CN105176589B - 一种焦炭固定床加压气化装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焦炭原料高温氧化煤气化领域，具体涉及一种焦炭固定床加压气化装置及工艺。该装置包括工艺流程相连的气化剂混合器和气化器，以及变压进料锁斗、排灰锁斗、洗涤除尘器和饱和塔；气化器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；气化器上部通过气体出口与洗涤除尘器、饱和塔依次连接。气化剂由下至上经由气化器的各层，发生煤气化反应生成煤气，煤气经水洗涤、传热传质，清除煤灰粉尘和杂质后送出。本发明的设备结构合理、高效节能、环保无污染、维修容易、占地少、投资省，在当今焦化企业产能严重过剩，焦炭产品滞销、价格低迷的大背景下，对于开发焦炭加压气化有着极好的产业前景和社会效益。

Description

一种焦炭固定床加压气化装置及工艺

技术领域

本发明涉及焦炭原料高温氧化煤气化领域，具体涉及一种焦炭固定床加压气化装置及工艺。

背景技术

目前，传统的焦炭颗粒固定床气化技术(CGP、CoKe Gasification Process offixed Bed)是采用空气/或添加蒸汽常压下高温燃烧固定床间歇式循环进行焦炭气化制造煤气(一氧化碳)的技术。一般来说，此类焦炭气化工艺装置由焦仓、给料计量罐、气化炉、灰贮斗、除尘器、废热锅炉、空气风机及其辅助配套设施组成；气化剂多为空气和水蒸汽，压力接近常压，效率低、能耗高、对环境污染大。另有德国鲁奇公司的鲁奇炉，也为加压气化工艺，该技术只是用于烟煤、褐煤等燃料的煤气化，其气化炉为全水夹套结构、结构复杂、废水处理困难、能耗高、污染较大、投资较高、维修难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦炭固定床加压气化装置及工艺，具有现高效节能、无污染、环保好、流程简单、占地少、设备结构合理及维修投资省的优点。

本发明提供的一种焦炭固定床加压气化装置，包括：工艺流程相连的气化剂混合器和气化器，以及变压进料锁斗、排灰锁斗、洗涤除尘器和饱和塔；

所述气化器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；

所述变压进料锁斗通过进料罐与气化器顶部的进料口连接，所述变压进料锁斗的上部与焦仓、充压气体管路以及卸压气体管路连接；

所述排灰锁斗与气化器的底部排灰口连接，排灰锁斗为变压排灰罐，并设置液压排灰阀；

所述气化器上部设置气体出口，并通过气体出口与洗涤除尘器、饱和塔依次连接，气体出口内有耐磨浇注料绝热衬里；所述洗涤除尘器和饱和塔为气水充分接触的传质传热设备，饱和塔的顶部送出煤气，底部排出废水送去灰水处理后循环回用。

进一步的，所述气化器底部设有排灰炉箅以及气化剂进口；

所述排灰炉箅为一变速旋转、均匀布气和排灰的结构，采用耐热耐磨铸钢制备，为多层多边扇形结构，由电机驱动变速旋转破渣排灰；

所述气化剂进口为环形多孔分布结构，通过管道与氧气蒸汽混合器相连。

进一步的，所述的焦炭固定床加压气化装置还包括：汽包；

所述气化器为压力容器，其工作压力为0.5～5.0MPa；所述气化器中下部炉壁或全部炉壁采用冷却水夹套，冷却水夹套的内壁采用炭钢与不锈钢复合钢板或不锈钢堆焊，具有吸收热膨胀量、消除热应力变形的能力；

气化器中下部炉壁采用冷却水夹套时，气化器的上部炉壁为内衬隔热耐火材料的隔热衬里，向火面为耐磨浇注料或重质耐火硬衬里。

所述冷却水夹套的上部设置与汽包连接的出汽管，冷却水夹套的下部设置与汽包连接的进水管；锅炉给水进入冷却水夹套受热产生蒸汽，且冷却水夹套产生的蒸汽作为副产蒸汽送出，作为蒸汽源使用。

