專利名稱：一種利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)半水煤氣的裝置及方法，特別涉及一種利用 富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置及方法，以便提高化肥工業(yè)固定床層造 氣爐氣化效率。
背景技術(shù)：
-目前全國現(xiàn)有小氮肥廠大多數(shù)是采用固體無煙煤塊在固定床層 造氣爐中間隙式氣化合成氨原料氣。制氣過程中，在制氣階段和回收階段時，都是采用普通含氧量《21%的空氣加入煤氣爐進行造氣，在 上下行制氣過程中加氮空氣和回收過程(C0+H/N2)按3 3.3的比 例混合而成，其產(chǎn)氣量是與入爐空氣中的氧含量有密切的關(guān)系?？諝?經(jīng)過吹風、上行制氣、下行制氣、凈化和回收五個過程間歇氣化生成 半水煤氣，氣體成份中包括氫、氮、 一氧化碳、二氧化碳和少量的硫 化氫及惰性氣體。該氣體需要進行脫除，加壓變換和精制成氫氮混合 氣，才能進行合成氨。氨的生成需要1. 5個氫分子和0. 5個氮分子在 高溫高壓和觸媒催化作用下合成，其中氫氣水在蒸汽在造氣爐內(nèi)高溫 碳層中分解而成，氮氣水在制氣時加入空氣和回收過程而得到的。在 制半水煤氣過程中蒸汽分解吸熱時，都是采用空氣中79%的氮氣和 21%的氧氣加入。空氣加入量是根據(jù)氨合成氫氮比的需要，空氣中的 氮氣進入水煤氣中形成半水煤氣，空氣中的氧氣與原料煤氧化反應， 釋放出大量的熱量，彌補水蒸汽分解成半水煤氣時吸熱反應帶走的熱 量。目前在制造過程中普遍存在原料煤及蒸汽的消耗較大，合成氨原 料氣產(chǎn)量較低的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝 置，采用該裝置可以增加半水煤氣的產(chǎn)量，降低了原料煤及蒸汽的消 耗，增加合成氨原料氣的產(chǎn)量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種利用富氧空氣生 產(chǎn)半水煤氣的裝置，包括造氣爐，其特征在于該造氣爐輸入端與空氣 混合罐的輸出端連接，空氣混合罐的一個輸入端與普通空氣管道連接，空氣混合罐的另一輸入端與富氧發(fā)生器的輸出端連接，富氧發(fā)生 器的輸入端與鼓風機連接。本發(fā)明的另一目的是提供一種利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方 法，釆用該方法可以增加半水煤氣的產(chǎn)量，降低了原料煤及蒸汽的消 耗，增加合成氨原料氣的產(chǎn)量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種利用富氧空氣生 產(chǎn)半水煤氣的方法，其特征在于該方法包括以下步驟A、由富氧發(fā) 生器生成富氧空氣；B、該所述富氧空氣與普通空氣混合，產(chǎn)生含氧 濃度為24 28%的入爐氣體，將該入爐氣體輸入到造氣爐；C、由造 氣爐生產(chǎn)半水煤氣。本發(fā)明通過提高輸入氣體的含氧濃度，可提高造氣爐內(nèi)氣化分解 溫度，提高蒸汽分解效率，節(jié)省原料煤和蒸汽消耗，提高半水煤氣產(chǎn) 量，增加合成氨原料氣的產(chǎn)量。并且本發(fā)明的裝置，不改變原有造氣 系統(tǒng)，節(jié)省一次性投資。本發(fā)明的裝置和方法特別適用于目前化肥工 業(yè)造氣爐的改造。


圖1為本發(fā)明一個實施例的示意圖 圖2為該實施例中富氧發(fā)生器的示意圖 圖3為該實施例中空氣混合罐的示意圖具體實施方式
