[发明专利]固定层煤气发生炉三阶段制气工艺

说明书

本发明与由固态含炭物料生产水煤气和半水煤气有关，尤其与固定层煤气炉气化固体燃料的工艺有关。

传统的间歇法制造半水煤气或水煤气的过程，首先使空气通过燃料层，碳与氧发生放热反应以提高温度。随后使蒸气和空气混合通过燃料层，碳与蒸气和氧发生吸热和放热的混合反应生成水煤气或半水煤气。如此间歇交替进行生产。间歇法制气的工艺循环包括五个阶段。

首先是吹风阶段。吹风的目的，是通过碳与氧的化学反应，放出大量的反应热，贮存于燃料层中，为制气阶段的碳与蒸气的吸热反应提供热量。

为了充分利用吹风气中有效成分的反应热，可在吹风气通过燃烧室的过程中，向燃烧室送入适量的空气，使一氧化炭与氧发生化学反应放出反应热，并被耐火砖吸收贮存起来，在下吹制气时，用来预热进入燃料层的气化剂，以提高制气的产量和质量。

吹风以后，是上吹制气阶段，蒸气和空气混合，自下而上地通过温度约1000-1200℃的燃料层，燃料中的碳，与蒸气和氧混合反应，生成半水煤气。制气阶段通过燃料层的加氮空气，主要目的不是给蒸气还原提供热量，而是调节达到合成氨原料气的配氮目的，故称为“加氮空气”。

上吹制气以后，燃料层的温度已经下降，按照工艺过程，可以转入吹风以提高温度。但是，如果是以吹风和上吹制气的简单过程反复循环下去，蒸汽经常自下而上地通过燃料层，就会出现下层的温度逐步降低，使具备气化温度条件的气化层越来越稀薄，不仅燃料气化不够完全，而且使气化条件越来越差，以至于使燃料层熄灭。

为了避免上述现象发生，在上吹制气阶段之后，即为下吹制气阶段，蒸气和加氮空气改变进入燃料层的方向，自上而下通过燃料层生产半水煤气，以保持气化层的位置和温度稳定在一定的区域和范围内。

下吹制气以后，燃料层的温度已经大量下降，按照燃料气化的需要，转入吹风是迫切的。但是，由于吹风时空气是自下而上通过燃料层，下吹阶段之后煤气炉下部及其燃料层空间残留着遇氧就可燃易爆的半水煤气，如果此时吹风就会发生爆炸。因此，在下吹制气阶段之后，即为二次上吹阶段，蒸气和加氮空气再次改变方向，自下而上通过燃料层，用以既生产半水煤气，又能排净煤气炉下部残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安全条件。

在二次上吹后是空气吹净阶段，空气自下而上通过燃料层，将煤气炉上部空间，燃烧室，废热锅炉和上吹气管道空间里的半水煤气排除干净送主气柜贮存。

传统的五阶段制气工艺，控制阀门启闭频繁，阀门寿命不长，需经常维修更换，影响制气生产进程。传统的工艺流程中，吹风结束后马上为上吹制气阶段，不仅消耗气化层中的大量热量，还会造成气化层急剧上移，有效的气化层受到破坏。其后转入的下吹制气阶段结束后，爆气炉下部及其燃料层空间残留着半水煤气，为了安全，必须再经过二次上吹和空气吹净阶段，缩短了循环时间中的有效制气时间。由于在较短的时间内蒸汽和加氮空气通过燃料层的方向不断变换，使燃料的机械强度和热稳定性下降，使燃料层的阻力增大和分布不均，使燃料层难以在较少的吹风时间内达到理想的较高温度，难以获得较多数量和较高质量的煤气。

本发明的目的是降低发水炉中的阻力，使燃料层在较短的吹风时间内获得理想的制气温度;维持燃料层里气化层的稳定，增加有效的制气时间，在特定循环时间里获得数量较多的高质量煤气。可使用热稳定性差的固定燃料制气。减少操作程序，延长液压阀使用寿命，节约修理，购置费用。

本发明是这样实现的：

传统的煤气发生炉系统不变，如可以用自控机，煤气发生炉，旋风除尘器，联合过热器上，下行水加热器，洗气塔，气柜组成制气系统。使用的固体燃料为焦炭或白煤等无烟煤。三阶段制气工艺循环首先为吹风阶段，空气从下部通过燃料层，炭与氧发生放热反应，放出大量的反应热，贮存于燃料层中，为制气阶段的炭与蒸气吸热反应提供热量。此阶段主要生成二氧化碳，也同时生成较少的一氧化碳。吹风气从烟囱放空。第二个阶段为下吹制气阶段，蒸汽和空气自上而下通过炽热的燃料层（温度约1000-1200℃），燃料中的碳，与蒸汽和氧混合反应，生成半水煤气。下吹制气可减少热量流失，进一步稳定和增加汽化层的范围。最后为上吹制气阶段，蒸汽和氮空气自下而上地通过燃料层，蒸汽与碳继续反应。

碳与蒸汽的反应，主要是灼热的碳将氢从其氧化物（水）中还原出来。主要化学反应式为：