CN107446626A - 一种焦炭加压连续气化生产方法 - Google Patents

一种焦炭加压连续气化生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种焦炭加压连续气化生产方法，生产过程在焦炭加压连续气化装置系统中进行，所述的焦炭加压连续气化装置系统包括料仓、焦锁、化工焦加压气化炉、灰锁、灰仓、气化剂混合管、旋风分离器、中压废热回收器、焦粉灰锁、低压废热回收器、循环泵、粗煤气分离器和煤气水分离装置，其过程主要是以5～40mm原料焦粒为原料，与由中压蒸汽和氧气混合而成的气化剂在化工焦加压气化炉内发生化学反应，产生合格的粗煤气。通过本发明生产方法解决传统焦炭气化技术效率低、相同规模气化炉数量多、占地面积大、废水处理量大，污染较大等问题，同时充分利用煤气带出的热量，回收热量产生的中压蒸汽作为气化剂有效利用，低压蒸汽外供，节约成本，并且避免资源浪费。

Description

一种焦炭加压连续气化生产方法
技术领域
本发明涉及焦炭高温氧化煤气技术领域，具体是涉及一种焦炭加压连续气化生产方法。
背景技术
目前传统的焦炭气化技术是采用空气（或氧气）与过热蒸汽混合作为气化剂进行焦炭气化的技术，其中一类气化技术压力接近常压、效率低、相同规模气化炉数量多、占地面积大，如果使用传统的鲁奇炉加压气化工艺，鲁奇炉煤气出口设洗涤冷却器，废水处理量大，污染较大；另外洗涤水带走部分热量，不能充分利用煤气带出的热量，需要补充的较多的蒸汽作为气化剂，造成气化过程能耗较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦炭加压连续气化生产方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种焦炭加压连续气化生产方法，生产过程在焦炭加压连续气化装置系统中进行，所述的焦炭加压连续气化装置系统包括气化系统、干式除尘系统、湿式除尘系统，所述的气化系统主要包括：料仓、焦锁、化工焦加压气化炉、灰锁、灰仓、气化剂混合管；所述的干式除尘系统包括：旋风分离器、中压废热回收器、焦粉灰锁、气力输灰装置；所述的湿式除尘系统包括：低压废热回收器、循环泵、粗煤气分离器和煤气水分离装置；其过程主要是以5～40mm原料焦粒为原料，与由中压蒸汽和氧气混合而成的气化剂在化工焦加压气化炉内发生化学反应，产生合格的粗煤气，具体包括以下步骤：
（1）经筛分合格的5～40mm原料焦粒由上料皮带送至料仓；
（2）来自上料工段的5～40mm的碎焦粒通过皮带供给输送至料仓，焦粒定期靠重力通过连接在焦仓两个出口的加料溜槽进入下部的焦锁中，然后焦锁上阀关闭用净化后的煤气对其进行充压至气化炉压力，打开焦锁下阀以使焦粒进入气化炉中，在进料完毕后关闭焦锁下阀，并开始泄压，焦锁气经过焦锁气洗涤器和分离器处理后送至气柜，作为原料气使用，泄压完毕后打开焦锁上阀进行下一次进料过程；
（3）气化剂进入化工焦加压气化炉，蒸汽和氧气经气化剂混合管混合后，由安装在化工焦加压气化炉下部的炉篦喷入，
（4）化工焦加压气化炉内的反应：
化工焦加压气化炉气化压力为0.5~5.0MPa，高径比为3～4，
由下至上可分为五个区：灰渣层、燃烧层、气化层、干燥和预热层，
A.灰渣层：气化剂与灰渣换热，灰渣由约1200℃被冷却到比气化剂温度高约50℃，排入灰锁,气化剂被加热后上升到燃烧层，
B.燃烧层：燃烧层主要是通过碳和氧反应为气化反应提供所需的热量，
在燃烧层进行下列主要反应：
a)C+O2=CO2+4.18×97kJ/mol
b)C+1/2O2=CO+4.18×29.4kJ/mol
上述两反应放出大量的热，上升的气化剂被加热到约1100℃，下降的灰的温度接近1200℃，
