專利名稱：：變壓煤氣化生產(chǎn)加壓煤氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬煤炭氣化領(lǐng)域，特別是涉及一種煤氣化生產(chǎn)加壓煤氣的方法和設(shè)備。目前工業(yè)上使用的煤氣化方法主要有兩種，一種是常壓間歇式固定床煤氣化法，其氣化劑為常壓空氣和稍高于常壓的水蒸汽，制得的煤氣為常壓，這種煤氣用于合成氣和燃料氣時(shí)，要經(jīng)氣體壓縮機(jī)壓縮提高煤氣壓力，這要消耗很多的電能，如生產(chǎn)合成氨時(shí)，若將煤氣從常壓加壓到32MPa，每生產(chǎn)一噸合成氨壓縮氣體的電耗近1000千瓦小時(shí)。煤氣用于合成氨時(shí)，還要用蒸汽將煤氣中含20-30%的CO氣變換為有用的H2氣，此反應(yīng)稱為變換反應(yīng)。從煤氣化爐中產(chǎn)生的煤氣溫度為300℃左右，由于煤氣化時(shí)加入的水蒸汽是過(guò)量的，有60%左右的水蒸汽沒(méi)有反應(yīng)。為了壓縮煤氣，要將煤氣用水直接冷卻，這也同時(shí)洗去了煤氣中的水蒸汽，但煤氣在進(jìn)行變換反應(yīng)前還要再提高溫度，并且再加入大量的水蒸汽，因此，該工藝存在著嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問(wèn)題。另一種煤氣化方法是加壓連續(xù)煤氣化法，直接生產(chǎn)出加壓煤氣，可以節(jié)省壓縮煤氣的能耗，但是由于反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，就不能采用用空氣吹風(fēng)在炭層蓄熱的階段。為了維持氣化反應(yīng)的熱量平衡，氣化劑要用氧氣(或富氧空氣)及水蒸汽。由于制造氧氣和富氧空氣均需要較多的能量，所以這種工藝能耗并不低，并且其工藝和設(shè)備比較復(fù)雜，基本建設(shè)投資比較高。由于上述原因，我國(guó)目前大量采用的還是常壓間歇式固定床煤氣化法。為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種變壓煤氣化法，以空氣和加壓水蒸汽為氣化劑，采用周期性地變換煤氣化壓力的方法制造出加壓煤氣。(包括合成氣和燃料氣)本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種變壓煤氣化法所用的設(shè)備。本發(fā)明的變壓煤氣化法為將煤加到煤氣化爐中，常壓下加入空氣，使煤燃燒，然后在加壓下加入水蒸汽，生成加壓的煤氣，如此交替進(jìn)行。其中加壓下加入的水蒸汽可先從爐底部加入、再?gòu)臓t頂部加入。所述壓力可優(yōu)選為0.1-6MPa之間。爐的操作可由專用微機(jī)及專用軟件控制。所用的煤可為塊煤、型煤或焦炭。本發(fā)明的變壓制造煤氣的過(guò)程如下首先使空氣通過(guò)燃料層，該燃料層在爐內(nèi)從上到下分為五個(gè)層次區(qū)域，即干燥層、干餾層、還原層、氧化層和灰渣層，碳與氧發(fā)生放熱反應(yīng)以提高溫度，溫度一般為800-1200℃，隨后使蒸汽通過(guò)燃料層，碳與蒸汽或者蒸汽和氧氣發(fā)生吸熱和放熱的混合反應(yīng)，生成煤氣(包括合成氣和燃料氣)。如此間歇交替地進(jìn)行。空氣通過(guò)燃料層反應(yīng)生成的吹風(fēng)氣，大部分是N2和CO2，有用的氣體-H2和CO很少，所以可以回收熱量后，從煙囪放空。蒸汽或者蒸汽與少量空氣的混合氣通過(guò)燃料層，開(kāi)始有一個(gè)升壓階段，反應(yīng)生成的煤氣中，大部分是H2和CO。制成的煤氣經(jīng)干法凈化送至氣箱，再送至一氧化碳變換工序。制氣結(jié)束后，需將變壓爐中的氣體放空，使?fàn)t內(nèi)壓力卸至常壓，再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的吹風(fēng)階段。