[发明专利]一种采用高温空气与高温蒸汽为气化剂的煤气生产方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于化工煤制气技术领域，具体涉及一种煤气生产方法及装置。

背景技术

常压固定床煤气发生炉（也称混合煤气发生炉）通常以空气和水蒸汽的混合气体作为气化剂来生产煤气，其工作过程通常是将燃料由煤气发生炉顶部加入，然后从炉底通入空气或富氧与固体燃料燃烧，将热量积蓄在燃料层，再向燃料层通入蒸汽与碳反应生成水煤气，制取煤气的过程主要在气化层，一般的，气化层的主要化学反应有如下氧化与还原反应：

C+ O2 = CO2 + Q                   (1)

2C + O2 = 2CO + Q                 (2)

C + H2O(汽) = CO + H2 – Q        (3)

C + 2H2O(汽) = CO2 + 2H2 - Q      (4) 

C + CO2 = 2CO – Q                (5)

理论上，如能保持氧化反应释放热量与还原反应吸收的热量，制气过程即可持续进行，因此，基于上述机理的制气工艺流程一般有上下行制气流程以及连续式上行制气流程：

1）上下行式制气流程：

采用空气与蒸汽作为气化剂，氧化反应产生的热量积蓄在炭层中，上下行均产气，因这种方法采用空气为气化剂带入的氮含量较高，制取的煤气中通常也含有过高的氮含量， CO+H2的量相对较低，在40%左右，煤气热值较低；

而且，在这种制气过程中，通常，过高的氮含量在很多场合是不被允许的，此时，只能将采用将部分煤气放空的方法来提高气质，但显然，这种操作不仅浪费了显热和潜热，同时也降低了产气量，且严重地污染了环境。

此外，这种煤气发生炉蒸汽分解率较低，在上吹制气时蒸汽分解率一般为40%～50%,下吹制气时蒸汽分解率一般为30%～35%，造成大量高温蒸汽的浪费，除了废热锅炉能回收少量显热外，大量的蒸汽潜热浪费于洗气塔中，还大大加重了循环洗涤水系统的负荷。

2）连续式上行制气流程

为平衡放热与吸热过程，达到连续制气的目的，采用富氧空气(以下简称富氧)为气化剂是较为有效的方法，这种生产工艺因无须放空，对大气污染少，但因为单一的气流走向热量难以积蓄在炭层，煤气出口温度较高，显热损失大，且煤气中夹杂着大量的粉尘物质，对后工段处理提出了很高的要求，对终端用气不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效率高、质量好、环境友好的煤气生产方法与装置。

本发明采用温度为120～220℃的空气（氧含量20.93%，v/v，体积百分比）与温度为120～220℃的高温蒸汽为气化剂来生产煤气，较好的克服了传统常压固定床煤气发生炉制气的技术缺陷，提高了煤气炉产量与煤气热值，降低了灰渣含碳量，减少了显热损失，煤气单耗降低了5～15%（单位热值所消耗的标煤）。

本发明提供的采用高温空气与高温蒸汽为气化剂的煤气发生装置，如图1所示，它包括： 

（1）至少一套煤气发生炉02本体，以及如公知技术所知的与主体匹配的辅助设备，包括如：煤仓01，煤气发生炉02，鼓风机03，混合器04，夹套汽包05，除尘器06，电捕焦07，空气冷却器08，洗涤冷却器09，还有后续必要的后处理工段；

（2）至少一个第一换热器，该第一换换器可与除尘器集成设计，安装在除尘器之内，也可顺序安装在除尘器之后，空气冷却器之前，使煤气发生炉02自产蒸汽首先经过该第一换热器进行一次热交换，以回收该部分的热能并将该蒸汽预热成120～220℃的温度的高温蒸汽，作为气化剂；

（3）至少一个第二换热器，该第二换热器可与除尘器集成设计，安装在除尘器之内，前述换热器之后；也可与煤气发生炉本身具有的空气冷却器08集成设计，安装在空气冷却器08之内，或空气冷却器08之前，该第二换热器用于将空气与上述经与蒸汽气化剂进行了一次热交换的来自下煤气出口的煤气再进行一次热交换，并将该空气温度提升至120～220℃，作为气化剂；

进一步，优选空气作为该换热器或者冷却器的换热工质，如果流量不足，则可以辅助采用空气甚至水冷为换热工质进行换热补偿；

（4）优选但非必要的一个用以控制自夹套汽包05至前述蒸汽换热器（第一换热器）的调节阀门以及必要的工艺管线；

（5）优选但非必要的一个用以控制自前述蒸汽换热器（第一换热器）至混合器04的调节阀门以及必要的工艺管线；