专利名称：一种制取城市煤气的方法及用于该方法的煤气发生炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在固定层反火式煤气发生炉内制取煤气的方法与装置，尤其涉及到一种采用油掺混在反火炉内制取城市煤气的方法和装置。
按国家标准规定的城市人工煤气的质量标准，其煤气低热值应≥3500×4.18KJ/NM3，煤气中的CO含量应≤20％，环保指标应符合国家有关规定。目前国内采用油、煤作原料制取城市煤气的方法很多，现列举其中几个主要方法焦炉制气或直立炭化炉制气。此类制气方法必须采用优质炼焦烟块煤入炉。在所有制气工艺中，焦妒制气投资最大，占地面积最多，建设周期最长，煤气成本最高。
两段炉制气增热变换和水煤气增热变换。这两种炉型主要问题是所产煤气热值低(约2000～2500×4.18KJ/NM3)，CO含量高达30％以上，为解决此类矛盾，必须采用甲烷化技术实现CO变换和增热，从而使煤气成本大大增加，且同样存在投资大，占地面积多之弊端，况且国内甲烷化技术至今仍未成熟。
重油裂解制气或重油部分氧化法制气。纯重油制气必须采用重油加热做热源，约占耗油量的30～35％，重油裂解后产生的焦油无法直接利用，约占耗油量的30～35％，且所产焦油为环境污染源，真正参与裂解的油料只占30～40％，使制气成本大大提高，重油制气的最大问题是环境污染严重，工艺过程必须设置脱焦油，脱苯，脱硫等工序。
中国专利以ZL92225038·3和ZL94242677·0先后公开了一种反烧式(反火式)煤气发生装置，其主要特点是采用并流气化原理连续造气，即煤炭和气化剂(空气和蒸汽或富氧空气和蒸汽混合剂)同向从炉上部入炉，其中气化剂是以正压鼓入或负压吸入，气化剂和煤炭在炉上部发生氧化还原反应，产生以CO、H2、CH4为主的可燃气体，所产煤气从炉中下部排出。此类妒型解决了传统煤气发生炉(俗称正火炉)难以解决的煤气净化问题，但是这种工艺同时带来两大缺点1、煤气热值低(约1000×4.18KJ/NM3)；2、灰渣含碳量高，约为25～30％，此类缺点严重影响了该装置的使用范围和推广价值。
为解决灰渣含碳量偏高的问题，中国专利ZL92223307·1公开了一种正反火两段型煤气妒，其主要特征是把单一的反火炉和单一的正火炉合并为同一发生装置，空气等气化剂同时从炉上部和炉下部相向入炉，所产煤气由炉中部抽出，使炉内煤炭燃烧反应比较充分，从而降低了灰渣含炭量，提高了单炉发气量，但此类炉型安全性差，最主要的问题仍然是热值低，难以推广使用。
为解决反火炉热值的问题，有识之士作了不懈的研究，公开号为CN1143669A的一项专利甲请，提出将重柴油掺混入反火炉还原层，并连续制气以大幅度提高热值，具体实施方案是将热油输送至反火炉煤炭中之还原层，利用还原层700～900℃之高温将油裂解，并通过下部煤气出口管将煤气抽出。此方案在实践过程中困难重重1、油料喷入物料密集的煤层，难以扩散均匀。2、还原层的热能大部分被氧化层来的CO2吸收还原为CO，能够提供给油裂解的热能所剩无几。因此用这种方法提高热值是微量的，且由于裂解附产物(如焦油等)无再次氧化燃烧的机会，气态焦油随煤气排出，造成新的污染问题。
本发明的目的在于提供一种可大幅度提高所产煤气热值，并达到城市人工煤气质量标准的方法及装置。
本发明的技术解决方案如下一种在固定层反火式煤气发生妒内制取城市煤气的方法，即煤炭气化和油料裂解在同一炉内进行。在制气过程中，先将入炉煤燃烧放热，使炉上空层温度达780℃以上，再将经予热的雾化油料喷入反火式煤气发生炉之炉体上部的空层内，使燃料油在隔绝空气状态下裂解制取混合煤气。