常壓吹風(fēng)和加壓制氣反復(fù)循環(huán)的過(guò)程中，燃料隨著氣化反應(yīng)的延續(xù)而不斷清耗，可由自動(dòng)加料機(jī)定期地補(bǔ)充，或者在一定的間隔期(如半小時(shí)至1小時(shí))內(nèi)，停止生產(chǎn)，人工加煤。變壓固定床煤氣化的工藝循環(huán)過(guò)程進(jìn)一步描述為(1)吹風(fēng)階段空氣經(jīng)空氣鼓風(fēng)機(jī)升壓至如0.015MPa，流量如2500-5000m3/m2爐截面積·小時(shí)，從變壓爐底部鼓入煤層，空氣中的氧與煤炭進(jìn)行燃燒反應(yīng)，放出熱量，提高煤層溫度，其氣化層溫度可達(dá)約800-1200℃，反應(yīng)生成的吹風(fēng)氣溫度約500℃，經(jīng)爐上部排出。為了充分利用吹風(fēng)氣中CO的反應(yīng)熱，可在吹風(fēng)氣通過(guò)燃燒室的過(guò)程中，向燃燒室送入適量的空氣，使CO與O2反應(yīng)放出反應(yīng)熱，并被耐火磚吸收貯存起來(lái)。在下吹制氣時(shí)，使氣化劑進(jìn)入燃料層先吸收燃料室貯存的熱量，以提高氣化劑進(jìn)爐之前的溫度。從而提高煤氣的產(chǎn)量與質(zhì)量。吹風(fēng)氣中以N2氣和CO2氣為主，最后吹風(fēng)氣從煙囪放空。(2)升壓階段入爐的水蒸汽的壓力稍大于生產(chǎn)的煤氣壓力，可在0.1-6MPa范圍內(nèi)選擇。蒸汽溫度如200℃左右，蒸汽流量如0.4-1.0T/m2爐截面積·小時(shí)，蒸汽入爐后，由于爐上部的氣體出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，爐內(nèi)壓力逐漸上升，當(dāng)達(dá)到煤氣系統(tǒng)壓力時(shí)，氣體出口閥打開(kāi)，升壓階段結(jié)束。(3)上吹階段入爐蒸汽壓力、溫度、流量如升壓階段所述。水蒸汽自爐底通入，自下而上地通過(guò)燃料層，與爐內(nèi)的溫度為約800-1200℃的赤熱的煤反應(yīng)，生成溫度如300-350℃的加壓的燃料氣或合成氣，所述氣體從爐上部排出，進(jìn)入凈化工序，經(jīng)高效旋風(fēng)除塵器使煤氣中含塵量由如10g/m3降至如5-20mg/m3，然后送入壓力煤氣貯罐。如用于合成氨，再將煤氣送入CO變換工序，在變換催化劑的作用下，煤氣中的CO將煤氣中的水蒸汽還原成有用的H2。(4)下吹階段加壓蒸汽從爐頂入爐，從爐底排出，其它方面與上吹階段相同。(5)二次上吹與上述條件相同的蒸汽再次從爐底通入，既吹凈爐底殘余的煤氣，又能生產(chǎn)煤氣，而且防止下次吹風(fēng)時(shí)，空氣與燃料層空間殘留的煤氣相遇而有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。產(chǎn)生的加壓煤氣送入煤氣后系統(tǒng)。(6)卸壓階段為了順利進(jìn)行常壓吹風(fēng)，在制氣階段結(jié)束后，進(jìn)行卸壓階段。打開(kāi)爐出口閥，將爐內(nèi)煤氣或吹風(fēng)氣排出，回收熱量后，從煙囪放空，使?fàn)t內(nèi)壓力降為常壓，此時(shí)爐內(nèi)溫度最低。如果生產(chǎn)的煤氣用于生產(chǎn)合成氨時(shí)，還可增加空氣吹凈階段及上、下吹加N2措施，以便回收煤氣和提供生產(chǎn)合成氨所需要的氮?dú)??？諝獯祪綦A段是在二次上吹階段后，將加壓空氣送入變壓爐的底部，將變壓爐上部空間、上吹管道中充滿的水煤氣排除干凈并送至煤氣后系統(tǒng)。同時(shí)還回收一部分生產(chǎn)合成氨所需要的N2氣。上、下吹加N2措施是在上、下吹時(shí)除加入蒸汽外，還加入少量的壓力與蒸汽壓力相同的空氣，用以改善煤氣化的條件，并增加煤氣中的氮?dú)夂?。本發(fā)明方法中的上述各階段的時(shí)間分配，隨燃料的性質(zhì)和工藝操作的具體要求不同而異。在一般情況下，二次上吹和空氣吹凈階段的時(shí)間長(zhǎng)短，以能夠達(dá)到排凈煤氣爐下部空間和上部空間的殘留煤氣為原則，即安全和節(jié)約的原則，因而一般是固定不變的或很少改變的。