-下面對本發(fā)明做進一步的描述。從圖中可以看出，本發(fā)明的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置包括以下部件空氣鼓風機2，空氣鼓風機2與富氧發(fā)生器3的輸入端 連接，富氧發(fā)生器3的輸出端與真空泵4的輸入端連接，真空泵4的 輸出端與氣水分離罐5的輸入端連接，氣水分離罐5的輸出端通過富 氧空氣鼓風機6與空氣混合罐7的一個輸入端連接，空氣混合罐7的 另一輸入端與普通空氣管道8連接，空氣混合罐7的輸出端通過富氧 空氣總管9與造氣爐10連接。普通空氣管道8還可與造氣鼓風機1 連接，用來將普通空氣鼓入空氣混合罐7和造氣爐10內(nèi)。本發(fā)明的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其特征在于該方法 包括以下步驟A、由富氧發(fā)生器3生成富氧空氣；B、由空氣混合罐 7該所述富氧空氣與普通空氣混合，產(chǎn)生含氧濃度為24 28%的入爐 氣體，將該入爐氣體輸入到造氣爐10; C、由造氣爐10生產(chǎn)半水煤 氣。圖2為該實施例中富氧發(fā)生器的示意圖，其中該富氧發(fā)生器3包 括殼體ll，殼體ll內(nèi)設(shè)有內(nèi)膜組件12，殼體ll上端設(shè)有出氣頂蓋 16，出氣頂蓋16四周設(shè)有頂排氣孔13，殼體ll下部設(shè)有與內(nèi)膜組 件12連接的空氣均配箱14，空氣均配箱14與空氣鼓風機2連接，空氣均配箱14還通過真空頭15與真空泵4連接。使用空氣均配箱14可使進入各內(nèi)膜組件的空氣均布，并且在空 氣均配箱14側(cè)面設(shè)有手孔17，方便檢修。出氣頂蓋16四周設(shè)有可 開閉的頂排氣孔13，在運行時，頂排氣孔13開，用于排氣，而停止 運行時，頂排氣孔13閉合，防止灰塵進入該富氧發(fā)生器。比較目前三種空氣分離方法，在50 4000麗Vh產(chǎn)氣量的規(guī)模情 況下，膜法比深冷空分法，VPSA變壓吸附法有經(jīng)濟性好(每醒3富氧 空氣能耗0.12KW/h)， 一次投資最省，上馬快，占地小，操作靈便，安全性高，投資回收期短等優(yōu)點。圖3示出了空氣混合罐的結(jié)構(gòu)圖。該空氣混合罐7包括罐體18， 罐體18設(shè)有富氧空氣入口 19和普通空氣入口 20，罐體18的下部設(shè) 有多孔隔板22，富氧空氣入口 19和普通空氣入口 20分別通過管道 連接至多孔隔板22下方，該罐體18頂部設(shè)有出氣口 21。該空氣混 合罐7用于將富氧空氣和普通空氣進行混合，由富氧發(fā)生器3產(chǎn)生的 富氧空氣和普通空氣通過管道進入空氣混合罐7，在罐體18下部擴 散射吸混合，再經(jīng)多孔隔板22混合，然后上升到罐體18上部，由罐 體18頂端的出氣口 21排出，形成入爐氣體。通過調(diào)節(jié)兩種氣體進入 混合罐的流量就可以達到需要的濃度。罐體18底部裝有疏水閥23， 定期將罐內(nèi)積液排出。通過調(diào)節(jié)兩種氣體進入混合罐的流量就可以控 制入爐氣體的氧濃度。因此可以在富氧空氣入口和普通空氣入口處分 別設(shè)置流量控制閥，以控制流量。使用該空氣混合罐的優(yōu)點在于在同 一富氧發(fā)生器的情況下，可以根據(jù)不同煤種的需要，將富氧發(fā)生器產(chǎn) 生的同樣濃度的富氧空氣與普通空氣按不同比例進行混合，以產(chǎn)生不 同含氧濃度的入爐氣體。根據(jù)該實施例，整個工藝過程為普通空氣經(jīng)過空氣濾清器1凈 化，除去10um以上的灰塵以后，通過空氣鼓風機2向富氧發(fā)生器3 鼓入含氧量為21%的普通空氣，富氧發(fā)生器3由巻式膜組成，根據(jù) 普通空氣透過高分子分離膜的速率不同，在壓力差的驅(qū)動下，產(chǎn)生含 氧濃度為27% 30%的富氧空氣，該富氧發(fā)生器3為負壓操作方式， 通過真空泵4連接該富氧發(fā)生器3抽出含氧濃度為27% 30%的富 氧空氣。該富氧空氣經(jīng)過氣水分離罐5進行氣水分離后，再由富氧空 氣鼓風機6送入空氣混合罐7內(nèi)，由空氣混合罐將該富氧空氣與普通 空氣混合成理想的含氧狀態(tài)的入爐氣體，然后送入造氣爐。 一般來說， 該入爐氣體理想的含氧狀態(tài)為含氧濃度24% 28%。接著在步驟C 中，造氣爐10的結(jié)構(gòu)以及由造氣爐10生產(chǎn)半水煤氣的方法與現(xiàn)有技 術(shù)相同，在此不再贅述。本發(fā)明的特點在于1、優(yōu)化入爐空氣中的氧含量，配置相應生產(chǎn)能力的制氧裝置，不改變原有造氣系統(tǒng)，節(jié)省一次性投資。2、 吹風過程。