专利名称：一种流化床co气化炉的气化工艺方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤化工领域的煤气化新工艺，特指一种流化床CO气化炉的气化工艺方法及其装置。
背景技术：
CO是一碳化学的主要有机合成原料，它与水、甲醇、氨等反应生成甲酸、甲酰胺、醋酸等有机化学品。目前国内生产CO气多采用固定床气化炉，生产水煤气或空气煤气，然后再从水煤气或空气煤气中分离得到高纯度的CO气。我国有采用CO和甲醇工艺生产醋酸的企业，用CO2和O2为气化剂，用固定床气化炉生产CO气，这种工艺由于采用铸造焦为原料，原料价格高，由于固定床气化炉沿炉高度的温度是逐渐下降的，在炉出口温度约为600℃，由于的反应是可逆反应，则使得在出口炉温下，CO的平衡成分下降，所以固定床气化炉不易得到高含量的CO原料气。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种用O2+CO2或空气+CO2为气化剂的流化床CO气化炉的气化工艺方法及其装置。
实现上述目的的技术方案为采用流化床气化炉为主要设备，以含氧气体和CO2为气化剂，以粉焦或粉煤为原料，通过流化床气化炉进行碳的气化反应，采用连续气化法或间歇气化法，使CO2气还原成CO气，制取高纯度CO气，用作有机合成原料。
所述的连续气化法是以O2和CO2为气化剂，0～10mm焦粉、无烟煤为原料，采用连续气化工作的流化床气化炉为气化设备，并根据原料煤的灰熔点，确定流化床气化炉的工作温度，低于灰熔点150℃～250℃，流化床气化炉的流化速度为0.8m～1.2m/s，生成的CO气经高温旋风分离器除尘、分离下的含碳粉尘经下料管、返料器返入炉内重新参与反应，初除尘的CO气再经管式换热器与入炉的CO2气体换热后，进入煤气净化系统，进一步洗涤、除尘后送往气柜待加工。
所述的间歇气化法是以空气和CO2为气化剂，0～10mm焦粉、无烟煤、贫煤、长焰煤、褐煤为原料，采用间歇气化工作的流化床气化炉为气化设备，生产CO气；整个制气过程分供空气燃烧和供CO2气化两个阶段，燃烧阶段与气化阶段的时间分配约为4∶6，两阶段循环交替，流化床气化炉的最高工作温度，低于原料煤的灰熔点150℃～250℃，一般转换温度范围为50℃→100℃，流化床气化炉的流化速度0.8～1.2m/s。
供空气燃烧阶段，向气化炉供入空气，使炉内的煤料在流化状态下燃烧，床层温度迅速升高，当床层温度升到预定最高工作温度时，停止供风；气化炉转入供CO2气的气化阶段，向气化炉供入CO2气，使炉内的高温料层在流化状态下进行布杜阿尔反应，生成CO气。由于该反应是强吸热反应，床层温度迅速下降，当床层温度下降到预定温度时(视原料煤的活性而定，一般大于950℃)，停止供入CO2气。
当以水分和挥发分高的煤种为原料时，采取在燃烧阶段加煤，使煤在燃烧阶段除掉水分、挥发分而成为焦碳。
实施连续气化法的装置包括循环流化床气化炉(1)、旋风分离器(2)、下料管(4)、返料器(5)、管式换热器(3)、CO净化系统(10)，其中流化床气化炉(1)上部为园筒形，下部为倒锥形，炉体为耐火衬里的钢板结构，炉体下部顺序设有风室(7)、排渣阀，煤仓(8)经螺旋加煤机(9)与气化炉(1)相连；炉体上部炉出口上设有旋风分离器(2)，旋风分离器(2)下端顺序连接下料管(4)、返料器(5)，经返料器(5)与流化床气化炉(1)相连，旋风分离器(2)的顶端出口与管式换热器(3)相连，其下端烟气出口与CO净化系统(10)相连，换热气体出口与文丘里混合器(6)相连。
实施间歇气化法的装置包括间歇式流化床气化炉(1)、旋风分离器(2)、下料管(4)、返料器(5)、管式换热器(3)、CO净化系统(10)、烟气净化系统(13)，其中流化床气化炉(1)上部为园筒形，下部为倒锥形，炉体为耐火衬里的钢板结构，炉体下部顺序设有风室(7)、排渣阀，煤仓(8)经螺旋加煤机(9)与气化炉(1)相连；炉体上部炉出口上顺序设有旋风分离器(2)，旋风分离器(2)下端顺序连接下料管(4)、返料器(5)，经返料器(5)与流化床气化炉(1)相连，旋风分离器(2)的顶端出口与管式换热器(3)相连，在管式换热器(3)上端设有与CO2换向阀(11-1)、空气换向阀(11-2)分别相连的气体进口，下端出口经CO换向阀(12-1)、烟气换向阀(12-2)分别与CO净化系统(10)、烟气净化系统(13)相连，下端并设有与风室(7)的进气口相连的换热气体出口。
