專利名稱：劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)甲醇合成氣領(lǐng)域，特別是涉及一種劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法。
背景技術(shù)：
目前，在化工生產(chǎn)中，以煤造氣生產(chǎn)甲醇的氣化工藝主要有殼牌干粉煤氣化工藝，德士古水煤漿加壓氣化工藝，魯奇固定床加壓氣化工藝和固定床間歇常壓氣化工藝。以上這幾種氣化技術(shù)在國內(nèi)化工企業(yè)中相繼得到了推廣和應(yīng)用。由于殼牌干粉煤氣化、德士古水煤漿加壓氣化、魯奇固定床加壓氣化等均是從國外引進(jìn)的大型煤氣化技術(shù)，設(shè)備投資昂貴，運行維護(hù)成本高，要用優(yōu)質(zhì)無煙煤。而間歇式固定床常壓氣化技術(shù)落后，產(chǎn)氣量低，原料局限于焦炭和優(yōu)質(zhì)無煙塊煤，價格昂貴且供不應(yīng)求，甲醇合成原料氣生產(chǎn)成本高，對環(huán)境易造成污染，流程復(fù)雜，合成氣的H2O/CO≤1，其值偏低，削弱以煤價格低廉的優(yōu)勢。
中國專利CN2513997Y，1418935，采用塊煤和天然氣為原料，以及特定結(jié)構(gòu)的合成氣制備爐，氣化反應(yīng)中加塊狀石灰石等，給造氣及排渣處理造成流程復(fù)雜，難度增加，盡管采用部分塊煤代替部分天然氣，工藝流程復(fù)雜，但成本很高，尤其近年來天然氣價格昂貴，無天然氣地區(qū)難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)和生產(chǎn)工藝存在不足之處，經(jīng)發(fā)明人多年開發(fā)研究及長期工業(yè)化生產(chǎn)實踐，開發(fā)出一種采用劣質(zhì)煤的全氧氣化，投資小，工藝流程簡單，運行平穩(wěn)，氣化強度大，成本低，設(shè)備簡單運轉(zhuǎn)周期長，設(shè)備維修費用低，三廢處理簡單，安全可靠的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的新方法。
本發(fā)明提供的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法，包括下列步驟
①原料煤的預(yù)處理將劣質(zhì)原料煤經(jīng)干燥、破碎及篩分得到粒度10mm以下粉煤直接送入貯煤倉內(nèi)，供氣化爐制氣用原料粉煤；②原料粉煤的輸送將步驟①中的貯煤倉內(nèi)的原料粉煤用螺旋給煤機送入氣化爐下部錐體段內(nèi)，在輸煤過程中，貯煤倉內(nèi)通入壓力為35KPa的氮氣作為安全氣，防止?fàn)t內(nèi)氣倒回貯煤倉內(nèi)；③氣化反應(yīng)在氣化爐內(nèi)，將濃度為99％的壓力為45KPa氧氣與壓力為0.3MPa的低壓蒸汽組成的氣化劑，在混合器內(nèi)均勻混合后，通過位于氣化爐中、下部的上、下氣化劑噴嘴層噴入氣化爐內(nèi)與爐內(nèi)燃燒著處于流化狀態(tài)的粉煤發(fā)生氣化反應(yīng)，爐下部氣化反應(yīng)溫度為950-1000℃，反應(yīng)壓力為8-11Kpa，中部氣化反應(yīng)溫度為1000-1050℃，氧氣與低壓蒸汽之比為1∶0.8-0.9(體積比)，粉煤與蒸汽之比為3.4-3.8∶1(重量比)上下噴嘴氧氣比為1∶3.0-4.5；④合成氣的降溫凈化除塵由氣化爐頂部產(chǎn)出的合成氣經(jīng)上氣道進(jìn)入爐出口旋風(fēng)分離器除塵，分離下來未反應(yīng)粉煤通過回流管返回氣化爐，再次進(jìn)行流化氣化反應(yīng)，離開旋風(fēng)分離器的高溫含塵合成氣去廢熱鍋爐系統(tǒng)回收熱量，將合成氣降溫至150-200℃后進(jìn)入空噴塔初步洗滌除塵，再進(jìn)入合成氣洗滌塔進(jìn)一步洗滌除塵后，再經(jīng)文丘里除塵器再次除塵后，產(chǎn)出合格合成氣；⑤灰渣適時控制排渣根據(jù)氣化爐氣化床層阻力，通過錐體末端八字排管適時控制排渣。
