专利名称:城市煤气的生产方法及实现此法的设备的制作方法
本发明涉及一种使含碳物料在回转窑里完全气化，直接生产城市煤气的方法及设备。
使用城市煤气，能节约大量能源，给予使用者许多方便，并有利于环境保护，因此越来越多的人渴望使用城市煤气。但由于当前生产城市煤气的方法中的一些弱点，还满足不了人们的需要，致使供求之间的矛盾越来越突出。在公知的使煤完全气化，可用作生产城市煤气的有煤炭加压气化介绍的鲁奇炉。该炉不能处理粒度小于5毫米的煤和粘结性煤净煤气含一氧化碳在20%左右，蒸汽分解率只有32-38%，鲁奇炉随生产规模越小，煤气成本越高，因此不适宜中小城市使用。
八三年第五期的上海技术情报报导的关于两段炉所了解的情况，说明两段炉虽适应中小城市使用，其弱点是只能处理粒度在25-50毫米的非粘结性煤，煤气中一氧化碳含量高达30%，高热值只有3200千卡/标米3左右，灰含炭在15-18%。可见，为使上述两种方法生产的煤气，达到城市煤气规范要求，热值在3500千卡/标米3以上，一氧化碳含量低于10%，必须对粗煤气进行脱硫，一氧化碳变换及部分甲烷化，这样就使工艺流程复杂、设备增多、基建投资增加、煤气成本增高。
八三年第十期新能源报导的新型煤气化器，即美国的窑转炉，只是利用空气生产低热值煤气供发电用，不生产城市煤气。
本发明的目的在于克服现有技术中的弱点，提供一种能使各种含碳物完全气化，并能适应不同生产规模需要的直接生产城市煤气的方法及设备。
城市煤气的生产方法的特征，是使混有催化剂和脱硫剂的含碳物，在回转窑的不同段带上同时进行气化、脱硫、一氧化碳变换及甲烷化。粗煤气经冷却净化后即可达到城市煤气的要求。对上述几个主要反应过程的温度应分别控制在1050℃±100℃，450-650℃，280-500℃。作为甲烷化、一氧化碳变换、含碳物气化的催化剂及脱硫剂，是主要含三氧化二铁或四氧化三铁的天然矿物质、或冶金、化工过程的烟尘、废渣，以及由灰渣中回收的金属铁及其氧化物或者是上述各种物质的混合物。作为甲烷化催化剂，除上述铁氧化物在过程中还原成的金属铁以外，还有以铁为基，主要含镍(11-37%)、铬(10-23%)及少量(＜10%)其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金。作为脱硫剂及含碳物气化的催化剂还有白云石或石灰石，或白云石、石灰石的混合物。必要时再加入少量氧化锌。脱硫剂的加入量视含碳物含硫量而定。对含钙脱硫剂，其钙/硫(克分子比)可控制在1-5，对含铁脱硫剂(同时也是催化剂)，其量可控制在三氧化二铁/含碳物在5%(重量)以内，对氧化锌脱硫剂，可控制氧化锌/含碳物在2%(重量)以内。
实施城市煤气的生产方法的设备，至少包括倾斜的回转窑(22)、加料装置(1)、窑尾密封罩(23)、窑头密封罩(13)、排灰(或兼激冷灰渣)装置(14)、扬料板(18)、测温装置(6、7、8、9)、气化剂喷枪(15)、传动装置及粗煤气净化装置(图中未划出)。本发明的特征是利用回转窑(22)长径比大(11-42)的特点，并通过各段不同的内衬结构及窑(22)上的测温装置(6、7、8、9)、密封装置(13、23)、扬料板(18)以及甲烷化段上的调温装置、甲烷化催化装置(21)的共同作用，为含碳物的气化、脱硫、一氧化碳变换及甲烷化反应提供必要的、相对稳定的温度、压力、反应物接触时间及空间、回转窑(22)各段不同的内衬结构，是指通过该段内衬的散热，能与该段内的反应热、反应物带进带出热稳定在需要的温度范围内。