C.气化层：来自燃烧层的上升气体主要含有CO2、CO和水蒸汽，在气化层约850℃的平均温度下进行以下反应：
a)C+H2O=CO+H2-4.18×28.3kJ/mol
b)C+2H2O=CO2+2H2-4.18×18.5kJ/mol
c)CO+H2O=CO2+H2+4.18×9.80kJ/mol
d)C+CO2=2CO-4.18×38.3kJ/mol
e)C+2H2=CH4+4.18×20.9kJ/mol
f)CO+3H2=CH4+H2O-4.18×49.3kJ/mol
化工焦加压气化炉的控制反应是a，甲烷化反应e和反应d对离开气化层的煤气组成影响较小,反应b，c，f对煤气组成的影响更小,
D.干燥和预热层
由焦锁加入到化工焦加压气化炉的焦粒在干燥和预热层被干燥并加热到约200℃；
(5)粗煤气旋风除尘
由化工焦加压气化炉来的粗煤气先进入旋风分离器去掉其中的大部分粉尘，所述的旋风分离器与化工焦加压气化炉直接相连，连接管采用夹套管，夹套与化工焦加压气化炉夹套相通，旋风分离器为双层压力容器，内表层为水夹套，外表层为承压壁，
(6)粗煤气热量回收再除尘
来自旋风分离器的粗煤气再进入中压废热回收器冷却至320℃左右，再由煤气水喷射器淬冷后，以水蒸气饱和状态后进入低压废热回收器，低压废热回收器煤气入口设煤气水喷射器，粗煤气经过煤气水喷射器除尘、降温、补水后，使粗煤气达到饱和状态，粗煤气经低压废热回收器进一步换热冷却至175℃后送至后续工段。
进一步的，所述的化工焦加压气化炉炉壁为双层夹套结构，在外壁和内壁间即夹套维持一定的锅炉给水液位，以保护外层承压壳体免受高温，同时，通过气化炉内壁传递热量，在夹套中产出与气化压力接近的饱和蒸汽，该蒸汽作为气化过程所用的气化剂使用。
进一步的，所述的中压废热回收器产生的中压过热蒸汽作为化工焦加压气化炉气化剂使用，低压废热回收器产生的低压饱和蒸汽可外供，或过热后作为气化剂使用。
进一步的，所述的灰锁包括充压、泄压的循环操作，灰锁一旦装满，将与化工焦加压气化炉隔离，打开膨胀冷凝器泄压阀门开始泄压，灰蒸汽进入水中冷凝，泄至常压后，打开灰锁下阀，经灰锁灰仓定期送走，关闭灰锁下阀开始下一次操作。
进一步的，生产过程中由煤气洗涤及冷却下来的煤气水送至煤气水分离装置处理，处理后的煤气水一部分送回加压造气装置循环利用，废水经气提处理后送污水处理装置处理。
进一步的，所述的旋风分离器和中压废热回收器收集的焦粉，由气力输灰装置送至灰库。
进一步的，生产过程中产生两股不合格煤气，分别为焦锁气和开车煤气，焦锁气除尘降温后送至气柜，经过净化升压后作为原料气，开车煤气除尘降温后送至火炬高空燃烧处理，开车煤气火炬系统包括开车煤气洗涤器、开车煤气分离器，火炬气液分离器和火炬。
本发明的有益效果是：通过本发明生产方法解决传统焦炭气化技术效率低、相同规模气化炉数量多、占地面积大、废水处理量大，污染较大等问题，采用干式除尘可以充分利用煤气带出的热量，将蒸汽回收作为气化剂有效利用，节约成本，并且避免资源浪费。
附图说明
图1为本发明焦炭加压连续气化生产方法工艺流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种焦炭加压连续气化生产方法，生产过程在焦炭加压连续气化装置系统中进行，所述的焦炭加压连续气化装置系统包括气化系统、干式除尘系统、湿式除尘系统，所述的气化系统主要包括：料仓、焦锁、化工焦加压气化炉、灰锁、灰仓、气化剂混合管；所述的干式除尘系统包括：旋风分离器、中压废热回收器、焦粉灰锁、气力输灰装置；所述的湿式除尘系统包括：低压废热回收器、循环泵、粗煤气分离器和煤气水分离装置；其过程主要是以5～40mm原料焦粒为原料，与由中压蒸汽和氧气混合而成的气化剂在化工焦加压气化炉内发生化学反应，产生合格的粗煤气，具体包括以下步骤：
（1）经筛分合格的5～40mm原料焦粒由上料皮带送至料仓；
