[发明专利]一种具有燃气动力的固定床煤造气工艺

说明书

本发明是关于煤气化的一种工业化生产方法，特别涉及以煤为原(燃)料生产合成氨等化工产品所需的粗煤气和燃气动力的联合工艺。

现行的以煤为原料生产合成氨等化工产品所需的粗煤气方法主要有固定床气化炉(UGI、加压Lurgi)；沸腾流化床(Winkler、Lurhgi、CBF)；混合流型气化炉(Texaco、Shll)及变压煤造气工艺。

这些工艺中常压UGI造气因近50％的未分解蒸汽在洗塔被洗涤水带走，不仅能耗高，而洗涤水的处理不仅污染环境，且增加投资、能耗和成本。上述其余煤制气工艺均需富氧或纯氧，为此必须配备制氧装置，这无疑增大了投资又增加了能耗，特别是粗煤气用作合成氨或甲醇原料时，粗煤里的温度有效能均是转化为高压蒸汽后，再用作压缩工艺气体的动力，实际上不仅增加了装置投资而且降低了有效能利用率，所以凡是以富氧或纯氧制合成氨或甲醇原料气的吨产品能耗均在40GJ以上。若进一步提高煤气化工艺压力虽可降低动力消耗，但又会增大制气装置投资以满足粗煤中CH₄等惰性气体含量合格，也不是最经济的。变压煤造气工艺虽不需制氧装置，但由于吹风、制气工艺压力的巨大而频繁的波动，不仅设备容易疲劳损坏，而且工艺有效气体损失巨大，无疑会增大单位产品成本和能耗，也不是经济的。

现行的压力流化床燃气技术，即使是第二代(APFBC)联合循环，效率虽然已达到46％，但由于其中的50％仍是采用降低有效能利用率的高压蒸汽来得到的，故，它的有效能利用率不可能还有大幅度的提高。这类单独产生动力的燃气--蒸汽动力循环系统，由于部分采用蒸汽循环工艺，单位动力的能耗(即KWh耗热率)、投资及成本也不是最经济的。

现行的以煤为原料制粗煤气和采用压力流化床制取动力燃气其煤的粒度都在数毫米至数微米之间，且气流速度高，其燃气和煤气中国体微尘含量极高，这无疑会增大分离的难度和装置投资。

鉴于现行工艺制合成产品原料气或APFBC发电的缺点-单位产品投资高，有效能利用率低，成本高。本发明提出一种具有投资低，有效能利用率更高、单位产品成本更低的，将煤制粗原料气、低热值压力燃气及燃气动力装置集成为煤气-燃气-动力(发电)联合工艺。

发明是这样实现的：以块煤或加入了碱土金属氧化物为脱硫剂的煤球、煤棒为原料，采用加压(0.6～4.0MPa)固定床间歇气化炉(20)，先后将具有一定压力的空气(5)、饱和了水蒸汽的湿空气(25)、纯蒸汽(24)、轮流送入气化炉(20)固定床炭层中，先后制得低热值空气煤气、富氮半水煤气、水煤气。

空气吹送阶段由于是加压空气，气体密度大、且气流速度低，空气中的O₂在炭层氧化区迅速燃烧，放出热量加热炭层至软化点，气流上升至炭层还原区，气体中的部分CO₂与炭层中的碳元素发生还原反应生成CO后，气流经过于馏层离开煤气炉经吹风煤气阀(8)进入具有缓冲、除尘作用的二次燃烧室，与经燃烧空气管(21)送来热空气及合成氨尾气管(30)送来的部份合成氨尾气混合燃烧，温度升至600℃～1500℃(这里的温度取决于燃气动力转化装置工作温度要求，并由燃烧空气管(21)上的阀门补入过量空气，或由空压机进口回收部份常温常压燃机泛气控制)后，高温燃气进入燃气动力转化装置(12)，这里的燃气动力转化为机械能的装置，可以是燃气轮机或其它能将燃气动力转化为机械能的装置，燃气轮机输出的机械能一部份通过空压机(3)将常压空气加压至工艺要求压力，一部份通过发电机转化为电力供其它动力设备使用，或直接提供合成气压缩机动力。

出燃气轮机的热气体(13)，再经余热锅炉(14)将部分热量转化为制水煤气所需的蒸汽后，经循环水加热器(16)进一步回收热量，燃气温度降至80℃左右排入大气。

湿空气吹送阶段主要是制取富N₂半水煤气，该煤气根据合成氨氢氮比要求和全厂动力平衡，以及终端产品(氮肥或液氨)或电力价格可以调节为动力燃气和合成氨用气。以使装置运行获得最大的经济效益。

蒸汽吹送阶段，在制取水煤气的同时，以调整炉内炭层中气化层位置。蒸汽可以分别作上吹和下吹，控制固定床顶部温度及炉渣残炭。

湿空气与纯蒸汽制气阶段制得的粗煤气，经煤气总管(7)上阀门(22)送入具有缓冲、除尘、降温作用的水加热器(28)进行除尘降温后，经煤气管(29)送入CO变换及后续工序。

本发明中的气化炉(20)在正常运转时，为保证整个系统平衡稳定，应有2～4台相同规格的气化炉，按同一周期以不同的相位依次运行。