该方法包括以下阶段性步骤，依次为a、下吹风；b、下吹净；c、上吹蒸汽；d、下喷油制气；e、下吹净；f、富氧制气；g、下吹净；h、二次下喷油制气；i、下吹净。
上述九个阶段构成一个循环周期，该周期为8～15分钟；其中各阶段所占时间百分比为下吹风-15～30％，富氧制气-25～35％，两次下喷油制气分别占-10～20％，四次下吹净分别占-2～2.5％，上吹蒸气-5～8％。
在上述步骤中的下喷油制气阶段，应同时从炉体中部的环形管道向炉内喷人过热蒸汽。
该方法中入炉气化的富氧空气含氧量为28～50％。
所说的隔绝空气状态及上述循环制气周期均由微机控制液压阀自动开闭来实现。
所述油料包括重油、柴油、石脑油和C5；燃料油喷入炉内之前的予热温度为80～95℃。
一种专用于上述制气方法的反火式煤气发生炉，包括具有气化剂入口的妒顶和内设耐火内衬的炉体，以及置于炉体中的多层伞式炉篦和炉底蒸汽进口，在位于炉体上部环形侧面，对称均布有4～12只喷油装置；在炉体中部沿炉内侧圆周设置蒸汽喷射环形管道。
上述耐火内衬砌筑在发生炉上部空层处的全部炉壁内侧，更确切地说，即所砌筑耐火内衬的下沿距炉体的上沿为600～1000mm。
设置于炉体中部内侧圆周的蒸汽喷射环形管道距离炉体的上沿为1100～1800mm。
上述蒸汽喷射环形管道与炉体为固定连接，其截面形状呈半圆，在该半圆的中部截面处均匀分布有4～12个孔，且各孔均连有相应的短接管，并与炉体外侧相对应的环状集汽室连通。
更具体地说，上述的反火炉油掺混制取城市煤气的方法，在于整个气化过程分四个基本阶段和五个辅助阶段。四个基本阶段中，第一阶段为下吹风，即从鼓风机引来的空气从炉上部鼓入炉内，从上到下经过燃料层燃烧放热，并将热量积蓄于料层，当料层温度升高到予定温度(950～1150℃)时停止鼓风，将予热到80～95℃的热油以雾状喷入炉内空层，气化过程进入第二阶段，即下喷油阶段，在炉内高温作用下，燃料油发生快速裂解反应，产生气态烃类可燃物质，经炉下部排出炉外，本阶段因油裂解吸收炉内大量热量，使炉内料层温度下降到予定温度(炉上空间温度为780℃以上)，此时气化过程进入第三阶段——富氧制气阶段，从制氧装置来的富氧空气和从过热蒸汽管道来的过热蒸汽从炉上部进入料层，本阶段富氧空气和煤炭的气化放热反应与水蒸汽和煤炭的气化吸热反应同时进行，并使炉温得以提高，所产煤气从炉下部排出炉外。当料层温度再次升高到予定温度时(950～1150℃)停供富氧空气和过热蒸汽，气化过程进入第四阶段——二次下喷油制气，此阶段气化过程和第二阶段相同。上述四个阶段进行过程中，相间穿插五个辅助阶段，其中四个皆为下吹净，即将过热蒸汽从炉上部送入料层，所产煤气从炉下部排出炉外，其目的是清除炉内空层和料层的残余空气；另一个为上吹蒸汽阶段，过热蒸汽从炉下部进入渣层、料层，发生水煤气反应，所产煤气从炉上部排出，此阶段之作用是保持炉内层次之稳定。本发明的四个基本阶段和五个辅助阶段构成一个循环周期，其最佳周期时间为8～15分钟。
利用本发明除了能提高所产煤气的热值外，还具有投资少，运行成本低，自动化程度高，环保效益好等优点。同时，本发明独特的造气原理也大大拓展了煤种之选择性，所选煤炭可以是烟煤、无烟煤，也可以是贫煤、瘦煤，可以是块煤，也可以用粉烟成型入炉。所选粉煤加适量石灰，强力挤压成型，也可以用粉煤加适量石灰、纸浆废液或腐植酸混合，用传统成型工艺压制成型入炉。
本发明的