（2）来自上料工段的5～40mm的碎焦粒通过皮带供给输送至料仓，焦粒定期靠重力通过连接在焦仓两个出口的加料溜槽进入下部的焦锁中，然后焦锁上阀关闭用净化后的煤气对其进行充压至气化炉压力，打开焦锁下阀以使焦粒进入气化炉中，在进料完毕后关闭焦锁下阀，并开始泄压，焦锁气经过焦锁气洗涤器和分离器处理后送至气柜，作为原料气使用，泄压完毕后打开焦锁上阀进行下一次进料过程；
（3）气化剂进入化工焦加压气化炉，蒸汽和氧气经气化剂混合管混合后，由安装在化工焦加压气化炉下部的炉篦喷入，
（4）化工焦加压气化炉内的反应：
化工焦加压气化炉气化压力为0.5~5.0MPa，高径比为3～4，
由下至上可分为五个区：灰渣层、燃烧层、气化层、干燥和预热层，
A.灰渣层：气化剂与灰渣换热，灰渣由约1200℃被冷却到比气化剂温度高约50℃，排入灰锁,气化剂被加热后上升到燃烧层，
B.燃烧层：燃烧层主要是通过碳和氧反应为气化反应提供所需的热量，
在燃烧层进行下列主要反应：
a)C+O2=CO2+4.18×97kJ/mol
b)C+1/2O2=CO+4.18×29.4kJ/mol
上述两反应放出大量的热，上升的气化剂被加热到约1100℃，下降的灰的温度接近1200℃，
C.气化层：来自燃烧层的上升气体主要含有CO2、CO和水蒸汽，在气化层约850℃的平均温度下进行以下反应：
a)C+H2O=CO+H2-4.18×28.3kJ/mol
b)C+2H2O=CO2+2H2-4.18×18.5kJ/mol
c)CO+H2O=CO2+H2+4.18×9.80kJ/mol
d)C+CO2=2CO-4.18×38.3kJ/mol
e)C+2H2=CH4+4.18×20.9kJ/mol
f)CO+3H2=CH4+H2O-4.18×49.3kJ/mol
化工焦加压气化炉的控制反应是a，甲烷化反应e和反应d对离开气化层的煤气组成影响较小,反应b，c，f对煤气组成的影响更小,
D.干燥和预热层
由焦锁加入到化工焦加压气化炉的焦粒在干燥和预热层被干燥并加热到约200℃；
(5)粗煤气旋风除尘
由化工焦加压气化炉来的粗煤气先进入旋风分离器去掉其中的大部分粉尘，所述的旋风分离器与化工焦加压气化炉直接相连，连接管采用夹套管，夹套与化工焦加压气化炉夹套相通，旋风分离器为双层压力容器，内表层为水夹套，外表层为承压壁，
(6)粗煤气热量回收再除尘
来自旋风分离器的粗煤气再进入中压废热回收器冷却至320℃左右，再由煤气水喷射器淬冷后，以水蒸气饱和状态后进入低压废热回收器，低压废热回收器煤气入口设煤气水喷射器，粗煤气经过煤气水喷射器除尘、降温、补水后，使粗煤气达到饱和状态，粗煤气经低压废热回收器进一步换热冷却至175℃后送至后续工段。
所述的化工焦加压气化炉炉壁为双层夹套结构，在外壁和内壁间即夹套维持一定的锅炉给水液位，以保护外层承压壳体免受高温，同时，通过气化炉内壁传递热量，在夹套中产出与气化压力接近的饱和蒸汽，该蒸汽作为气化过程所用的气化剂使用。
所述的中压废热回收器产生的中压过热蒸汽作为化工焦加压气化炉气化剂使用，低压废热回收器产生的低压饱和蒸汽可外供。
所述的灰锁包括充压、泄压的循环操作，灰锁一旦装满，将与化工焦加压气化炉隔离，打开膨胀冷凝器泄压阀门开始泄压，灰蒸汽进入水中冷凝，泄至常压后，打开灰锁下阀，经灰锁灰仓定期送走。
生产过程中由煤气洗涤及冷却下来的煤气水送至煤气水分离装置处理，处理后的煤气水一部分送回加压造气装置循环利用，多余废水经气提处理后送污水处理装置处理。
所述的旋风分离器和中压废热回收器收集的焦粉，由气力输灰装置送至灰库。
生产过程中产生两股不合格煤气，分别为焦锁气和开车煤气，焦锁气除尘降温后送至气柜，经过净化升压后作为原料气，开车煤气除尘降温后送至火炬高空燃烧处理，开车煤气火炬系统包括开车煤气洗涤器、开车煤气分离器，火炬气液分离器和火炬。
