低壓煤氣化系統和煤氣製造方法

2023-12-05 23:47:16

專利名稱：低壓煤氣化系統和煤氣製造方法
技術領域：
本發明涉及工業燃氣製造領域，尤其是涉及一種低壓煤氣化系統和一種煤氣製造 方法。
背景技術：
目前，國內的工業燃氣主要適用於在陶瓷、玻璃、冶金、紡織印染、造紙及城市供氣 等領域的中小型能源用戶。傳統的燃氣主要來源為固定床兩段式煤氣化技術，它是在固定床間歇氣化的基礎 上進行改進的一種爐型，此技術具有建造成本低，結構簡單等優點。但該技術的用煤要求 高，只能用塊狀白煤或焦煤，煤種受限；而且該技術生成的合成氣中二氧化碳量較高，這就 要求合成氣必須先進氣櫃脫碳，然後經過羅茨風機加壓後才能進入下遊工序例如脫硫系統 等。另外，所述固定床兩段式煤氣化技術還具有炭轉化率低、汙染高等問題。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的 在於提出一種低壓煤氣化系統，所述低壓煤氣化系統的用煤要求低、合成氣產品成分中二 氧化碳量大大減少且可減少成本。本發明的另一個目的在於提出一種煤氣製造方法。為了實現上述目的，根據本發明一個方面的實施例的低壓煤氣化系統，包括煤漿 供應單元，用於製備將被處理的水煤漿；低壓水冷壁氣化爐，所述低壓水冷壁氣化爐燃燒從 所述煤漿供應單元供給的水煤漿以生成粗合成氣，所述低壓水冷壁氣化爐包括氣化室，用 於氣化從所述煤漿供應單元供給的水煤漿；以及激冷室，所述激冷室與所述氣化室相鄰設 置且位於所述氣化室之下，所述激冷室用於激冷所述氣化室產生的燃燒產物，並獲得粗合 成氣且排出黑水；合成氣洗滌單元，所述合成氣洗滌單元連接至所述激冷室，用於洗滌所述 激冷室產生的粗合成氣以生成合成氣，其中所述氣化室內部通過下降管與所述激冷室相連 通，且所述下降管的外壁上設置有上升管套，激冷水通入所述上升管套內且從所述上升管 套的上端噴淋冷卻所述燃燒產物。根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，由於採用低壓水冷壁氣化爐，本系統生成 的合成氣的氣體成分中二氧化碳量大大減少，例如在相同有效氣的情況下與傳統煤氣化系 統產生的合成氣中的二氧化碳量相比減少約10 %，這樣合成氣在進入下遊工序時可減少合 成氨裝置中用於脫碳的設備，從而大大降低了整個下遊工序的耗能，降低成本。另外，根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，由於低壓水冷壁氣化爐中上升管套 內通入激冷水且從下到上流動，與下降管換熱以降低下降管的溫度，從而保證下降管不至 於因高溫變形甚至燒壞，同時，噴入下降管內的激冷水可與管內的高溫合成氣進行充分換 熱，從而省掉了傳統製造合成氣中所使用的激冷環，極大地降低了設備的投資成本。進一步地，根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，煤種限制少例如可用煙煤、白煤等，進料粒度也無要求。而且採用水煤漿進料，相較於乾粉煤漿，進料更穩定以有利於整個
系統的穩定，且不需要進行乾燥煤粉中的水分以及煤粉輸送，成本降低。 另外，根據本發明的低壓煤氣化系統還具有如下附加技術特徵 在本發明的一個實施例中，所述低壓煤氣化系統進一步包括渣池，所述渣池連接
至所述激冷室，用於對低壓水冷壁氣化爐內產生的爐渣和黑水進行渣水分離以產生第一灰水。在本發明的另一個實施例中，所述低壓煤氣化系統進一步包括沉澱單元，所述沉 澱單元分別與所述合成氣洗滌單元的底部以及所述渣池流體連通，分別用於接收從所述渣 池中產生的第一灰水以進行沉澱分離出廢渣和第二灰水。在本發明的再一個實施例中，所述低壓煤氣化系統進一步包括水供給裝置，所述 水供給裝置用於向所述合成氣洗滌單元和/或者所述激冷室提供水，分別用於洗滌和/或 者冷卻。由此可形成廢水利用循環，從而減少水資源浪費且降低汙染。其中，所述水供給裝置接收沉澱單元所產生的第二灰水，所述第二灰水內的雜質 濃度小於所述第一灰水中的雜質濃度。在本發明的另外一個實施例中，所述低壓煤氣化系統進一步包括過濾機，所述過 濾機分別與所述沉降槽底部及入口連通，其中所述廢渣通過沉降槽底流泵送入到所述過濾 機中以進行過濾，所述過濾機過濾出的水再循環送入到沉降槽中進行攪拌沉降。這樣，不但 減少了原料的浪費，而且減少了對環境的汙染，對環境保護具有很大的意義。所述氣化爐內的壓力為常壓 1. 6MPa，氣化室內的溫度為1200 1600°C及激冷 室內的溫度為50 210°C。所述激冷水的溫度為20_80°C。