按照本發(fā)明提供的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法中，所述劣質(zhì)煤是煤炭工業(yè)領(lǐng)域熟知的各種低質(zhì)量煤，例如，長煙煤，不粘煤性煙煤，弱粘煤性煙煤，高灰份的褐煤等，由于煤價低廉，有利于降低生產(chǎn)成本。原料煤預(yù)處理簡單，只需經(jīng)過一級干燥，破碎，篩分即可符合生產(chǎn)合成氣要求。由于煤價低，可以實現(xiàn)低成本生產(chǎn)，噸甲醇的原料成本比采用天然氣制甲醇原料成本低200元左右。
經(jīng)干燥、破碎，篩分粉煤粒度為10mm以下，直接送入貯煤倉，若有篩出大于10mm粒度的原料劣質(zhì)煤返回送至破碎，篩分，使其粒度在10mm以下送入貯煤倉，供氣化爐造氣使用。上述粉煤由皮帶送至氣化裝置(總稱)受料斗，經(jīng)螺旋給煤機送至加壓貯煤倉，煤倉充氮氣保壓至35KPa進(jìn)行保護(hù)，防止?fàn)t內(nèi)氣倒回貯煤倉內(nèi)，煤倉例如容積為270立方米，設(shè)有料位測量及報警裝置。加壓煤倉中的粉煤由下部三臺螺旋給煤機(根據(jù)生產(chǎn)能力及每臺給煤機的功率而定)通過頻率的調(diào)控向氣化爐下部錐體部位送煤，粉煤加入爐中，通過爐體中部的點火孔伸入外接燃?xì)鈱t內(nèi)的原料粉煤點燃。
所述氣化爐為空筒結(jié)構(gòu)，上部為直筒段，底部為錐體段，爐體內(nèi)襯耐火材料，兩層可拆卸的噴嘴分別設(shè)在爐體中部直筒段和下部錐體段，錐體段的噴嘴層(稱下噴嘴層)設(shè)4-12個噴嘴，優(yōu)、選為6-8個噴嘴，與爐體成一定角度(與錐面呈現(xiàn)20°-30°角)均勻分布在爐錐體的橫截面上；中部直筒段的噴嘴層(稱上噴嘴層)設(shè)16-30個噴嘴，優(yōu)選為20-26個噴嘴，垂直于爐體均勻分布于筒體園截面上。例如工業(yè)生產(chǎn)用氣化爐單臺爐可產(chǎn)合成氣可達(dá)4.0萬Nm3/h，直徑5米，內(nèi)徑4米，高41米，下部為高4米的錐體段，上部為直筒段，下噴嘴層位于錐體段3-3.8米處，上噴嘴層位于距爐頂18-20米處。該氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，維修量小，由于取消了氣化爐底部的爐蓖，避免了原來存在爐底結(jié)渣等問題，氣化爐本體實際上就是一個空筒結(jié)構(gòu)。氣化爐僅由內(nèi)襯耐火材料的爐體和可拆卸的噴嘴組成，沒有傳動部分和易損部件，而床層溫度相對氣流床氣化爐要低得多，對耐火材料的磨損和侵蝕強度大大降低，因此，對耐火材料要求不高，氣化爐運轉(zhuǎn)率較高。
氣化爐運轉(zhuǎn)備少(只有三臺螺旋給煤機和兩臺螺旋排渣機)運轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)周期長，故障率低，設(shè)備維修量少，維護(hù)費用低。在氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，將經(jīng)氣化劑混合器內(nèi)充分混合氣化劑—濃度為99％的壓力為45Kpa氧氣(空分氧氣)與壓力為0.3Mpa低壓蒸汽組成的氣化劑(氧氣與蒸汽的體積比1∶0.8-0.9)，由下噴嘴層噴入，借助氣化劑自身的壓力將爐內(nèi)燃燒的粉煤吹起沸騰流化，使?fàn)t內(nèi)原料粉煤處于沸騰流化狀態(tài)，原料粉煤與氧氣、蒸汽充分接觸，在氣化爐直筒段發(fā)生氣化反應(yīng)，控制爐下部反應(yīng)溫度在950-1000℃，氣化爐內(nèi)反應(yīng)壓力為8-11Kpa，控制適當(dāng)?shù)臍怏w流速，即控制下噴嘴層噴入氣化劑的量使得上下噴嘴層噴入氣化劑的量處于一個適當(dāng)比例，例如氧氣比為1∶3.0-4.5以利于整個爐內(nèi)溫度的控制。使流化床內(nèi)氣固相接觸較好，加強了熱傳導(dǎo)和熱交換，強化了傳熱傳質(zhì)過程，使氣體趨于完善。