进一步的，所述的焦炭固定床加压气化装置还包括：设置在气化器炉壁下部有环形进气口；所述环形进气口与蒸汽管道连接，具有灵活调节气化器床层温度功能。

环形进气口可方便快捷调节炉温，提高设备能力和转化率。

进一步的，所述的焦炭固定床加压气化装置还包括：设置在所述气化器顶部进料口处的钟罩阀布料器；

所述钟罩阀布料器由一竖直长阀杆液压缸驱动，能顺畅均匀分布焦炭粒料入炉，钟罩阀布料器表面堆焊耐磨硬质合金，并能实现气化器内的密封。

进一步的，所述的焦炭固定床加压气化装置还包括：布置在所述钟罩阀布料器周围的布料锥形筒，能够确保炉顶料面呈同心圆波形平面分布，使上升气流分布均匀，有利于焦炭气化反应。

进一步的，所述变压进料锁斗的进口和出口处分别设有液压自动平板阀；变压进料锁斗采用单或双锁斗设置，锁斗之间设置压力平衡管路；

所述排灰锁斗的进口和出口处分别设有液压自动平板阀，排灰锁斗的内壁衬耐磨耐腐护板。

进一步的，所述洗涤除尘器为不锈钢材质的文丘里气水洗涤器，所述饱和塔为固阀垂直塔板结构气液接触塔或废热锅炉装置，使煤气达到降湿、洗尘和水饱和的目的。

本发明还提供了一种基于所述装置的焦炭固定床加压气化工艺，包括以下步骤：

气化剂经预热混合后进入气化器内，自下而上通过灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；

气化剂经由灰层吸收显热升温；在氧化层，焦炭与O₂发生燃烧反应生成CO₂，气固物料温度继续升高；上升气流再进入第一还原层和第二还原层，焦炭与高温气体发生煤气化反应： 上升气流吸热、温度下降；上升气流再通过干馏层和干燥层，与进炉的冷焦炭粒料接触，进行热交换后从气化器顶部出气口导出；

气化器生产的煤气经出口进入洗涤除尘器与洗涤水混合，煤气温度降低，同时煤气中夹带的煤灰粉尘和其他杂质被水洗涤；经气水分离后，煤气进入饱和塔，经水洗涤、传热传质，煤气中煤灰粉尘和杂质进一步洗涤清除，同时煤气被水蒸汽所饱和，经气水分离器分离水后送出。

进一步的，所述气化剂为氧气与水蒸汽的混合气，或者是氧气、水蒸汽以及二氧化碳的混合气；所述变压进料锁斗的锁斗气为该工艺最终得到的煤气或者是惰性气体。

利用二氧化碳作为气化剂，能够增产煤气、减少排放；使用惰性气体作为进料锁斗充压气，可以节省设备、提高产气率、降低生产成本。

本发明的有益效果为：

本发明的设备结构合理、高效节能、环保无污染、维修容易、占地少、投资省；本装置洗气除尘污水含油和污染物少，循环利用，水和热量有效利用，节能、节水；因此，本发明在当今焦化企业产能严重过剩，焦炭产品滞销、价格低迷的大背景下，对于开发焦炭加压气化有着极好的产业前景和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的焦炭固定床加压气化装置的工艺流程图。

附图标记：

1-气化器； 2-洗涤除尘器； 3-变压进料锁斗；

4-进料罐； 5-排灰锁斗； 6-氧气预热器；

7-气化剂混合器； 8-环形进气口； 9-排灰炉箅；

10-汽包； 11-饱和塔； 12-循环洗涤泵；

13-冷却水夹套； 14-隔热衬里； 15-气体出口；

16-气化剂进口； 17-排灰口； 18-细灰锁斗；

19-气水分离器； 20-焦仓； 21-钟罩阀布料器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的一种焦炭固定床加压气化装置，包括：工艺流程相连气化剂混合器和气化器，以及变压进料锁斗、排灰锁斗、洗涤除尘器和饱和塔。

