CN101298569B - 一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激冷式浆态或粉态含碳物料气化的方法，该方法主要包括多喷嘴对置式气化、合成气初步净化、热量回收、黑水处理与循环利用四个工艺，其中气化工艺中气化炉为本发明的核心装置，它是一种至少均布设有两对对置式喷嘴的气化炉，在操作压力为3～8MPaG，操作温度为1200℃～1700℃下，实现物料的充分气化。本发明具有如下优点：气化炉中碳转化率高达99％以上，浆态进料时有效气成分达84％以上，粉态进料时有效成分达90％以上；经初步净化的合成气灰含量低，能降至1mg/Nm³以下，具有较佳的水气比，即水蒸汽/合成气(干基)体积比为1.3～1.5/1；黑水热量回收充分，经净化后灰水水质好，无结垢堵塞现象；整个气化过程的能耗、氧耗、水耗均较低，能实现长周期高效稳定运行。

Description

一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法 

技术领域

本发明涉及一种含碳类物料的气化方法，具体涉及一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法。 

背景技术

煤气化技术是煤炭清洁转化的核心技术之一，是煤化工过程的工业基础。气化炉从初期固定床(上世纪20年代)、流化床(上世纪30年代)到近期的气流床。气流床气化技术因煤种适应范围比较广，气化温度、压力高，易于大型化，已成为煤气化技术发展的主流方向。国际上有代表性的气流床气化技术主要有，按进料状态划分为以水煤浆为原料的GE(前Texaco，U.S.pat.4,637,823，4,527997，5,281,243)气化技术和Global E-Gas气化技术，以干粉煤为原料的Shell(U.S.pat.4,799,356)气化技术、Prenflo气化技术和GSP气化技术；按高温合成气的冷却方式划分为激冷式(如GE、Global E-Gas、GSP)和废热锅炉式(如GE、Shell、Prenflo)。 

由于现有技术均采用废热锅炉冷却高温合成气的气化工艺，其出气化装置的合成气中水份含量低，而对于化工合成来说往往需要将合成气变换成富含H₂的气体，这就需要向合成气中添加大量水蒸汽才能完成变换反应，废热锅炉生产的蒸汽被送至后续的变换单元，此时需要再次加热来进行变换反应，由此可见，采用废热锅炉冷却高温合成气无助于降低化工合成系统的总体能耗，相反使得气化装置投资大，设备复杂。 

现有的采用水激冷式冷却高温合成气体的气化工艺，如GE水煤浆气化工艺，存在的主要缺陷有：碳的转化率较低，仅为94～95％，有效气成分低，以煤浆为原料时其CO+H₂为78～81％；气化炉洗涤冷却室渣水气的分离效果差，灰水夹带严重，液位难以控制；出气化装置的合成气的灰含量高，从而严重影响了后续变换单元中的催化剂的寿命；灰水水质差，易结垢、堵塞，影响气化系统长周期运行。 

鉴于此，企业界殷切盼望有关的科技工作者研发一种能长周期稳定运行、效能俱佳的气化方法及其装置。 

发明内容

本发明的目的：为了克服现有技术的不足，公开一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法，能达到如下的技术效果。 

(1)气化炉的碳转化率高，可达99％以上，至少比现有技术高4个百分点，且合成气的有效成分(CO+H₂)高达90％以上，负荷调节比较灵活。 

(2)生成的合成气，指被送至下游的合成气，不仅灰含量低，能降至1mg/Nm³以下，而且具有较佳的水气比，即水蒸汽/干基合成气两者的体积比为1.3～1.5/1，有利于下游合成工业的利用。 

(3)黑水热量回收充分与净化效果好，灰水水质好，无结垢堵塞现象；不仅气化过程中的能耗、氧耗、水耗均较低，达到国际领先水平，而且可实现长周期的高效稳定运行，至少能持续运转半年以上。 

本发明的构思是这样的； 

一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法，该方法主要包括多喷嘴对置式气化、合成气初步净化、黑水的热量回收和黑水处理与循环利用四个工艺，其中 

多喷嘴对置式气化工艺： 

系将含颗粒粒径10～150微米的浆态或干粉态物料与氧气和水蒸气一起通过对置式喷嘴喷入一种设有两对或两对以上对置喷嘴的气化炉的气化室中，在压力3～8MPaG下，温度1200～1700℃下气化为合成气；出气化室的合成气经激冷水环喷出的激冷水激冷后经下降管进入洗涤冷却室进行进一步冷却和洗涤除灰；合成气经气化炉合成气出口进入混合器；黑水从洗涤冷却室的黑水出口排出导入蒸发热水塔；夹带黑水的粗渣经气化炉的底部经排渣装置排出； 

