CN103074110A - 连续式半流化固定床层半水煤气生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，涉及一种半水煤气生产方法，包括：A.制取活性型煤；B.制取入炉气液：将氧含量为56～65%的富氧空气和过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.5～2.0的比例，混合均匀得到入炉气体；C.气液反应：将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，并与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使流态渣冷却成固态渣；E.排出固态渣和输出半水煤气。本发明可大幅度提高碳的有效利用率和蒸汽分解率，反应效率较高，可减少热量损耗，实现了无烟气排放，社会效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种半水煤气生产方法，特别是一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法。
背景技术
间歇式固定床层半水煤气发生法是当前大多数氨醇生产企业普遍采用的生产原料气的生产工艺。该生产工艺为间歇式制气，采用粒度在20~80mm的块煤作为生产原料，通过间断加入空气和蒸汽，实现碳和氧气放热反应，蒸汽和碳吸热反应制气。该种生产方式因其以煤为原料，采购方便；且煤气炉制气系统设备投资省，流程简单，施工周期短，所以长时间来一直都是合成氨企业首选的制气工艺；但其也存在明显的工艺缺点，主要体现在对煤质量要求高，煤中碳的有效利用率低，蒸汽分解率低，单体设备产能小，生产系统波动大，长周期稳定运行性差；
随着中国经济的不断发展，煤炭资源供应日趋紧张，煤炭价格大幅上涨，煤炭质量下降，间歇式固定床层半水煤气发生法设计存在的工艺缺陷严重的制约了企业发展，也不符合国家节能减排，淘汰落后产能的政策需要；九十年代后，国家大力提倡引进了德士古水煤浆气化，壳牌干粉气化等粉煤气化技术，但其投资过大，单系统稳定生产需要高技术力量保障，严重制约了这些煤气化工艺在中国的普及。
所以采用间歇式固定床层半水煤气发生法的生产企业一直致力于立足现状进行创新和改造，如采用型煤制气等一系列方法，在节能减排降低生产成本方面取得了一些成绩，但终究没能从根本上解决该生产工艺落后的状况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能提高碳的有效利用率和蒸汽分解率的连续式半流化固定床层半水煤气生产方法。
解决上述技术问题的技术方案是：一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加1.5～3%的活性剂，得到活性型煤；
B.制取入炉气液：将氧含量为56～65%的富氧空气（氧气的体积分数大于空气中的平均氧气体积分数的空气称为富氧空气）和0.05～0.12MPa，180～220℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.5～2.0的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中的无烟粉煤中的固定碳含量＞60%，挥发份5～8%。
本发明的再进一步技术方案是：在步骤A中所述的活性剂为碱性金属。
本发明的更进一步技术方案是：所述的步骤A中所制得的活性型煤在1100℃时化学活性达到80%以上；机械强度>600N/m2；热稳定性>85%；灰熔点T2>1350℃。
由于采用上述结构，本发明之连续式半流化固定床层半水煤气生产方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1. 能提高碳的有效利用率和蒸汽分解率：
由于本发明采用的是下进上出的连续气化生产工艺，而且本发明最大特点是在原固定床层煤气发出炉的工艺基础上创新型将气化反应层由气固反应模式改为气液反应模式，即是通过控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，因此，本发明在不改变煤气发生炉结构的前提下，大大增加了碳与蒸汽的接触面积，不仅能大幅度提高碳的有效利用率，还能提高蒸汽的分解率。
2.反应效率较高：
由于本发明能实现煤气发生炉的活性型煤固态加料，流态液化反应，在该反应过程中，活性型煤从上至下逐渐进入反应区，底层基本为反应完全的流态渣，而气化剂从下到上逆向进入反应区域，因此气液反应完全的流态渣会被气化剂迅速冷却成固态渣，从而实现了固态排渣。因此，本发明可大幅度提高碳的有效利用率和蒸汽的分解率，使碳和蒸汽的反应比较彻底，其反应效率较高。
3. 可减少热量损耗：
由于本发明的反应比较彻底，反应效率较高，其入炉原料煤的有效利用率可提高20%；入炉蒸汽利用率可提高到60%以上；因此，本发明可大幅度减少热量损耗。
4. 可实现无烟气排放：
由于本发明的反应比较彻底，因此可实现无烟气排放，完全符合绿色环保的要求。
5. 社会效益显著：
本发明只要通过在合成塔入口处补入高压氮气来调节氢氮比，就可以用在合成氨生产上，并且可使合成氨生产系统节能效果较佳，还能使单台煤气炉产氨能力增加一倍，其社会效益显著。
下面，结合实施例对本发明之连续式半流化固定床层半水煤气生产方法的技术特征作进一步的说明。
具体实施方式
实施例一：
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取固定碳含量为65%，挥发份5%的无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加1.5%的活性剂腐植酸钠，得到活性型煤，该活性型煤在1100℃时化学活性达到85%；机械强度为650N/m2；热稳定性为90%；灰熔点T2=1380℃；
B.制取入炉气液：将氧含量为56%的富氧空气和0.05MPa，180℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.5的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