本发明较现有采用固定床CO气化炉的方法具有下述优点(1)原料来源丰富。流化床连续气化，可使用0～10mm的焦粉及无烟煤粉；而流化床间歇气化法，不仅可使用0～10mm的焦粉、无烟煤粉，而且可使用0～10mm的贫煤、次烟煤及长焰煤等。
(2)将CO2作为气化剂，由于CO2是温室效应气体，它的回收利用，不仅可产生经济效益，而且可以改善环境状况。
(3)由于流化床气化炉在流化状况下与CO2进行充分接触反应，在相同温度下，反应速度快，易达到平衡组分。由于炉内料层温度均匀，容易达到高组分的CO气。
图1是本发明连续气化工艺流程图。
图2是本发明流化床间歇气化工艺流程图。
1流化床气化炉 2旋风分离器 3管式换热器 4下料管 5返料器 6文丘里混合器 7风室 8煤仓 9螺旋加煤机 10 CO净化系统 11-1 CO2换向阀11-2空气换向阀 12-1 CO换向阀 12-2烟气换向阀 13烟气净化系统具体实施方式
1.流化床连续气化法如图1所示，该工艺是以纯氧(≥98％)与CO2气体混合为气化剂，0～10mm的焦粉为原料经螺旋加煤机(9)送入气化炉(1)内，CO2气经管式换热器(3)加热至600℃后，再经文丘里混合器(6)按比例与氧混合后，由风室(7)进入气化炉(1)，使炉内的碳层在流化状态与O2和CO2在高温下进行氧化还原反应，生成CO气，由于该反应是发热与吸热反应，床层温度应下降，当两反应处于热量平衡时，床层温度处于稳定状态。该温度根据煤焦的灰熔点而定，一般不超过1150℃。生成的高温CO气由气化炉(1)出口经旋风分离器(2)，分离下的含碳粉尘经下料管(4)返料器(5)返入气化炉(1)内重新参与反应。除尘后的CO气进入管式换热器(3)与进入系统的CO2原料气换热。经管式换热器(3)换热器的粗CO气再送入净化系统(10)经进一步洗涤除尘冷却后再送往煤气柜待加工。
2.流化床间歇气化法如图2所示，该工艺是以空气和CO2为气化剂。流化床气化炉采用间歇工作法，即整个制气过程分为二个阶段供空气燃烧阶段，向气化炉供入空气，使炉内的煤料在流化状态下燃烧，床层温度迅速升高当床层温度升到预定温度时(视原料煤的灰熔点而定，一般低于灰熔点温度150℃～250℃)，停止供风；气化炉转入供CO2气的气化阶段，向气化炉供入CO2气，使炉内的高温料层在流化状态下进行布杜阿尔反应，生成CO气。由于该反应是强吸热反应，床层温度迅速下降，当床层温度下降到预定温度时(视原料煤的活性而定，一般大于950℃)，停止供入CO2气。气化炉又转入供风燃烧阶段。这样两个阶段交替往复，制取CO气。因整个过程都在流化状态下进行的，混合均匀床层温度也非常均匀，反应非常迅速。无需固定床气化炉的其他阶段，操作简单，易于自动化。
其具体实施步骤为0～10mm的原料煤，从煤仓(8)由螺旋加煤机(9)加入炉内。在供空气燃烧阶段。由罗茨风机来的空气依次经空气换向阀11-2，管式换热器(3)，空气被加热到600℃后，经风室(7)进入气化炉(1)内，使炉内的料层在流化状态下燃烧，床层温度迅速升高，当床层温度升到1100℃时，停止供入空气，气化炉转入供CO2气的气化阶段。这时空气换向阀11-2关闭，烟气换向阀12-2关闭，CO2换向阀11-1和CO换向阀12-1开启，向气化炉(1)供入CO2气，依次经CO2换向阀11-1，管式换热器(3)、CO2被加热到600℃经风室(7)进入气化炉(1)内，与高温料层在流化状态下进行布杜阿尔反应，生成CO气。床层温度开始下降，温度下降到950℃时，停止供入CO2气。气化炉又转入供空气燃烧阶段。在燃烧阶段产生的高温烟气从炉出口进入旋风分离器(2)，分离下的含碳粉尘经下料管(4)返料器(5)，返入气化炉(1)重新燃烧。初除尘的高温烟气经管式换热器(3)，换热降温到500℃以下，经烟气换热阀12-2进入烟气净化系统(13)。进一步降温降尘，含尘达到排放标准后排入大气。在气化阶段产生的CO气，从炉出口进入旋风分离器(2)，分离下的含碳粉尘经下料管(4)，返料器(5)，返入炉内重新气化，初除尘的CO气经管式换热器(3)换热降温到500℃以下，经CO气换向阀12-1进入CO净化系统(10)冷却除尘，降温后送入CO气柜待加工。供空气燃烧阶段和供二氧化碳气化阶段的转换，根据设定的温度自动进行。
