專利名稱：一種純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及純氧焦炭制備一氧化碳的設備及其方法，特別涉及固定床煤氣發生爐純氧焦炭制備一氧化碳的裝置及其方法。
背景技術：
一氧化碳(CO)是重要的羰基合成化工原料之一。CO的傳統制備方法是從富含一氧化碳的氣體中，通過變壓吸附、COSORB、深度冷凍分離等工藝分離得高純CO。20世紀90年代以來，以純氧、焦炭、二氧化碳為原料制備一氧化碳的工藝及設備得以開發，在一碳化學工業領域發揮了積極的作用。
以純氧、焦炭、二氧化碳為原料制備一氧化碳的工藝及設備，必須有較豐富的、可利用的CO2資源；對于不具備CO2資源，又不具備富含一氧化碳煤氣資源的一碳化學工業項目，采用純氧、焦炭連續氣化制備一氧化碳的方法和設備，具有投資省、見效快、成本低的效果。
純氧、焦炭、二氧化碳為原料制備一氧化碳的工藝分為富一氧化碳煤氣的制備和一氧化碳氣體的精制。由于受現有工藝的限制，粗煤氣中一氧化碳含量在67％～75％，存在粗煤氣中一氧化碳含量偏低(CO～67％，CO2～33％)、一氧化碳精制系統中CO2循環分離的負荷偏大，而且市售CO2作為原料時亦必須對其進行相應的精制(以脫硫為主)，這樣生產裝置的設備相對龐大、效能較低、操作復雜，而且單位產品的生產能耗較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種克服上述不足、低成本制備高純度一氧化碳的裝置及其方法。
本發明的技術方案是一種純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，主要由爐頂設有煤氣出口管的固定床煤氣發生爐構成，所述煤氣發生爐的內壁設有高度為2.6～5.2m、承壓0.2～1.6MPa的水夾套，頂部設有焦炭進口，內部設有與所述焦炭進口相連的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端與所述水夾套上封頭之間的水平間距為200mm～600mm；所述煤氣發生爐內灰渣層高度至少1200mm，焦炭層頂部至所述焦炭進口的空程高度為2m±0.5m。
所述焦炭分布器為直筒式耐高溫鋼管，伸入所述煤氣發生爐內1200～1500mm；管壁垂直開若干10～15×150mm長條型口或若干φ12～20mm的圓孔，間隔距離為橫向50mm、豎向80mm，交錯排列。
所述煤氣發生爐的頂部外設有與所述焦炭進口相連的自動加焦機，所述焦炭進口位于所述頂部的中央。
所述煤氣發生爐頂部為橢圓型封頭，所述封頭上設有檢查口和探火孔接口。
所述煤氣發生爐的底盤外掛兩個帶雙鐘罩閥、可隔離密封的灰箱，對稱布置；所述底盤上的氣化劑接口在所述爐底盤中與所述灰箱成90°布置。
所述封頭與檢查口和探火孔接口的連接為金屬墊密封的法蘭或直接焊接。
所述檢查口位于所述煤氣出口管的同心圓線上。
采用上述裝置實現純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的方法的一種技術方案是一種純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的方法，包括如下步驟1)使煤氣發生爐底部的灰渣層高度至少1200mm，并使焦炭層頂部至焦炭進口的空程高度為2m±0.5m；2)設定爐頂溫度小于800℃、爐底溫度小于200℃，焦炭根據生產負荷從爐頂通過與焦炭進口相連的焦炭分布器加入爐內，純氧從爐底氧氣進口不間斷定量入爐；3)在煤氣發生爐的內壁安裝高度2.6m～5.2m、承壓0.2MPa～1.6MPa的水夾套，水夾套上封頭與焦炭分布器底部的間距為200mm～600mm。
本發明的有益效果在于采用純氧、焦炭為原料連續制備一氧化碳的生產體系，使純氧焦炭制備一氧化碳的反應始終處在最佳溫度和負荷條件下可靠工作，根據相關物性參數，粗煤氣中的一氧化碳含量始終大于90％，CO2含量始終小于10％；一氧化碳精制系統的能耗降低了25％以上，焦炭資源的利用率93％～98％，節約裝置投資約30％。
本發明可用于焦炭、純氧、二氧化碳、水蒸氣為原料的連續煤氣制備場合，生產的煤氣中有效氣體組成占90％以上，焦炭的資源利用率≥93％，當一氧化碳凈化系統脫除的二氧化碳被充分回收利用的基礎上，焦炭資源利用率≥98％。
下面通過附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但本發明不僅限于實施例中所涉及的內容。
附圖是本發明純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
根據附圖，固定床煤氣發生爐內設高度為2.6m～5.2m、承壓0.2MPa～1.6MPa的可副產蒸汽的水夾套7，焦炭通過自動加焦機和焦炭分布器4入爐。自動加焦機選用帶雙焦閥或三焦閥的市售產品。自動加焦機底部的爐內焦炭分布器4下端與煤氣爐水夾套上封頭之間的水平間距為200mm～600mm，確保純氧焦炭生成一氧化碳的反應可靠進行。固定床煤氣發生爐頂部采用橢圓型封頭6，焦炭進口3設在封頭6頂部中央位置；在煤氣出口管1的同心圓線上設檢查口5備用；為了確保運行安全，爐頂橢圓型封頭與水夾套外側筒體采取垂直對接焊接；與焦炭進口3相連的焦炭分布器4，采用直筒式耐高溫鋼管，伸入爐內1200mm～1500mm，管壁垂直開10～15×150mm長條型口或φ12～20mm圓孔若干，其間隔為橫向50mm、豎向80mm，交錯布置。固定床煤氣發生爐頂的煤氣出口管1采用不銹鋼材質，在加煤機構、爐體上封頭現場安裝結束的基礎上用澆筑料(耐火溫度可達1700℃)進行整體筑爐；檢查口5和探火孔等接口與封頭6的連接采用金屬墊密封的法蘭或直接焊接。固定床煤氣發生爐的底盤采用整體鑄鐵結構或焊接成型，爐底盤外掛兩個帶雙鐘罩閥、可隔離密封的灰箱9，對稱布置，滿足不停爐出灰要求；氣化劑接口2在爐底盤中與灰箱成90°布置。固定床煤氣發生爐的爐箅8選用高破渣性能的產品。固定床煤氣發生爐的爐體由四根鋼柱支撐，爐體的牛腿設置在CO煤氣爐夾套的下部適當地方，以保證爐體的穩定性并便于維修。