在本發明的一個實施例中，所述低壓水冷壁氣化爐的爐體內側壁上設有水冷壁， 冷水自下而上地通入所述水冷壁內以冷卻所述低壓水冷壁氣化爐的壁溫。在本發明的一個示例中，所述水冷壁為盤繞在爐腔側壁上的半圓管，且所述半圓 管至少纏繞至所述激冷室側壁的一部分。在本發明的另一個示例中，水冷壁為沿爐體軸向延伸的半圓管，所述半圓管沿所 述爐體周向分布，且所述半圓管至少向下延伸到所述激冷室側壁的一部分。根據本發明實施例的低壓煤氣化系統中的低壓水冷壁氣化爐採用半圓管水冷壁 結構，與傳統的螺旋盤管相比，在熱力學性能上沒有根本性的差異，但耐壓性能更好，焊縫 更少，更安全。而且，在所述下降管未浸沒入冷卻水中進行水浴時，所述半圓管的纏繞長度 要一直延伸到至少所述激冷室側壁的一部分，以增強冷卻效果。在本發明的一個實施例中，所述激冷室和所述氣化室之間設置有隔板，且下降管 的上端連接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口處形成為水夾套結構，以冷卻氣化室中產 生的熔渣。其中，位於所述下降管的外壁上的上升管套的上端形成有朝向下降管內部的環縫 結構。這樣，由於上升管套的出水口採用環縫結構，該出水口堵塞的機率為零，並且如果灰 水中含有垢片，也會從環縫中直接噴出，而不會堵在其中，從而延長了上升管套與下降管的 使用壽命。在本發明的一個實施例中，所述低壓煤氣化系統進一步包括排渣單元，所述排渣單元用於控制低壓水冷壁氣化爐中所產生的爐渣的直接排放，包括與激冷室底部相連接 的排渣管；以及設置在所述排渣管上的至少兩道排渣管閥門。氣化爐內形成大塊渣時，例如 由於氣化爐內的爐溫波動或煤種更換等原因造成的，大塊渣將直接沉入激冷室的底部，需 定期從排渣管直接排除。而且採用至少兩道排渣管閥門的排渣形式，一方面可以使流程更 簡單，方便操作，另一方面，減少了傳統的氣化爐中需要的破渣機和鎖鬥系統，減少了氣化 框架的高度，投資更低。在本發明的另一個實施例中，所述下降管的下端插入到所述激冷室下部的液面之 下。根據本發明另一方面實施例的煤氣製造方法，包括以下步驟(1)將水煤漿和氧氣的混合物供給到低壓水冷壁氣化爐的氣化室中並進行燃燒反 應；(2)將步驟(1)中的燃燒產物沿著下降管輸入到位於所述低壓水冷壁氣化爐內且 在所述氣化室之下的激冷室內進行冷卻；(3)將步驟O)中冷卻後的合成氣體從所述激冷室輸出，其中通過所述下降管的 外壁上的上升管套內通入激冷水，且將所述激冷水從所述上升管套的上端噴淋冷卻所述燃 燒產物。在本發明的一個實施例中，所述激冷水的溫度為20_80°C。在本發明的一個實施例中，所述低壓水冷壁氣化爐的的爐體內側壁設有水冷壁， 以自下而上地向所述水冷壁內通入冷水以冷卻所述氣化爐的壁溫。在本發明的一個示例中，所述水冷壁為盤繞在爐腔側壁上的半圓管，且所述半圓 管至少纏繞至所述激冷室側壁的一部分。在本發明的另一個示例中，水冷壁為沿爐體軸向延伸的半圓管，所述半圓管沿所 述爐體周向分布，且所述半圓管至少向下延伸到所述激冷室側壁的一部分。在本發明的一個實施例中，所述激冷室和所述氣化室之間設置有隔板，且下降管 的上端連接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口處形成為水夾套結構，以冷卻氣化室中產 生的熔渣。其中，位於所述下降管的外壁上的上升管套的上端形成有朝向下降管內部的環縫 結構。在本發明的一個實施例中，所述煤氣製造方法進一步包括(4)排渣步驟，在所述排渣步驟中通過在激冷室底部設置的排渣單元向外部直接 排渣。其中所述排渣單元包括與激冷室底部相連接的排渣管；以及設置在所述排渣管 上的至少兩道排渣管閥門。在本發明的一個實施例中，所述下降管的下端插入到所述激冷室下部的液面之下。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發明實施例的低壓煤氣化系統採用的低壓水冷壁氣化爐的一個示 例的剖面示意圖，其中水冷壁為盤繞在爐腔側壁上的半圓管；圖2是圖1中圈示I部的放大圖；圖3是根據本發明實施例的低壓煤氣化系統採用的低壓水冷壁氣化爐的另一個 示例的示意圖，其中水冷壁為沿爐體軸向延伸的半圓管；以及圖4是根據本發明實施例的低壓煤氣化系統的工藝示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語「內側」、「外側」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「頂」、「底」 等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而 不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。