气化器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；变压进料锁斗通过进料罐与气化器顶部的进料口连接，所述变压进料锁斗的上部与焦仓、充压气体管路以及卸压气体管路连接；排灰锁斗与气化器的底部排灰口连接，排灰锁斗为变压排灰罐，并设置液压排灰阀；气化器上部设置气体出口，并通过气体出口与洗涤除尘器、饱和塔依次连接，气体出口内有耐磨浇注料绝热衬里；所述洗涤除尘器和饱和塔为气水充分接触的传质传热设备，饱和塔的顶部送出煤气，底部排出废水送去灰水处理后循环回用。

工作时，气化剂经预热混合后进入气化器内，自下而上通过灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；气化剂经由灰层吸收显热升温，在氧化层焦炭与O₂发生燃烧反应生成CO₂并继续升温；上升气流进入第一还原层和第二还原层，焦炭与高温气体发生煤气化反应并吸热，上升气流温度下降，再通过干馏层和干燥层，与进炉的冷焦炭粒料接触，进行热交换得到煤气，从气化器顶部出气口导出；

气化器生产的煤气经出口进入洗涤除尘器与洗涤水混合，煤气温度继续降低，同时煤气中夹带的煤灰粉尘和其他杂质被水洗涤；经气水分离后，煤气进入饱和塔，经水洗涤、传热传质，煤气中煤灰粉尘和杂质进一步洗涤清除，同时煤气被水蒸汽所饱和，经气水分离器分离水后送出。

气化剂可以是氧气与水蒸汽的混合气，也可以是氧气、水蒸汽以及二氧化碳的混合气。

图1为本发明实施例提供的焦炭固定床加压气化装置的工艺流程图。

如图1所示，气化器1自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层。气化器1底部设有排灰炉箅9以及气化剂进口16；气化器1的底部排灰口17与排灰锁斗5连接，排灰锁斗为变压排灰罐，并设置液压排灰阀。变压进料锁斗3通过进料罐4与气化器1顶部的进料口连接，变压进料锁斗3的上部与焦仓20、充压气体管路以及卸压气体管路连接。气化器1炉壁下部、排灰炉箅9上方还有环形进气口8。

气化器1顶部进料口处还设置与进料罐4连接的钟罩阀布料器21；所述钟罩阀布料器21由一竖直长阀杆液压缸驱动，能顺畅均匀分布焦炭粒料入炉，钟罩阀布料器21表面堆焊耐磨硬质合金，并能严密关闭气化器1，使煤气压力不外泄。

气化器1为压力容器，其工作压力为0.5～5.0MPa；气化器1的中下部炉壁采用冷却水夹套13，冷却水夹套13的内壁采用炭钢与不锈钢复合钢板或不锈钢堆焊，具有吸收热膨胀量、消除热应力变形的能力；气化器1的上部炉壁为内衬隔热耐火材料的隔热衬里14，向火面为耐磨浇注料或重质耐火硬衬里。

冷却水夹套13的上部设置与汽包10连接的出汽管，冷却水夹套13的下部设置与汽包10连接的进水管；锅炉给水进入冷却水夹套受热产生蒸汽，且冷却水夹套产生的蒸汽作为副产蒸汽送出，作为蒸汽源使用。

氧气管道依次与氧气预热器6、气化剂混合器7连接，蒸汽管道分别与环形进气口8、气化剂混合器7以及排灰锁斗5连接。气化剂混合器7的出口与所述气化剂进口16连接。

气化器1上部设置气体出口15，并通过气体出口15与洗涤除尘器2、饱和塔11依次连接；洗涤除尘器2和饱和塔11为气水充分接触的传质传热设备，饱和塔的顶部送出煤气，底部排出废水。饱和塔11的下部通过管道及循环洗涤泵12连接到洗涤除尘器2的顶部，实现洗涤水的循环利用。

