CN107353939B - 一种半水煤气生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半水煤气生产工艺，包括工艺步骤A和工艺步骤B，其中所述工艺步骤A包括S1吹风、S2上吹制气、S31下吹制气、S4二次上吹、S5空气吹净；所述工艺步骤B依次包括步骤S1吹风，S2上吹制气，S32除汽上吹，S4二次上吹和S5空气吹净，通过在吹风阶段加入煤棒避免在制气阶段加入煤棒，所导致的水蒸汽直接和煤棒接触而影响煤棒的粘接和结壳现象，同时在现有工艺基础上增加除汽上吹阶段，用于完全烘干煤棒中水份，进一步除去煤棒中水份，使气化剂的均匀分布，确保煤气炉炉况的稳定,达到气质合格。
Description
技术领域
本发明涉及固定床煤气化工工艺领域，具体涉及一种半水煤气生产工艺。
背景技术
合成氨造气主要任务是采用固定床间歇常压气化法，即在煤气发生炉内，以烘干煤棒为原料，并保持一定的床头层，在高温下，交替地吹入空气和水蒸汽，以制取合格的半水煤气。在保证煤气质量的前提下，尽可能提高煤气产量，降低燃料的消耗，即尽可能提高燃料和水蒸汽的利用率，为后工段提供优质的半水煤气。
公开号为CN104845674中国专利公开了一种半水煤气的生产工艺，通过吹风阶段、上吹阶段、下吹阶段、二次上吹阶段和吹净阶段几个步骤连续循环在炉体中完成半水煤气的制备，然而在上述技术中，当煤棒质量不稳定时，易产生煤棒相互粘接，结壳、塌方和跨碳等问题，上述问题的存在会导致气体偏流、局部过热、热量不平衡、炉温不正常、气质气量下渣差，生棒多或渣块里面包有煤棒残碳高，严重时氧含量居高不下，产气量差、消耗大幅度上升，严重影响制约了安全生产，因此亟待研究一种可防止煤棒相互粘接，结壳、塌方和跨碳等问题出现的水煤气生产工艺。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种半水煤气生产工艺，通过在吹风阶段加入煤棒避免在制气阶段加入煤棒，所导致的水蒸汽直接和煤棒接触而影响煤棒的粘接和结壳现象，同时在现有工艺基础上增加除汽上吹阶段，用于完全烘干煤棒中水份，进一步除去煤棒中水份，使气化剂的均匀分布，确保煤气炉炉况的稳定,达到气质合格。
一种半水煤气生产工艺，包括多个工艺步骤A和工艺步骤B，其中：
所述工艺步骤A包括如下步骤：
S1 吹风：加入固体燃料，空气从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，放出大量热量，使气化层温度升高，蓄热；
S2 上吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，上吹制气过程中水蒸汽流量为上吹设定值为7-9t/h，维持时间为40-50s；
S31 下吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉顶自上而下通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，用于保持气化层的位置和温度稳定在一定区域内，下吹制气过程中水蒸汽流量为下吹设定值7-9t/h，维持时间为55-60s；
S4 二次上吹：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，用于排净炉底残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安全条件，二次上吹过程中，水蒸汽流量为5-8t/h，维持时间为5-10s；
S5 空气吹净：空气经吹风阀进入炉体，回收管道中的剩余煤气；
所述工艺步骤B依次包括步骤S1吹风，S2上吹制气，S32除汽上吹，S4二次上吹和S5空气吹净，其中S32除汽上吹为：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，在S2上吹制气之后，用于使气化层上升，增加燃料层中的温度，使燃料中的水蒸汽从炉顶排出，S32除汽上吹过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为55-60s。
具体地，每10-25个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B。
具体地，每15个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B。
具体地，在步骤S2上吹制气中，所述气化剂包括水蒸汽和空气。
具体地，所述工艺步骤B包括多个连续的S32除汽上吹。
本发明技术方案具备的有益效果如下：
