一种ＣＯ↓［２］还原制ＣＯ气化新工艺。本发明专利技术属燃料化工领域焦（煤）气化新工艺，其特点是以碎焦（煤）为原料，以氧气（或空气）为氧化剂，采用自热式固定床气化炉，再连续（或间歇）通入ＣＯ↓［２］气，严格控制碳氧比（ＣＯ↓［２］／Ｏ↓［２］）和气化操作温度，在高温、常压下使ＣＯ↓［２］与碳反应还原成ＣＯ，制取６０～９５％粗ＣＯ气，经净化处理后ＣＯ浓度可达９５～９９．９９％，可用作甲酸、甲酸胺、甲酸甲酯及醋酸羰基合成原料气。依生产规模和原料来源不同可分别选用连续气化或间歇气化工艺。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
CO2还原制CO气化工艺本专利技术属于燃料化工领域焦(煤)气化新工艺。CO2是碳或碳化物氧化的最终产物。随着现代化工业的发展，CO2的排放量越来大，因而如何回收利用CO2废气，已成为现代科学普遍重视的课题。一氧化碳(CO)是一种重要的基本有机合成原料，它与水、氨、甲醇等反应生成甲醇、甲酰胺、二甲基甲酰胺、甲酸甲酯和醋酸等有机化学品，反应式如下：CO+H2O=HCOOH 甲酸CO+NH3=HCONH2 甲酰胺CO+(CH3)2NH=HCON(CH3)2 二甲基甲酰胺CO+CH3OH=HCOOCH3 甲酸甲酯CO+CH3OH=CH3COOH 醋酸CH3COOH+(CH3)2NH=HCON(CH3)2+CH3OH甲酸甲酯二甲胺 二甲基甲酰胺甲醇水是可取资源，氨和甲醇为大宗化工产品，对生产甲酸等有机化学品的原料有保障。但羰基合成要求有高纯度CO(＞90％)气源，其生产较困难些。国内有机合成厂大多采用负压反烧炉，通过制取空气煤气的方法，再由分离得高纯CO气。空气煤气中CO含量28～32％，气化炉负压约600～800pa，气化强度只有500～600m2/h.m2。由于工艺落后，炉况不稳，很难保障用气要求，制气成本也比较高。目前，国内有中小氨厂近九百家，大都产品单一(化肥)，经济效益不佳，部分具有CO2气源条件的厂家，可以利用一台煤气炉开发CO原料气源，与水、氨、甲醇等生产有机化学品，改善产品结构。国外大规模CO的生产是采用水煤浆气化制合成气，操作压力6.5MPa，经脱除酸性气(CO2,H2S等)后，再分离CO和H2，一部分用于制甲醇。该工艺气体组成见表(1)。净化后CO约为57％,H2约为42％，再采用深冷法分离CO或用PSA分离CO，为羰基合成提供纯CO气源。采用该工艺，工程投资大，技术复杂，不适宜于我国中小规模生产CO原料气的生产。-->表(1)水煤浆气化粗合成气组成 项目气类别 CO H2 CO2 H2S+COS CH4 N2 总粗煤气(％) 46.0 34.0 19 0.2 0.1 0.7 100脱酸气(％) 56.93 42.08 - - 0.12 0.87 100CO2还原成CO的反应又称布杜阿尔(Boudiuard)反应，其反应式表示如下：CO2+C=2CO-162.4Mj/kmol上述反应达到平衡时不同温度下的气体组成见表(2)。表(2)不同温度下CO2还原成CO的平衡组成温度℃ 450 650 700 750 800 850 900 9501000 CO2％ 97.8 60.2 41.3 24.1 12.4 5.9 2.9 1.2 0.9 CO％ 2.2 39.8 58.7 75.9 87.6 94.11 97.11 98.8 99.1在气化炉实际操作条件下，是CO2还原速度起控制作用，CO2还原反应远远偏离化学平衡，影响还原速度的是温度及焦(煤)质量等诸因素。图1示出了CO2还原成CO的速度与温度的关系。随着温度的增高，CO2还原成CO的速度加快，并且还原反应很快达到平衡。