饱和塔11的上部可以通入高温冷凝液或气化回用水作为饱和水；饱和塔11的顶部通过管道与气水分离器连接，并向外送出最终得到的煤气；饱和塔11的底部设置废水管道，将废水送至灰水处理后返回循环使用。

在本发明的优选实施例中，排灰炉箅9可以为变速旋转通气、均匀布气和排灰的结构，采用耐热耐磨铸钢制备，为多层多边扇形结构，由电机驱动变速旋转破渣排灰。

在本发明的优选实施例中，气化剂进口16为环形多孔分布结构。

在本发明的优选实施例中，还可以在钟罩阀布料器21周围的布置布料锥形筒，以能够确保炉顶料面呈同心圆波形平面分布，使上升气流分布均匀，有利于焦炭气化反应。

在本发明的优选实施例中，变压进料锁斗3的进口和出口处分别设有液压自动平板阀；变压进料锁斗3为单锁斗，或采用双锁斗设置，锁斗之间设置压力平衡管路；排灰锁斗5的进口和出口处分别设有液压自动平板阀，排灰锁斗5的内壁衬耐磨耐腐护板。

在本发明的优选实施例中，洗涤除尘器2为不锈钢材质的文丘里气水洗涤器，饱和塔11为固阀垂直塔板结构气液接触塔或废热锅炉装置，使煤气达到降湿、洗尘和水饱和的目的。

在本发明的优选实施例中，气化器1的内壁还可以全部采用冷却水夹套结构。

本发明提供的基于所述焦炭固定床加压气化装置的气化工艺为：

氧气经过预热后与蒸汽混合，由气化剂进口16进入气化器1内各燃料层。气体自下而上干馏层和干燥层等固定层；气化剂经由灰层吸收显热升高温度达260℃～350℃；经氧化层，焦炭与氧气发生燃烧反应生成CO₂，气固物料温度迅速升高至1000～1100℃；上升气流进入第一还原层、第二还原层，焦炭与高温气体发生煤气化反应：该反应为吸热反应，床层和上升气流温度下降至550～600℃，上升气流再通过干馏层和干燥层，即与进炉的冷焦炭粒料接触，进行热交换温度下降至500～550℃，从气化器顶部气体出口15导出，冷焦炭在干馏层和干燥层中受热和气体作用存于焦炭少量挥发份和水分逸出进入上升气流随出口煤气带走。

入炉焦炭破碎筛分为5～25mm及25～50mm两种颗粒，贮于焦仓20中，按计量进入变压进料锁斗3，按时间顺序加入进料罐4和气化器1，与上升气流逆向而动，向下通过干燥层、干馏层、第一还原层、第二还原层、氧化层和灰层，经排灰炉箅9、排灰口17排入排灰锁斗5，灰渣从排灰锁斗5下口自动阀外排。

气化器1生产的煤气经气体出口15进入洗涤除尘器2，与循环洗涤泵12来的洗涤水混合，气体温度随水受热蒸发，温度降低至200～250℃，同时气体夹带的煤灰粉尘和其他杂质被水洗涤，经气水分离后煤气进入饱和塔11，煤气由饱和塔11底部进气口经塔内设置的垂直塔盘与塔顶下来的洗涤水充分接触，煤气经水洗涤、传热传质，煤气中尘和杂质进一步洗涤清除，同时煤气被水蒸汽所饱和，经气水分离器19分离水后送出。

气化剂为氧气与水蒸汽的混合气，或者是氧气、水蒸汽以及二氧化碳的混合气；变压进料锁斗的锁斗气为该工艺最终得到的煤气或者是惰性气体。

本发明的设备结构合理、高效节能、环保无污染、维修容易、占地少、投资省；本装置洗气除尘污水含油和污染物少，循环利用，水和热量有效利用，节能、节水。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，包括：工艺流程相连的气化剂混合器和气化器，以及变压进料锁斗、排灰锁斗、洗涤除尘器和饱和塔；

