大型CO发生炉的设计与应用

大型CO发生炉的设计与应用二氧化碳CO2能溶于水并与水反应生成碳酸，易与碱性氧化物反应生成相应的碳酸盐，与碱反应生成相应的碳酸盐和水，可被某些强还原剂还原，如与赤热的碳作用还原成CO，CO2与活泼金属作用被还原成碳。CO发生妒的设计思想与常压固定床间歇式水煤气发生炉不同．由于CO发生炉只需要CO而不要H：，所以我们考虑用CO：来代替永蒸汽；又因原料气中要求CO的纯度很高，所以我们选用了纯0：面不是空气来作气化荆。故本次开发设计的CO发生炉，是以焦炭为原料。纯0和CO：为气化荆进行常压固定床连续气化、固态排渣，最终生产出富窘CO原料气的一种新型炉型。气化荆与炭在CO发生炉内主要发生如下反应：C+O2—C02+394．4kJ／mol2C+02—2co+225．9kJ／mol2C0+02—2C02+571．1kJ／molC+2CO一2CO--l68．5kJ／mol其主要工艺过程为：将储槽内的焦炭通过往复式给料机和自动加焦机从发生炉顶部定时加入到炉内。o2和CO则按一定的配比经混合罐充分混合后从发生炉底部经炉篦布气孔均匀分配，在高温下与炉内炽热的炭发生反应生成CO和O0。其中，0：和CO：的配比是一个非常关键的数据，一方面它能有效控制炉内的温度，避免因炉内温度过高而出现融渣和炉篦烧坏，另一方面配比是否合适也直接影响到气体质量的好坏。炉内氧化层温度一般控制在11(10℃左右，顶部粗煤气出口温度大约为600—700℃，CO台量为65一．70％。粗煤气经管道水喷淋、双竖管和洗涤塔洗涤冷却后，进入湿式气柜，从气柜出来的煤气经过电除尘进入往复式CO压缩机将气体压缩后去净化工段。在净化工段粗煤气经脱碳、脱氧、脱硫以及变压吸附脱水后，CO提纯到94％左右送去合成甲酸。在上述过程中，共采用两台发生炉，一开一一备。发生炉主要设计参数：炉体内径：Ø1980mm水夹套受热面积：10．54平方发生炉产气量：1500立方／h燃料消耗量：750千克／h煤气出口温度：700℃灰盘转速：0—1转／h2CO发生妒的结构特点CO发生炉包括自动加焦装置、炉体、炉篦、炉底传动装置以及排灰装置五部分(见图1)。自动加焦装置为}葭压控制，双道阀密封。为了防止炉内煤气泄诵和意外事故的发生，我们在加焦筒上设置了惰性气体置换口，以便对残余煤气随时进行置换和放空。同时考虑到操作和检修的方便，该装置还设置了检修人孔。从发生炉的反应机理来看，适当增加燃料与气化荆的反应时闯和气化荆在炉内的停留时间，有利于CO气体气量的增大和纯度的提高。所以，我们将炉膛高度尽量增加并将煤气出口设置在炉体的顶部。炉顶采用水夹套冷却并设有检修人孔，人孔上设有视镜以便对炉内加焦情况进行观察。为了防止炉体高温过热烧损，炉衬采用了全水夹套+耐火衬里结构。夹套内为化学软水强制循环，无蒸汽产生。为了准确地测定炉温，保证试车和生产的正常进行。我们分别在灰渣层、氧化层和还原层设置了耐高温温度计。在炉体下部沿圆周方向我们还均匀设置了几个气化剂喷嘴，以便在试车中能与炉篦配合使用，从而摸索出一套适合今后生产的最佳操作数据。考虑到高温易损，在设计气化荆喷嘴时，除了采用较特殊的结构和材料外，在其内部我们还增加了循环冷却水系统。另外，为了满足破渣的需要，在炉体下部我们设有破渣圈。作为炉子的心脏”，炉篦的设计成为整个发生炉设计的关键。针对其特殊工况。我们在如何均匀分布气化荆、增大通风面积、减小系统阻力、增强破渣排渣能力等几方面都进行了认真的考虑。该炉篦共分三层，双层布气，总高约l米，下部设三把刮刀，材料为耐热铸钢。为了增强其耐磨性能，一、二、三层均铸有数量不等的耐磨筋条。在试车和生产时，气化剂分布孔可根据实际情况进行现场堵孔，以调节其孔腺气流速度。同时，我们将炉篦做成可拆结构，使得炉篦各层之闻的间距也可根据实际情况进行适当调整。炉底主要包括灰仓、灰盘及底盘外壳。炉底传动方式与常压水煤气炉相似。灰盘与底盘外壳之间的传动采用滚动轴承，并设有两道迷宫密封，使得粉尘颗粒无法进入底盘密封腔内。另外，为防止炉底煤气向外泄漏，在底部还设有惰性气体气封管。为了防止空气进入造成气体成分的变化，排灰装置采用了两道阀门交叉操作，惰性气体密封的方式。排灰时间定为一个班一次。所有阀均采用气动控制，为增加其开关的灵活性，阀与轴为球连接。考虑到高纯度的∞将给人体带来的危害．我们将整个发生炉装置设在室外．而且现场都配备有∞监测和报警系统。3c0发生炉的试车情况济南某石化厂于1998年2月～3月进行试车，其主要目的是检验造气工段和净化工段的设备特别是∞发生炉能否正常运行，为甲酸合成作准备。试车结果表明．∞发生炉的各项参数均达到了预定指标．其中：发生炉产气量：～2000立方／h灰中含炭量：5～10％煤气成分：一氧化碳：65～73％co225—30％020．2一O．4％N2及其它一5％4小结从开发设计，到试车投产，历经数载，我国第一台自行设计、自行制造的CO发生炉终于。使我国甲酸甲酯水解法制甲酸技术达到一个新的水平，为我国今后羰基合成事业的发展闯出了一条新路。