一種煤氣化的方法及裝置的製作方法

2023-05-25 02:47:31 1

專利名稱：一種煤氣化的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤氣化的方法及裝置，特別是一種利用煤粉、焦粉或其它粉狀(≤10mm)有機物制合成氣的方法及裝置。
背景技術：
目前，生產用於合成醇醚含氧化合物合成氣的氣化爐或氣化工藝有常壓水煤氣發生爐，二段式水煤氣發生爐，溫克勒Winkler流化床氣化和K-T氣流床氣化等。
常壓水煤氣發生爐主要以無煙塊煤或焦炭為原料，間歇製造水煤氣，其生產成本高，生產效率低，機械設備複雜、易磨損、投資大。
兩段式水煤氣發生爐是在現有水煤氣發生爐上增設乾餾段的改進型氣化爐。原料煤在乾餾段進行低溫乾餾，生成的半焦落入氣化段，再用空氣、水蒸氣交替間歇製取水煤氣。這種爐型可利用不粘結或弱粘結性的煙煤或熱穩定性好的褐煤，但仍以20mm～40mm或30mm～60mm的中塊煤為宜，當粉煤量超過10％時氣化強度將明顯受到影響且操作困難。
Winkler氣化爐採用流化氣化技術，能充分利用粉煤(≤10mm)。單爐生產能力高。但其出爐煤氣溫度幾乎與爐床溫度一致，故帶走熱量較多，熱效率較低，氣化爐設備龐大，容積氣化效率比氣流床氣化效率低得多。
中國專利CN1400289A公開了一種粉煤流化床氣化方法及氣化爐。該發明以粉煤為原料，以空氣—水蒸氣為氣化劑，在單爐流化態下進行煤氣化。該發明的目的在於解決流化態下煤氣中攜帶的飛灰、焦粒和排出灰渣中碳含量高的問題，其產品氣中，N2含量高，用於合成含氧化合物醇醚的原料氣時，循環氣量大，耗電多，成本高。
氣流床氣化的典型爐型有K-T爐和Texaco氣化爐。K-T氣化爐結構簡單，維護方便，單爐生產能力大，煤種適應性廣，操作方便，碳轉化率較流化床類氣化爐的高。Texaco是以水煤槳為進料的氣流床氣化工藝。同K-T爐類似，Texaco爐中無結構件，簡單易修，單爐生產能力大，煤種適應性強。產品氣中甲烷及烴類含量低，是優質的合成氣。氣流床的主要缺點是為制煤粉需龐大的制粉設備，耗電高；為將煤氣中含塵量降至0.1mg/m3以下，需有高效除塵設備；在制煤粉過程中，為防止粉塵汙染環境，也需設置高效除塵裝置，故操作能耗大，建廠投資高。另外，噴咀壽命短及耐火材料嚴格也是其缺陷所在。
加壓氣化技術是為了提高煤氣熱值和氣化效率而開發的工藝。典型代表有魯奇加壓氣化爐。加壓氣化過程使煤氣中的CH4含量增加，進一步使合成醇醚過程的循環氣增加，耗電多成本高。另一方面加壓運行使投資和操作費用增加。
用氧(富氧空氣)—水蒸氣為氣化劑，可克服常壓水煤氣發生爐的許多缺陷。KRW循環流化床氣化法和Texaco等氣流床氣化等工藝也採用氧—水蒸氣為氣化劑，但在這些工藝中煤料不分級轉化，所以，氧和蒸汽的消耗量大，成本高。
包括申請人在內的對煤—水蒸氣氣化大量的研究結果表明，煤中的碳在水蒸氣氣化反應中可分為易氣化和難氣化的兩部分，易氣化的部分(約碳含量的80％)在較短的時間內可以迅速氣化，而剩餘的約20％的難氣化部分的碳需較長的時間才能完成。基於這一發現，人們開始採用分級轉化技術。如美國CRE的頂置循環(Topping cycle)工藝，採用氣化和燃燒雙反應爐對煤進行分級轉化。在該工藝中，冷煤首先進入氣化爐在空氣—水蒸氣作用下氣化，沒有氣化的煤料進入燃燒爐燃燒。該工藝中煤料不循環。頂置循環工藝的目的是分級轉化聯合循環發電。