所述气化器自下而上分为灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；

所述变压进料锁斗通过进料罐与气化器顶部的进料口连接，所述变压进料锁斗与焦仓、充压气体管路以及卸压气体管路连接；

所述排灰锁斗与气化器的底部排灰口连接，排灰锁斗为变压排灰罐；

所述气化器上部设置气体出口，并通过气体出口与洗涤除尘器、饱和塔依次连接；所述洗涤除尘器和饱和塔为气水充分接触的传质传热设备，饱和塔的顶部送出煤气，底部排出废水，所述饱和塔的下部通过管道及循环洗涤泵连接到洗涤除尘器的顶部。

2.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，所述气化器底部设有排灰炉箅以及气化剂进口；

所述排灰炉箅为一变速旋转、均匀布气和排灰的结构，为多层多边扇形，由电机驱动变速旋转破渣排灰；

所述气化剂进口为环形多孔分布结构，通过管道与氧气蒸汽混合器相连。

3.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，还包括：汽包；

所述气化器为压力容器，其工作压力为0.5～5.0MPa；所述气化器中下部炉壁或全部炉壁采用冷却水夹套，冷却水夹套的内壁采用炭钢与不锈钢复合钢板或不锈钢堆焊，具有吸收热膨胀量、消除热应力变形的能力；

所述冷却水夹套的上部设置与汽包连接的出汽管，冷却水夹套的下部设置与汽包连接的进水管；锅炉给水进入冷却水夹套受热产生蒸汽，且冷却水夹套产生的蒸汽作为副产蒸汽送出，作为蒸汽源使用。

4.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，还包括：设置在气化器炉壁下部的环形进气口；所述环形进气口内送入蒸汽，具有灵活调节气化器床层温度功能。

5.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，还包括：设置在所述气化器顶部进料口处的钟罩阀布料器；

所述钟罩阀布料器由一竖直长阀杆液压缸驱动，能顺畅均匀分布焦炭粒料入炉，钟罩阀布料器表面堆焊耐磨硬质合金，并能实现气化器内的密封。

6.根据权利要求5所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，还包括：布置在所述钟罩阀布料器周围的布料锥形筒，能够确保炉顶料面呈同心圆波形平面分布。

7.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于：所述变压进料锁斗的进口和出口处分别设有液压自动平板阀；变压进料锁斗采用单或双锁斗设置，锁斗之间设置压力平衡管路；

所述排灰锁斗的进口和出口处分别设有液压自动平板阀，排灰锁斗的内壁衬耐磨耐腐护板。

8.根据权利要求1所述的焦炭固定床加压气化装置，其特征在于，所述洗涤除尘器为不锈钢材质的文丘里气水洗涤器，所述饱和塔为固阀垂直塔板结构气液接触塔或废热锅炉装置，使煤气达到降湿、洗尘和水饱和的目的。

9.一种基于权利要求1～8任一项所述装置的焦炭固定床加压气化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

气化剂经预热混合后进入气化器内，自下而上通过灰层、氧化层、第一还原层、第二还原层、干馏层和干燥层；

气化剂经由灰层吸收显热升温；在氧化层，焦炭与O₂发生燃烧反应生成CO₂，气固物料温度继续升高；上升气流再进入第一还原层和第二还原层，焦炭与高温气体发生煤气化反应： 上升气流吸热、温度下降；上升气流再通过干馏层和干燥层，与进炉的冷焦炭粒料接触，进行热交换后从气化器顶部出气口导出；

气化器生产的煤气经出口进入洗涤除尘器与洗涤水混合，煤气温度降低，同时煤气中夹带的煤灰粉尘和其他杂质被水洗涤；经气水分离后，煤气进入饱和塔，经水洗涤、传热传质，煤气中煤灰粉尘和杂质进一步洗涤清除，同时煤气被水蒸汽所饱和，经气水分离器分离水后送出。

10.一种基于权利要求9所述的焦炭固定床加压气化工艺，其特征在于，所述气化剂为氧气与水蒸汽的混合气，或者是氧气、水蒸汽以及二氧化碳的混合气；所述变压进料锁斗的锁斗气为该工艺最终得到的煤气或者是惰性气体。