880-1000℃，一氧化碳的产生温度为850-1100℃，反应温度低于灰熔点，无需设置特殊的装置除灰，灰分以固体粉状形式从炉下部、装置外的高温除尘、换热器三部分排除，工艺过程中无废水产生。

本具体实施中因各种固体、气体气化剂的不同，对此装置进行改动或重新组合都属于本发明的保护范围内。

实施例1：水与焦粉生产一氧化碳和氢气

选取磨细至80目的、全水分2％、挥发分10％、灰分8％、固定碳80％，硫0.5％的低温干馏焦，采用图2工艺流程。

焦粉从密封进料口22进入塔内，搅拌轴套14上设置有耙式搅拌臂12，耙式搅拌臂12上安装耐高温和耐磨的材料组片，上层为凹形底板19，便于煤由外向内推进，在该层的密封下料管29设置成圆管形，管的上端与干馏层面平齐，下端穿过加热层，在加热层上方为固体焦粉层，依次设耐高温、耐磨层，金属板层，加热室内部有蓄热材料或加热管，例如蓄热陶瓷，混合热气⑦由燃烧气⑨与空气⑩在燃烧器F中燃烧并与烟气混合，分别根据要求的温度控制进入塔内各层，焦粉通过密封给料器，进入到干馏炉的第一层，由搅拌件13将末煤向中心的密封下料管29推进，落入下一层，在第二层，搅拌件13将料从中心向外圈推进，直至落入下料管7，在推进过程中，焦粉被下面加热层加热，焦粉受热后，水分及挥发分释放到本层的上部空间，集中从层间集气管e排至集气管，干馏时间为45min，混合热气⑦温度为950-1000℃，从b进入，调节加热室的温度，干燥干馏段从上到下至造气段温度控制从常温到900℃；干燥干馏段从上到下设十层，焦粉层的温度从常温到900℃，每层温差为90℃左右，加热的混合热气从d排出，一部分成为循环烟气一部分成为排放废烟气，排放烟气的温度为150℃；在造气段加热采用多层热管，室内不设蓄热体，不设搅拌，该层为带孔的平板，高温水蒸汽④由c通过塔外环管上所设的多个喷射管沿切线方向喷入，与密封下料管10落下的炽热的碳粉反应，产生一氧化碳和氢气，产生的气体与少量焦粉穿过气化层孔板5，大量的焦粉与少量的气体通过下料管3进入下一层。本层高温水蒸气过量10％，但温度必须控制在920℃以上，往下各层高温水蒸气依次递减，总的高温水蒸气与碳的摩尔比控制在1.05∶1。造气段设五层，在第五层下面，合成气与灰分离，合成气由合成集气管f排出，排出温度为950℃。

水蒸气⑧的产生是由水②经过蒸汽发生器E与高温除尘器A来的高温合成气换热产生的，该水蒸气出口温度为135℃，常压，经过蒸汽过热器EX将温度提高到950℃成为④，然后进入到造气段中的。

本工艺的蒸汽过热器EX采用了燃烧蓄热式，可用自产气燃烧；蒸汽发生器E也采用了蓄热式换热技术。

粉煤灰由底部密封出料管g干法出料，在高温除尘器A中，粉煤灰被除去，合成气中的粉煤灰小于10mg/Nm³。

本实施例中，80目的低温焦粉计，消耗焦粉3360kg/h，水4478kg/h，碳的转化率99％，生产合成气10000Nm³/h，产生的合成气中，CO∶H₂＝50∶50，CO+H₂≈100％，水蒸气含量：50mg/Nm³，H₂S350mg/Nm³，CO₂，CH₄或其它杂质属微量或检测不出。

实施例2：二氧化碳与焦粉生产一氧化碳

工艺中的气体气化剂由水蒸气改为二氧化碳，二氧化碳与碳的气化反应温度为1000℃，进入造气段的碳温度为1000℃，加热气温度为1050℃，高温二氧化碳进入造气段的温度大于1000℃。

干燥干馏段每层温度提高约100℃。其它工艺过程与实施例1相同。

本实施例中，80目的低温焦粉计，消耗焦粉3360kg/h，二氧化碳6580kg/h，碳的转化率99％，生产一氧化碳10000Nm³/h，产生的合成气中，CO＞99％，二氧化碳含量＜500mg/Nm³，H₂S 350mg/Nm³，CO₂，CH₄或其它杂质属微量或检测不出。

实施例3：水蒸气与烟煤生产一氧化碳和氢气

选取磨细至80目的、含水10％、干基挥发分30％、干基灰分10.5％、干基焦油10％，固定碳80％，硫0.6％的不粘性长焰煤，采用图2工艺流程。

本实施例中，干燥段集气管与干馏段集气管分别设置，干燥的水分在干燥段的1、2、3层，该气化装置的干燥干馏段设十三层，每层的温度差约90℃，干馏的干馏气不经处理直接回烧，减少合成气燃烧的消耗，其它工艺过程及条件与例1相同。

本实施例中，80目的煤粉，消耗煤粉5545kg/h，水4478kg/h，碳的转化率99％，生产合成气10000Nm³/h，产生的合成气中，CO+H₂＞99％，二氧化碳含量＜500mg/Nm³，H₂S 450mg/Nm³，CO₂，CH₄或其它杂质属微量或检测不出。