由上噴嘴層噴入氣化劑入氣化爐內(nèi)，與從床層下部攜帶細(xì)小粉煤碳粒上升到爐體中部進(jìn)一步反應(yīng)，中部氣化反應(yīng)溫度為1000-1050℃，由此減少爐內(nèi)粉煤濃度并降低帶出物的量，改善爐內(nèi)氣化反應(yīng)條件，使氣化強度增加。氣化強度較高，床層溫度可達(dá)到1050℃左右，且爐內(nèi)溫度分布均勻，均在900-950℃以上，原料中揮發(fā)份受熱迅速分解，焦油高碳?xì)浠衔锏攘呀獗容^完全，從而合成氣基本上不含焦油酚類等，減輕凈化負(fù)擔(dān)和污染，改善環(huán)境。離開氣化爐溫度為930-980℃的合成氣，最后氣體離開氣化爐后，進(jìn)入爐出口旋風(fēng)分離器(通用型)，分離下來未反應(yīng)粗顆粒飛灰通過回流管(內(nèi)徑為200mm)返回氣化爐進(jìn)料部位，再次在爐內(nèi)參加流化氣化反應(yīng)，不僅提高了氣化過程的整體碳轉(zhuǎn)化率，而且可以使飛灰含碳量降低到20％以下，從而提高了氣化過程的效率及煤炭能源的利用率。使單臺爐產(chǎn)合成氣可達(dá)4.0萬Nm3/h.碳利用率可達(dá)92％，合成氣中有效成份較高，H2+CO可達(dá)75％左右，H2/CO比大于1。
氣化爐內(nèi)氣化床層的溫度主要由加入劣質(zhì)粉煤的量，氧氣量及蒸氣量，三者來調(diào)節(jié)，當(dāng)氧氣量和蒸氣量即氣化劑穩(wěn)定前題下，氣化床層溫度主要由加入粉煤量調(diào)節(jié)。氣化劑中氧氣與蒸氣的體積比一般1∶0.8-0.9。劣質(zhì)煤與蒸汽重量比為3.4-3.8∶1，其中氧氣來自空分氧氣，純度過在99％，壓力為45Kpa，蒸氣為0.3Mpa的低壓蒸汽，進(jìn)入氣化爐之前通過混合均勻后由爐上下噴嘴層噴入氣化爐內(nèi)，與爐內(nèi)燃燒著處于流化狀態(tài)的粉煤發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)出甲醇合成氣。
離開旋風(fēng)分離器的高溫氣體，經(jīng)三通管進(jìn)入廢熱鍋爐上部，下部出來的合成氣進(jìn)給水加熱器。加熱器出來的合成氣溫度降至150-200℃。
廢熱鍋爐產(chǎn)3.9MPa飽和蒸汽，并入廠中壓蒸汽管網(wǎng)，小時產(chǎn)氣量為22噸，廢鍋入口三通管，廢熱鍋爐和給水加熱器分離下來的灰進(jìn)入下部水封槽，隨水封加水排走。
回收余熱后的合成氣，進(jìn)入洗滌除塵系統(tǒng)(通用設(shè)備工藝)，首先進(jìn)入空噴塔激冷除塵，然后進(jìn)填料洗滌塔除塵，最后經(jīng)兩級串聯(lián)的文丘里洗滌除塵器除塵，使氣體含塵量由廢鍋入口的65g/Nm3降至60mg/Nm3，氣體溫度降至40℃以下，送至氣柜貯存。
所述排渣是根據(jù)氣化床層阻力適時控制排渣，氣化爐下噴嘴以下為氣化反應(yīng)灰渣層，運行中存留在此處的灰渣通過錐體末端的“八”字排管，可分兩路間斷排至渣倉，渣倉設(shè)有料位測量，貯存一定量后，排到渣車外運，氣化爐排渣溫度為700-800℃，渣外排前可向渣倉內(nèi)加水或加蒸汽降溫。
本發(fā)明提供的合成氣主要工藝參數(shù)合成氣組成

氣化劑及煤耗指標(biāo)

灰渣殘?zhí)剂?1.45％碳的轉(zhuǎn)化率91.89％氣化效率72.62％本發(fā)明提供劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成原料氣的方法特點1、氣化原料煤采用劣質(zhì)煤，原料價格低，生產(chǎn)合成氣成本低，原料煤預(yù)處理簡單。
2、氣化強度大，單臺氣化爐甲醇合成氣產(chǎn)量可達(dá)4.0Nm3/h，碳利用率可達(dá)92％，合成氣有效成份較高，H2+CO可達(dá)74％左右。
3、氣化溫度高，床層溫度可達(dá)到1050℃左右，爐內(nèi)溫度分布均勻，合成氣中不含焦油，酚類等物質(zhì)，減輕凈化負(fù)擔(dān)和污染。