1.本技术方案通过将工艺步骤A和工艺步骤B的组合，既可保证半水煤气生产工艺中气化层的位置和温度稳定在一定区域内，同时也可以保证，煤棒中多余水份可随上吹从炉顶排出，使煤棒入炉后不形成相互粘接，不形成冷疤、热疤，不形成结壳、塌方、跨碳，使气化剂(蒸汽、空气)分布均匀，煤气发生炉炉况的稳定，达到气质合格。
2.本技术方案通过在S1吹风步骤中加入固体燃料(煤棒)，避免煤棒加入初期和S2上吹制气或S31下吹制气中的高温气化剂直接接触，从而有效避免煤棒中水份遇高温急剧气化所引起的煤棒粘接现象。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种半水煤气生产工艺，通过在吹风阶段加入煤棒避免在制气阶段加入煤棒，所导致的水蒸汽直接和煤棒接触而影响煤棒的粘接和结壳现象，同时在现有工艺基础上增加除汽上吹阶段，用于完全烘干煤棒中水份，进一步除去煤棒中水份，使气化剂的均匀分布，确保煤气炉炉况的稳定,达到气质合格。
为了更好的理解本发明技术方案，下面将结合具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
在固定层固体燃料气化过程中，通入气化剂不同，所得到的气体成份也不同。以空气为气化剂时，制得的气体称为空气煤气，其中N2含量较高，CO和H2含量都很低；以水蒸汽为气化剂时，制得的气体为水煤气，其中CO和H2的含量虽然都很多，但N2很低。在合成氨生产过程中，要求N2、H2混合气体的组成是CO+H2与N2之比为3.1:3.2。如用空气煤气则N2太多，用水煤气，则N2不足。为满足制氨需要，在水煤气中混合一定量的空气煤气，成为具有一定H2、N2的混合气体，称之为半水煤气。
煤气发生炉内固体燃料包括五层燃料层，从上至下分具体为：干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。其中，干燥层在燃料层的最上部，燃料在此受热分解，燃料中水分蒸发；干燥层往下一个区域为干馏层，燃料在干馏层受热分解，放出低分子烃，燃料本身也逐渐焦化；干馏层向下依次是还原层、氧化层，还原层和氧化层统称为气化层；气化层下方为灰渣层，灰渣层由炉箅上面固体残渣形成，可以用于预热自炉底进入的气化剂，同时灰渣被冷却，以保护炉箅不致过热而损坏。
第一，空气煤气的生产过程具体为：
以空气作为气化剂，在吹风阶段，空气从炉底进入，经灰渣层预热后到在氧化层，此时气体中的O2与固体燃料中的C接触，发生下列反应：
2C+O2＝2CO+Q (1)
2CO+O2＝2CO2+Q (2)
C+O2＝CO2+Q (3)
气体再往上升到达还原层，此时，气体中的CO2与C反应：
此反应为吸热反应，在高温下进行，反应所需的热量是从氧化层氧化反应产生。气体继续上升，进入干馏层和干燥层，气体把自身的热量传给干馏层和干燥层中的固体燃料，进行干馏和干燥进而把固体燃料中的水份蒸发出去。
上述(1)、(2)、(3)式的反应，均为放热反应，在煤气发生炉气化层的温度范围内，上述反应均为不可逆的，反应速度较快，而且进行相当完全。(4)式的反应为可逆的吸热反应，反应速度较慢，反应速度随温度的提高而加快。
第二，水煤气的生产过程具体为：
以水蒸汽作为气化剂，在上吹阶段，H2O从炉底进入，经灰渣层预热后到在气化层，此时气体中的H2O与固体燃料中的C接触，发生下列反应：
副反应：
提高温度有利于(5)、(6)、(7)三式的反应向右进行，而不利于(8)、(9)两式的反应，提高温度能加速反应，且可以降低水煤气中CH4和CO2的含量，煤气发生炉的温度必须控制在900℃以上，否则会使气体中CH4和CO2含量增多，半水煤气的质量和数量均会下降。
第三，半水煤气的生产过程
由于热量平衡与气体成分之间的矛盾，在生产中不可能采取同时通入空气和蒸汽的方法连续生产半水煤气，只能采用间歇法制气，即向煤气发生炉先通入空气，以提高燃料层温度，然后通入水蒸汽生成水煤气，再将气体混合，获得半水煤气。在本发明中，通过要向煤气发生炉内交替送入空气和水蒸汽来制取半水煤气。
具体地生产工艺如下：
一种半水煤气生产工艺，其特征在于，包括多个工艺步骤A和工艺步骤B，其中：
所述工艺步骤A包括如下步骤：
S1 吹风：加入固体燃料，以空气为气化剂，空气从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，放出大量热量，使气化层温度升高，蓄热；
S2 上吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，上吹制气过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为40-50s，优选为45秒；