本发明在具体实施时，化工焦加压气化炉涉及直径3800mm，高径比为4，加压气化装置总产气量为45000Nm3/h。装置中粗煤气进入旋风分离器除去其中90%的焦尘，除下来的焦尘由气力输灰系统送至灰库。废热回收包括中压废热回收器和低压废热回收器。中压废热回收器产生的中压过热蒸汽可作为气化炉气化剂使用，低压废热回收器产生的低压饱和蒸汽送至外管网。
中压废热回收器产蒸汽4.0Mpa（G），320℃，产气量15t/h
低压废热回收器产蒸汽0.6Mpa（G），158℃，产气量20t/h
原材料、产品的主要技术规格
1)原材料技术规格
①原料煤种类：采用小焦粒，技术指标见下表：
原材料技术规格表
②氧气浓度≥99.6%，温度100℃，压力4.2MPa。
2)产品技术规格
单炉产气V=45000Nm3/h，气体成分见下表：
产品技术规格表
组分 H2 CO CO2 CH4 N2 O2 H2S Σ
V% 41.2 25.5 29 3.5 0.3 0.3 0.2 100
通过本发明一种焦炭加压连续气化生产方法技术，具有以下优点：
（1）气化压力高，气化强度大，直径3800mm，高径比为3.5的化工焦加压气化炉单炉发气量为40000~50000Nm3/h，相同规模气化炉数量大为减少，节约用地。
（2）通过增加气化炉高径比，是煤气在气化炉内停留时间增长，反应更加充分，使灰渣的含碳量降低，煤气出口温度降低，同时有效降低煤气带出物，降低气化原料的用量。
（3）采用旋风分离器，使煤气中的焦粉含量明显降低，减少造气循环水用量，从而减小造气循环水装置的规模，节约成本，环保较好。
（4）旋风分离器采用夹套式结构，有效的减小了旋风分离器的体积和重量，有利于安装，同时降低了材质要求。
（5）旋风分离器与气化炉直接通过夹套管相连，降低了连接管材质要求，解决了连接管由于高温高压产生应力大的问题。
（6）设置两台废热回收器，有利于煤气热量的有效分级回收，与气化炉煤气出口直接连接洗涤除尘器相比，热量回收率高，减少外来蒸汽用量，能耗低，节能高效。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，生产过程在焦炭加压连续气化装置系统中进行，所述的焦炭加压连续气化装置系统包括气化系统、干式除尘系统、湿式除尘系统，所述的气化系统主要包括：料仓、焦锁、化工焦加压气化炉、灰锁、灰仓、气化剂混合管；所述的干式除尘系统包括：旋风分离器、中压废热回收器、焦粉灰锁、气力输灰装置；所述的湿式除尘系统包括：低压废热回收器、循环泵、粗煤气分离器和煤气水分离装置；其过程主要是以5～40mm原料焦粒为原料，与由中压蒸汽和氧气混合而成的气化剂在化工焦加压气化炉内发生化学反应，产生合格的粗煤气，具体包括以下步骤：
（1）经筛分合格的5～40mm原料焦粒由上料皮带送至料仓；
（2）来自上料工段的5～40mm的碎焦粒通过皮带供给输送至料仓，焦粒定期靠重力通过连接在焦仓两个出口的加料溜槽进入下部的焦锁中，然后焦锁上阀关闭用净化后的煤气对其进行充压至气化炉压力，打开焦锁下阀以使焦粒进入气化炉中，在进料完毕后关闭焦锁下阀，并开始泄压，焦锁气经过焦锁气洗涤器和分离器处理后送至气柜，作为原料气使用，泄压完毕后打开焦锁上阀进行下一次进料过程；
（3）气化剂进入化工焦加压气化炉，蒸汽和氧气经气化剂混合管混合后，由安装在化工焦加压气化炉下部的炉篦喷入，
（4）化工焦加压气化炉内的反应：
化工焦加压气化炉气化压力为0.5~5.0MPa，高径比为3～4，
由下至上可分为五个区：灰渣层、燃烧层、气化层、干燥和预热层，
A.灰渣层：气化剂与灰渣换热，灰渣由约1200℃被冷却到比气化剂温度高约50℃，排入灰锁,气化剂被加热后上升到燃烧层，
B.燃烧层：燃烧层主要是通过碳和氧反应为气化反应提供所需的热量，