4、合成氣帶出物循環(huán)回爐，通過設(shè)在氣化爐中部的上噴嘴層噴入氣化劑，使從床層下部夾帶的細(xì)粒粉煤進(jìn)一步氣化，并使原料煤在氣化爐下部產(chǎn)生的揮發(fā)分進(jìn)一步分裂解成甲烷等合成氣組分；另外采取將旋風(fēng)除塵器分離出的粗顆粒飛灰返回氣化爐參加反應(yīng)，不僅提高了氣化過程的整體碳轉(zhuǎn)化率，而且可以使飛灰含碳量降低到20％以下，從而提高了氣化過程中煤炭能源的利用率。
5、運行穩(wěn)定周期長，操作彈性大，生產(chǎn)負(fù)荷可以在60-105％范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
6、操作方便，干擾因素少，觀察直觀，開停車容易，實現(xiàn)DCS集中控制。
7、氣化爐直徑5米內(nèi)徑4米高41米下部為高4米的錐體段，上部為直筒段，為氣體反應(yīng)提供了充分的反應(yīng)空間。
8、氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，維修量小，由于取消了氣化爐底部的爐蓖，避免了原來存在的爐底結(jié)渣等問題，氣化爐本體實際上就是一個空筒結(jié)構(gòu)。氣化爐僅由內(nèi)襯耐火材料的爐體和可拆卸的噴嘴組成，沒有傳動部分和易損部件，而床層溫度相對氣流床氣化爐要低得多，對耐火材料的磨損和侵蝕強度大大降低，因此，對耐火材料要求不高，氣化爐運轉(zhuǎn)率較高。
9、氣化爐運轉(zhuǎn)設(shè)備少(只有三臺螺旋供煤機和兩臺螺旋排渣機)，運轉(zhuǎn)調(diào)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)周期長，故障率低，設(shè)備維修量少，維護(hù)費用低。
10、投資省，建設(shè)周期短，半年即可投產(chǎn)。
具體實施方案本發(fā)明用下列實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于實施例。
實施例1采用內(nèi)蒙古免渡河長煤(屬劣質(zhì)煤)，進(jìn)行純氧氣化，生產(chǎn)甲醇合成氣，原料入爐通過調(diào)節(jié)氣化劑中氧氣與水蒸汽配合比和入爐煤量來調(diào)節(jié)氣化爐中部溫度、底部溫度，進(jìn)而控制氣化床層溫度，通過調(diào)節(jié)上下噴嘴層氣化劑比例來調(diào)節(jié)原料氣組分。使?fàn)t中部溫度控制在970-990℃之間，爐下部溫度960-980℃，控制上下噴嘴噴入氧氣比例1∶4，達(dá)到了比較理想的氣化效果。
主要工藝參數(shù)入爐煤量25t/h入爐氧氣量9500m3/h入爐氧氣壓力45KPa氧氣濃度99％入爐蒸汽量7.6t/h爐上部溫度900-950℃爐中部溫度970-990℃爐下部溫度960-980℃灰渣殘?zhí)?1.46％飛灰殘?zhí)?0.4％合成氣組成及產(chǎn)氣量

合成氣產(chǎn)量41340Nm3/h實施例2采用內(nèi)蒙古大雁褐煤，純氧氣化，生產(chǎn)甲醇合成氣，根據(jù)入爐原料煤性質(zhì)和加入量，調(diào)節(jié)入爐氧氣和水蒸汽的配合比例，來控制、調(diào)節(jié)氣化爐中部溫度，底部溫度，調(diào)節(jié)氣化床層溫度。通過調(diào)節(jié)上下噴嘴層氣化劑比例，來微調(diào)原料氣組份。使?fàn)t中部溫度控制在950-980℃，爐下部溫度控制在940-960℃，上下噴嘴氧氣比例控制在1∶3.5，使發(fā)生爐處于理想的氣化狀態(tài)。
主要工藝參數(shù)入爐煤量28.8t/h入爐氧氣量9460m3/h入爐氧氣壓力45KPa氧氣濃度99％入爐蒸汽量7.4t/h
爐上部溫度900-920℃爐中部溫度950-980℃爐下部溫度940-960℃灰渣殘?zhí)?.28％飛灰殘?zhí)?1.06％合成氣組成及產(chǎn)氣量

合成氣產(chǎn)量43530Nm3/h。
權(quán)利要求