下面首先參考圖1-圖3描述根據本發明實施例的低壓煤氣化系統中採用的低壓 水冷壁氣化爐。本領域內的技術人員可以理解的是，這裡所稱「低壓鍋爐」是指爐內壓力為 16kgf/cm2及其以下的鍋爐。如圖1所示，根據本發明實施例的一種低壓水冷壁氣化爐1，包括爐體100、隔板 200、下降管300和上升管套400。爐體100包括爐殼和設置在爐殼內的耐火材料內襯層160，從而在爐體100內限定 有爐腔110，爐殼例如為金屬爐殼，耐火材料內襯層160例如為碳化矽材料。在爐腔110的 側壁的上部設有水冷壁120，具體地說，水冷壁120設置在爐體上部的爐殼與耐火材料內襯 層之間，水或蒸汽在水冷壁120內流動以保證爐壁的溫度低於觀01，防止爐壁因過高溫度 而損壞。隔板200將爐腔110分隔為氣化室和激冷室。在本發明的一個實施例中，水冷壁120為盤繞在爐腔110的側壁上的半圓管，且半 圓管密封地連接至爐腔110側壁以供水或蒸汽流動，如圖1所示，以通入流體冷卻所述爐腔 側壁。也就是說，半圓管的半圓開口固定到(例如焊接到)所述爐腔側壁上。可選地，所述 半圓管至少纏繞至所述激冷室112側壁的一部分在本發明的另一個實施例中，水冷壁120為沿爐體100軸向延伸的半圓管，半圓管 沿爐體100周向分布且半圓管密封地連接至爐腔110側壁以供水或蒸汽流動，如圖2所示。 也就是說，半圓管的半圓開口固定到例如焊接到所述爐腔側壁上以通入流體冷卻所述爐腔 側壁。可選地，半圓管沿爐體100周向均勻且緊密地分布，以便對爐壁進行更好的保護。可 選地，所述半圓管至少向下延伸到所述激冷室側壁的一部分。在所述下降管300未浸沒入冷卻水中進行水浴時，所述半圓管的纏繞長度要一直 延伸到至少所述激冷室側壁的一部分，以增強冷卻效果。根據本發明實施例的低壓水冷壁氣化爐，採用半圓管水冷壁結構，與傳統的螺旋 盤管相比，在熱力學性能上沒有根本性的差異，但耐壓性能更好，焊縫更少，更安全。在爐體100的頂部形成有主進口 130，爐體的底部形成有排渣口 140。可選地，在主進口 130處設有主工藝燒嘴131，如圖1所示，用於通入各種反應原料例如水煤漿。可選 地，爐體100的側壁上部進一步形成多個二次氧氣噴嘴600，例如可為三個。外界氧氣的一 部分例如80% -100%通過主工藝燒嘴131進入爐腔，同時水煤漿從主工藝燒嘴131中進 入爐腔，氧氣的另外一部分通過二次氧氣噴嘴600進入氣化爐在1200-1600°C的高溫和常 壓 1. 6MPa壓力下進行複雜的氧化還原反應，生成以CO、H2、C02為主要成分的合成氣，且 水煤漿在高溫下熔融後產生灰渣。如圖1所示，爐體100包括第一主體101、頂殼102和底殼103。第一主體101為 豎直圓柱形。頂殼102封閉第一主體101的頂部且主進口 130形成在頂殼102上，其中，頂 殼102可形成為如圖1中所示的弧形，也可以形成為如圖2中所示的錐形。底殼103連接 在第一主體101的底部且其頂部形成為倒截錐形。在本發明的一個示例中，底殼103還進 一步包括連接部1031、第二主體1032和端蓋1033。連接部1031為倒截錐形，且第二主體 1032形成為直徑小於第一主體101直徑的豎直圓柱形，端蓋1033封閉第二主體1032的下 端且排渣口 140形成在端蓋1033的底部以用來排出爐體中反應後的殘渣。隔板200水平設在爐體100內，具體地，隔板200為與爐體直徑適配的圓盤形且大 致固定在第一主體101的沿軸向的中部。隔板200將爐腔110內分隔成用於氣體燃燒反應 的氣化室111和位於氣化室111之下的激冷室112。在隔板200上設有渣口 210，優選地， 渣口 210形成在隔板200的中央，且隔板200從其外周邊緣到渣口 210逐漸向上拱起，使渣 口處形成積渣，以渣抗渣，並且氣化室111內的1400-1600°C的燃燒合成氣及灰渣通過渣口 210進入激冷室112中降溫降壓，並排出爐體。在本發明的一個示例中，氣化室111內溫度 約為1500°C，激冷室112上部的溫度約為100°C。氣化室111與激冷室112之間的隔板的 作用主要是增加氣體返混，提高碳轉化率。在本發明的一個示例中，渣口 210中可為水夾套形式，內襯耐火材料例如碳化矽 材料。具體地，隔板200的周緣上形成有多個冷卻水進口 220例如為兩個，冷卻水從冷卻水 進口 220中進入隔板220到達渣口 210邊緣並循環流走，以使得渣的熱量由冷卻水循環帶 走。