为调整和控制强烈放热的甲烷化段带上的温度，并促进甲烷化反应，该段内衬以铁为基，主要含镍(11-37%)、铬(10-23%)及少量(＜10%)其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金板，窑内悬挂若干层上述合金丝制成的网即甲烷化催化装置(2)使用窑外壁淋水器(5)淋水冷却。窑的密封装置如附图，断面为园楕型或楕园型的密封管(10)，是能耐压大于工艺操作压力、富于弹性、耐磨、耐热内充冷水的环形管。由于水的压缩度甚小，在窑发生挠度变化(也包括径向变化)时，保持窑内气体不外漏。安装时应保持固定环(11)与窑上的冷却磨擦环(12)之间的距离小于密封管(10)的直径(或长轴直径)，对与密封管(10)接触的温度高于密封管(10)允许的温度时，应采用图中的充水隔热水套(3)，通过耐热、能伸缩的密封件(4)组成一个保护密封管(10)的低温室。密封管(10)由180°角上的进出水铁管(图中未划出)固定在固定环(11)上。随时监测和调整回转窑(22)各段带上的温度变化，对稳定工艺操作是至关重要的。本发明采用附图上的测温装置(6、7、8、9)。各测温点的热电隅导线，接到一块(多点)或数块数字温度显示仪(或其它温度显示仪)(9)上，温度显示仪(9)通过轴承(8)与固定在回转窑(22)上的支架(7)连接。温度显示仪(9)的电源线，通过窑周的滑环(20)与固定电源(19)相连。为缩短回转窑(22)的长度，并利用氧化还原段后的高温余热为气化提供蒸汽，可在氧化还原段和一氧化碳变换段之间安装蒸汽发生装置(17)，其结构如附图，密封装置(16)与窑(22)的密封装置相同。若煤气厂周围有更便宜的蒸汽来源也可不设此装置。扬料板(18)可以是金属的，也可以是耐火材料的，其顶端做成角状，使料在窑(22)的断面上分布得更均匀。
本发明中的测温装置、密封装置可广泛用于其它专业的回转窑上。本发明中的以铁为基、主要含镍(11-37%)、铬(10-23%)及少量(＜10%)其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金，可作为甲烷化催化剂在其它场合应用。
本发明借助于催化剂及脱硫剂，把含碳物的气化、脱硫、一氧化碳变换及甲烷化，组织在一个设备里进行完全气化，直接生产城市煤气，简化了生产城市煤气的工艺流程，减少了基建投资，煤气成本可降低15-35%。由于窑(22)的转动作用及有大的空间，使粘结性煤不能结成大块。由于物料在窑内大部分呈悬浮状态，不用考虑粉煤对煤气阻力的影响，窑内煤气速度较低，加上干燥段扬起的湿料有扑集煤气中的粉尘作用。所以利用本发明生产城市煤气，不受煤种的限制，也不受原煤中所含的碎煤的限制。由于回转窑的处理能力可在很大范围内波动，并且其生产规模对其技术经济指标的影响不十分明显，因此利用本发明对大中小生产规模的煤气厂都能适应。
附图是本发明最佳实施例的示意图1、加料装置 2、煤气出口 3、隔热水套4、密封件 5、淋水器 6、热电隅7、支架 8、轴承 9、温度显示仪10、密封管 11、固定环 12、冷却磨擦环13、窑头密封罩 14、排灰(或兼激冷灰渣)装置15、气化剂喷枪 16、密封装置 17、蒸汽发生装置18、扬料板 19、固定电源 20、滑环
21、甲烷催化装置 22、回转窑 23、窑尾密封罩参照附图进一步说明本发明的技术解决方案。
