CN108300513A - 一种提高固定床炉煤气品质的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，包括：原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；所述气化剂包括水蒸汽和氧气；所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。按照本发明提供的生产方法来制备水煤气，能够提高水煤气产品中CO2+H2的含量、降低CO2的含量，明显改善水煤气产品品质。另外，本发明的生产方法还能降低外供蒸汽用量，有效防止结疤，确保水煤气生产系统长期稳定运行。

Description

一种提高固定床炉煤气品质的生产方法
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，特别涉及一种提高固定床炉煤气品质的生产方法。
背景技术
水煤气是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成分是CO和H2，还有少量的CO2、CHx、N2等，广泛用于煤化工行业中，作为生产甲醇、乙二醇、丁二醇、丁辛醇、合成氨等的煤化工生产装置的原料气，工业上也常用作燃料，属于满足环保要求的清洁能源。
工业上生产水煤气时，大多采用蒸汽和空气轮流吹风的间歇法，或者蒸汽与氧一起吹风的连续法，分别利用间歇式固定床炉或连续式固定床炉进行生产制备。相比于间歇式固定床炉生产，传统连续式生产所得水煤气产品的品质已有较大改善，其中，CO2+H2占比80％，CO2占比19％；但是CO2作为一种无效组分，其含量仍较高，影响着水煤气中有效成分CO2+H2的含量及煤气热值，对于后工段制氢的能耗以及加热炉的热效率影响很大，因此，提高水煤气中有效成分CO2+H2的含量、降低CO2的含量已成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，采用本发明的方法能够提高水煤气产品中CO2和H2的含量、降低CO2的含量，明显改善水煤气产品品质。
本发明提供了一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，包括：
原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；
控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；
所述气化剂包括水蒸汽和氧气；
所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。
优选的，所述造气炉中水蒸汽的进量为2t/h。
优选的，所述水蒸汽包括自产蒸汽和外供蒸汽；
提供所述自产蒸汽的蒸汽生产装置的气压为0.5MPa。
优选的，控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为450℃。
优选的，所述原料煤与气化剂在造气炉中反应的温度为800～1300℃。
优选的，进入造气炉前，气化剂的温度为130～150℃。
优选的，所述水蒸汽和氧气在混气罐中混合形成气化剂，所述氧气进混气罐的压力为38～42KPa。
优选的，所述水蒸汽进混气罐的压力为65～75KPa。
优选的，所述造气炉的探焦层高度为90～130cm。
优选的，所述氧气的纯度为≥99.6％
本发明提供了一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，包括：原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；所述气化剂包括水蒸汽和氧气；所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。按照本发明提供的生产方法来制备水煤气，能够提高水煤气产品中CO2+H2的含量、降低CO2的含量，明显改善水煤气产品品质。另外，本发明的生产方法还能降低外供蒸汽用量，有效防止结疤，确保水煤气生产系统长期稳定运行。试验结果表明，本发明的生产方法制得的水煤气中，CO2+H2的含量达到83％以上，CO2的含量为14％以下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的生产方法所用的水煤气运行系统结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，包括：
原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；
控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；
所述气化剂包括水蒸汽和氧气；
所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。
按照本发明提供的生产方法来制备水煤气，能够提高水煤气产品中CO2+H2的含量、降低CO2的含量，明显改善水煤气产品品质。另外，本发明的生产方法还能降低外供蒸汽用量，有效防止结疤，确保水煤气生产系统长期稳定运行。