二次上吹階段一般只占循環(huán)時(shí)間的7-9%，空氣吹凈階段一般僅占循環(huán)時(shí)間的3-4%。吹風(fēng)和制氣各階段時(shí)間的分配，總的原則是使吹風(fēng)后燃料層具有理想的較高溫度，而且吹風(fēng)階段的時(shí)間比較少，以相對(duì)增加制氣階段的時(shí)間，可以獲得較多數(shù)量和較高質(zhì)量的煤氣。至于能否用較短的時(shí)間達(dá)到高溫，決定于空氣鼓風(fēng)機(jī)能否提供較高的空氣流速，以及燃料層是否允許提高氣流速度等條件，而這又與燃料的性質(zhì)有關(guān)。上、下吹制氣階段時(shí)間的分配，以維持燃料層里氣化層的穩(wěn)定和保持氣體的高質(zhì)量為原則。它們的分配和確定，要考慮燃料的性質(zhì)、熱量和燃料的合理利用，以及維持氣化層穩(wěn)定的工藝操作方法等因素。在一般情況下，由于吹風(fēng)階段之后燃料層的溫度條件最好，上吹制氣的產(chǎn)量和質(zhì)量都比較高，但是如果上吹制氣時(shí)間長(zhǎng)，不僅消耗氣化層中大量的熱量，而且使氣化層急劇上移或破壞，對(duì)以后的制氣階段非常不利。因此，優(yōu)選下吹制氣的時(shí)間比上吹制氣的時(shí)間長(zhǎng)得多。在下吹制氣階段里，由于氣化劑經(jīng)過(guò)燃燒室預(yù)熱，它們進(jìn)入燃料層以前就具有較高的溫度，因此生產(chǎn)煤氣的數(shù)量和質(zhì)量均比較高，燃料的消耗也比較低。但是，若由于燃料的粒度較小或灰熔點(diǎn)較低，使燃料層具有較大的阻力或不宜維持較高的溫度時(shí)，下吹時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成氣化層溫度過(guò)高，以至超過(guò)灰熔點(diǎn)，不僅容易發(fā)生灰分熔融粘結(jié)引起氣化層的破壞，而且氣化反應(yīng)面積急劇減小，引起工藝條件一系列惡化，因而也是不合理的。循環(huán)各階段時(shí)間分配，按燃料品種或粘度的不同分類，其一般范圍大致如下表所示。表1.不同燃料循環(huán)時(shí)間的分配范圍<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">燃料品種循環(huán)階段時(shí)間％吹風(fēng)上吹下吹二次上吹空氣吹凈無(wú)煙煤粒度25－75mm24.5-25.525-2636.5-37.57-83-4無(wú)煙煤粒度15－25mm25.5-26.526-2735.5-36.57-93-4碳化煤球27.5-29.525-2636.5-37.57-93-4焦炭粒度15－50mm22.5-23.524-2640.5-42.57-93-4</table></tables>循環(huán)各階段時(shí)間的總和，稱為循環(huán)時(shí)間。循環(huán)時(shí)間的選定，決定于燃料性質(zhì)、工藝操作方法和機(jī)械性能的允許范圍。每一循環(huán)過(guò)程的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氣化層的溫度和生產(chǎn)煤氣的數(shù)量、質(zhì)量前后波動(dòng)比較大。循環(huán)時(shí)間過(guò)短，由于自動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)于頻繁，易造成損壞或需要修理，而且縮短了設(shè)備的有效生產(chǎn)時(shí)間，亦有不利之處。一般循環(huán)時(shí)間可為三分鐘。本發(fā)明的變壓煤氣化法所用的設(shè)備主要為一種變壓固定床煤氣化爐。本發(fā)明的變壓煤氣化爐包括有爐體、夾套鍋爐、底盤(pán)、位于底盤(pán)上的機(jī)械除灰裝置、使機(jī)械除灰裝置旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)裝置、加煤口、空氣進(jìn)口、吹風(fēng)氣出口、蒸汽進(jìn)口、煤氣出口、出灰口和進(jìn)出氣及壓力控制閥。