把主要含三氧化二铁或四氧化三铁的天然矿物质或冶金、化工过程产生的烟尘、废渣及少量由煤灰中回收的铁及其氧化物，按三氧化二铁/煤在5%以内。白云石/石灰石为2/1，粒度3-5毫米，而钙/硫(克分子比)为1-4。氧化锌/煤小于1%，与粒度小于16毫米的煤混匀，由加料装置(1)加入回转窑(22)的干燥段。湿物料与煤气进行热交换，水分蒸发、温度上升，煤气温度降低，应保持其高于操作压力下的露点温度。在干燥段，煤气中一部分粉尘被扬料板(18)扬起的湿煤捕集下来。当煤进入甲烷化段以后，由于干馏作用逐渐脱出煤中的挥发分。三氧化二铁进一步被还原成四氧化三铁，少量被还原成金属铁，加上煤中原来配入的金属铁，以及该段内衬的以铁为基，主要含镍、铬及少量其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金板和该段内悬挂的若干层有一定耐硫作用的上述合金丝制成的直径小于窑(22)内径的网即甲烷化催化装置(21)都成为下列反映煤+2H2＝CH4+半焦(C)、C+2H2＝CH4、CO+3H2＝CH4+H2O2CO+2H2＝CH4+CO2，CO2+4H2＝CH4+2H2O 3C+2H2O＝CH4+2CO的催化剂。由于上述各反应是强烈的放热反应，为避免该段温度超过规定要求，该段可设计得长一些，内衬对甲烷化有催化作用，有一定耐硫作用、耐磨、导热性较好的，以铁为基，主要含镍、铬及少量其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金板，窑外壁喷冷水强制冷却。脱除一部分挥发分的半焦进入一氧化碳变换段，温度已高于400℃，由扬料板(18)扬起的四氧化三铁将成为一氧化碳变换的催化剂，促进CO+H2O＝H2+CO2的反映。在甲烷化段和一氧化碳变换段，随着温度不断的提高煤中的黄铁矿将脱除一部分硫，变成硫化氢，同时还将脱除一部分有机硫，这部分有机硫被氢化和水解或在一氧化碳变换时被转变成硫化氢。煤气中的硫化氢将与白云石、石灰石、氧化铁、金属铁、氧化锌反应，生成硫化钙、硫化亚铁、硫化锌，存于半焦中。半焦继续下移，温度继续上升。在这一过程中将反复发生Fe3O4→FeO→Fe，Fe+H2O→H2+FeO，FeO+H2O→H2+Fe3O4，提高了水蒸汽的分解率，增加了煤气中的氢气，为炭的加氢气化C+2H2＝CH4，3C+2H2O＝CH4+2CO，创造了条件。同时也降低了煤气中一氧化碳的含量。当半焦进入大约900℃区间以后，焦炭中的硫化亚铁将被一氧化碳，炭或氢还原成硫化氢，此时主要靠氧化钙或者石灰石、白云石吸收硫化氢生成硫化钙。在脱除了挥发分的焦炭进入气化区，即氧化还原段以后，一部分焦炭与气化剂喷枪(15)喷入的氧作用，发生C+O2＝CO2，2C+O2＝2CO并放出热量，以维持过程所需要的温度。在还原区将发生CO2+C＝2CO，H2O+C＝H2+CO，2H2O+C＝2H2+CO2在氧化还原段，虽然温度越高对上述反应越有利，但应保持该段最高温度低于灰熔点，以避免在窑壁上形成渣圈。扬料板(18)在接近气化剂喷枪(15)时，应改为螺旋板排料。在氧化区产生的少量二氧化硫与氧化钙反应生成硫化钙或硫酸钙。为防止硫化钙和硫酸钙分解，并使其随灰渣排出，控制最高温度低于1150℃是必要的。灰渣在900℃左右或者在窑内喷水激冷，或者排入排灰装置(14)的水箱中激冷，以提高灰中的可容硅率。灰渣经回收铁及四氧化三铁后，可在农业上用作硅肥，或用作建筑材料。所产蒸汽作为气化剂的一部分，参与气化反应。由煤气出口(2)排出的粗煤气，经冷却、净化、脱碳后即为合格的城市煤气。
利用本发明的密封装置，使含碳物可在常压或加压下进行气化，但加压对提高煤气热值即提高甲烷含量，提高窑的处理能力，降低煤气中粉尘含量都是有利的。气化剂中的氧，可用工业氧或低纯氧，甚至可用富氧空气。利用本发明中的蒸汽发生装置(17)所产生的蒸汽，不仅能提高工艺过程的热效率，也因不用建造专用锅炉，对降低煤气成本是十分有利的。回转窑(22)各段的温度由随窑旋转的数字温度显示仪(9)显示。所产焦油或加工处理或由窑头返回窑内高温区热解气化。
