专利名称：一种复合外热固定床两段式煤气炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤气化制取化工合成原料气领域，具体涉及一种复合外热固定床两段式煤气炉。
背景技术：
目前我国合成氨、甲醇生产中，以焦炭、无烟煤或无烟型煤为原料的固定床间歇煤气炉占有相当大的比重，由于该炉为一段炉，故其不能直接使用高挥发份的烟煤为原料，否则会产生原料气甲烷高及较为严重的焦油酚水污染等问题。由于无烟煤的价格越来越高， 这也给固定床间歇煤气炉生产合成氨、甲醇的厂家带来很大的成本压力，迫切需要采用合适的非无烟煤气化技术以降低成本。对非无烟煤制合成原料气技术，按煤的运动状态分为三种方法流化床煤气化方法、气流床煤气化方法、固定床(移动床)煤气化方法。流化床煤气化方法中有代表性的是恩德炉、灰融聚炉等。流化床煤气化方法由于其操作温度不能超过原料煤的灰融点，故其制得的原料气中二氧化碳及甲烷较高，有效气成份较低，且该方法不能提取原料煤中经济价值较高的焦油轻油。气流床煤气化方法中有代表性的是Texaco水煤浆炉、Shell粉煤气化炉、GSP粉煤气化炉、HTL粉煤气化炉等。气流床煤气化方法由于其操作温度高，故其制得的原料气有效气成份高，但该方法建设周期长、投资大运行财务费用高，喷嘴高温烧蚀磨损严重，开停车及维修费用高，且该方法也不能提取原料煤中经济价值较高的焦油轻油。流化床煤气化方法及气流床煤气化方法还有一个共同的不足是制得的煤气温度在1000°C以上，这样高温度的煤气显热只能采用产生蒸汽的形式予以回收，降低了制气冷煤气效率。气流床煤气化由于反应温度更高，虽然高温利于气化反应，有效气成分好，但煤气显热浪费更加严重。例如Texaco水煤浆炉、Shell粉煤气化炉、GSP粉煤气化炉、HT-L粉煤气化炉的操作温度均在1300°C以上，甚至高达1600°C以上，对这样高温的煤气显热几家气流床煤气化方法普遍只能采用激冷及废热锅炉回收热量流程，降低了冷煤气效率。对此， 有的技术单位采用两段式气流床煤气化方法来回收高温煤气显热，例如中国专利(专利号 ZL00111437. 9)煤基两段组合式气化工艺及其装置、中国专利(专利号ZL01131780. 9)两段式干煤粉气化炉，但是两段后的煤气温度仍然达到1000°C左右，和流化床煤气化制得的煤气温度相当，煤气显热的利用仍然没有固定床煤气化好。另外，气流床煤气化采用的是炉壁挂渣及熔融排渣，这就要求气化的原料煤灰融点不能太高，炉渣粘度不能过大，否则原料煤中需要加入降低灰融点的材料，这也会降低冷煤气效率。非无烟煤采用固定床煤气化方法中有代表性的是Lurgi (鲁奇)加压气化炉、BGL 炉、两段式煤气炉等。Lurgi (鲁奇)加压气化炉是在2. 0 3. OMPa压力下操作，以小块煤为原料，蒸汽和氧连续鼓风，气化床层自上至下分干燥、干馏、还原、氧化和灰渣层，产品煤气经热回收和除油，含有约8% 12%的甲烷和不饱和烃，适宜作城市煤气。粗煤气经烃类分离和蒸汽转化后可作合成气。Lurgi炉最大用户是城市煤气和合成烃(合成油)，在我国也建有大型城市煤气装置。国外没有大型Lurgi炉单产合成氨的装置，主要原因除环保问题外，工艺流程长，特别要增加冷冻分离甲烷和烃类转化。我国曾用褐煤制氨.采用第一代(3^800鲁奇炉， 生产正常.但环保问题较多。后引进Φ 3800鲁奇炉，用贫煤生产合成氨，工艺生产流程中由氮洗分离出来的富甲烷气经一段蒸汽转化和CO变换后返回脱(X)2主流程，流程复杂，能耗尚οBGL炉(固定床液态排渣气化)操作压力2. 5 3. OMPa,气化温度在1400 1600°C，超过了灰渣流动温度，灰渣呈液态形式排出。炉结构比传统的Lurgi炉简单.取消了转动炉箅。由于高温操作，蒸汽分解率较高，蒸汽消耗量大大减少，气化强度比干灰Lurgi 炉提高3至4倍，煤气热值约提高四分之一，但煤气中仍有相当量甲烷及其它烃类，适宜作燃料煤气，不宜作化工合成原料气。Lurgi炉及BGL炉的共同缺点是一、干馏和气化在一段炉内进行，虽然干燥段干馏段原料煤能对气化段产生的气化段煤气显热进行回收，但由于是直接气固热量传递回收，所以气化段未分解的蒸汽和干馏段干馏出的富含焦油的干馏气混合会产生较多的酚水，酚水难以处理，以致于带来严重的环保问题。二、Lurgi炉及BGL炉制得的煤气是干馏气和气化段煤气的混合物，由于干馏气中含有很高的甲烷，这样的煤气热值较高，只适于作为燃料气使用，如果作为制造合成氨甲醇等原料气使用，必须将甲烷分离出来，而甲烷的分离较为困难，分离能耗大。如果在进入合成塔之前不能分离甲烷，会造成大量合成放空气产生，导致吨氨或吨甲醇电耗及原料煤耗都很大。现在投入运行的固定床两段式煤气炉有两种一种是连续制气两段炉，一种是循环制气两段炉。固定床连续制气两段炉以空气和蒸汽为氧化剂和气化剂连续制气，由于其上段气及下段气都混有大量的氮气且上段气混有大量的甲烷，所以该炉主要以生产混合燃料气为主，为各种工业窑炉提供气源，广泛的应用在钢铁、机械、建材、玻璃、氧化铝等行业。早期的固定床循环制气两段炉，主要为了生产城市煤气，由于城市煤气相对天然气热值低且含有较多有毒性的一氧化碳，加之天然气的发展，循环制气两段炉生产城市煤气已经面临淘汰，将逐步退出城市燃气历史舞台。以生产合成原料气为主的固定床循环制气两段炉，中国专利公布了两种工艺方法，分别是中国专利(专利号ZL85100151)两段炉分气联产城市煤气和水煤气的工艺与装置及中国专利(专利号ZL8610580;3)两段炉煤气化制合成氨原料气工艺。两项专利的共同缺点是1、在下吹阶段不能对干馏段原料煤提供干馏热量，是间歇干馏，造成干馏效率低原料煤干馏不完全，进而导致气化段煤气中甲烷含量搞，不适宜作为合成原料气使用。2、产生的城市煤气及动力煤气热值低、成份复杂，只能作为低级燃料使用，用途十分有限，不能进一步净化处理作为合成原料气使用。3、当采用下段水煤气作为载热体直接加热干馏上段原料煤(内热干馏)时，下段水煤气中大量未分解的蒸汽(固定床气化蒸汽分解率在40 60%左右)和上段产生的干馏气混合会产生大量的酚水，酚水难以处理，易导致严重的环保问题。鉴于以上原因，该两种固定床循环制气两段炉工艺方法均未得到大量工业应用。发明内容为了克服上述技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种复合外热固定床两段式煤气炉，包括锁气加煤装置、干馏段炉体、气化段炉体、炉栅、炉底除灰装置，其特征是锁气加煤装置和干馏段炉体相连，干馏段炉体和气化段炉体相连，气化段炉体和炉底除灰装置及炉栅相连，炉底的中间连接炉底气体接口，气化段炉体顶部连接干馏段煤气接口 ；干馏段炉体内腔的中心有一个中心管，中心管的上端有侧支管，每个侧支管通过环形煤气通道汇总到一起连接气化段煤气出口 ；干馏段炉体侧壁设有耐火砖砌体，干馏段炉体侧壁中下部耐火砖砌体的中间按圆周均布若干个燃气通道，每个燃气通道的底部入口连接燃气燃烧器，每个燃气通道内设置有测温点，若干个燃气通道的顶部通过环形废气通道汇总连接燃烧废气出口。燃气通道内的燃烧气体不和气化段以及干馏段连通，只通过间接换热的形式对干馏段原料煤进行热量的提供。本实用新型的技术方案原理详述如下煤的中低温干馏方法和类型很多，按加热方式有外热式干馏(也称间接干馏)，内热式干馏(也称直接干馏)和内外热结合式干馏。提供煤干馏热量的的载热介质，也称载热体。煤干馏载热体有气体热载体、液体载热体、固体热载体。内热式干馏与外热式干馏相比加热速度快，加热均勻，传热效果好，热效率高，因而单位容积生产能力大，但针对固定床两段式煤气化而言，内热式干馏主要缺点是严重的， 即气化段煤气混合稀释了干馏段煤气，也可以说是干馏段煤气混合稀释了气化段煤气，造成混合产物的分离及利用困难，也容易产生大量酚水污染环境。外热式干馏与内热式干馏相比传热慢，生产能力小，但针对固定床两段式煤气化而言，外热式干馏其优点也是显而易见的，其优点是下段煤气(气化段煤气)和上段煤气(干馏段煤气)基本不混合，这样可以分别处理下段煤气和上段煤气，分别加以利用。为了解决内热式干馏传热慢传热不均勻的问题，本实用新型一种复合外热固定床两段式煤气化的方法，在煤气炉的干馏段采用复合外热式干馏方法，即采用下段煤气和至少一种外热干馏载热体提供干馏热量的办法，优选的外热干馏载热体为可燃物质的燃烧高温烟气，进一步优选可燃物质的燃烧高温烟气为净化后的干馏段煤气燃烧高温烟气。由于对两段式煤气炉的干馏段采用外热干馏，所以气化段的煤气和干馏段的煤气极少量混合，故两股气体可以分别采用不同的净化措施加以利用，并且上段干馏煤气冷却过程中不会出现大量的酚水产生。本实用新型的工作过程是原料煤经过锁气加煤装置进入干馏段炉体，在干馏段炉体内间接干馏成为半焦，干馏煤气经过干馏段煤气接口排出。干馏后的半焦落入气化段炉体内进行煤气化，气化完成产生的灰渣由炉栅破渣及炉底除灰装置排出煤气炉。气化段不论采用连续制气还是循环制气的方法，其上行的气化段煤气都经过干馏段炉体中心的中心管间接换热给干馏段原料煤，回收了气化段煤气的显热，上行的气化段煤气最后通过气化段煤气出口排出。燃料气经过干馏段的燃气燃烧器燃烧后，产生的高温烟气经过耐火砖砌体燃气通道，通过间接换热的形式对干馏段原料煤进行热量的提供。这样原料煤在干馏段经过两种外热间接干馏，干馏均勻彻底。[0026]综上所述，本实用新型具有投资省、操作简单、无污染、综合煤气化效率高，制气成本低，适于新建或者对目前广泛运行的固定床间歇造气炉改造。本实用新型的有益效果为1、提取了原料非无烟煤中经济价值较高的焦油，可降低煤制气生产成本。2、由于气化段煤气不直接干馏上段原料煤，故干馏气冷却时酚水产生量极少，易于处理不污染环境。3、制得的下段气化段煤气有效气成份高，既适应生产合成氨作为原料气使用，也适应作为合成甲醇、甲烷的原料气。4、制得的上段干馏段煤气甲烷含量高，氮气含量低，热值高，经初步净化后可以作为代用天然气使用及高热值燃气轮机发电，也可进一步净化处理后作为合成原料气使用， 这样整个气化炉冷煤气效率高。
附图1为本实用新型的实施例复合外热固定床两段式煤气炉结构示意图，其中有锁气加煤装置101、干馏段煤气接口 102、干馏段耐火砖砌体103、环形煤气通道104、燃烧烟气出口 105、环形废气通道106、燃气通道107、干馏段炉体108、中心管109、燃气燃烧器 110、气化段炉体111、水夹套112、炉栅113、炉底除灰装置114、炉底气体接口 115、气化段煤气出口 116侧支管117、测温点118。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地的说明。如图1所示，本实用新型的实施例复合外热固定床两段式煤气炉，包括锁气加煤装置101、干馏段炉体108、气化段炉体111、炉栅113、炉底除灰装置114，其特征是锁气加煤装置101和干馏段炉体108相连，干馏段炉体108和气化段炉体111相连，气化段炉体 111和炉底除灰装置114及炉栅113相连，炉底的中间连接炉底气体接口 115，干馏段炉体 108顶部连接干馏段煤气接口 102，气化段炉体111周围有水夹套112 ；干馏段炉体内腔的中心有一个中心管109，中心管109的上端有侧支管117，每个侧支管117通过环形煤气通道104汇总到一起连接气化段煤气出口 116 ；干馏段炉体108侧壁设有耐火砖砌体103，干馏段炉体108侧壁中下部耐火砖砌体的中间按圆周均布若干个燃气通道107，每个燃气通道107的底部入口连接燃气燃烧器110，每个燃气通道内设置有若干个测温点118，若干个燃气通道107的顶部通过环形废气通道106汇总连接燃烧烟气出口 105。干馏段炉体108 围成的空间为上小下大的圆台形。原料煤经过锁气加煤装置101进入干馏段炉体108，在干馏段炉体108内间接干馏成为半焦，干馏热量来源于中心管109中气化段煤气的显热以及燃气通道107中燃烧烟气的显热。干馏煤气经过干馏段煤气接口 102排出，进入干馏煤气净化工序。干馏后的半焦落入气化段炉体111内进行煤气化，气化完成产生的灰渣由炉栅113破渣及炉底除灰装置 114排出。气化段采用连续制气时，炉底气体接口 115连接氧化剂和气化剂管道阀门；气化