分析表明，絕大多數現有技術都是單爐進行，即加熱、燃燒和氣化反應都在同一爐中進行。目前還沒有以粉煤為原料，使煤加熱、燃燒和氣化分別處理的氣化工藝。

發明內容
針對國內外煤氣化技術採用空氣水蒸氣為氣化劑時難以利用粉煤，而利用氧(富氧空氣)—水蒸氣為氣化劑時氧和水蒸氣消耗量大的問題，根據煤分級轉化的理論，本發明的目的在於開發一種能充分利用粉煤，並最低量地消耗氧—水蒸氣氣化劑，環境友好地生產優質用於合成醇醚等化合物合成氣的一種煤氣化方法及裝置。
本發明為了實現上述目的，採用一種煤氣化的方法，該方法是煤料首先進入給料加熱器中，在推動機械的作用下，被推入間接加熱段，然後直接加熱到800℃以上，通過煤料出口和高溫煤料通道進入氣化反應器，在氣化反應器中，熾熱的煤料和氧燃燒釋放熱能和過熱水蒸氣進行氣化反應，氣化反應產生的煤氣通過煤氣出口輸出，未氣化反應的煤焦通過氣化反應器下部的煤焦通道進入流化床燃燒提升爐，在流化床燃燒提升爐中未氣化反應的煤焦部分燃燒，部分煤焦隨燃燒氣流返回給料加熱器重新進入氣化反應器循環氣化，在燃燒提升爐中燃燒煤焦產生的高溫廢氣通過高溫廢氣提升通道輸入給料加熱器，與新輸入的煤料逆流換熱，然後從廢氣出口排出，燃燒提升爐產生的灰渣從底部的排灰系統排出。其中所述的煤料被推入間接加熱段時(1)當煤料為低揮發分煤或無煙煤時，關閉荒煤氣出口，產生的荒煤氣在間接加熱段和直接加熱交界區和高溫廢氣混合，進入間接加熱段火道，在間接加熱段火道和二次空氣混合併燃燒，燃燒廢氣從廢氣出口排出；(2)當煤料為弱粘結性高揮發分煤料時，開啟荒煤氣出口，產生的荒煤氣通過荒煤氣出口排出，進入淨化工段。
本發明為了實現其上述目的，採用一種實現煤氣化方法的裝置，該裝置包括(1)一個給料加熱器，在該給料加熱器的一端設有煤料推動機械，另一端設有與燃燒提升爐相連通的高溫廢氣提升通道，底部設有與氣化反應器上的高溫煤料通道相連通的煤料出口；(2)一個氣化反應器，在該氣化反應器的一側設有高溫煤料通道，並與其上部的給料加熱器上底部的煤料出口相連通；下部設有煤焦通道，並與其一側的燃燒提升爐相連通；頂部設有煤氣出口，底端設有氣化劑入口和循環氣入口；(3)一個燃燒提升爐，在該燃燒提升爐的頂端設有高溫廢氣提升通道，並與給料加熱器的一端相連通；下部一側與氣化反應器的煤焦通道相連通；在下部設有空氣進口，底部設有排灰系統。其中所述的氣化劑是氧—水蒸氣或富氧空氣—水蒸汽或空氣—水蒸氣；所述的推動機械是單螺旋杆推動機或雙螺旋杆推動機或液壓推動機械；所述的給料加熱器的一端上部依次設有煤料進口、廢氣出口和荒煤氣出口；內部設有間接加熱段、直接加熱段和有間接加熱段火道；底部設有二次風口；另一端下部設有煤料出口，並通過高溫煤料通道和給料加熱器相連通；端部和燃燒提升爐的高溫廢氣提升通道相連通；所述的氣化反應器的頂部設有煤氣出口、底部設有氣化劑入口；下部設有煤焦通道，並和燃燒提升爐相連通；其一側設有高溫煤料通道並和給料加熱器上的煤料出口相連通；所述的燃燒提升爐的頂部設有高溫廢氣提升通道，並和給料加熱器的端部相連通；一側和氣化反應器的煤焦通道相連通；下部設有空氣進口，底部設有排灰系統。