可選地，渣口 210採用耐磨金屬製作，並加裝防磨瓦，與傳統的耐火磚形成的渣口相比， 檢修方便，更換容易。在激冷室112的靠近隔板200的爐體100的側壁上形成有出氣口 150，在激冷室 112中降溫降壓後的粗合成氣從出氣口 150中排出爐體。在激冷室112的靠近爐底的爐體 的側壁上形成有黑水出口 170。下降管300設在隔板200下方且通過渣口 210與氣化室111連通，氣化室111中 的高溫的粗合成氣及水煤漿熔融後形成的灰渣共同通過渣口 210進入下降管300中。上升 管套400套設在下降管300外側，上升管套400的底部設有進水口 410且頂部設有出水口 420，出水口 420與下降管300內連通以向下降管300內通入激冷水。這樣，激冷水從進水口 410進入上升管套400並向上運動，並從出水口 420直噴出，由此，下降管300可通過與上升 管套400內的激冷水換熱以降低溫度，從而保證下降管不至於因高溫變形甚至燒壞，同時， 噴入下降管300內的激冷水與下降管300內的高溫的燃燒合成氣進行充分換熱。激冷水從 下降管300內與燃燒合成氣進行熱交換後在爐體中存積，可進一步使得溫度較高的下降管 300在激冷水中進行水浴，以降低溫度並減小損害。最後，高溫合成氣溫度被激冷到100°C 左右，然後生成的合成氣產品從出氣口 150中向外排出爐體，同時，激冷水和灰渣共同形成的黑水在爐體中存積可通過黑水出口 170調節液位，即液位超過黑水出口 170的部分將被 溢出到爐體外部。在本發明的一個實施例中，上升管套400的出水口 420為形成在上升管套400頂 部的、朝向下降管300內側開口的環形縫隙。這樣，由於上升管套的出水口採用環縫結構， 該出水口堵塞的機率為零，並且如果灰水中含有垢片，也會從環縫中直接噴出，而不會堵在 其中，從而延長了上升管套與下降管的使用壽命。可選地，上升管套400和下降管300均採 用304材料，造價大幅降低而且檢修方便。此外，由於省掉了傳統製造合成氣中所使用的激 冷環，極大地降低了設備的投資成本。由於激冷室112內的溫度被激冷水激冷到100°C以下，因此在本發明的一個示例 中，水冷壁120沿爐體100的軸向從上到下延伸至隔板200下方，即激冷室112的上部，由 此可全面保護位於氣化室111內的爐壁，以防止因高溫造成的變形甚至燒壞。在本發明的一個實施例中，低壓水冷壁氣化爐進一步包括排渣單元，排渣單元包 括排渣閥(圖未示)以及排渣管500。排渣閥設在爐腔110底部，具體地，設置在激冷室底 部。排渣管500連接至排渣口 140。由於根據本發明實施例的低壓水冷壁氣化爐的壓力較 低，可以不經洩壓而直接排放。因此，氣化爐內形成大塊渣時，例如由於氣化爐內的爐溫波 動或煤種更換等原因造成的，大塊渣將直接沉入激冷室的底部，需定期從排渣管直接排除。在本發明的另一個實施例中，排渣單元還進一步包括兩道排渣管閥門(圖未示)， 兩道排渣管閥門依次設在排渣管500上，有類似鎖鬥的作用，在需要排渣時將兩道排渣管 閥門同時打開便可直接排出。根據本發明實施例的低壓水冷壁氣化爐，採用至少兩道排渣管閥門的排渣形式， 一方面可以使流程更簡單，方便操作，另一方面，減少了傳統的氣化爐中需要的破渣機和鎖 鬥系統，成本更低。下面將參考圖1-圖3描述根據本發明實施例的低壓水冷壁氣化爐的工作過程。首先，水煤漿由高壓煤漿泵送入到爐體頂部的主進口 130並進入爐腔中，外界氧 氣的一部分例如80%-100%通過主工藝燒嘴131進入爐腔，另外一部分通過二次氧氣噴嘴 600進入爐腔內。煤漿、氧氣和水等在氣化室111內的1500°C的高溫及高壓條件下發生復 雜的氧化還原反應，生成以CO、H2、C02為主要成分的燃燒合成氣，煤漿在高溫下熔融後產 生灰渣。氣化室111中的高溫的燃燒合成氣及灰渣通過渣口 210進入下降管300中。同時， 激冷水從上升管套400的進水口 410進入上升管套400中並向上運動以與下降管300進行 熱交換使的下降管300降溫，然後從出水口 420直噴出，進入到下降管300內部。噴入下降 管300內的激冷水與管內的高溫合成氣進行充分換熱。激冷水從下降管300內與高溫合成氣進行熱交換後在爐體中存積，可進一步使得 溫度較高的下降管300在激冷水中進行水浴，以降低溫度並減小損害，同時，在爐體中存積 的激冷水的液位超過黑水出口 170的部分將被溢出到爐體外部。例如假設激冷室外排水量 約200m3/h，且氣化用煤的含灰量為15%，則黑水的含渣量約0. 4%左右。最後，高溫合成氣溫度被激冷到100°C左右，並從出氣口 150中向外排出爐體，以 進行下一步的合成氣洗滌步驟中進行洗滌。下面將參考圖4描述根據本發明實施例的一種低壓煤氣化系統。