S31 下吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉顶自上而下通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，通过改变水蒸气的进入燃料层的方向，防止气化层上升过多，用于保持气化层的位置和温度稳定在一定区域内，下吹制气过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为55-60s，优选为57秒；
S4 二次上吹：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，因为经历上吹和下吹两个阶段的吸热反应后，气化层温度已经很低，为确保循环制气，需要再次进行吹风阶段，以增加反应所需热量，但下吹完成时，煤气发生炉的炉底管道内充满半水煤气，如果直接进行吹风，空气加入炉底管道后将会发生爆炸。所以，为确保安全，需要用蒸汽将炉底管道置换干净，从而再次进行短时间的上吹流程，也称二次上吹。用于排净炉底残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安全条件，二次上吹过程中，水蒸汽流量为5-8t/h，维持时间为5-10s，优选为7s。
S5 空气吹净：空气经吹风阀进入煤气发生炉，回收管道中的剩余煤气；进行二次上吹后，炉底已经充满水蒸汽，此时通入空气即可进行升温流程，此过程持续时间为5秒；
再次进行吹风升温，回到吹风工序，从而实现循环制气。
所述工艺步骤B依次包括步骤S1吹风，S2上吹制气，S32除汽上吹，S4二次上吹和S5空气吹净，其中S32除汽上吹为：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，在S2上吹制气之后，用于使气化层上升，增加燃料层中的温度，使燃料中的水蒸汽从炉顶排出，S32除汽上吹过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为55-60s,优选为57s。
将工艺步骤A中的S31下吹制气替换成S32除汽上吹即可得到工艺步骤B，在工艺步骤B中，在S2上吹制气之后，连续进行，S32除汽上吹工序，短时将炉上温度慢慢提高，将干燥层固体燃料(煤棒)烘干，水份随上吹带走，且除汽上吹是在下吹阶段时程序阀门依旧按照上吹阶段程序运行，相比于工艺步骤A而言，S2上吹制气工序之后紧跟S31下吹制气工序，尽管能保持气化层的位置和温度稳定在一定区域内，但是不利于烘干煤棒，也不利于蒸汽从炉顶排出。
具体地，在本实施例中通过在S1吹风步骤中加入固体燃料(煤棒)，避免煤棒加入初期和S2上吹制气或S31下吹制气中的高温气化剂直接接触，从而有效避免煤棒中水份遇高温急剧气化所引起的煤棒粘接现象。
具体地，每10-25个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B，优选地，每15个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B，工艺步骤A和工艺步骤B的组合，以及其组合频次即可保证半水煤气生产工艺中气化层的位置和温度稳定在一定区域内，同时也可以保证，煤棒中多余水份可随上吹从炉顶排出，使煤棒入炉后不形成相互粘接，不形成冷疤、热疤，不形成结壳、塌方、跨碳，使气化剂(蒸汽、空气)分布均匀，煤气发生炉炉况的稳定，达到气质合格。在具体工艺工程中，煤棒水份含量高时，可以减少工艺步骤A相对工艺步骤B的个数比，煤棒水份含量低时，可以增加相应增加工艺步骤A相对工艺步骤B的个数比。在具体实施方式中，当固体燃料(煤棒)中水分含量小于等于1％时，每17个工艺步骤A循环进行之后进行一个工艺步骤B；当固体燃料(煤棒)中水分含量为1-3％时，每15个工艺步骤A循环进行之后进行一个工艺步骤B；当固体燃料(煤棒)中水分含量为3-5％时，每12个工艺步骤A循环进行之后进行一个工艺步骤B。
具体地，在步骤S2上吹制气中，所述气化剂包括水蒸汽和空气，气化剂中加入一定量空气，一方面可以提高温度，另一方面也可以配入适量N2，以满足原料气H2/N2比的要求。
具体地，所述工艺步骤B包括多个连续的S32除汽上吹，S32除汽上吹的个数可以调节，当煤棒水份含量较多时，可以增加S32除汽上吹个数。