本發明採用上述煤氣化的方法及裝置的創新之處與積極效果是(1)和必須使用無煙塊煤或焦炭為原料的常壓水煤氣發生爐相比，本工藝以粉煤或粉焦為原料，這不僅大大降低了成本，還為粉煤利用開闢了新途徑。(2)常壓水煤氣發生爐在吹風升溫等階段，部分細小煤粒及少量的乾餾或氣化有機物混入廢氣，如果要淨化這些混入物，必然會增加設備和操作費用，而無控制排放又會引起嚴重的環境汙染。本發明在給料加熱器設計有間接加熱段、間接加熱段火道、二次風口和荒煤氣出口等結構。低揮發分煤或無煙煤料在間接加熱段析出的有機物，隨高溫廢氣進入間接加熱段火道，與來自二次風口的空氣燃燒。這不僅把少量的乾餾氣轉化成了熱能而利用，更重要的是消除了其外排引起的汙染，保護了環境。(3)當採用高揮發分弱粘結性煤料時，產生的荒煤氣可通過打開的荒煤氣出口進入淨化回收工段，以全部回收。因此，本工藝對煤種的適應性強。(4)常壓水煤氣發生爐由於需要切換氣體，所以機械設備複雜，易磨損，投資大。而本發明工藝，無切換過程，結構簡單，維修方便，投資低。(5)常壓水煤氣發生爐，升溫過程不造氣，生產效率低。本發明工藝氣化、燃燒、加熱連續分級進行，生產效率高。(6)和用氧—水蒸氣混合物為氣化劑的連續制水煤氣的工藝如流化床氣化Winkler、KRW以及氣流床氣化工藝K-T爐、德士古相比，儘管這些工藝都需氧(富氧空氣)—水蒸氣為氣化劑，但本發明工藝僅氣化煤中易氣化的部分，而難氣化的部分在燃燒提升爐被燃燒(用空氣)，所以其耗氧—水蒸氣的量低。(7)本發明工藝中，燃燒提升爐產生的高溫煙氣在給料加熱爐和煤料逆流換熱，煙氣排出溫度低，熱效率高。(8)在燃燒提升爐未燃燒盡而又升溫的煤焦，被高溫氣攜帶進入氣化反應器，這種煤焦即是氣化原料又是熱載體，進行固體循環轉化。(9)和發生爐煤氣相比，煤氣熱值高。
可以看出，本發明的特點在於①煤料氣化過程的三大步驟加熱、氣化和燃燒分別在給料加熱器、氣化反應器和燃燒提升爐中進行，消除了升溫過程中煙塵和乾餾揮發分的汙染；②過程連續進行，可實現高度機械化和無人操作；③煤料分級循環連續氣化，大大提高了生產效率；④以粉煤為原料，不僅降低了成本，而且充分利用了粉煤資源；⑤產品煤氣以CO和H2為主，是優質的制醇醚等含氧化合物的優質原料；⑥煤氣熱值較高。


圖1是煤氣化的方法的工藝流程和裝置結構示意圖其中 進煤口1推動機械2廢氣出口3給料加熱器4間接加熱段5 間接加熱段火道6 直接加熱段7 二次風口8煤料出口9氣化反應器10 煤氣出口11高溫煤料通道12 煤焦通道13氣化劑入口14燃燒提升爐15空氣進口16排灰系統17高溫廢氣提升通道18 荒煤氣出口19循環氣入口20
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