在燃烧层进行下列主要反应：
a)C+O2=CO2+4.18×97kJ/mol
b)C+1/2O2=CO+4.18×29.4kJ/mol
上述两反应放出大量的热，上升的气化剂被加热到约1100℃，下降的灰的温度接近1200℃，
C.气化层：来自燃烧层的上升气体主要含有CO2、CO和水蒸汽，在气化层约850℃的平均温度下进行以下反应：
a)C+H2O=CO+H2-4.18×28.3kJ/mol
b)C+2H2O=CO2+2H2-4.18×18.5kJ/mol
c)CO+H2O=CO2+H2+4.18×9.80kJ/mol
d)C+CO2=2CO-4.18×38.3kJ/mol
e)C+2H2=CH4+4.18×20.9kJ/mol
f)CO+3H2=CH4+H2O-4.18×49.3kJ/mol
化工焦加压气化炉的控制反应是a，甲烷化反应e和反应d对离开气化层的煤气组成影响较小,反应b，c，f对煤气组成的影响更小,
D.干燥和预热层
由焦锁加入到化工焦加压气化炉的焦粒在干燥和预热层被干燥并加热到约200℃；
(5)粗煤气旋风除尘
由化工焦加压气化炉来的粗煤气先进入旋风分离器去掉其中的大部分粉尘，所述的旋风分离器与化工焦加压气化炉直接相连，连接管采用夹套管，夹套与化工焦加压气化炉夹套相通，旋风分离器为双层压力容器，内表层为水夹套，外表层为承压壁，
(6)粗煤气热量回收再除尘
来自旋风分离器的粗煤气再进入中压废热回收器冷却至320℃左右，再由煤气水喷射器淬冷后，以水蒸气饱和状态后进入低压废热回收器，低压废热回收器煤气入口设煤气水喷射器，粗煤气经过煤气水喷射器除尘、降温、补水后，使粗煤气达到饱和状态，粗煤气经低压废热回收器进一步换热冷却至175℃后送至后续工段。
2.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，所述的化工焦加压气化炉炉壁为双层夹套结构，在外壁和内壁间即夹套维持一定的锅炉给水液位，以保护外层承压壳体免受高温，同时，通过气化炉内壁传递热量，在夹套中产出与气化压力接近的饱和蒸汽，该蒸汽作为气化过程所用的气化剂使用。
3.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，所述的中压废热回收器产生的中压过热蒸汽作为化工焦加压气化炉气化剂使用，低压废热回收器产生的低压饱和蒸汽可外供，或过热后作为气化剂使用。
4.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，所述的灰锁包括充压、泄压的循环操作，灰锁一旦装满，将与化工焦加压气化炉隔离，打开膨胀冷凝器泄压阀门开始泄压，灰蒸汽进入水中冷凝，泄至常压后，打开灰锁下阀，经灰锁灰仓定期送走，关闭灰锁下阀开始下一次操作。
5.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，生产过程中由煤气洗涤及冷却下来的煤气水送至煤气水分离装置处理，处理后的煤气水一部分送回加压造气装置循环利用，废水经气提处理后送污水处理装置处理。
6.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，所述的旋风分离器和中压废热回收器收集的焦粉，由气力输灰装置送至灰库。
7.根据权利要求1所述的一种焦炭加压连续气化生产方法，其特征在于，生产过程中产生两股不合格煤气，分别为焦锁气和开车煤气，焦锁气除尘降温后送至气柜，经过净化升压后作为原料气，开车煤气除尘降温后送至火炬高空燃烧处理，开车煤气火炬系统包括开车煤气洗涤器、开车煤气分离器，火炬气液分离器和火炬。
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