实施例二：
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取固定碳含量为70%，挥发份6%无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加2%的活性剂腐植酸钠和氢氧化钠，得到活性型煤，该活性型煤在1100℃时化学活性达到90%；机械强度为700N/m2；热稳定性为95%；灰熔点T2=1400℃。
B.制取入炉气液：将氧含量为60%的富氧空气和0.08MPa，200℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.8的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
实施例三：
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取固定碳含量为75%，挥发份7%无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加2.2%的活性剂腐植酸钠和氢氧化钠和氧化镁，得到活性型煤，该活性型煤在1100℃时化学活性达到95%；机械强度为720N/m2；热稳定性为98%；灰熔点T2=1400℃。
B.制取入炉气液：将氧含量为58%的富氧空气和0.08MPa，200℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.6的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
实施例四：
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取固定碳含量为80%，挥发份7.5%无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加2.5%的活性剂腐植酸钠和氢氧化钠和氧化镁，得到活性型煤，该活性型煤在1100℃时化学活性达到98%；机械强度为750N/m2；热稳定性为98%；灰熔点T2=1450℃。
B.制取入炉气液：将氧含量为60%的富氧空气和0.1MPa，200℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.8的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
实施例五：
一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取固定碳含量为85%，挥发份8%无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加3%的活性剂腐植酸钠和氢氧化钠和氧化镁，得到活性型煤，该活性型煤在1100℃时化学活性达到99%；机械强度为800N/m2；热稳定性为99%；灰熔点T2=1500℃。
B.制取入炉气液：将氧含量为65%的富氧空气和0.12MPa，220℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：2的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
作为实施例一至实施例五的一种变换，所述活性剂的添加比例一般为无烟粉煤重量的1.5～3%。
作为实施例一至实施例五的又一种变换，所述富氧空气的氧含量一般为56～65%，过热蒸汽的压力一般为0.05～0.12MPa，温度一般为180～220℃；
所述的富氧空气和过热蒸汽混合的体积一般按O2：H2O体积比为1：1.5～2.0。
作为实施例一至实施例五的又一种变换，所述步骤A无烟粉煤中的固定碳含量＞60%，挥发份5～8%。
作为实施例一至实施例五的又一种变换：所述的活性剂还可以为除腐植酸钠和氢氧化钠和氧化镁以外的其它碱性金属。
作为实施例一至实施例五的又一种变换：所述步骤A中所制得的活性型煤在1100℃时的性能参数一般为：化学活性达到80%以上；机械强度>600N/m2；热稳定性>85%；灰熔点T2>1350℃。
Claims (4)
1.一种连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A. 制取活性型煤：选取无烟粉煤作为原料，将无烟粉煤混合均匀后调配煤质，再添加1.5～3%的活性剂，得到活性型煤；
B.制取入炉气液：将氧含量为56～65%的富氧空气和0.05～0.12MPa，180～220℃的过热蒸汽按O2：H2O体积比为1：1.5～2.0的比例，经混合罐充分混合均匀得到入炉气体；
C.气液反应：分别将活性型煤、入炉气体输入至煤气发生炉的气化反应层，控制气化反应层的温度大于活性型煤的灰溶点，使活性型煤溶化为液态煤，该液态煤与入炉气体产生气液反应，生成半水煤气以及流态渣；
D.冷却：持续往气化反应层加入气化剂，使气液反应完全的流态渣迅速经气化剂冷却成固态渣；
E.将固态渣从煤气发生炉的底部排出，并将制得的半水煤气从煤气发生炉顶部的煤气管输出。
2.根据权利要求1所述的连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，其特征在于：所述步骤A中的无烟粉煤中的固定碳含量＞60%，挥发份5～8%。
3.根据权利要求1所述的连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，其特征在于：在步骤A中所述的活性剂为碱性金属。
4.根据权利要求1或2或3所述的连续式半流化固定床层半水煤气生产方法，其特征在于：所述的步骤A中所制得的活性型煤在1100℃时化学活性达到80%以上；机械强度>600N/m2；热稳定性>85%；灰熔点T2>1350℃。
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