权利要求
1.一种用蒸汽和氧气或富氧空气作气化剂，使含碳物在常压或加压下气化的城市煤气的生产方法，其特征在于混有催化剂和脱硫剂的含碳物，在回转窑的不同段带上同时进行含碳物的气化、脱硫、一氧化碳变换及甲烷化，直接生产城市煤气。
2.按照权利要求
1所说的方法，其特征在于作为甲烷化、一氧化碳变换、含碳物气化的催化剂及脱硫剂，是主要含三氧化二铁或四氧化三铁的天然矿物质或冶金、化工过程产生的烟尘、废渣，以及由煤灰中回收的铁及其氧化物，或者是上述各种物质的混合物。
3.按照权利要求
1所说的方法，其特征在于作为甲烷化的催化剂，还有以铁为基，主要含镍(11-37%)、铬(10-23%)及少量(＜10%)其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金。
4.按照权利要求
1所说的方法，其特征在于作为脱硫剂及含碳物气化的催化剂，还有白云石或者石灰石、氧化锌或者白云石、石灰石和氧化锌的混合物。
5.一种用于实施权利要求
1所说的方法的设备，所说的设备至少包括倾斜的回转窑(22)、加料装置(1)、窑尾密封罩(23)、窑头密封罩(13)、排灰或兼激冷灰渣装置(14)、扬料板(18)、测温装置(6、7、8、9)、气化剂喷枪(15)，其特征在于甲烷化段带上有调温装置和若干层以铁为基，主要含镍、铬及少量其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金丝制成的网，即有一定耐硫作用的甲烷化催化装置(21)，回转窑(22)上有测温装置(6、7、8、9)和密封装置(23、13)。
6.按照权利要求
5所说的设备，其特征在于所说的甲烷化段带上的调温装置，包括该段内衬的以铁为基，主要含镍，铬及少量其它助催化剂钴、钼、铜中至少二种元素组成的合金板，回转窑(22)外壁由淋水器(5)淋水强制冷却。
7.按照权利要求
5所说的设备，其特征在于所说的测温装置，包括各测温点的热电隅导线，接到一块(多点)或数块数字温度显示仪(或其它温度显示仪)(9)上，温度显示仪(9)通过轴承(8)与固定在回转窑(22)上的支架(7)连接。温度显示仪(9)的电源线，通过窑周的滑环(20)与固定电源(19)相连。
8.按照权利要求
5所说的设备，其特征在于所说的密封装置，包括断面为园型或楕园型、能耐压大于工艺操作压力、富于弹性、耐磨、耐热、内充冷水的密封管(10)，密封罩(13、23)上的固定环(11)，回转窑(22)上的冷却磨擦环(12)。安装时应保持固定环(11)与冷却磨擦环(12)之间的距离小于密封管(10)的直径(或长轴直径)。对与密封管(10)接触的温度高于密封管(10)允许的温度时，应采用充水隔热水套(3)，通过耐热，能伸缩的密封件(4)组成一个保护密封管(10)的低温室。密封管(10)由180度角上的进出水铁管(图中未划出)固定在固定环(11)上。
专利摘要
一种涉及城市煤气的生产方法及实现此法的设备，其特征是使混有催化剂和脱硫剂的含碳物，在同一个设备里进行含碳物的完全气化、脱硫、一氧化碳变换及甲烷化，直接生产城市煤气，所用的设备，包括回转的窑、测温装置、密封装置、蒸汽发生装置，至少在甲烷化段带上安装调温装置及甲烷化催化装置。使用本发明，不受煤种限制，不受生产规模大小限制，煤气成本可降低15—35％。
文档编号C10J3/00GK86106754SQ86106754
公开日1988年4月13日 申请日期1986年9月29日
发明者郑文敏 申请人:郑文敏导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan