一种年青煤气化制造合成气的方法

专利名称:一种年青煤气化制造合成气的方法
本发明属于煤气化制造合成气的方法，特别是以年青煤为原料制造合格合成气的方法。
目前，我国一千余家中小型合成氨厂生产合成气的方法基本上都是采用移动床周期法半水煤气的生产过程。该法的缺点对原料煤的质量要求较高，只能用无烟块煤、焦炭、无烟粉煤制成的型煤(通常称优质煤)，才能生产出合格的合成气，因此成本比较高。当试用占我国煤炭资源近50%的年青煤包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等(通称年青煤或劣质煤)造气时，由于粗煤气中的焦油和甲烷含量较高，有效成份(CO+H2)较低，故不宜直接作为合成气的原料。因此，如何在现有中小型合成氨厂装置的基础上，开发用年青煤为原料生产出合格的合成气的技术(或方法)已成为我国氮肥工业的重大课题。
国外，采用年青煤造气，已经工业化的有鲁奇加压气化法、K-T法、温克勒法和德士古法。由于这些方法的生产工艺过程中均需要纯氧作为气化介质，因而需要庞大的空分装置为其提供纯氧，一次性投资大、成本高。所以这些方法亦不适用于我国大量中小型合成氨厂的改造。
本发明的目的在于开发一种可基本上利用我国中小型合成氨厂造气工段的现有装置(仅添加少量的设备)以年青煤为原料制造优质合成气的方法。
本发明的构思是这样的以年青煤为原料，利用已有的水煤气发生炉生产粗煤气，粗煤气通过裂介转化器，使其中的焦油蒸气和雾滴、甲烷和其他烃类经过热裂介、催化裂介和转化反应，转变成合成气中的有效成份-一氧化碳和氢气。
本发明亦是这样实现的在裂介转化器中，装入以年青煤为原料制得的半焦作为反应剂，并添加少量的无机化合物为催化剂。在操作中，反应剂兼起固体载热体的供热作用，并在裂介转化器内形成低温区、中温区和高温区，当来自水煤气发生炉的粗煤气进入裂介转化器后，粗煤气中的焦油蒸气和雾滴在低温区和中温区发生冷凝、碰撞沉降、物理吸附、再分解等反应，同时与粗煤气中的过剩水蒸气、二氧化碳也发生转化反应，生成烷烃、烯烃、一氧化碳等气体。该气体经过高温区时，其中烷烃和烯烃既在焦炭的内外表面进行非均相热裂介反应，也与粗煤气中的过剩水蒸气、二氧化碳发生转化反应，同时粗煤气中过剩水蒸气、二氧化碳也与沉积在焦炭表面上的活性碳分子和焦炭反应，转化成合成气中的有效成份-一氧化碳和氢气。使合成气中的有效成份(CO+H2)由原来粗煤气中的80%左右提高到95%以上，通常可达到98%左右;合成气中CH4的含量由粗煤气中的3.3%下降至0.3～0.7%;CO2的含量由煤气中的13～16%下降至0.5～1.5%。由上可见，用本发明的方法可以获得优质的合格合成气。
本发明所说的低温区的温度可以为250～450℃，但以400～450℃为佳;中温区的温度变化范围可以为450～850℃，但以800～850℃为佳;高温区的温度变化范围可以为850～1300℃，但操作温度以1000～1100℃为宜。
当粗煤气通过低温区进入中温区后，只要在850℃下停留时间≥0.8秒，则从中温区出来的气体不再含有焦油。这不仅由于裂介转化器中的半焦对焦油蒸气有吸附等作用，而且主要由于焦油蒸气在焦炭表面发生热裂介、催化裂介、以及与粗煤气中的过剩水蒸气、二氧化碳发生转化反应的结果。
当中温区出来的气体，通过高温区时(温度为1000～1100℃)，只要停留时间≥0.24秒，则粗煤气中的甲烷等烷烃、烯烃类气体裂介和转化成合成气的有效成份。
本发明所说的年青煤，可包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤等一类块煤，以及由上述煤种制成的型煤。但对上述煤种的气化性质有一定的要求，主要为粘结性(自由膨胀序数)≤2 1/2灰熔点(T2)≥1200℃灰份含量＜35%此外，对煤的块度、机械强度和热稳定性等也有一定的要求。
为了获得准确可信的数据，本发明对试验用煤均进行严格的分析、测定。现以内蒙古自治区纳林煤为例，测定结果如下1.工业分析Wf% Vf% Af% Cf% Vr%16.9324.966.7251.3932.692.元素分析Cf% Hf% Nf% Sf% Of%64.393.080.640.597.65
3.分析基弹筒发热量5560大卡/公斤4.灰熔点T1℃ T2℃ T3℃123012601280T2≥1200℃5.成渣性06.粘结性(自由膨胀序数)0粘结性＜2 1/27.热稳定性S+1365.60%，S-11.33%8.反应性%℃750800850900950100010501100%32.548.965.170.084.893.097.099.29.低温干馏试验(550℃)半焦%焦油%水%煤气升/公斤煤61.52.329.092.0
10.干馏煤气成份(700℃)%CO CO2H2O2CH4CnHm煤气升/公斤煤15.620.430.20.131.62.1138根据上述测定结果，按中国煤分类方案，该煤属于2号弱粘煤。
以下将结合附图和实施例对本发明的内容作进一步阐明;
附图为本发明的“煤的气化装置流程示意图”，其中1.-(水)贮槽，6-裂介转化器，2-计量泵，7-冷凝冷却器，3-蒸汽过热器，8-冷凝水贮槽，4-水煤气发生器，9-过滤器。
5.-加煤装置，来自贮槽1的水经计量泵2计量后进入蒸汽过热器3，变成过热蒸汽，然后进入水煤气发生器4中。
在水煤气发生器4中，过热蒸汽与来自加煤装置5的年青煤反应，生成粗煤气。
在裂介转化器6中，粗煤气与半焦反应剂(兼起固体载热体的供热作用)、催化剂接触，使煤气中的焦油蒸汽和雾滴、甲烷等进行热裂介、催化裂介和转化反应，转变成合成气的有效成份-一氧化碳和氢气。
从裂介转化器6中出来的合成气经过冷凝冷却器7(除去可能剩余的水蒸汽)、过滤器9(系统可能产生的炭黑)后进入合成氨工段。
本发明的气化装置主要由二个单元构成，即水煤气发生器4和裂介转化器。其加热方式可以为外热式，也可以为内热式，也可以内外并热式。水煤气发生器4，在生产上可以利用中小型合成氨厂的已有设备。裂介转化器既可以利用原中小型合成氨厂的备用水煤气发生器改制，也可以直接采用不锈钢制造。在裂介转化器6中，装满了经850℃干馏处理1小时的半焦作为反应剂(兼起固体载热体的供热作用)，同时根据制成半焦的煤种不同加入或者不加入无机化合物催化剂，无机化合物催化剂加入量通常以0～5%wt为宜，以利制得合格的合成气。
实施例1将年青煤装入加煤装置5中，并按每小时40克煤的速率间歇地加入水煤气发生器4中，与来自蒸汽过热器的水蒸汽(以每小时70毫升水量进入)相遇，在730℃下反应气化生成粗煤气。通过一旁路装置(即通过一套冷凝冷却器、过滤器以除去粗煤气中的水蒸汽及焦油)取样分析，测定粗煤气成份为CO24.1%CO215.9%H256.3%CH43.3%C2H40.2%C2H60.2%然后将粗煤气通入装满半焦的裂介转化器6中，裂介转化器的低温区温度为300～450℃，中温区的温度为450～850℃，高温区的温度为1000℃，粗煤气中的焦油蒸汽和雾滴、烷烃、烯烃等组份，在裂介转化器进行热裂介、催化裂介和转化反应，最终所得的合成气的组份经测定为
CO49.3%CO21.50%H248.7%CH40.7%C2H40C2H60由上可见，年青煤采用本发明的气化方法，可使合成气中的有效成份(CO+H2)达到98%，而使CO2降至1.50%，CH4降至0.7%，烯烃类组份可以全部消除。
实施例2将年青煤装入加煤装置5中，并以每小时28.5克的速率间歇地加入水煤气发生器4中。
在水煤气发生器4中，年青煤与来自蒸汽过热器3的水蒸汽(以每小时50毫升的速率进入)接触，在730℃下反应气化生成粗煤气。通过一旁路装置(同实施例1)取样分析，测定粗煤气成份为CO26.1%CO213.5%H256.5%CH43.3%C2H40.3%C2H60.3%在裂介转化器6中，低温度为250～450℃，中温区的温度为450～850℃，高温区的温度为1050℃，当粗煤气通过时，粗煤气中的焦油蒸汽和雾滴、烷烃、烯烃一类组份进行热裂介，催化裂介和转化反应，生成合成气的有效成份。经分析测定结果为CO49.3%CO20.7%H249.6%CH40.4%C2H40C2H60由上可见，年青煤采用本发明的气化方法，可使合成气中的有效成份(CO+H2)达到98.9%，而使CO2降至0.7%，CH4降至0.4%，其它烯烃类的组份可完全消除。
实施例3有关粗煤气制造方法与测定结果同实施例2，但裂介转化器的低温区温度350～450℃，中温区的温度为450～850℃，高温区的温度为1100℃，粗煤气经裂介转化器的热裂介，催化裂介和转化反应，生成优质的合成气，经测定结果如下CO51%CO20.5%H248.5%CH40C2H40C2H60由上可见，年青煤采用本发明的气化方法所得合成气的有效成份(CO+H2)可达99.5%，而CO2含量可下降至0.5%，其余烷烃、烯烃等可全部消除。
总之，我国的中小合成氨厂，可以按照本发明的方法，采用廉价的年青煤作为气化的原料，得到优质合成气，从而可大幅度降低生成化肥成本。
此外，本发明的方法，还广泛适用于需要高浓度还原性气体(CO+H2)的场合，如金属冶炼加工等。
权利要求
1.一种煤气化制造合成气的方法，通常由水煤气发生器进行造气，其特征在于以年青煤为原料，通过水煤气发生器制成粗煤气；粗煤气中的焦油蒸汽和雾滴在裂介转化器的低温区和中温区中发生冷凝、碰撞沉降、物理吸附、再分解与转化反应，粗煤气中的烷烃、烯烃类组份在裂介转化器的高温区中发生热裂介、催化裂介和转化反应，转化成合成气中的有效成份一氧化碳和氢气。
2.按照权利要求
1所述的方法，其特征在于所说的年青煤可以是褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、以及由上述煤种压制成型的型煤。
3.按照权利要求
1所述的方法，其特征在于所说的裂介转化器中以半焦为反应剂，并添加0～5%Wt的无机化合物催化剂，反应剂兼起固体载热体的供热作用。
4.按照权利要求
1、3所述的方法，其特征在于裂介转化器加热方式可采用外热式，也可采用内热式，也可采用内外并热式。
5.按照权利要求
1、3、4所述的方法，其特征在于所说的裂介转化器的低温区的温度为250～450℃，但以400～450℃为佳;中温区的温度为450～850℃，但以750～850℃为佳;高温区的温度为850～1300℃，但以1000～1100℃为宜。
专利摘要
本发明提供了一种以年青煤为原料制造合格合成气的方法。可基本上利用我国中小型合成氨厂造气工段现有装置，仅稍加改造或添加少量的设备，就可利用本发明的方法，通过热裂介催化裂介和转化反应制得优质合成气CO+H
文档编号C10J3/02GK86104143SQ86104143
公开日1988年7月13日 申请日期1986年12月26日
发明者徐子仁, 郁正容, 葛维寰 申请人:华东化工学院, 上海化工设计院