吹風入爐空氣中每增加一個百分點的氧含量，吹 風時間可降低0.91%，增加了制氣時間，噸氨節(jié)省原料煤0.018t，蒸 汽0.0056t，增加半水煤氣產(chǎn)量120. 5m3 (標)。3、 制氣過程。蒸汽入爐氣化時，加氮空氣中每增加一個百分點 的氧含量，加氮空氣增加27.3m3 (標)。根據(jù)氫氮比的要求，必定延 長加氮空氣入爐時間，噸氨加氮空氣中增加了 11.66m3 (標)/tNH,， 氧氣制氣過程中碳層增加了 182039Kj/tNH3 (43526Kcal/ti)的熱量， 使蒸汽在溫度較高的爐內(nèi)進行分解反應，提高氣化效率，節(jié)省蒸汽消 耗量，還可進一步減少吹風時間。4、 可根據(jù)入爐煤種的變化，釆用爐況監(jiān)測優(yōu)化系統(tǒng)檢測氣化 層溫度、氣化層厚度，灰渣層厚度，碳層高，結(jié)疤、風洞等，自動調(diào) 節(jié)入爐空氣中的氧含量，優(yōu)化吹風時間和吹風量、上下吹風加氮富氧 空氣和蒸汽量配比，優(yōu)化操作時間，更好穩(wěn)定爐況。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，制得煤氣的產(chǎn)量與入爐空氣中的氧含量有很大的 直接關(guān)系。本發(fā)明采用提高入爐空氣中氧含量，進一步彌補了部分蒸 汽分解吸熱反應的熱量，使蒸汽長時間在高溫條件下進行分解，可提 高蒸汽分解率，增加半水煤氣產(chǎn)量，降低原料煤及蒸汽消耗。雖然在 該說明書中提供了本發(fā)明的一個實施例，但是應當理解，通過采用其 它類型的富氧發(fā)生器可產(chǎn)生含氧濃度更高的富氧空氣，與普通空氣混 合產(chǎn)生含氧濃度為24。％ 45%的入爐氣體，從而進一步增加半水煤氣產(chǎn)量，降低原料煤及蒸汽消耗。下面對氧含量與理論空氣用量的關(guān)系進行說明。① 碳的完全燃燒 C+02=C02+Q12kgC+22. 4m3 (標)02 = 22 . 4m3 (標)C02 艮卩1 kgC +1. 866m3 (標)02=1. 866m:i (標)C02 需要理論空氣量1. 866/0. 21 = 8. 89m3 (標)空氣② 氫的完全燃燒 2H2+02=2H20+Q4H2+22. 4m"標)02二44. 8m30li)H2O艮卩l(xiāng)kgH2+ (22. 4/4)mD02= (44. 8/4)m3Qg)H20需要理論空氣量22. 4/4/0. 21 = 26. 71113(標)空氣③ 硫的完全燃燒 S+02=S02+Q32kgS+22. 41113(標)02 = 22 . 4m3Qg)S02即lkgS+ (22. 4/32)mD02= (22 . 4/32) m3(標)S02需要理論空氣量22. 4/32/0. 21 = 3. 33m3 (標)空氣假如lkg燃料己含有少量02即相當于22. 4/32 = 0.7 m乂標)/kg， 則lkg燃料完全燃燒所需要的理論空氣量為8. 89+26. 67 + 3. 33 — 3.33 = 35.56 1113(標)空氣。由于空氣中氧含量多少可以決定理論空氣 用量，如果，入爐空氣中氧含量增加到22%，則lkg燃料完全燃燒 理論空氣量為(22. 4/12 + 22. 4/4 + 22. 4/32 — 22. 4/32 ) /0. 22=33. 94 1113(標)空氣，從以上分析可以看出，入爐空氣中氧含量 每增加1%，則lkg燃料完全燃燒理論空氣量可降低4X左右。
權(quán)利要求
1. 一種利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置，包括造氣爐，其特征在于該造氣爐輸入端與空氣混合罐的輸出端連接，空氣混合罐的一個輸入端與普通空氣管道連接，空氣混合罐的另一輸入端與富氧發(fā)生器的輸出端連接，富氧發(fā)生器的輸入端與鼓風機連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置，其 特征在于富氧發(fā)生器的輸入端與空氣鼓風機連接，空氣鼓風機與空氣 濾清器連接，富氧發(fā)生器的輸出端與真空泵的輸入端連接，真空泵的 輸出端與氣水分離罐的輸入端連接，氣水分離罐的輸出端通過富氧空 