该制气过程的一个循环为4～5分钟，供空气燃烧阶段的为循环时间40％，供CO2制气阶段约为循环时间60％。流化床间歇气化法由于不需要制氧设备，投资小，运行成本低，适用于中小气源工程，流化床间歇式气化法，原料来源广，几乎所有煤种均适用。特别是次烟煤，长焰煤等挥发高的年青煤种。这些煤灰熔点低，活性好，挥发分和水分高。用于连续气化时，产品气中H2和碳氮化合物的含量高。为以后CO的提纯造成困难。而在间歇气化时在供空气燃烧阶段加煤，入炉煤水分和挥发分在燃烧阶段被迅速干燥干馏而燃烧；到供CO2气化阶段，原料煤已成为焦碳。因此，煤中的水分、挥发分已不对产品气产生影响，这也是该气化法一大优点。
权利要求
1.一种流化床CO气化炉的气化工艺，其特征在于采用流化床气化炉为主要设备，以含氧气体和CO2为气化剂，以粉焦或粉煤为原料，通过流化床气化炉进行碳的气化反应，采用连续气化法或间歇气化法，使CO2气还原成CO气制取高纯度CO气，用作有机合成原料。
2.根据权利要求1所述的一种流化床CO气化炉的气化工艺，其特征在于所述连续气化法是以O2和CO2为气化剂，0～10mm焦粉、无烟煤为原料，采用连续气化工作的流化床气化炉为气化设备，并根据原料煤的灰熔点，确定流化床气化炉的工作温度，低于灰熔点150□～250□，流化床气化炉的流化速度为0.8m～1.2m/s，生成的CO气经高温旋风分离器除尘、分离下的含碳粉尘经下料管、返料器返入炉内重新参与反应，初除尘的CO气再经管式换热器与入炉的CO2气体换热后，进入煤气净化系统，进一步洗涤、除尘后送往气柜待加工。
3.根据权利要求1所述的一种流化床CO气化炉的气化工艺，其特征在于所述间歇气化法是以空气和CO2为气化剂，0～10mm焦粉、无烟煤、贫煤、长焰煤、褐煤为原料，采用间歇气化工作的流化床气化炉为气化设备，生产CO气；整个制气过程分供空气燃烧和供CO2气化两个阶段，燃烧阶段与气化阶段的时间分配约为4□6，流化床气化炉的最高工作温度，低于原料煤的灰熔点150□～250□，一般转换温度范围为50□→100□，流化床气化炉的流化速度0.8～1.2m/s；供空气燃烧阶段，向气化炉供入空气，使炉内的煤料在流化状态下燃烧，床层温度迅速升高，当床层温度升到预定最高工作温度时，停止供风；气化炉转入供CO2气的气化阶段，向气化炉供入CO2气，使炉内的高温料层在流化状态下进行布杜阿尔反应，生成CO气，当床层温度下降到预定温度时(视原料煤的活性而定，一般大于950℃)，则停止供入CO2气，又进入供空气燃烧阶段。两个阶段的转换根据设定的温度自动进行。
4.根据权利要求3所述的一种流化床CO气化炉的气化工艺，其特征在于以水分和挥分高的煤种为原料时，采取在燃烧阶段加煤，使煤在燃烧阶段除掉水分、挥发分而成为焦碳。
5.实现权利要求2所述的一种流化床CO气化炉的气化工艺的装置，其特征在于装置包括循环流化床气化炉(1)、旋风分离器(2)、下料管(4)、返料器(5)、管式换热器(3)、CO净化系统(10)，其中流化床气化炉(1)上部为园筒形，下部为倒锥形，炉体为耐火衬里的钢板结构，炉体下部顺序设有风室(7)、排渣阀，煤仓(8)经螺旋加煤机(9)与气化炉(1)相连；炉体上部炉出口上顺序设有旋风分离器(2)，旋风分离器(2)下端顺序连接下料管(4)、返料器(5)，经返料器(5)与流化床气化炉(1)相连，旋风分离器(2)的顶端出口与管式换热器(3)相连，其下端出口与CO净化系统(10)相连，换热气体出口与文丘里混合器(6)相连。
6.实现权利要求3所述的一种流化床CO气化炉的气化工艺的装置，其特征在于装置包括间歇式流化床气化炉(1)、旋风分离器(2)、下料管(4)、返料器(5)、管式换热器(3)、CO净化系统(10)、烟气净化系统(13)，其中流化床气化炉(1)上部为园筒形，下部为倒锥形，炉体为耐火衬里的钢板结构，炉体下部顺序设有风室(7)、排渣阀，煤仓(8)经螺旋加煤机(9)与气化炉(1)相连；炉体上部炉出口上设有旋风分离器(2)，旋风分离器(2)下端顺序连接下料管(4)、返料器(5)，经返料器(5)与流化床气化炉(1)相连，旋风分离器(2)的顶端出口与管式换热器(3)相连，在管式换热器(3)上端设有与CO2换向阀(11-1)、空气换向阀(11-2)分别相连的气体进口，下端出口经CO换向阀(12-1)、烟气换向阀(12-2)分别与CO净化系统(10)、烟气净化系统(13)相连，下端并设有与风室(7)的进气口相连的换热气体出口。
全文摘要
本发明涉及煤化工领域的煤气化新工艺，为一种用O
文档编号C10J3/54GK1597871SQ200410014089
公开日2005年3月23日 申请日期2004年2月18日 优先权日2004年2月18日
发明者王立群, 王同章 申请人:江苏大学