如圖4所示，根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，包括煤漿供應單元、低壓水冷 壁氣化爐1和合成氣洗滌單元。煤漿供應單元用於製備將被處理的水煤漿。具體地，煤漿供應單元包括煤漿槽21、 煤漿槽攪拌器22和煤漿泵23，煤漿槽21用於盛裝水煤漿，且煤漿槽攪拌器22用於攪拌煤 漿槽21中的水煤漿，其中，水煤漿通過煤漿泵23從煤漿槽21中供給至低壓水冷壁氣化爐 1的主工藝燒嘴131內。在本發明的一個示例中，煤漿泵23為螺杆泵。螺杆泵與傳統的隔 膜泵相比，成本及維修費用低，操作簡單且故障率低。低壓水冷壁氣化爐1為參考上述實施例中描述的低壓水冷壁氣化爐且用於從所 述煤漿供應單元供給的水煤漿。其中，氣化室111內部通過下降管300與激冷室112相連 通，且下降管300的外壁上設置有上升管套400，激冷水通入上升管套400內，且從上升管套 400的上端噴淋以冷卻燃燒產物，如上述實施例中所述，氣化室111內生成的燃燒產物主要 包括以C0、H2、C02為主要成分的燃燒合成氣，以及水煤漿在高溫下熔融後產生的灰渣。燃 燒合成氣和灰渣經激冷後生成粗合成氣、爐渣和黑水，黑水從激冷室112的黑水出口 170溢 出爐體100而爐渣從激冷室112底部的排渣管500排出。其中，低壓水冷壁氣化爐內進行 燃燒時，氣化室111內的壓力範圍可為常壓 1.6MPa，溫度範圍可為1200 1600°C，以及 激冷室112內的溫度範圍可為50 210°C。在本發明的其中一個示例中，氣化室111內的 壓力為0. 3MPa，溫度為1500°C，激冷室112內的溫度為100°C。合成氣洗滌單元連接至激冷室112，用於洗滌激冷室112產生的合成氣。具體地， 合成氣洗滌單元包括合成氣洗滌塔7，合成氣洗滌塔7與低壓水冷壁氣化爐1的出氣口 150 相連以接收排出低壓水冷壁氣化爐1的爐體100的合成氣產品，該合成氣產品進入合成氣 洗滌塔7中洗滌後被輸送往下遊工序，同時產生第一灰水從合成氣洗滌塔7底部排出。根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，由於採用低壓水冷壁氣化爐，本系統生成 的合成氣的氣體成分中二氧化碳量大大減少，例如在相同有效氣的情況下與傳統煤氣化系 統產生的合成氣中的二氧化碳量相比減少約10 %，這樣合成氣在進入下遊工序時可減少合 成氨裝置中用於脫碳的設備例如氣櫃和羅茨風機，從而大大降低了整個下遊工序的耗能， 降低成本。另外，根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，由於低壓水冷壁氣化爐中上升管套 內通入激冷水且從下到上流動，與下降管換熱以降低下降管的溫度，從而保證下降管不至 於因高溫變形甚至燒壞，同時，噴入下降管內的激冷水可與管內的高溫合成氣進行充分換 熱，從而省掉了傳統製造合成氣中所使用的激冷環，極大地降低了設備的投資成本。進一步地，根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，煤種限制少例如可用煙煤、白煤 等，進料粒度也無要求。而且採用水煤漿進料，相較於乾粉煤漿，進料更穩定以有利於整個 系統的穩定，且不需要進行乾燥煤粉中的水分以及煤粉輸送，成本降低。在本發明的一個實施例中，低壓煤氣化系統進一步包括空分裝置3，空分裝置3分 別與低壓水冷壁氣化爐1的主工藝燒嘴131和二次氧氣噴嘴600連通。由此，通過空分裝 置3將空氣中的氧氣分離後，將氧氣的一部分通過所述低壓水冷壁氣化爐1的主工藝燒嘴 131進入爐體100中，且另一部分通過二次氧氣噴嘴600進入爐體中。在本發明的一個實施例中，低壓煤氣化系統進一步包括渣池4，渣池4連接至激冷 室112的底部，用於對低壓水冷壁氣化爐1內產生的爐渣和黑水進行渣水分離後以產生第一灰水。具體地，渣池4分別與設在激冷室112的靠近爐底的爐體側壁上的黑水出口 170 和設在激冷室112底部的排渣管相連，由此，當激冷水和灰渣共同形成的黑水的液位超過 黑水出口 170的部分將被溢出，進入到渣池4中，同時，激冷室底部的爐渣從排渣管排出到 渣水中，而後爐渣和黑水在渣池4中進行渣水分離後形成尾渣和第一灰水，其中尾渣排出 後可用作其他用途例如做水泥添加劑等。在本發明的一個實施例中，低壓煤氣化系統進一步包括沉澱單元，沉澱單元分別 與合成氣洗滌單元的底部以及渣池4流體連通，分別用於接收從渣池和合成氣洗滌單元中 產生的第一灰水並進行沉降。在本發明的一個示例中，沉澱單元包括沉降槽5，沉降槽5中 設有沉降槽攪拌器51。沉降槽5分別與合成氣洗滌塔7的底部和渣池4連通，例如渣池4 中的第一灰水左右可通過渣池泵41輸送到沉降槽5中進行沉澱，當然，合成氣洗滌塔7中 產生的第一灰水也可以通過輸送泵(圖未示)輸送到沉降槽中。沉降槽5中第一灰水加入 絮凝劑後通過沉降槽攪拌器51不斷攪拌直到第一灰水中灰渣沉澱預定時間後生成廢渣和 第二灰水，此時第二灰水內的雜質例如灰渣濃度小於第一灰水中的雜質濃度。第二灰水從 沉降槽5中排出，在本發明的其中一些示例中，沉降槽5的側壁上具有溢流口(圖未示)，當 第二灰水的液位高於溢流口所在水平面時第二灰水從溢流口溢流出。當然，本發明並不限 於此，第二灰水還可從沉降槽5中以其他方式排出。在本發明的一些示例中，進一步包括過濾機8，過濾機8分別與沉降槽5的底部和 入口連通，其中從沉降槽5中排出的廢渣通過與沉降槽5底部連通的沉降槽底流泵52送入 到過濾機8中以進行過濾，過濾機8過濾出的水再循環送入到沉降槽5中進行攪拌沉降，而 過濾後形成的廢尾渣被運輸出根據本發明實施例的低壓煤氣化系統然後被壓縮成煤餅。這 樣，不但減少了原料的浪費，而且減少了對環境的汙染，對環境保護具有很大的意義。在本發明的另一個實施例中，低壓煤氣化系統進一步包括水供給裝置，該水供給 裝置用於向合成氣洗滌單元和/或者低壓水冷壁氣化爐1的激冷室112提供水，分別用於 洗滌和/或者冷卻。同時，水供給裝置還可接收沉澱單元中所產生的第二灰水，並提供給合 成氣洗滌單元和/或者激冷室中，以形成廢水利用循環，從而減少水資源浪費且降低汙染。在本發明的一個示例中，水供給裝置包括集水裝置61例如水塔和灰水槽62，其中 灰水槽62與沉降槽5中連通例如與沉降槽5的溢流口連通以接收沉降槽5中排出的第二 灰水，當第二灰水在灰水槽中沉澱預定時間後生成第三灰水，其中第三灰水中灰渣濃度與 第二灰水相比進一步降低。然後，第三灰水通過灰水泵被送入到集水裝置61例如水塔中， 並可被提供給低壓水冷壁氣化爐1中，例如提供到激冷室112的激冷室入口 1121處以對燃 燒產物激冷、和/或隔板200的冷卻水進口 220處以對渣口進行冷卻。其中，進入激冷室 112的激冷水的溫度範圍為20-80°C，在本發明一個示例中，進入激冷室112的激冷水約為 40由此可將進入激冷室112中的約1500°C的燃燒產物激冷到100°C左右。第三灰水還 可被提供給合成氣洗滌塔7中以用於洗滌合成氣。由此，完成了整個低壓煤氣化系統內部 的水循環，降低了對外界環境的汙染，下面參考圖4描述根據本發明實施例的低壓煤氣化系統的工藝流程，包括如下過 程1)煤漿槽21中的水煤漿通過煤漿泵23送到低壓水冷壁氣化爐1的主進口 130中 進入爐體100，其中低壓水冷壁氣化爐1內的氣化室111內的壓力約為0. 且溫度約為1500°C，而激冷室112內的溫度約為100°C，且激冷水的水溫約為40°C。2)通過空分裝置3將空氣中的氧氣分離，將氧氣的一部分通過低壓水冷壁氣化爐 1的主工藝燒嘴131進入爐體100中，且另一部分通過二次氧氣噴嘴600進入爐體100中， 由此水、煤漿與氧氣在爐體100內反應生成以C0、H2和C02為主要成分的粗合成氣，並產生 爐渣和黑水。3)粗合成氣被送入到合成氣洗滌塔7中洗滌後生成合成氣產品，該合成氣產品被 送往下遊工序，以最終生產工業燃氣或小化肥合成氣；4)爐渣和黑水從低壓水冷壁氣化爐1中排到渣池4中，並在渣池4中進行渣水分 離後形成尾渣和第一灰水；5)沉降槽5分別接收從渣池4和合成氣洗滌塔7中產生的第一灰水，第一灰水中 的灰渣沉澱預定時間後生成廢渣和第二灰水，此時第二灰水內的雜質例如灰渣濃度小於第 一灰水中的雜質濃度。6)水供給裝置接收沉降槽5中所產生的第二灰水，將第二灰水沉澱預定時間後生 成第三灰水，其中第三灰水中灰渣濃度與第二灰水相比進一步降低，然後將第三灰水提供 給合成氣洗滌單元和/或者低壓水冷壁氣化爐1的激冷室112提供水，分別用於洗滌和/ 或者冷卻，以形成廢水利用循環。7)沉降槽5中排出的廢渣通過沉降槽底流泵52送入過濾機中進行過濾，過濾機8 過濾出的水再循環送入到沉降槽5中進行攪拌沉降，而過濾後形成的廢尾渣被運輸出根據 本發明實施例的低壓煤氣化系統然後被壓縮成煤餅。根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，由於低壓水冷壁氣化爐採用至少兩道排渣 管閥門的排渣形式，一方面可以使操作流程更簡單，另一方面，減少了傳統的氣化爐中需要 的破渣機和鎖鬥系統，成本更低。下面參考圖1-圖4描述根據本發明實施例的一種煤氣製造方法。