[发明专利]混合煤气发生炉富氧制气方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合煤气发生炉，具体涉及一种混合煤气发生炉的富氧制气方法。

背景技术

以空气和水蒸汽的混合气体作为气化剂的常压固定床煤气发生炉简称混合煤气发生炉，我们目前使用的TG-3m型和Д-3m型煤气炉均属于混合煤气发生炉，气化煤种主要是粒度为13～50mm的贵州中块煤，该种煤的煤化程度较低、冷热强度差，经发生炉气化后煤气热值、气化强度和效率较低，灰渣含碳量偏高，煤炭资源没有得到充分利用。

混合煤气发生炉内的主要化学反应种类有：

1)煤中的碳与气化剂中氧、水蒸气之间的反应。

2)气化剂中的氧、水蒸气、各种生成气之间的反应。

3)煤的热裂解反应。

这三种反应在发生炉中的不同层次内进行。

混合煤气发生炉的层次大约可以分为下列几层：

1)准备层：

①干燥层：煤中的水份从此层逸出。

②干馏层：又称为分解层，煤经热裂解后，其中挥发份及部分气体从此层逸出。

2)气化层：

①还原层：水蒸气与碳反应，二氧化碳与碳反应生成发生炉煤气的主要部分：氢气和一氧化碳。

②氧化层：氧气与碳反应生成一氧化碳和二氧化碳。

3)灰渣层：气化剂预热及灰渣冷却。

4)空层：有少量生成气和气化剂之间的气相反应。

混合煤气发生炉中起最主要作用的是在气化层。

发生炉正常生产运行时，由于炉中有氧与碳的氧化反应释放热量，又有二氧化碳与碳的吸热还原反应和水蒸汽与碳的吸热反应，可保持生产的连续进行，所以混合煤气发生炉是连续制气的，其产出煤气因有大量氮气，CO+H₂的量相对较低，在40％左右，故煤气热值较低。

发明内容

本发明的目的是：采用氧气含量超过20.93％的富氧空气与蒸汽的混合物作为发生炉生产煤气的气化剂。混合煤气发生炉富氧制气工艺的最大特点是通过提高气化剂中有用成分氧气的浓度来降低惰性气体氮气的含量，从而提高发生炉的气化强度和煤炭利用率。

本发明的原理是：

根据并利用混合煤气发生炉内所进行的化学反应。其主要变化发生在气化层，即氧化层和还原层。煤在气化中是先燃烧产生热量，然后以产生的热量使进一步反应而产生可供燃用的一氧化碳和氢气，如没有热量则下一步生成一氧化碳和氢气的反应就不可能进行，燃烧即是碳与氧起的氧化反应，氧化可以生成二氧化碳，也可以不完全氧化生成一氧化碳，由二氧化碳生成一氧化碳以及由水蒸气和碳进行的反应都是还原反应，随着发生炉气化剂氧含量的提高，则燃烧速度加快，单位时间和空间内产生了更多的热量和二氧化碳，为下一步的还原准备了更充足的反应条件。还原层可以分为二层，即第一还原层和第二还原层；第一还原层在还原层的下部，第二还原层在还原层的上层。在第一还原层中主要的反应是：

C+CO₂＝2CO-162405千焦/千摩尔

C+H₂O＝CO+H₂-118821千焦/千摩尔

C+2H₂O＝CO₂+2H₂-75237千焦/千摩尔

所以从第一还原层中的三个反应可以看到，由于靠近氧化层，层内温度高，反应更容易在吸热量多的反应中进行，这样C+CO₂＝2CO反应的机会就比较多，C+H₂O＝CO+H₂次之，最少起反应的是C+2H₂O＝CO₂+2H₂，这样可知生成的CO比较多，而H₂比较少。在第二还原层中主要的反应是：

CO+H₂O＝CO₂+H₂+43585千焦/千摩尔

C+CO₂＝2CO-162405千焦/千摩尔

在第二还原反应层，因为它远离氧化层，所以温度比较低，故对于在第一还原中已生成的CO在此条件下与水蒸气反应就转换为H₂。同时CO₂又与焦炭生成CO，但由于第二还原层温度低，所以此反应的进行速度较缓慢。

氧化在氧化层中进行，还原是在还原层中进行，氧化层和还原层是没有明显的界线，气化层的下部主要是氧化层，在气化层的上层主要是还原层，但它们还是有交错的。

由附图1可以大致了解到各气体成分在各层次内的分布。