如下图1为工艺流程示意图；图2为本发明中反火式煤气发生炉的结构示意图。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
1、物料和气化剂工艺路线。参见图1。
a、成型煤从自动加煤机1自动连续地加进炉内。采用自动加煤机可从根本上克服现行反火炉敞口加煤所产生的加料不均、炉上空气温度变化大之缺陷。
b、已予热至80～95℃的油料，经输油管RY、油泵11、进油液压阀12、喷油装置14以高速雾化喷入炉上空层5，过热蒸汽通过GZQ管、蒸汽液压阀13进入喷油装置14，油料喷入炉上空层前可以和过热蒸汽混合稀释后喷入，也可以单独喷入。
c、下吹风所需空气由鼓风机供给，通过空气管道KQ，空气液压阀3，混合管HQ进入炉上空层5。
d、由分子筛变压吸附装置来的经稀释后的富氧空气(含氧量控制在28～50％)，经富氧管道YQ，富氧液压阀6，混合管HQ进入炉上空层5 。
e、由蒸汽锅炉或煤气发生炉蒸汽夹套28(详见图2中所示)产生的低压(控制在0.2MPa以下)饱和蒸汽，经饱和蒸汽管BZQ、除尘换热器18，和下行煤气管XM来的高温煤气进行热交换，使蒸汽过热，过热蒸汽由除尘换热器18上部的过热蒸汽管GZQ排出，进入各用汽点一是通过下行蒸汽液压阀8、混合管HQ进入炉上空层5，一是通过上行蒸汽液压阀10、蒸汽管道ZB、上行蒸汽进口15、炉篦9进入炉中下部煤层；一是通过液压阀13进入喷油装置14。
2、周期循环各阶段工艺路线。
a、第一阶段下吹风鼓风机鼓入的其流量为煤气小时产气量3～5倍的空气进入炉上空间5后，在真空泵21的抽吸作用下，经炉料层7发生放热反应，所产吹风气经炉下出口煤气管XM，除尘换热器18，煤气管道M，煤气液压阀17，洗涤塔16，水环真空泵21，气水分离器23，放空液压阀20，经放空管FK排至大气。同时，吹风气中的一部分经近路液压阀19，放空管FK排至大气。
b、第二阶段下吹净从液压阀8来的过热蒸汽，经混合管HQ进炉上空间5后，连同炉上空间残余气体(空气、煤气、油气等)，在真空泵21作用下，经炉内料层7，在高温作用下，蒸汽和燃料发生水煤气反应并产生可燃气体，经炉下出口煤气管XM，除尘换热器18、煤气管道M、煤气液压阀17，洗涤塔16、水环真空泵21、气水分离器23，煤气出口液压阀22排至气柜或用户。
c、第三阶段上吹蒸汽从液压阀10来的过热蒸汽，经蒸汽管ZQ、上行蒸汽进口15、炉篦9进入炉料层7的中下部，并和高温料层发生水煤气反应，在真空泵21的作用下，所产煤气经炉上空层5，混合管HQ，上行煤气液压阀2，上行煤气管SM，洗涤塔16，煤气管道M，水环真空泵21，气水分离器23，煤气出口阀22排至气柜或用户。
d、第四阶段下喷油制气雾化油进入炉上空层5后，在炉内高温作用下的裂解产物—以C2H4、C3H6、CH4、H2为主的可燃气，在真空泵21作用下，经炉内料层7，炉下出口煤气管XM、除尘换热器18、煤气管道M，煤气液压阀17，洗涤塔16，水环真空泵21，气水分离器23，煤气出口液压阀22排至气柜或用户。
e、第五阶段下吹净本阶段同b。
f、第六阶段富氧制气进入炉上空层5的富氧空气(或和过热蒸汽混合后)在真空泵21作用下，经料层发生氧化还原反应，所产以CO、H2为主的可燃气体，经炉下出口管XM、除尘换热器18，煤气管道M，煤气液压阀17、洗涤塔16，水环真空泵21，气水分离器23，煤气出口液压阀22排至气柜或用户。
g、第七阶段；下吹净本阶段同b。
h、第八阶段二次下喷油制气本阶段同d。
i、第九阶段下吹净本阶段同b。