6段采用循环制气时，炉底气体接口 115连接氧化剂和下行煤气管道阀门。气化段不论采用连续制气还是循环制气的方法，其上行的气化段煤气都经过干馏段炉体中心的中心管109间接换热给干馏段原料煤，回收了气化段煤气的显热，上行的气化段煤气最后通过气化段煤气出口 116排出，进入气化段煤气显热回收及净化工序。燃料气经过干馏段的燃气燃烧器110燃烧后，产生的高温烟气经过耐火砖砌体燃气通道107，燃气通道≥107内的燃烧烟气不和气化段以及干馏段连通，只通过间接换热的形式对干馏段原料煤进行热量的提供。这样原料煤在干馏段经过两种外热间接干馏，不仅干馏均勻彻底，而且燃烧烟气不混合上段干馏煤气，提高了干馏煤气的利用价值。为了更好地说明本实用新型而不是限制其保护范围，列出以下实施例实施例一如图1所示，复合外热固定床两段式煤气炉，包括锁气加煤装置101、干馏段炉体 108、气化段炉体111、炉栅113、炉底除灰装置114。锁气加煤装置101和干馏段炉体108相连，干馏段炉体108和气化段炉体111相连，气化段炉体111和炉底除灰装置114及炉栅113 相连，炉底的中间连接炉底气体接口 115，干馏段炉体108顶部连接干馏段煤气接口 102，气化段炉体111周围有水夹套112 ；干馏段炉体内腔的中心有一个中心管109，中心管109的上端有侧支管117，每个侧支管117通过环形煤气通道104汇总到一起连接气化段煤气出口 116 ；干馏段炉体108侧壁设有耐火砖砌体103，干馏段炉体108侧壁中下部耐火砖砌体的中间按圆周均布若干个燃气通道107，每个燃气通道107的底部入口连接燃气燃烧器110， 每个燃气通道内设置有若干个测温点118，若干个燃气通道107的顶部通过环形废气通道 106汇总连接燃烧烟气出口 105。干馏段炉体108围成的空间为上小下大的圆台形。 原料煤经过锁气加煤装置101进入干馏段炉体108，在干馏段炉体108内间接干馏成为半焦，干馏热量来源于中心管109中气化段煤气的显热以及燃气通道107中燃烧烟气的显热。干馏煤气经过干馏段煤气接口 102排出，进入干馏煤气净化工序。干馏后的半焦落入气化段炉体111内进行煤气化，气化完成产生的灰渣由炉栅113破渣及炉底除灰装置 114排出。本实施例气化段采用连续制气，炉底气体接口 115连接氧化剂和气化剂管道阀门，上行的气化段煤气经过干馏段炉体中心的中心管109间接换热给干馏段原料煤，回收了气化段煤气的显热，上行的气化段煤气最后通过气化段煤气出口 116排出，进入气化段煤气显热回收及净化工序。燃料气经过干馏段的燃气燃烧器110燃烧后，产生的高温烟气经过耐火砖砌体燃气通道107，燃气通道107内的燃烧烟气不和气化段以及干馏段连通，只通过间接换热的形式对干馏段原料煤进行热量的提供。这样原料煤在干馏段经过两种外热间接干馏，不仅干馏均勻彻底，而且燃烧烟气不混合上段干馏煤气，提高了干馏煤气的利用价值。实施例二如图1所示，复合外热固定床两段式煤气炉，包括锁气加煤装置101、干馏段炉体 108、气化段炉体111、炉栅113、炉底除灰装置114，其特征是锁气加煤装置101和干馏段炉体108相连，干馏段炉体108和气化段炉体111相连，气化段炉体111和炉底除灰装置114 及炉栅113相连，炉底的中间连接炉底气体接口 115，干馏段炉体108顶部连接干馏段煤气接口 102，气化段炉体111周围有水夹套112 ；干馏段炉体内腔的中心有一个中心管109，中心管109的上端有侧支管117，每个侧支管117通过环形煤气通道104汇总到一起连接气化段煤气出口 116 ；干馏段炉体108侧壁设有耐火砖砌体103，干馏段炉体108侧壁中下部耐火砖砌体的中间按圆周均布若干个燃气通道107，每个燃气通道107的底部入口连接燃气燃烧器110，每个燃气通道内设置有若干个测温点118，若干个燃气通道107的顶部通过环形废气通道106汇总连接燃烧烟气出口 105。