本发明提供的生产方法所用的水煤气运行系统没有特殊限制，可以采用图1所示的固定床炉煤气生产系统，图1为本发明提供的生产方法所用的水煤气运行系统结构图。其中，1为混气罐，2为造气炉，3为左灰仓，4为右灰仓，5为炉条几，6为料仓，7为探焦杆，8为夹套汽包，9为蒸汽缓冲罐，10为造气炉水夹套；11为蒸汽进混气罐管道，111为蒸汽调节阀；12为氧气进混合罐管道，121为氧气,调节阀；13为气化剂出混气罐管道，21为气化剂进造气炉管道；22为水煤气出造气炉管道；31为左灰仓下灰阀，41为右灰仓下灰阀，61为插板阀，62为小布料器，53为大布料器，81为外来除盐水进汽包管道，82为汽包除盐水进造气炉水夹套管道，83为夹套蒸汽回汽包管道，84为夹套蒸汽出汽包管道，91为夹套蒸汽进蒸汽缓冲罐管道，911为夹套蒸汽进蒸汽缓冲罐调节阀，92为外来蒸汽进蒸汽缓冲罐管道，93为蒸汽出蒸汽缓冲罐管道，94为废锅蒸汽进蒸汽缓冲罐管道。
按照本发明，将原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气。
生产过程中，固、气两相即原料煤与气化剂在造气炉2内接触反应生产水煤气，造气炉2内由上而下通常分为5个区间，分别为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层；造气炉内的反应主要包括：
反应一：C+O2→CO；
反应二：C+O2→CO2；
反应三：CO2+C→CO；
反应四：C+H2O→CO+H2；水煤气的质量主要由以上几个化学反应决定。
本发明中，原料煤的种类及来源没有特殊限制，为本领域常用的原料煤即可。参见图1，料仓6、插板阀61、小布料器62和大布料器63共同组成了自动加煤系统。原料煤通过料仓6进入造气炉2，可通过插板阀61调节控制料仓6中原料煤的下料量，具体可通过插板阀61的开启时间来控制，再配合小布料器62和大布料器63来达到布料要求，通过小布料器62和大布料器63的一开一关进行自动加煤，实现原料煤向造气炉的有序可控添加，还能有效防止造气炉2内的煤气泄露。本发明中，控制添加原料煤至造气炉的出口温度为440～460℃，优选为450℃。相比于现有生产方法，本发明增加了原料煤的添加量，从而增加造气炉2内干燥层的厚度，降低造气炉2的出气口温度；经申请人研究发现，增加干燥层厚度有利于促进造气炉2内反应的进行，还能减少造气炉2的热量损失。干燥层厚度不易测量，本发明通过造气炉2的出气口温度来反映干燥层厚度，本发明控制添加原料煤至造气炉的出口温度为440～460℃，优选为450℃，即维持生产运行中造气炉出气口温度为450℃左右，由现有技术中的550℃左右降至450℃左右，能够改善造气炉中的反应状态，有利于获得高品质水煤气。
本发明中，所述气化剂包括水蒸汽和氧气。
所述氧气可通过空气分离装置(图中未示出)获得，参见图1，获得的氧气可通过氧气进混气罐管道12输送至混气罐1内。所述氧气进混气罐管道12上设置有氧气调节阀121，通过该调节阀可控制氧气进量。本发明中，优选控制氧气进混气罐的压力为38～42KPa。本发明中，所述氧气的纯度优选为≥99.6％；在一个实施例中，氧气纯度为99.9％；若氧气纯度低于99.6％，则容易引入氮气，影响水煤气产品质量。
所述水蒸汽优选包括自产蒸汽和外供蒸汽。所述自产蒸汽由蒸汽生产装置产生，参见图1，在一个实施例中，蒸汽生产装置为夹套汽包8。夹套汽包8通过以下方式产生蒸汽：外来除盐水通过管道81进入夹套汽包8，并通过管道82送至造气炉水夹套10，在造气炉水夹套10内吸收造气炉2产生的热量，使自身化为蒸汽，然后通过夹套蒸汽回汽包管道83返回夹套汽包8，最后经夹套蒸汽出汽包管道84进入蒸汽缓冲罐9内；夹套汽包8的蒸汽压力可由调节阀911进行调控。所述外供蒸汽可通过管道92进入蒸汽缓冲罐9内。此外，还可以将废锅蒸汽通过管道94送至蒸汽缓冲罐9内构成水蒸汽。本发明中，提供所述自产蒸汽的蒸汽生产装置的气压为0.5MPa；参见图1，即夹套汽包8的气压为0.5MPa。相比于现有技术，本发明将夹套汽包8的气压由原有的1.0MPa左右降至0.5MPa，从而降低了夹套蒸汽温度，使更多除盐水吸收造气炉水夹套10周围的热量，产生更多的夹套蒸汽，进而降低了外来蒸汽用量，能够有效防止造气炉2内局部过热，使造气炉2内反应均匀，预防了结疤(结疤会直接导致气化剂分布不均，严重影响煤气质量)，进而使造气炉2内的气化剂分布均匀，改善水煤气质量，另外还能降低能耗。蒸汽缓冲罐9内收集的所有水蒸汽进一步通过管道93输出并经由管道11进入混气罐1内，水蒸汽进量可由蒸汽调节阀111调控。本发明中，优选控制水蒸汽进混气罐的压力为65～75KPa。
本发明中，水蒸汽和氧气在混气罐2内混合，形成气化剂。本发明可通过氧气调节阀121和蒸汽调节阀111分别控制气化剂中的氧气量和蒸汽量，本发明中，气化剂中水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。经申请人研究发现，将水蒸汽与氧气的流量比控制为2.3，能够使造气炉2内各反应达到最佳反应状态和反应程度，相比于现有技术中2.5以上的流量比，能够明显提高所得水煤气产品中CO2+H2的占比、降低CO2的占比，大大提高水煤气品质。