在固定床煤氣發生爐內進行純氧焦炭連續制備一氧化碳操作過程中，只有上行制氣，不存在其它運行。制氣過程中，根據一氧化碳的需求進行相應的加減；同時根據純氧焦炭制備一氧化碳氣化反應的特點，該反應不能在煤氣爐底用熾熱的焦炭與氧氣直接進行，必須在爐內營造焦炭層的碳元素濃度梯度，使純氧焦炭生成一氧化碳的反應逐漸進行，使爐內灰渣層高度維持在1200mm以上，而炭層高度以控制爐內空程高度，即爐內焦炭炭層頂部至爐口的空程高度，在2m±0.5m為宜。
在固定床煤氣發生爐內的焦炭層與爐頂的空程間距為2.27m、主反應區與爐頂的空程間距為3.25m、爐頂溫度753℃、爐底溫度175℃，主反應區焦炭層溫度為1275℃、氣化壓力0.015MPa，水夾套工作壓力為1.0MPa的條件下，由爐頂焦炭進口3加入500kg/h的優質焦炭、由爐底氣化劑接口2不間斷地送入378Nm3/h的純氧和凈化系統回收的約60Nm3/h二氧化碳，進行純氧焦炭連續制備一氧化碳的煤氣化反應和二氧化碳與焦炭還原成一氧化碳的反應。
在上述條件下，生產得含一氧化碳93.2％、二氧化碳6.8％、氮氣0.2％、溫度720℃的高溫粗煤氣從煤氣爐的頂部出口管離開煤氣爐，通過除塵、余熱回收、脫硫、脫碳凈化等工序得到高純度的一氧化碳產品。
權利要求
1.一種純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，主要由爐頂設有煤氣出口管的固定床煤氣發生爐構成，其特征在于所述煤氣發生爐的內壁設有高度為2.6～5.2m、承壓0.2～1.6MPa的水夾套，頂部設有焦炭進口，內部設有與所述焦炭進口相連的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端與所述水夾套上封頭之間的水平間距為200mm～600mm；所述煤氣發生爐內灰渣層高度至少1200mm，焦炭層頂部至所述焦炭進口的空程高度為2m±0.5m。
2.根據權利要求1所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述焦炭分布器為直筒式耐高溫鋼管，伸入所述煤氣發生爐內1200～1500mm；管壁垂直開若干10～15×150mm長條型口或若干ф12～20mm的圓孔，間隔距離為橫向50mm、豎向80mm，交錯排列。
3.根據權利要求1所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述煤氣發生爐的頂部外設有與所述焦炭進口相連的自動加焦機，所述焦炭進口位于所述頂部的中央。
4.根據權利要求1或3所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述煤氣發生爐頂部為橢圓型封頭，所述封頭上設有檢查口和探火孔接口。
5.根據權利要求1所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述煤氣發生爐的底盤外掛兩個帶雙鐘罩閥、可隔離密封的灰箱，對稱布置；所述底盤上的氣化劑接口在所述爐底盤中與所述灰箱成90°布置。
6.根據權利要求4所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述封頭與檢查口和探火孔接口的連接為金屬墊密封的法蘭或直接焊接。
7.根據權利要求4所述純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置，其特征在于所述檢查口位于所述煤氣出口管的同心圓線上。
8.一種利用權利要求1所述裝置制備一氧化碳的方法，包括如下步驟1)使煤氣發生爐底部的灰渣層高度至少1200mm，并使焦炭層頂部至焦炭進口的空程高度為2m±0.5m；2)設定爐頂溫度小于800℃、爐底溫度小于200℃，焦炭根據生產負荷從爐頂通過與焦炭進口相連的焦炭分布器加入爐內，純氧從爐底氧氣進口不間斷定量入爐；3)在煤氣發生爐的內壁安裝高度2.6m～5.2m、承壓0.2MPa～1.6MPa的水夾套，水夾套上封頭與焦炭分布器底部的間距為200mm～600mm。
全文摘要
本發明公開一種純氧焦炭連續氣化制備一氧化碳的裝置及其方法。該裝置主要由爐頂設有煤氣出口管的固定床煤氣發生爐構成，所述煤氣發生爐的內壁設有高度為2.6～5.2m、承壓0.2～1.6MPa的水夾套，頂部設有焦炭進口，內部設有與所述焦炭進口相連的焦炭分布器；所述焦炭分布器下端與所述水夾套上封頭之間的水平間距為200mm～600mm；所述煤氣發生爐內灰渣層高度至少1200mm，焦炭層頂部至所述焦炭進口的空程高度為2m±0.5m。本發明解決了現有技術中制備一氧化碳的成本高、設備龐大、單位產品的生產能耗較高的問題。
文檔編號C10J3/16GK1908126SQ20061003034
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月24日 優先權日2006年8月24日
發明者孫建民, 於子方 申請人:於子方, 孫建民