但在低温下(如在900℃)，既使反应时间在数十秒以上，还原反应还很难达到平衡。图2示出了在1100℃的条件下燃料性质对CO2还原成CO反应速度的影响。图中曲线1为木炭，曲线2为焦炭，曲线3为无烟煤。就反应活性而言，木炭＞焦炭＞无烟煤。CO2还原成CO的反应速度：木炭＞焦炭＞无烟煤。由此可以认为，欲制取高纯度CO必须使气化炉床层在高温下操作，-->和采用高活性的气化原料，以获得较高的CO2还原率 但受焦(煤)灰熔点的限制，气化温度又不能过高，必须在ST温度以下。一般而言，气化反应温度应≥1100℃。图3是本专利技术的模型试验装置。来自CO2钢瓶(1)的CO2气经减压并调节流量后进入稳压瓶(2)和缓冲瓶(3)，再经转子流量计(5)进入气化炉(7)。CO2在气化炉(7)与焦炭反应生成的粗CO气，经湿式流量计(9)计量，再采样分析。该装置气化炉采用外供热源，连续气化工艺。气化炉由电加热炉(8)连续供热。气化温度是通过变压器(11)调节电加热炉的功率来控制。变压器(11)外接220V交流电源，输出端接电压、电流表(10)，再与电加热炉相连。测温热电偶(6)插入料层高温区进行气化温度监测，由测温表(12)显示温度。气体分析采用气相色谱仪和奥氏仪相对照。在该装置上对冶金焦、土焦、铸造焦和石油焦等进行了气化试验。试验结果表明：利用焦炭还原CO2制取CO在技术上是可行的；影响CO2还原的主要因素是气化温度、气流速度及焦炭的物化性质等；CO2还原制CO的气化效果依次为：铸造焦＞冶金焦＞土焦＞石油焦。在模型试验的基础上，结合用户的需要，又开发了本专利技术的连续气化和间歇气化法两类示范装置。用户可以依据氧源、CO2气源，产品CO品质和和焦(煤)源的具体情况选择使用。其气化工艺为：1．连续气化法图4是本专利技术连续气化工艺流程图。该工艺是以纯氧(≥98％)+CO2气混合为气化剂。外来CO2气经换热器(6)的加热，再经文丘里(7)按比例混配氧气后，由气化炉(4)底流入，经旋流导板沿1O～30°(按原料焦煤的特性调节)的切线进入碳层，在氧化层氧气与碳进行氧化反应，使碳层升温蓄热，同时再加热CO2气体，还原层中CO2与碳进行布杜阿尔反应，生成之CO气由气化炉(4)出口经除尘(5)，进入换热器(6)与进入系统的CO2原料气换热。出换热器(6)的粗CO气再入洗涤塔(8)经进一步洗涤、除尘、冷却后送往煤气柜待加工。2．间歇气化法图5是本专利技术间歇气化工艺流程图。该工艺是以空气和CO2为气化剂，用于有CO2气源而无氧气源的场合。间歇气化是气化剂空气和CO2循环交替进入气化炉，整个制气过程分为：吹风(鼓空气)、CO2气吹净、CO2下吹制CO气、CO2上吹制CO气、CO2吹净五个阶段。各制气-->阶段时间百分比分配，以原料焦(煤)品质经试烧后提供优化操作依据。原料焦(煤)经斗式提升机(1)，计量喂料器(2)和加料器(3)，进入固定床气化炉(4)。先鼓入的空气到气化炉(4)，与碳反应使碳层升温蓄热，产生的吹风气经气化炉(4)的出口入旋风除尘器(5)除尘，再进入热交换器(9)与外来CO2进行换热，换热、降温后的吹风废气放空。如焦(煤)活性好，吹风气中CO含量≥5.0％，H2≥4.0％时(含吹净气)可以在换热器前增设燃烧炉，配加助燃空气，将可燃气化燃烧后，再进入热交换器(9)换热，保证排放气体有毒物质达到GB3095-82标准。化性能经试烧提供依据。先鼓入的空气到气化炉(4)，与碳反应使碳层升温蓄热，产生的吹风气经(4)出口入(5)除尘，再进入热交换器(9)的管程与外来CO2在换热，换热后的吹风废气放空。如焦(煤)变化，吹风气中CO含量≥5.0％,H2≥4.0％时(含吹净气)可以在换热器前增设燃烧炉，配加助燃空气，将可燃气体燃烧后，再进入热交换器换热，保证排放气体有毒物质达到GB3095-82标准。