本發(fā)明的煤氣化爐的爐體的上部根據(jù)情況可襯有耐火磚及保溫磚(也可以不襯)，下部或全部是夾套鍋爐的內(nèi)壁。夾套鍋爐外壁包有保溫材料。夾套鍋爐主要作用是防止產(chǎn)生掛爐(灰渣粘在爐壁上)，并回收部分熱量以產(chǎn)生蒸汽。所述煤氣化爐可在頂部設(shè)置一個(gè)加煤口和一個(gè)用作煤氣出口、吹風(fēng)氣出口、蒸汽進(jìn)口的開(kāi)口，在底部設(shè)有一個(gè)用作空氣進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口、煤氣出口的開(kāi)口以及出灰口。本發(fā)明的變壓煤氣化法及其所用設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于變壓煤氣化法生產(chǎn)的是加壓(如0.1-6MPa)的熱煤氣(如200-500℃)，可以大幅度節(jié)省煤氣的壓縮功，一般可節(jié)省電耗按每生產(chǎn)一噸合成氨計(jì)算為200-400千瓦小時(shí)。2、由于生產(chǎn)的含有大量水蒸汽的熱煤氣可直接進(jìn)入CO變換反應(yīng)爐，在催化劑的作用下加壓煤氣中的CO與H2O反應(yīng)，生成CO2和有用的H2，按生產(chǎn)一噸合成氨計(jì)算，可節(jié)省蒸汽1噸以上。3、由于氣化爐壓力升高，使氣化反應(yīng)速度加快，氣化爐的生產(chǎn)能力加大，與常壓爐相比，同樣的規(guī)格，變壓氣化爐一般提高生產(chǎn)能力1-2倍。4、由于生成的是加壓煤氣，可以取消氣化工序的煤氣冷卻設(shè)備，取消CO變換工序的熱水飽和塔，取消一部分壓縮機(jī)，節(jié)省投資。5、由于節(jié)電、節(jié)蒸汽，可以使合成氨生產(chǎn)成本下降10%以上。6、不必另外加入氧氣或富氧空氣，從而節(jié)省制造氧氣或富氧空氣的費(fèi)用。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖中標(biāo)號(hào)1表示爐體，2為夾套鍋爐，3為底盤(pán)，4為機(jī)械除灰裝置，5和6為開(kāi)口，7為加煤口，8為出灰口。實(shí)施例1制造一臺(tái)內(nèi)徑為∮2400mm的變壓固定床煤氣化爐。用常壓空氣和壓力為0.8MPa的水蒸汽為氣化劑。采用專用的微機(jī)及專用軟件控制變壓爐的操作，生產(chǎn)出壓力為0.75MPa的加壓半水煤氣，爐子生產(chǎn)半水煤氣的能力為3500Hm8/小時(shí)以上，制得的典型煤氣成分含CO28%、O20.5%、N222%、CH41%、CO29%、H239.2%、Ar0.3%。在用于制備氨時(shí)，煤氣經(jīng)干法除塵，直接送入CO2變換工序，再去生產(chǎn)合成氨。變壓法與常壓固定床法相比，每生產(chǎn)1噸合成氨可節(jié)省電200千瓦小時(shí)以上，節(jié)約蒸汽1噸以上，可降低生產(chǎn)成本100元以上。這個(gè)規(guī)模和技術(shù)條件適宜我國(guó)小氮肥工業(yè)使用。實(shí)施例2除下述外其它同實(shí)施例1，爐內(nèi)徑為∮2740mm，生產(chǎn)半水煤氣能力為7000Hm3/小時(shí)以上，適合中型氮肥工業(yè)使用。實(shí)施例3除下述外其它同實(shí)施例1，爐內(nèi)徑為∮3000mm，生產(chǎn)半水煤氣的能力為8500Hm3/小時(shí)以上，適合大中型氮肥工業(yè)使用。實(shí)施例4除下述外其它同實(shí)施例1，爐內(nèi)徑∮2800mm，用常壓空氣和壓力為0.9MPa的水蒸汽為氣化劑，生產(chǎn)出壓力為0.85MPa的水煤氣，爐子的生產(chǎn)水煤氣的能力為6000Hm3/小時(shí)左右，制得的水煤氣典型地含有H248%、CO36%、CO26.6%、N26%、CH43%、O20.4%。