上述工艺中所用的设备均为现有技术，再次不一一赘述。通过试验验证得出，使用本技术方案后煤气发生炉冬季吹翻现象减少50％，下渣的残碳量降低5％、吨氨耗煤降低10㎏；此外，对比试验表明，以含水量为3.5％的煤棒为固体燃料，采用每进行15个工艺步骤A之后，进行1个工艺步骤B，煤气炉吹风效率为91％，煤气炉产气量为8200米3/小时.台，当仅选用工艺步骤A进行半水煤气生产时，煤气炉吹风效率为83％，煤气炉产气量为7400米3/小时.台，也即，相比单独选用工艺步骤A而言，本发明技术方案可以使煤气炉吹风效率提高9--10％，煤气炉产气量提高9--10％。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种半水煤气生产工艺，其特征在于，包括多个工艺步骤A和工艺步骤B，其中：
所述工艺步骤A包括如下步骤：
S1吹风：加入固体燃料，空气从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，放出大量热量，使气化层温度升高，蓄热；
S2上吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，上吹制气过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为40-50s；
S31下吹制气：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉顶自上而下通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，用于保持气化层的位置和温度稳定在一定区域内，下吹制气过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为55-60s；
S4二次上吹：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，用于排净炉底残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安全条件，二次上吹过程中，水蒸汽流量为5-8t/h，维持时间为5-10s；
S5空气吹净：空气经吹风阀进入炉体，回收管道中的剩余煤气；
所述工艺步骤B依次包括步骤S1吹风，S2上吹制气，S32除汽上吹，S4二次上吹和S5空气吹净，其中S32除汽上吹为：以水蒸汽为气化剂，水蒸汽从炉底自下而上通过燃料层，与燃料层中碳反应，生成水煤气，在S2上吹制气之后，用于使气化层上升，增加燃料层中的温度，使燃料中的水蒸汽从炉顶排出，S32除汽上吹过程中水蒸汽流量为7-9t/h，维持时间为55-60s。
2.根据权利要求1中所述的半水煤气生产工艺，其特征在于：每10-25个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B。
3.根据权利要求1中所述的半水煤气生产工艺，其特征在于：每15个工艺步骤A的循环进行之后进行1个工艺步骤B。
4.根据权利要求1中所述的半水煤气生产工艺，其特征在于：在步骤S2上吹制气中，所述气化剂包括水蒸汽和空气。
5.根据权利要求1中所述的半水煤气生产工艺，其特征在于：所述工艺步骤B包括多个连续的S32除汽上吹。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 441000 yujiahu, Xiangcheng District, Xiangyang City, Hubei Province Patentee after: Xiangyang Zedong Chemical Group Co.,Ltd. Address before: No. 1 Tianshun Avenue, Yujiahu Industrial Park, Xiangcheng District, Xiangyang City, Hubei Province, 441021 Patentee before: XIANGYANG ZEDONG CHEMICAL GROUP Co.,Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A semi water gas production process Effective date of registration: 20230529 Granted publication date: 20191122 Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Xiangyang Branch Pledgor: Xiangyang Zedong Chemical Group Co.,Ltd. Registration number: Y2023980042103 |