合成气初步净化工艺： 

进入混合器的合成气经来自激冷水泵分流的水予以充分润湿后进入旋风分离器；在旋风分离器中进行气液的分离，分离出的黑水，由旋风分离器底部排出导入蒸发热水塔，合成气从旋风分离器的顶部导入水洗塔；在水洗塔中合成气进一步被来自下游生产装置的高温冷凝水和来自蒸发热水塔的热水予以进一步洗涤除灰，净化后的合成气从水洗塔的顶部出口导入下游的生产装置，完成水洗和换热的热水，大部分被泵至气化炉的激冷水环中执行对合成气和熔渣的激冷任务，部分被分流进入混合器使用，少量沉积在水洗塔底部的黑水亦被导入蒸发热水塔； 

黑水的热量回收工艺： 

来自洗涤冷却室、旋风分离器和水洗塔的黑水汇集后经减压后导入蒸发热水塔的蒸发室中，被减压后的黑水自行蒸发，蒸发出来的蒸汽进入蒸发热水塔的热水室中，被来自下游生产装置低温冷凝水和来自脱氧水槽的混合水，以及来自灰水槽并经灰水泵与分散剂处理过的水质良好的灰水予以直接冷凝变成冷凝水滞留在热水室中，然后被一起泵至水洗塔执行水洗和换热任务，少量夹带在黑水中的不凝性可燃气以及少量未被冷凝的蒸汽则由热水室顶部排出，通过换热器进一步冷凝和回收热量后，进入气液分离器，经气液分离所得的液相导入灰 水槽中，气相则送至火炬处理或去其它装置回收，被浓缩后黑水则从蒸发室的下侧面导入低压闪蒸器；在低压闪蒸器中，来自蒸发室的黑水在低压下闪蒸，产生的蒸汽进入脱氧水槽，被浓缩的黑水则导入真空闪蒸器；在脱氧水槽中来自低压闪蒸器的蒸汽被软水直接充分冷凝，并滞留在脱氧水槽中，与软水构成混合水被泵入蒸发热水塔的热水室中，参与执行对来自蒸发室的蒸汽的冷凝任务； 

黑水处理与循环利用工艺： 

在真空闪蒸器中，将分别来自低压闪蒸器和来自排渣装置黑水在真空度-0.06MPaG下进行闪蒸；产生的蒸汽由真空闪蒸器顶部排出，经冷凝器冷凝后进入气液分离器，经气液分离后，液相水返回灰水槽，气相则由真空泵排入大气，被浓缩的黑水则导入澄清槽；在澄清槽中，来自真空闪蒸器的浓缩黑水先与絮凝剂进行搅拌混均，然后予以静止澄清，至少静止半小时，将上部的清液-“灰水”导入灰水槽中，下部凝聚的淤浆从澄清槽底部通过淤浆泵泵入过滤机中，进行液固分离，分离所得液相视其灰含量的多少将滤液直接泵入灰水槽或澄清槽；在灰水槽中，将来自澄清槽上部的灰水和来自过滤机的灰水，以及来自气液分离器的冷凝水予以汇集，然后借助灰水泵，将灰水与分散剂充分混合与分散后主要被泵至蒸发热水塔的热水室，先参与对蒸汽的冷凝换热，继而被泵入水洗塔予以水洗换热，再分别泵入混合器和气化炉的激冷水环完成换热和激冷任务，实现了水的循环使用。 

上述构思的核心在于： 

首先创造煤高效气化的必要条件：(1)通过煤的高度粉碎，使它与氧和水/水蒸汽以及其它物料在气化炉中高度分散和均匀接触，来提高碳的转化率，有效的降低煤耗。(2)通过调控煤、水/水蒸汽、氧或其它物料的合理比例，使本发明生产的合成气(CO+H₂)不仅有效气成分高，而且与合成气初步净化工艺联合使水蒸气/干基合成气的体积比稳定在1.3～1.5/1，这样的合成气不仅有利于下游工业的利用，而且由于合理配置水资源，总体上更有利于降低水耗和能耗。 

其次，通过合理设置多层次的合成气初步净化工艺，使出系统的合成气的含灰量降至1mg/Nm³以下。 

第三，通过合理设置废热回收工艺，使气化过程产生的热量予以良好的回收和利用。 

第四，通过合理设置黑水处理和净化利用工艺，不仅使黑水转变成灰水，予以循环利用(合理使用水资源，有利于降低水耗和消除废水排放污染)，而且净化后的灰水水质良好，防止了产生结垢堵塞，为气化过程实现长周期的高效稳定运行创造了必要条件。 