根據本發明實施例的煤氣製造方法，包括以下步驟(1)將水煤漿和氧氣的混合物供給到低壓水冷壁氣化爐1的氣化室111中並進行 燃燒反應；(2)將步驟(1)中的燃燒產物沿著下降管300輸入到位於低壓水冷壁氣化爐1內 且在氣化室111之下的激冷室112內進行冷卻；(3)將步驟(2)中冷卻後的合成氣體從激冷室112輸出，其中通過所述下降管的外 壁上的上升管套內通入激冷水，將激冷水從上升管套400的上端噴淋冷卻燃燒產物。其中 激冷水的溫度為20-80°C。可選地，激冷水的溫度為40°C。其中，本實施例中提到的低壓水冷壁氣化爐1為參考上述實施例中描述的低壓水 冷壁氣化爐1，結構不再在此描述。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示意性實施例」、 「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結 構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的 示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特 點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種低壓煤氣化系統，包括煤漿供應單元，用於製備將被處理的水煤漿；低壓水冷壁氣化爐，所述低壓水冷壁氣化爐燃燒從所述煤漿供應單元供給的水煤漿以 生成粗合成氣，所述低壓水冷壁氣化爐包括氣化室，用於氣化從所述煤漿供應單元供給的水煤漿；以及激冷室，所述激冷室與所述氣化室相鄰設置且位於所述氣化室之下，所述激冷室用於 激冷所述氣化室產生的燃燒產物，並獲得粗合成氣且排出黑水；合成氣洗滌單元，所述合成氣洗滌單元連接至所述激冷室，用於洗滌所述激冷室產生 的粗合成氣以生成合成氣，其中所述氣化室內部通過下降管與所述激冷室相連通，且所述下降管的外壁上設置有上升 管套，激冷水通入所述上升管套內且從所述上升管套的上端噴淋冷卻所述燃燒產物。
2.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，進一步包括渣池，所述渣池連接至所述激冷室，用於對低壓水冷壁氣化爐內產生的爐渣和黑水進 行渣水分離以產生第一灰水。
3.根據權利要求2所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，進一步包括沉澱單元，所述沉澱單元分別與所述合成氣洗滌單元的底部以及所述渣池流體連通， 分別用於接收從所述渣池中產生的第一灰水以進行沉澱分離出廢渣和第二灰水。
4.根據權利要求3所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，進一步包括水供給裝置，所述水供給裝置用於向所述合成氣洗滌單元和/或者所述激冷室提供 水，分別用於洗滌和/或者冷卻。
5.根據權利要求4所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述水供給裝置接收沉澱單 元所產生的第二灰水，所述第二灰水內的雜質濃度小於所述第一灰水中的雜質濃度。
6.根據權利要求3所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，進一步包括過濾機，所述過濾 機分別與所述沉降槽底部及入口連通，其中所述廢渣通過沉降槽底流泵送入到所述過濾機 中以進行過濾，所述過濾機過濾出的水再循環送入到沉降槽中進行攪拌沉降。
7.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述氣化爐內的壓力為常 壓 1. 6MPa，氣化室內的溫度為1200 1600°C以及激冷室內的溫度為50 210°C。
8.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述激冷水的溫度為20 80 "C。
9.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述低壓水冷壁氣化爐的爐 體內側壁上設有水冷壁，以自下而上地向所述水冷壁內通入冷水以冷卻所述氣化爐的壁
10.根據權利要求9所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述水冷壁為盤繞在爐腔側 壁上的半圓管，且所述半圓管至少纏繞至所述激冷室側壁的一部分。