本发明的九个阶段中，其中第四、第八阶段下喷油制气过程之同时，为充分利用炉内蓄热，应向炉内喷入过热蒸汽，制取部分可燃气体，即过热蒸汽经蒸汽液压阀13，环形集汽室27，短接管26，蒸汽喷射环形管道25，向炉内料层7喷射，其反应产物CO、H2等可燃气体，与油裂解气一起进入系统。
以上各液压阀的开闭，均采用微机自控实现。上述九个阶段形成一个循环周期，该周期在本实施方案中为8～15分钟，其中各阶段所占时间的百分比为下吹风-20％，富氧制气-32％，两次下喷油制气各占-15％，四次下吹净各占-2.5％，上吹蒸汽-8％。
3、反火式煤气发生炉的基本构造。参见图2。
为配合上述制气方法而设计的反火式煤气发生炉，包括具有气化剂入口4的炉顶30和内设耐火内衬的炉体29，以及置于炉体中的多层伞式炉篦9和炉底蒸汽进口15，其特征在于，位于炉体29上部环形侧面，对称均布有4～12只喷油装置14；在炉体中部沿炉内侧圆周设置蒸汽喷射环形管道25。
上述耐火内衬24砌筑在发生炉上部空层处的全部炉壁内侧，更确切地说，即所砌筑耐火内衬的下沿距炉体的上沿为600～1000mm。
设置于炉体中部内侧圆周的蒸汽喷射环形管道25距离炉体29的上沿为1100～1800mm。
上述蒸汽喷射环形管道25与炉体29为固定连接，其截面形状呈半圆，在该半圆的中部截面处均匀分布有4～12个孔，且各孔均连有相应的短接管26，并与炉体外侧相对应的环状集汽室27连通。
炉体29上部空层所包络的范围，包括上简体内侧圆周及炉上盖下沿全部采用耐火材料砌筑耐火内衬24。通常砌筑耐火内衬的下沿应深入煤炭层0～400mm，内衬的厚度为50～120mm。
制气过程中所需气化剂从位于炉顶30上的气化剂入口4进入炉顶部的环形空间31，沿着均布在炉顶部耐火内衬24上的4～12个孔32进入炉上部空间。
对称固定设置于炉体29上部环形侧面的4～12只喷油装置14，工作时一半运行，一半备用。经予热到80～95℃的热油或单独经喷油装置高速雾化喷入炉上空层，或在喷油装置内和过热蒸汽混合稀释后，高速雾化喷入炉上空层，在炉内高温作用下，发生热裂解反应，产生的有机气态烃类物质(C1-C4)在真空泵作用下，经炉下部排至煤气净化系统，油裂解另外附产物—渣油、碳黑等混积于煤炭表面，可供燃烧升温阶段使用。
按以上工艺方法及装置进行制气，油料热焓的利用率可以达95～99％，油料裂解所需能量由煤炭燃烧发出的热量提供，油裂解后的焦油可在炉内继续实现裂解，其残渣、炭黑等亦可在炉内燃烧放热，煤炭中的焦油挥发份有毒有害可燃有机物亦可在炉内燃烧裂解贻尽，这种独特的气化方法，以高效、快速方式，实现炉内自身净化，免除了传统煤气炉和传统重油裂解炉工艺过程中必须采用的庞大复杂的后续净化设备。
本工艺采用28～50％的富气空气入炉，可使该阶段煤气热值从1000×4.18KJ/NM3提高到1500～1600×4.18KJ/NM3，采用油裂解，根据添加量之多少，可在一定范围内随意调节煤气热值，最终可使燃气热值提高到3500～3800×4.18KJ/NM3；由于反火炉独特的制气原理，煤气中的CO含量相对较少，加上油裂解气中无CO成份，煤气综合成份CO在20％以下。
综上所述，按本发明的油掺混反火炉制气工艺，可以制取完全符合城市煤气标准的城市煤气，实现了制气史上的一场革命。