参见图1，混气罐2内的气化剂通过管道13输出并经由管道21送至造气炉2内，本发明中，在进入造气炉前，优选控制气化剂的温度为130～150℃，当温度达到130～150℃，从造气炉底部进入造气炉2内。本发明中，在生产过程中，优选控制造气炉中水蒸汽的进量为2t/h。相比于现有技术，本发明打破了造气炉的运行负荷，将蒸汽进量由5t/h左右降至2t/h，经申请人研究发现，在该低负荷运行下，气化剂和炉顶加煤量小，炉条机转速慢，再在气化剂中蒸汽氧气的特定流量比下，从而使产生的灰渣呈现2/3是细灰、1/3是渣块的状态，进一步影响气化剂的分布状态，提高了造气炉内氧化层和还原层的高度，增加了反应三的进行深度，提高了煤中固定碳至CO的转化率，大大提高了煤气质量，并有效防止了造气炉的结疤，确保造气炉长期稳定运行。
本发明中，在炉内高温条件下，气化剂与原料煤进行氧化还原反应，连续生产水煤气。所述反应的温度优选为800～1300℃。本发明中，所述造气炉内探焦层的高度优选为90～130cm；参见图1，所述探焦层的高度可通过探焦杆7进行测量。
本发明提供了一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，，包括：原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；所述气化剂包括水蒸汽和氧气；所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。采用本发明提供的生产方法来制备水煤气，能够提高水煤气产品中CO2+H2的含量、降低CO2的含量，明显改善水煤气产品品质。另外，本发明的生产方法还能降低外供蒸汽用量，有效防止结疤，确保水煤气生产系统长期稳定运行。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
采用图1所示的运行系统进行生产，通过料仓6向造气炉2内添加原料煤，通过蒸汽缓冲罐9向混气罐1内输送水蒸汽，其中，自产蒸汽的夹套汽包气压为0.5MPa，水蒸汽进混气罐1的压力为70KPa；通过管道12向混气罐1内输送氧气，氧气纯度为99.9％，氧气进混气罐1的压力为40KPa，混气罐内水蒸汽与氧气混合形成气化剂，其中，水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。气化剂温度达150℃时从造气炉2底部送入造气炉，气化剂与原料煤在造气炉中于1000℃下反应，形成水煤气，通过水煤气出口22排出。生产过程中，控制原料煤添加量至造气炉出气口温度450℃，即保证系统在产出水煤气为450℃的状态下运行；同时，控制造气炉内水蒸汽进量为2t/h，探焦层高度为100cm。
实施例2
采用图1所示的运行系统进行生产，通过料仓6向造气炉2内添加原料煤，通过蒸汽缓冲罐9向混气罐1内输送水蒸汽，其中，自产蒸汽的夹套汽包气压为0.5MPa，水蒸汽进混气罐1的压力为65KPa；通过管道12向混气罐1内输送氧气，氧气纯度为99.9％，氧气进混气罐1的压力为38KPa，混气罐内水蒸汽与氧气混合形成气化剂，其中，水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。气化剂温度达150℃时从造气炉2底部送入造气炉，气化剂与原料煤在造气炉中于1000℃下反应，形成水煤气，通过水煤气出口22排出。生产过程中，控制原料煤添加量至造气炉出气口温度450℃，即保证系统在产出水煤气为450℃的状态下运行；同时，控制造气炉内水蒸汽进量为2t/h，探焦层高度为100cm。
所得水煤气产品的成分分布参见表1，表1为本发明实施例1～5及比较例1所得水煤气产品的成分分布。
实施例3
采用图1所示的运行系统进行生产，通过料仓6向造气炉2内添加原料煤，通过蒸汽缓冲罐9向混气罐1内输送水蒸汽，其中，自产蒸汽的夹套汽包气压为0.5MPa，水蒸汽进混气罐1的压力为75KPa；通过管道12向混气罐1内输送氧气，氧气纯度为99.9％，氧气进混气罐1的压力为42KPa，混气罐内水蒸汽与氧气混合形成气化剂，其中，水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。气化剂温度达150℃时从造气炉2底部送入造气炉，气化剂与原料煤在造气炉中于1000℃下反应，形成水煤气，通过水煤气出口22排出。生产过程中，控制原料煤添加量至造气炉出气口温度450℃，即保证系统在产出水煤气为450℃的状态下运行；同时，控制造气炉内水蒸汽进量为2t/h，探焦层高度为100cm。
实施例4
采用图1所示的运行系统进行生产，通过料仓6向造气炉2内添加原料煤，通过蒸汽缓冲罐9向混气罐1内输送水蒸汽，其中，自产蒸汽的夹套汽包气压为0.5MPa，水蒸汽进混气罐1的压力为70KPa；通过管道12向混气罐1内输送氧气，氧气纯度为99.9％，氧气进混气罐1的压力为40KPa，混气罐内水蒸汽与氧气混合形成气化剂，其中，水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。气化剂温度达150℃时从造气炉2底部送入造气炉，气化剂与原料煤在造气炉中于1200℃下反应，形成水煤气，通过水煤气出口22排出。生产过程中，控制原料煤添加量至造气炉出气口温度450℃，即保证系统在产出水煤气为450℃的状态下运行；同时，控制造气炉内水蒸汽进量为2t/h，探焦层高度为120cm。
实施例5
采用图1所示的运行系统进行生产，通过料仓6向造气炉2内添加原料煤，通过蒸汽缓冲罐9向混气罐1内输送水蒸汽，其中，自产蒸汽的夹套汽包气压为0.5MPa，水蒸汽进混气罐1的压力为68KPa；通过管道12向混气罐1内输送氧气，氧气纯度为99.9％，氧气进混气罐1的压力为39KPa，混气罐内水蒸汽与氧气混合形成气化剂，其中，水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。气化剂温度达150℃时从造气炉2底部送入造气炉，气化剂与原料煤在造气炉中于1200℃下反应，形成水煤气，通过水煤气出口22排出。生产过程中，控制原料煤添加量至造气炉出气口温度450℃，即保证系统在产出水煤气为450℃的状态下运行；同时，控制造气炉内水蒸汽进量为2t/h，探焦层高度为130cm。
比较例1～4
比较例1：按照实施例1的生产过程进行，不同的是，控制水蒸汽与氧气的流量比为2.6Kg/h∶1Nm3/h。
比较例2：按照实施例2的生产过程进行，不同的是，控制自产蒸汽的夹套汽包气压为1.0MPa。
比较例3：按照实施例3的生产过程进行，不同的是，控制造气炉内水蒸汽进量为5t/h。
比较例4：按照实施例4的生产过程进行，不同的是，控制造气炉内反应温度为700℃。
本发明实施例1～5及比较例1～4所得水煤气产品的成分分布参见表1。
表1本发明实施例1～5及比较例1～4所得水煤气产品的成分分布
CO含量 H2含量 CO2含量 CH4含量 O2含量 N2含量
实施例1 42.83 41.11 13.50 1.44 0.03 1.09
实施例2 42.64 41.33 13.44 1.51 0.03 1.05
实施例3 42.83 41.11 13.42 1.45 0.01 1.18
实施例4 41.70 42.46 13.20 1.45 0.02 1.17
实施例5 42.21 41.13 13.17 1.55 0.05 1.89
比较例1 38.33 40.92 17.96 1.51 0.02 1.26
比较例2 37.64 40.95 18.85 1.39 0.04 1.13
比较例3 37.64 40.43 18.81 1.46 0.01 1.65
比较例4 36.65 39.66 20.74 1.65 0.02 1.28
注：表1中各成分含量是指体积含量。
由以上测试结果可知，本发明提供的生产方法能够大大提高水煤气产品中CO2+H2的占比、降低CO2的占比，显著提高水煤气品质。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种提高固定床炉煤气品质的生产方法，其特征在于，包括：
原料煤与气化剂在造气炉中反应，得到水煤气；
控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为440～460℃；
所述气化剂包括水蒸汽和氧气；
所述水蒸汽与氧气的流量比为2.3Kg/h∶1Nm3/h。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述造气炉中水蒸汽的进量为2t/h。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述水蒸汽包括自产蒸汽和外供蒸汽；
提供所述自产蒸汽的蒸汽生产装置的气压为0.5MPa。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，控制所述原料煤的添加量至造气炉的出气口温度为450℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述原料煤与气化剂在造气炉中反应的温度为800～1300℃。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，进入造气炉前，气化剂的温度为130～150℃。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述水蒸汽和氧气在混气罐中混合形成气化剂，所述氧气进混气罐的压力为38～42KPa。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述水蒸汽进混气罐的压力为65～75KPa。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述造气炉的探焦层高度为90～130cm。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述氧气的纯度为≥99.6％。
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