干馏段炉体108围成的空间为上小下大的圆台形。原料煤经过锁气加煤装置101进入干馏段炉体108，在干馏段炉体108内间接干馏成为半焦，干馏热量来源于中心管109中气化段煤气的显热以及燃气通道107中燃烧烟气的显热。干馏煤气经过干馏段煤气接口 102排出，进入干馏煤气净化工序。干馏后的半焦落入气化段炉体111内进行煤气化，气化完成产生的灰渣由炉栅113破渣及炉底除灰装置 114排出。本实施例气化段采用循环制气，炉底气体接口 115连接氧化剂和下行煤气管道阀门，上行的气化段煤气及吹风气都经过干馏段炉体中心的中心管109间接换热给干馏段原料煤，回收了气化段煤气及吹风气的显热。当气化段从底部通入氧化剂时，对气化段内的半焦进行燃烧蓄热为气化阶段提供热量，气化段产生的吹风气去吹风气除尘、显热燃烧热回收工序处理。当气化段从底部通入气化剂时，上行的气化段煤气最后通过气化段煤气出口 116排出，进入气化段煤气显热回收及净化工序。燃料气经过干馏段的燃气燃烧器110燃烧后，产生的高温烟气经过耐火砖砌体燃气通道107，燃气通道107内的燃烧烟气不和气化段以及干馏段连通，只通过间接换热的形式对干馏段原料煤进行热量的提供。这样原料煤在干馏段经过两种外热间接干馏，不仅干馏均勻彻底，而且燃烧烟气不混合上段干馏煤气，提高了干馏煤气的利用价值。
权利要求1.一种复合外热固定床两段式煤气炉，包括锁气加煤装置(101)、干馏段炉体(108)、 气化段炉体(111)、炉栅(113)、炉底除灰装置(114)，其特征是锁气加煤装置(101)和干馏段炉体(108)相连，干馏段炉体(108)和气化段炉体(111)相连，气化段炉体(111)和炉底除灰装置(114)及炉栅(113)相连，炉底的中间连接炉底气体接口(115)，干馏段炉体(108)顶部连接干馏段煤气接口(102)，气化段炉体(111)周围有水夹套(112)；干馏段炉体内腔的中心有一个中心管(109)，中心管(109)的上端有若干个侧支管(117)，每个侧支管(117)通过环形煤气通道(104)汇总到一起连接气化段煤气出口(116)；干馏段炉体 (108)侧壁设有耐火砖砌体(103)，干馏段炉体(108)侧壁中下部耐火砖砌体的中间按圆周均布若干个燃气通道(107)，每个燃气通道(107)的底部入口连接燃气燃烧器(110)，每个燃气通道内设置有若干个测温点(118)，若干个燃气通道(107)的顶部通过环形废气通道 (106)汇总连接燃烧烟气出口(105)。
2.根据权利要求1所述的一种复合外热固定床两段式煤气炉，其特征是干馏段炉体 (108)围成的空间为上小下大的圆台形。
专利摘要本实用新型公开了一种复合外热固定床两段式煤气炉，通过对两段式煤气炉的干馏段原料煤采用两种以上的外热间接干馏，使气化段煤气和干馏段煤气可以分别采用不同的简单净化措施加以高效利用，能采用连续制气和循环制气的方法来进行，可采用不同的氧化剂和气化剂生产不同组分要求的化工合成原料气，同时提取了原料非无烟煤中经济价值较高的焦油。本实用新型具有投资省、操作简单、无污染、综合煤气化效率高，制气成本低，适于新建或对目前广泛运行的固定床造气炉进行改造。
文档编号C10J3/34GK202047043SQ20112010078
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者丰磊, 李良, 王子国, 艾伟 申请人:王子国