Claims

1.一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置，其特征在于它的整体设备分为四段，分别为干燥段(A)、干馏段(B)、造气段(C)和冷却段(D)，上段数层为干燥段(A)，中段数层为干馏段(B)，下部数层为造气段(C)，最下端为冷却段(D)，干燥段(A)、干馏段(B)和造气段(C)根据固体原料的性质设定层数，对于水分、挥发分含量较高的固体原料，干燥、干馏段设置层数多于含水、挥发分低的固体原料，造气段根据造气温度的不同及造气目的的不同，设置气化层数，冷却段采用预堆灰措施，壳体不保温，自然冷却，所述的干燥段(A)、干馏段(B)、造气段(C)和冷却段(D)包含密封出料口(1)、筒体(2)、中心下料管(3)、气化层孔板(4)、高温加热气管(5)、高温气喷射管(6)、侧下料管(7)、加热气入口(8)、高温气入口(9)、中心高温气喷射管(10)、搅拌导轨组件(11)、耙式搅拌臂(12)、搅拌件(13)、搅拌轴套(14)、热气夹套(15)、搅拌轴(16)、蓄热式加热室(17)、保温层(18)、凹形底板(19)、凸形底板(20)、蓄热室底板(21)、密封进料口(22)、搅拌密封组件(23)、搅拌电机(24)、烟气出口管(25)、干燥气集气管(26)、干馏气集气管(27)、层间气出口(28)、中心密封下料管(29)、搅拌支撑(30)、人孔(31)、高温气塔外环管(32)和合成集气管(33)，筒体(2)的底部中间位置设置有密封出料口(1)，密封出料口(1)的上方为集灰段，在集灰段上部设有中心下料管(3)，中心下料管(3)与上部的气化层孔板(4)连接，气化层孔板(4)的上方设置高温加热气管(5)，在两层高温加热气管(5)的中间设置有多个高温气喷射管(6)，高温气喷射管(6)的一端与多个高温气入口(9)连接，且高温气入口(9)与中心高温气喷射管(10)连接，中心高温气喷射管(10)与高温气塔外环管(32)连接，相邻的气化层孔板(4)之间设置有侧下料管(7)，筒体(2)的外壁上设置有数个加热气入口(8)，筒体(2)的内部中心位置的搅拌轴(16)上套接有数个搅拌轴套(14)，搅拌轴(16)的下端与搅拌支撑(30)连接，搅拌轴套(14)均与耙式搅拌臂(12)连接，耙式搅拌臂(12)的一端均设置有搅拌导轨组件(11)，耙式搅拌臂(12)上设置有搅拌件(13)，且筒体(2)的外壁上设有热气夹套(15)，热气夹套(15)的外壁设置有保温层(18)，筒体(2)的顶端中心位置连接有搅拌电机(24)，搅拌电机(24)的下方设置有搅拌密封组件(23)，搅拌密封组件(23)的下方一侧设置有密封进料口(22)，筒体(2)的外壁上连接有干燥气集气管(26)和烟气出口管(25)，筒体(2)的中段为干馏段(B)，干馏段(B)设有干馏气集气管(27)，干燥段(A)和干馏段(B)各层设有层间气出口(28)，筒体(2)上设置有若干个人孔(31)，筒体(2)的下端设置有合成集气管(33)。

2.根据权利要求1所述的一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置，其特征在于所述的耙式搅拌臂(12)的下方分别设置有凹形底板(19)和凸形底板(20)，凹形底板(19)的下方均与蓄热室底板(21)连接，蓄热室底板(21)的中间位置设置有中心密封下料管(29)，凸形底板(20)的下方均与蓄热式加热室(17)连接。

3.根据权利要求1所述的一种生产纯净水煤气和一氧化碳的装置，其特征在于它的工艺流程为：(1)、选用磨细的煤或磨细的焦粉从塔顶部通过密封进料口加入；(2)、在第一层将原料由边沿或中心的进料管导入到搅拌上方，由搅拌上的搅拌件将原料向该层的下料管方向推进，从下料管降落到下一层，相邻层板上原料的流向相反，设置在中心的降料管根据需要设置成密封降料管，外侧的降料管为多管下料，根据需要设置成密封料管；搅拌将封堵下料管的原料拨往整个层面，各层原料分布均匀；(3)、原料首先进入干燥段，利用干馏段从热气通道上升的热气流对进入塔内的原料进行间接干燥，干燥出的水蒸汽由各层导出，集中到干燥集汽管排出；(4)、原料经干燥段加热后下移进入干馏段，通过与热气通道中的热烟气间接换热，温度逐渐提高，运行温度控制在350-1000℃，运行时间在30-360分钟，产生的干馏煤气从各层煤气通道进入干馏气集气管；(5)、干馏到900℃以上的碳粉在除去挥发分后进入造气段，在该段，进入的高温水蒸汽与碳粉反应，产生一氧化碳和氢气，如果进入的气化剂为二氧化碳，则只产生一氧化碳，上述反应由于是吸热反应，除在每个气化层设多个多层高温加热气管，导入980℃以上的高温气体进行加热；水蒸汽或二氧化碳也加热到900-1200℃，从高温气入口环管处多支管进入气化室，在气化室中，在圆周的多个下料管下端沿切线方向喷气，使气化室发生C+H₂O＝CO+H₂或C+CO₂＝2CO的反应，未反应的碳粉及灰分沿气化室的外壁或中心下料管落入下一层，反应的气体也随着下料管、气化层孔板到下一层，在下一层中，重复上一层的过程，通过控制各层水蒸汽的喷入量，使碳粉完全反应；反应过程中水蒸汽、碳粉从上到下并流，产生的合成气与则通过最下层的合成气集气管导出；(6)、反应完的碳粉只剩下灰分，随合成气进入冷却段，该段塔体不保温，利用预堆的灰高度自然冷却；(7)灰分通过密封出料口排出；(8)、干燥、干馏室、气化室与加热完全隔离，加热气与干燥、干馏、合成气走不同的通道；(9)、生产过程中，通过调节空气、净化的干馏气、循环烟气量控制所需热量，各层所需热量的多少由加热气的量及气体气化剂的温度来调节。