實施例1低揮發分或無煙粉煤料從煤料進口(1)進入給料加熱器(4)，煤料在螺旋給料器(2)的推動下進入間接加熱段(5)，來自間接加熱段火道(6)的熱能使煤料脫水乾燥和析出荒煤氣。產生的這些氣體和煤料同時向前移動，當煤料進入給料加熱器(4)的直接加熱段(7)時，析出的氣體轉向隨來自燃燒提升爐(18)的高溫廢氣進入間接加熱段火道(6)，在間接加熱段火道內，荒煤氣中的可燃物與來自二次風口(8)的空氣混合燃燒。廢氣從廢氣出口(3)排入淨化和回收熱能系統，最後從煙囪排出。煤料進入直接加熱段(7)後繼續升溫，升溫後的熾熱煤料通過煤料出口(9)和高溫煤料通道(12)進入氣化反應器(10)。高溫煤料在氣化反應器(10)與來自反應器底部氣化劑入口(14)的氧燃燒釋放熱能和過熱蒸汽進行水蒸氣氣化反應。產生的煤氣從煤氣出口(11)通過旋風分離裝置(兩級)進入淨化工段(固體顆粒物和煤焦通道中的煤焦混合進入燃燒提升爐)，最後進入煤氣貯罐。反應器底部的煤焦通過煤焦通道(13)進入燃燒提升爐(15)。空氣從燃燒提升爐(15)下部的空氣進口(16)進入燃燒提升爐，煤焦在燃燒提升爐(15)內進行流化燃燒。高溫廢氣通過高溫廢氣提升通道(18)進入給料加熱器(4)的直接加熱段(7)與輸入的煤料逆流換熱，依次和來自間接加熱段的乾餾煤氣混合進入間接加熱段火道(6)，如前所述，在間接加熱段火道(6)和來自二次風口(8)的空氣混合併進行二次燃燒。通過二次燃燒最後從氣體出口(3)排出。隨高溫廢氣從高溫廢氣提升通道(18)進入給料加熱器(4)的顆粒物，通過煤料出口(9)和高溫煤料通道(12)又進入氣化反應器(10)，這樣形成了煤料的固體循環氣化。燃燒提升爐(15)中產生的灰渣從排灰系統(17)排出。
實施例2高揮發分弱粘結性煤料從煤料進口(1)進入給料加熱器(4)，煤料在雙螺旋給料器(2)的推動下首先進入間接加熱段(5)。來自間接加熱段火道(6)的熱能使煤料脫水乾燥和析出荒煤氣。產生的這些氣體從打開的荒煤氣出口進入淨化回收工段。當煤料進入給料加熱器(4)的直接加熱段(7)時它與來自燃燒提升爐(18)的高溫廢氣直接換熱升溫，熾熱的煤料通過煤料出口(9)、高溫煤料通道(12)進入氣化反應器(10)。高溫廢氣在直接加熱段(7)和間接加熱段(5)的交界區進入間接加熱段火道(6)。然後，從廢氣出口(3)排出，通過淨化和回收熱能，最後從煙囪排出。其餘過程和實施例1的類同。
權利要求
1.一種煤氣化的方法，其特徵是煤料首先進入給料加熱器中，在推動機械的作用下被推入間接加熱段，然後直接加熱到800℃以上，通過煤料出口和高溫煤料通道進入氣化反應器，在氣化反應器中，熾熱的煤料與氣化劑進行氣化反應，反應產生的煤氣通過煤氣出口輸出，未氣化反應的煤料通過氣化反應器下部的煤焦通道進入流化床燃燒提升爐，在流化床燃燒提升爐中未氣化反應的煤焦部分燃燒，部分煤焦隨燃燒氣流返回給料加熱器重新進入氣化反應器循環氣化，在燃燒提升爐中燃燒煤焦產生的高溫廢氣通過高溫廢氣提升通道輸入給料加熱器，與新輸入的煤料逆流換熱，然後從廢氣出口排出，燃燒提升爐產生的灰渣從底部的排灰系統排出。
2.權利要求1所述的煤氣化的方法，其特徵是該方法所述的煤料被推入間接加熱段時a.當煤料為低揮發分煤或無煙煤時，關閉荒煤氣出口，產生的荒煤氣在間接加熱段和直接加熱交界區和高溫廢氣混合，進入間接加熱段火道，在間接加熱段火道和二次空氣混合併燃燒，燃燒廢氣從廢氣出口排出。b.當煤料為弱粘結性高揮發分煤料時，開啟荒煤氣出口，產生的荒煤氣通過荒煤氣出口排出，進入淨化工段。