11.根據權利要求9所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，水冷壁為沿爐體軸向延伸的 半圓管，所述半圓管沿所述爐體周向分布，且所述半圓管至少向下延伸到所述激冷室側壁 的一部分。
12.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述激冷室和所述氣化室之 間設置有隔板，且下降管的上端連接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口處形成為水夾套結構，以冷卻氣化室中產生的熔渣。
13.根據權利要求12所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，位於所述下降管的外壁上 的上升管套的上端形成有朝向下降管內部的環縫結構。
14.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，進一步包括排渣單元，所述排渣單元用於控制低壓水冷壁氣化爐中所產生的爐渣的直接排放，包括與激冷室底部相連接的排渣管；以及 設置在所述排渣管上的至少兩道排渣管閥門。
15.根據權利要求1所述的低壓煤氣化系統，其特徵在於，所述下降管的下端插入到所 述激冷室下部的液面之下。
16.一種煤氣製造方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)將水煤漿和氧氣的混合物供給到低壓水冷壁氣化爐的氣化室中並進行燃燒反應；(2)將步驟(1)中的燃燒產物沿著下降管輸入到位於所述低壓水冷壁氣化爐內且在所 述氣化室之下的激冷室內進行冷卻；(3)將步驟O)中冷卻後的合成氣體從所述激冷室輸出，其中通過所述下降管的外壁上的上升管套內通入激冷水，且將所述激冷水從所述上升管套 的上端噴淋冷卻所述燃燒產物。
17.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，所述激冷水的溫度為 20-80 "C。
18.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，所述低壓水冷壁氣化爐的的 爐體內側壁設有水冷壁，以自下而上地向所述水冷壁內通入冷水以冷卻所述氣化爐的壁
19.根據權利要求18所述的煤氣製造方法，其特徵在於，所述水冷壁為盤繞在爐腔側 壁上的半圓管，且所述半圓管至少纏繞至所述激冷室側壁的一部分。
20.根據權利要求18所述的煤氣製造方法，其特徵在於，水冷壁為沿爐體軸向延伸的 半圓管，所述半圓管沿所述爐體周向分布，且所述半圓管至少向下延伸到所述激冷室側壁 的一部分。
21.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，所述激冷室和所述氣化室之 間設置有隔板，且下降管的上端連接至所述隔板上形成的渣口，所述渣口處形成為水夾套 結構，以冷卻氣化室中產生的熔渣。
22.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，位於所述下降管的外壁上的 上升管套的上端形成有朝向下降管內部的環縫結構。
23.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，進一步包括(4)排渣步驟，在所述排渣步驟中通過在激冷室底部設置的排渣單元向外部直接排渣。
24.根據權利要求23所述的煤氣製造方法，其中所述排渣單元包括與激冷室底部相連接的排渣管；以及設置在所述排渣管上的至少兩道排渣管閥門。
25.根據權利要求16所述的煤氣製造方法，其特徵在於，所述下降管的下端插入到所 述激冷室下部的液面之下。
全文摘要
本發明公開了一種低壓煤氣化系統，包括煤漿供應單元；低壓水冷壁氣化爐，包括用於氣化水煤漿的氣化室；以及相鄰設在氣化室下的激冷室，以激冷氣化室產生的燃燒產物並獲得粗合成氣；連接至激冷室的合成氣洗滌單元，用於洗滌粗合成氣以生成合成氣，其中氣化室內通過下降管與激冷室相連通，且下降管外壁上設有上升管套，激冷水通入上升管套內且從上升管套的上端噴淋冷卻燃燒產物。根據本發明實施例的低壓煤氣化系統，生成的合成氣中二氧化碳量大大減少，這樣合成氣在進入下遊工序時可減少合成氨裝置中用於脫碳的設備，從而大大降低了整個下遊工序的耗能，降低成本，而且煤種限制少。本發明還提供了一種煤氣製造方法。
文檔編號C10J3/50GK102071064SQ20111000734
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者張建勝, 顧大地, 馬宏波 申請人:清華大學