在吹风完成后即进入吹净阶段，用CO2气经气化炉(4)底本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＣＯ↓［２］还原制ＣＯ气化新工艺。其特征在于采用固定床气化炉，以碎焦或（无烟煤）为原料，以氧气＋ＣＯ↓［２］或空气＋ＣＯ↓［２］为气化剂，进行碳的气化反应，使ＣＯ↓［２］气还原为ＣＯ气，制取高浓度ＣＯ气，用作羰基合成的原料气源。本工艺依气化剂不同可分成连续气化和间歇气化两种。即：１．１连续气化法以氧气＋ＣＯ↓［２］为气化剂，进行连续上吹制气。根据碎焦（无烟煤）物化特性，确定ＣＯ↓［２］／Ｏ↓［２］的适宜配比，生成的粗ＣＯ气与入炉焦（煤）逆流换热，出炉气体温度约５０ ０～８５０℃，再经换热器预热入炉的ＣＯ↓［２］气体，使ＣＯ↓［２］还原率达５５～７０％，有效ＣＯ含量为７０～９０％，气化强度约１５００～２０００Ｎｍ↑［３］／ｍ↑［２］ｈ；如果采取液态排渣气化，ＣＯ↓［２］的还原率可达７０～９０％，出炉ＣＯ含量可达８０～９５％，气化强度可达２５００Ｎｍ↑［３］／ｍ↑［２］ｈ以上。１．２间歇气化法以空气＋ＣＯ↓［２］为气化剂，适用于无氧气来源的场合，整个制气化过程分吹风、吹净、下吹、上吹、再吹净五阶段。吹风（即空气）使碳层蓄热，吹ＣＯ↓ ［２］气进行吹净及上吹、下吹制ＣＯ气。依据碎焦（或无烟煤）物化特性，通过调节不同制气阶段的时间分配，进行优化控制，通过调节吹风强度来控制ＣＯ↓［２］（或空气）的配比和气化操作温度。本工艺合理布局为三开一备，进行吹风和制气余热回收。ＣＯ↓［２］还原率为４５～５３％；有效ＣＯ为６０～７０％；气化强度７００～１０００Ｎｍ↑［３］／ｍ↑［２］ｈ。...
【技术特征摘要】
1、一种CO2还原制CO气化新工艺。其特征在于采用固定床气化炉，以碎焦或(无烟煤)为原料，以氧气+CO2或空气+CO2为气化剂，进行碳的气化反应，使CO2气还原为CO气，制取高浓度CO气，用作羰基合成的原料气源。本工艺依气化剂不同可分成连续气化和间歇气化两种。即：1.1连续气化法以氧气+CO2为气化剂，进行连续上吹制气。根据碎焦(无烟煤)物化特性，确定CO2/O2的适宜配比，生成的粗CO气与入炉焦(煤)逆流换热，出炉气体温度约500～850℃，再经换热器预热入炉的CO2气体，使CO2还原率达55～70％，有效CO含量为70～90％，气化强度约1500～2000Nm3/m2h；如果采取液态排渣气化，CO2的还原率可达70～90％，出炉CO含量可达80～95％，气化强度可达2500Nm3/m2h以上。1.2间歇气化法以空气+CO2为气化剂，适用于无氧气来源的场合，整个制气化过程分吹风、吹净、下吹、上吹、再吹净五阶段。吹风(即空气)使碳层蓄热，吹CO2气进行吹净及上吹、下吹制CO气。依据碎焦(或无烟煤)物化特性，通过调节不同制气阶段的时间分配，进行优化控制，通过调节吹风强度来控制CO2(或空气)的配比和气化操作温度。本工艺合理布局为三开一备，进行吹风和制气余热回收。CO2还原率为45～53％；有效CO为60～70％；气化强度700～1000Nm3/m2h。2、权力要求(1.1)中连续气化...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏恩福，
申请(专利权)人：西北化工研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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