3.權利要求1所述的煤氣化的方法，其特徵是該方法所述的氣化劑是氧—水蒸氣或富氧空氣—水蒸汽或空氣—水蒸氣。
4.一種用於實現權利要求1所述方法的裝置，其特徵在於該裝置包括a.一個給料加熱器(4)，在該給料加熱器(4)的一端設有煤料推動機械(2)，另一端設有與燃燒提升爐(15)相連通的高溫廢氣提升通道(18)，底部設有與氣化反應器(10)上的高溫煤料通道(12)相連通的煤料出口(9)。b.一個氣化反應器(10)，在該氣化反應器(10)的一側設有高溫煤料通道(12)，並與其上部的給料加熱器(4)底部的煤料出口(9)相連通；下部設有煤焦通道(13)，並與其一側的燃燒提升爐(15)相連通；頂部設有煤氣出口(11)，底端設有氣化劑入口(14)和循環氣入口(20)。c.一個燃燒提升爐(15)，在該燃燒提升爐(15)的頂端設有高溫廢氣提升通道(18)，並與給料加熱器(4)的一端相連通；下部一側與氣化反應器(10)的煤焦通道(13)相連通；下部設有空氣進口(16)，底部設有排灰系統(17)。
5.權利要求4所述的裝置，其特徵在於該裝置所述的煤料推動機械(2)是單螺旋杆推動機或雙螺旋杆推動機或液壓推動機械。
6.權利要求4所述的裝置，其特徵在於該裝置所述的給料加熱器(4)的一端上部依次設有煤料進口(1)、廢氣出口(3)和荒煤氣出口(19)；內部設有間接加熱段(5)、直接加熱段(7)和間接加熱段火道(6)；在該端的底部設有二次風口(8)；另一端下部設有煤料出口(9)，並通過高溫煤料通道(12)和氣化反應器(10)相連通；該端部和燃燒提升爐(15)的高溫廢氣提升通道(18)相連通。
7.權利要求4所述的裝置，其特徵在於該裝置所述的氣化反應器(10)的頂部設有煤氣出口(11)；底部設有氣化劑入口(14)和循環氣入口(20)；下部設有煤焦通道(13)，並和燃燒提升爐(15)相連通；其一側設有高溫煤料通道(12)並和給料加熱器(4)上的煤料出口(9)相連通。
8.權利要求4所述的裝置，其特徵在於該裝置所述的燃燒提升爐(15)的頂部設有高溫廢氣提升通道(18)，並和給料加熱器(4)的端部相連通；一側設有煤焦通道(13)，並和氣化反應器(10)相連通；下部設有空氣進口(16)，底部設有排灰系統(17)。
全文摘要
本發明公開了一種煤氣化的方法及裝置。該方法由給料加熱器、氣化反應器和流化床燃燒提升爐等操作單元組成。通過這些操作單元的有機組合使原料煤的乾餾升溫過程在給料加熱器中進行；煤料中易水蒸氣氣化的部分在氣化反應器中被氣化，難以氣化的剩餘煤焦進入燃燒提升爐中，其中的一部分被燃燒，而另一部分被加熱後輸入氣化反應器中再氣化。這一工藝使煤合理分級循環轉化，獲得高質量的合成氣。該工藝結構合理，氣化效率高，對環境友好。
文檔編號C10J3/20GK1451719SQ0311238
公開日2003年10月29日 申請日期2003年5月6日 優先權日2003年5月6日
發明者謝克昌, 張永發, 房靖華, 葉俊嶺, 李香蘭, 靳英, 戎文華, 米傑, 趙彥生, 楊巨生, 李凡 申請人:太原理工大學