本工艺和传统单一的重(柴)油裂解制气相比，由于油料利用率几乎达100％，故综合节油率可达60％左右，同时由于后续净化系统大大简化，工程投资只相当传统同规模制气的1/4～1/5。加上工艺操作简单，人力耗用少，从而使制气成本大幅度减少，经初步计算，约相当于城市焦炉制气成本的1/3，相当于使用管道液化气或瓶装液化气的1/2，适应当前我国绝大部分城镇居民的经济承受能力，本发明将为我国数千个中小城镇，数万个乡镇的居民燃料燃气化大业作出贡献。
权利要求
1.一种在固定层反火式煤气发生炉内制取城市煤气的方法，即在同一炉内进行煤炭气化和油料裂解，其特征是在制气过程中，先将入炉煤燃烧放热，使炉上空层温度达780℃以上，再将经予热的雾化油料喷入反火式煤气发生炉之妒体上部的空层内，使燃料油在隔绝空气状态下裂解制取混合煤气。
2.如权利要求1所述的制气方法，其特征在于，该方法包括以下阶段性步骤，依次为；a、下吹风；b、下吹净；c、上吹蒸汽；d、下喷油制气；e、下吹净；f、富氧制气；g、下吹净；h、二次下喷油制气；i、下吹净。
3.如权利要求2所述的制气方法，其特征在于，上述九个阶段构成一个循环周期，该周期为8～15分钟；其中各阶段所占时间百分比为下吹风-15～30％，富氧制气-25～35％，两次下喷油制气分别占-10～20％，四次下吹净分别占-2～2.5％，上吹蒸气-5～8％。
4.如权利要求3所述的制气方法，其特征在于，上述方法中各阶段所占时间百分比最好为下次风-20％，富氧制气-32％，两次下喷油制气各占-15％，四次下吹净各占-2.5％，上吹蒸汽-8％。
5.如权利要求2所述的制气方法，其特征在于，在上述步骤中的下喷油制气阶段，应同时从炉体中部的环形管道向炉内喷入过热蒸汽。
6.如权利要求2所述的制气方法，其特征在于，该方法中入炉气化的富氧空气含氧量为28～50％。
7.如权利要求1或2所述的制气方法，其特征在于，所说的隔绝空气状态及上述循环制气周期均由微机控制液压阀自动开闭来实现。
8.如权利要求1所述的制气方法，其特征在于，所述油料包括重油、柴油、石脑油和C5；燃料油喷入炉内之前的予热温度为30～95℃。
9.一种专用于上述制气方法的反火式煤气发生炉，包括具有气化剂入口的炉顶和内设耐火内衬的妒体，以及置于炉体中的多层伞式炉篦和炉底蒸汽进口，其特征在于，位于炉体上部环形侧面，对称均布有4～12只喷油装置；在妒体中部沿炉内侧圆周设置蒸汽喷射环形管道。
10.如权利要求9所述的煤气发生炉，其特征在于，上述耐火内衬砌筑在发生炉上部空层处的全部炉壁内侧，更确切地说，即所砌筑耐火内衬的下沿距炉体的上沿为600～1000mm。
11.如权利要求9所述的煤气发生炉，其特征在于，设置于炉体中部内侧圆周的蒸汽喷射环形管道距离炉体的上沿为1100～1800mm。
12.如权利要求9或11所述的煤气发生炉，其特征在于，上述蒸汽喷射环形管道与炉体为固定连接，其截面形状呈半圆，在该半圆的中部截面处均匀分布有4～12个孔，且各孔均连有相应的短接管，并与炉体外侧相对应的环状集汽室连通。
全文摘要
本发明为一种固定床反火炉煤炭气化制取煤气的装置,尤其涉及一种采用油的掺混在反火炉内制取城市煤气的方法和装置。煤炭气化和油料裂解在同一炉内进行,即油料加热雾化后喷入反火炉上部之空层,高温下产生裂解时的气氛为隔绝空气状态。采用液压阀启闭微机自动控制,使煤制气和油裂解制气按既定程序间歇交替进行。本发明以最低的投入生产符合国家标准的城市煤气,且其热值高,是传统煤、油制气领域的重大突破。
文档编号C10J3/02GK1182778SQ9712015
公开日1998年5月27日 申请日期1997年11月14日 优先权日1997年11月14日
发明者强克炎, 闻梅生, 陈一鸣 申请人:强克炎, 闻梅生, 陈一鸣