氣鼓風機與空氣混合罐的一個輸入端連接，空氣混合罐的另一輸入端 與普通空氣管道連接，空氣混合罐的輸出端通過富氧空氣總管與造氣 爐連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置，其 特征在于富氧發(fā)生器包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有內(nèi)膜組件，殼體上端設(shè)有 出氣頂蓋，出氣頂蓋四周設(shè)有頂<排氣孔，殼體下部設(shè)有與內(nèi)膜組件連 接的空氣均配箱，空氣均配箱與空氣鼓風機連接，空氣均配箱還通過 真空頭與真空泵連接。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤 氣的裝置，其特征在于該空氣混合罐包括罐體，罐體設(shè)有富氧空氣入 口和普通空氣入口，罐體的下部設(shè)有多孔隔板，富氧空氣入口和普通 空氣入口分別通過管道連接至多孔隔板下方，該罐體頂部設(shè)有出氣 □。
5. 利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其特征在于該方法包括 以下步驟A、由富氧發(fā)生器生成富氧空氣；B、由空氣混合罐該所述 富氧空氣與普通空氣混合，產(chǎn)生含氧濃度為24 28%的入爐氣體， 將該入爐氣體輸入到造氣爐；C、由造氣爐生產(chǎn)半水煤氣。
6. 如權(quán)利要求5所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其 特征在于步驟A產(chǎn)生的富氧空氣的含氧濃度為27% 30% 。
7. 如權(quán)利要求6所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其 特征在于步驟A包括普通空氣經(jīng)過空氣濾清器凈化，除去10um以 上的灰塵以后，通過空氣鼓風機向富氧發(fā)生器鼓入含氧量為21%的 普通空氣，在富氧發(fā)生器中產(chǎn)生含氧濃度為27% 30%的富氧空氣 中，然后經(jīng)過氣水分離罐進行氣水分離。
8、 如權(quán)利要求7所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其 特征在于富氧發(fā)生器包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有內(nèi)膜組件，殼體上端設(shè)有 出氣頂蓋，出氣頂蓋四周設(shè)有頂排氣孔，殼體下部設(shè)有與內(nèi)膜組件連 接的空氣均配箱，空氣均配箱與空氣鼓風機連接，空氣均配箱還通過 真空頭與真空泵連接。
9、 如權(quán)利要求7所述的利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的方法，其 特征在于該空氣混合罐包括罐體，罐體設(shè)有富氧空氣入口和普通空氣 入口，罐體的下部設(shè)有多孔隔板，富氧空氣入口和普通空氣入口分別 通過管道連接至多孔隔板下方，該罐體頂部設(shè)有出氣口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣的裝置，其特征在于該造氣爐輸入端與空氣混合罐的輸出端連接，空氣混合罐的一個輸入端與普通空氣管道連接，空氣混合罐的另一輸入端與富氧發(fā)生器的輸出端連接，富氧發(fā)生器的輸入端與鼓風機連接。本發(fā)明通過提高輸入氣體的含氧濃度，可提高造氣爐內(nèi)氣化分解溫度，提高蒸汽分解效率，節(jié)省原料煤和蒸汽消耗，提高半水煤氣產(chǎn)量，增加合成氨原料氣的產(chǎn)量。并且本發(fā)明的裝置，不改變原有造氣系統(tǒng)，節(jié)省一次性投資。本發(fā)明的裝置和方法特別適用于目前化肥工業(yè)造氣爐的改造。
文檔編號C10J3/16GK101225328SQ200710036479
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者倪鳳武, 宣桂才, 張鳳葵, 李玉林 申請人:上海膜法富氧節(jié)能工程有限公司