與常壓法相比，可節(jié)省煤氣輸送管網(wǎng)投資近一半，節(jié)能10%左右。權(quán)利要求1.一種變壓煤氣化生產(chǎn)加壓煤氣的方法，包括將煤加到煤氣化爐中，常壓下加入空氣，使煤燃燒，然后在加壓下加入水蒸汽，生成加壓的煤氣，如此交替地進(jìn)行。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述加壓的壓力為0.1-6MPa。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述水蒸汽先從爐底部加入，再?gòu)臓t頂部加入。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述爐的操作由專用微機(jī)及專用軟件控制。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是包括(1)吹風(fēng)階段空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)從變壓爐底部鼓入煤層，使煤燃燒，反應(yīng)生成的吹風(fēng)氣經(jīng)爐上部排出;(2)升壓階段將水蒸汽加入爐中，爐上部的氣體出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，爐內(nèi)壓力逐漸上升，當(dāng)達(dá)到煤氣系統(tǒng)壓力時(shí)，氣體出口閥打開(kāi)，升壓階段結(jié)束。(3)上吹階段水蒸汽自爐底通入，自下而上地通過(guò)燃料層，反應(yīng)后生成的加壓煤氣從爐上部排出。(4)下吹階段加壓蒸汽從爐頂入爐，生成的煤氣從爐底排出。(5)二次上吹加壓蒸汽再次從爐底通入，既吹凈爐底殘余的煤氣，又能生產(chǎn)煤氣。(6)卸壓階段在制氣階段結(jié)束后進(jìn)行卸壓階段;打開(kāi)爐的出口閥，將爐內(nèi)煤氣或吹風(fēng)氣排出，使?fàn)t內(nèi)壓力降為常壓。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是加壓水蒸汽壓力為0.1-6MPa。7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是所述吹風(fēng)階段的煤氣化層溫度為800-1200℃。8.一種權(quán)利要求1-7之一的方法所用的變壓煤氣化爐，包括爐體、夾套鍋爐、底盤(pán)、位于底盤(pán)上的機(jī)械除灰裝置、使機(jī)械除灰裝置旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)裝置、加煤口、空氣進(jìn)口、吹風(fēng)氣出口、蒸汽進(jìn)口、煤氣出口、出灰口和進(jìn)出口及壓力控制閥。9.如權(quán)利要求8所述的煤氣化爐，其特征是爐體上部襯有或不襯有耐火磚及保溫磚，下部或全部是夾套鍋爐的內(nèi)壁。10.如權(quán)利要求8所述的煤氣化爐，其特征是在爐頂部設(shè)置一個(gè)加煤口和一個(gè)用作煤氣出口、吹風(fēng)氣出口和蒸汽進(jìn)口的開(kāi)口，在底部設(shè)有一個(gè)用作空氣進(jìn)口、蒸汽進(jìn)口和煤氣出口的開(kāi)口以及出灰口。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種變壓煤氣化法及其所用的設(shè)備。本發(fā)明的方法為在常壓下向煤氣化爐中加入空氣，使煤燃燒，然后在加壓下加入水蒸氣，生成加壓的煤氣，如此交替地進(jìn)行。該方法可大幅度節(jié)省電能及蒸汽，大大提高爐的生產(chǎn)能力，降低成本。廣泛地適合我國(guó)大中小型氮肥企業(yè)和生產(chǎn)燃料煤氣企業(yè)。文檔編號(hào)C10J3/00GK1095751SQ9410509公開(kāi)日1994年11月30日申請(qǐng)日期1994年5月19日優(yōu)先權(quán)日1994年5月19日發(fā)明者高秀嶺申請(qǐng)人:高秀嶺