1.一種劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法，包括下列步驟①原料煤的預(yù)處理將劣質(zhì)原料煤經(jīng)干燥、破碎及篩分得到粒度10mm以下粉煤直接送入貯煤倉內(nèi)，供氣化爐制氣用原料粉煤；②原料粉煤的輸送將步驟①中的貯煤倉內(nèi)的原料粉煤用螺旋給煤機送入氣化爐下部錐體段內(nèi)，在輸送過程中，貯煤倉內(nèi)通入壓力為35KPa的氮氣作為安全氣，防止?fàn)t內(nèi)氣倒回貯煤倉內(nèi)；③氣化反應(yīng)在氣化爐內(nèi)，將濃度為99％的壓力為45KPa氧氣與壓力為0.3MPa的低壓蒸汽組成的氣化劑，在混合器內(nèi)均勻混合后，通過位于氣化爐中、下部的上、下氣化劑噴嘴層噴入氣化爐內(nèi)與爐內(nèi)燃燒著處于流化狀態(tài)的粉煤發(fā)生氣化反應(yīng)，爐下部氣化反應(yīng)溫度為950-1000℃，反應(yīng)壓力為8-11Kpa，中部氣化反應(yīng)溫度為1000-1050℃，氧氣與低壓蒸汽體積比為1∶0.8-0.9，粉煤與蒸汽重量比為3.4-3.8∶1，上下噴嘴氧氣比為1∶3.0-4.5；④合成氣的降溫凈化除塵由氣化爐頂部產(chǎn)出的合成氣經(jīng)上氣道進(jìn)入爐出口旋風(fēng)分離器除塵，分離下來未反應(yīng)粉煤通過回流管返回氣化爐，再次進(jìn)行流化氣化反應(yīng)，離開旋風(fēng)分離器的高溫含塵合成氣去廢熱鍋爐系統(tǒng)回收熱量，將合成氣降溫至150-200℃后進(jìn)入空噴塔初步洗滌除塵，再進(jìn)入合成氣洗滌塔進(jìn)一步洗滌除塵后，再經(jīng)文丘里除塵器再次除塵后產(chǎn)出合格合成氣；⑤灰渣適時控制排渣根據(jù)氣化爐氣化床層阻力，通過錐體末端八字排管適時控制排渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法，其特征在于所述劣質(zhì)原料煤為長焰煤、不粘或弱粘性煙煤或高灰份的褐煤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法，其特征在于所述螺旋給煤機為三臺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的劣質(zhì)煤全氧氣化生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法，其特征在于所述氣化爐為空筒結(jié)構(gòu)，上部為直筒段，底部為錐體段，爐體內(nèi)襯耐火材料，兩層可拆卸的噴嘴分別設(shè)在爐體中部直筒段和下部錐體段，錐體段的噴嘴層設(shè)4-12個噴嘴，與爐體錐面呈20°-30°，均勻分布在爐錐體段的橫截面上；中部直筒段的噴嘴層設(shè)16-30個噴嘴，垂直于爐體均勻分布于筒體園截面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用劣質(zhì)煤全氧化，以純氧與水蒸汽為氣化劑，在常壓下生產(chǎn)甲醇和二甲醚合成氣的方法。該方法包括原料煤的干燥、破碎、篩分，達(dá)到10mm以下粒度的粉煤，通過供煤機送入爐內(nèi)與由噴嘴噴入爐內(nèi)純氧和蒸汽混合而成的氣化劑發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)出甲醇合成原料氣。此生產(chǎn)方法具有原料煤資源豐富，價格低廉，投資小，設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝流程簡單，運行穩(wěn)定，氣化強度大，原料氣成本低，設(shè)備運轉(zhuǎn)周期長，故障率低，設(shè)備維修量少，維護(hù)費用低，三廢處理簡單等優(yōu)點，是一種生產(chǎn)合成氣的新方法。
文檔編號C07C31/04GK1834210SQ20061007653
公開日2006年9月20日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者閻樹忠, 朱勛績, 王景林, 王宏偉, 岳守成, 王慶才, 鄭青吾, 王曉軍, 林巖 申請人:黑龍江黑化集團有限公司