按照上述构思，本发明亦是这样实现的： 

一、多喷嘴对置式气化工艺 

首先将煤物料进行粉碎至粒径为10～150微米的浆态或干粉态，旨在大幅度提高煤的表面积，增加煤在气化过程中与氧和水/水蒸汽以及其它物料的接触界面，有效降低气化反应过程中的传递阻力。其次将煤与氧和水/水蒸汽/CO₂通过对置式喷嘴一起喷入气化炉中，使参与气化反应的物料在高度均匀混合，以及良好的气化条件下，实现煤的燃烧、转换，制成优质的合成气。 

其中所说的气化炉为一种至少设有两对对置式喷嘴的气化炉，除了使用中国专利ZL98110616.1所说的多喷嘴对置式气化炉外，还包括将GE(前Texaco)气化炉，Shell气化炉和GSP气化炉均可按照本发明的需求稍加改造，即至少设置两对对置式喷嘴这一要求，就可作为本发明中一种气化炉中使用。 

上述的气化炉在操作压力为3～8MPaG，操作温度1200～1700℃，物料比为： 

煤(作为含烃类物料的代表)，煤按吨/小时计：40～120， 

采用浆态进料时： 

水，按吨/小时计：15～100， 

99％的纯氧，按Nm³/小时计：2万～10万； 

采用粉态进料时： 

过热蒸汽，按吨/小时计：1.6～24， 

99％的纯氧，按Nm³/小时计：2万～8万； 

在上述条件下进行煤物料的燃烧与转化反应，生成优质合成气，物料中的碳转化率高达99％以上，其中浆态进料时有效气成分达84％以上，粉态进料时有效成分达90％以上。 

气化炉可采用耐火衬里，也可采用水冷壁衬里。 

当采用水冷壁衬里时，锅炉水经泵增压后，泵至气化室下部水冷壁的水入口进入水冷壁中，产生的蒸汽或者过热水或者二者的混合物从设在气化炉上部的排出口进入废热锅炉。在气化炉的下半部的洗涤冷却室中附设有1～6层破泡板，它有利于改善渣，水，气的分离效果。 

二、合成气的初步净化工艺 

合成气的初净工艺包括洗涤冷却室的洗涤除灰，混合器的喷雾洗涤除灰和水洗塔的洗涤除灰三个工艺步骤，在洗涤除灰过程中，同时伴随着热量回收，具体描述如下：出气化炉的合成气经激冷水环喷出的带压激冷水激冷后沿下降管进入洗涤冷却室洗涤除灰(同时进一步冷却)；然后通过破泡板除沫后，由设在气化炉侧面的合成气出口进入混合器中，通过混合器的喷雾洗涤(附设旋风分离器进行气液分离)和水洗塔洗涤除灰后的合成气，其含灰量降至1mg/Nm3以下，最后从水洗塔的顶部排出，优质合成气送至下游的生产装置。 

 上述初步净化工艺中所说的混合器为一种文丘里式的增湿设备或一种管道式设置多个喷雾头的增湿设备。通过来自激冷水泵的带压水分流进入混合器，对合成气进行充分的润湿除灰(同时伴随换热)，然后进入旋风分离器。 

在旋风分离器中，来自混合器的已充分润湿的除灰合成气流进行气液分离，其中分离出来的黑水，由下出口经减压后排入蒸发热水塔，合成气则从旋风分离器顶部排出，进入水洗塔。 

在水洗塔中，来自于下游的高温冷凝水和来自于蒸发热水塔的热水室的热水同时被泵入水洗塔的上部，对合成气进行洗涤除灰，经进一步洗涤除灰的合成气由水洗塔顶部出口送至下游的生产线。上述所说的蒸发热水塔是一个整体装置，即蒸发室和热水室设置在同一壳体中，或者是一个分离装置，即蒸发室和热水室分别是一个独立的装置，中间用管线串连起来。所说的水洗塔是一种常规的塔设备，包括填料塔、泡罩塔、筛板塔中的一种。 

总之，通过上述的初步净化工艺，保证本发明所得的合成气，其含灰量降至1mg/Nm3以下，同时使水气比，即使水蒸气/合成气(干基)的体积比被调控至1.3～1.5/1的范围内。 

三、黑水的热量回收工艺 

在气化过程中产生的热量，除了为完成转换反应所需的热耗外，其余的热量主要被如下三方面带走。即，一部分热能被炉壁吸收传导带走，大部分被合成气和黑水带走。 

下面就黑水的热量回收工艺具体描述如下：黑水，主要来自气化炉下部的洗涤冷却室产生的黑水，以及来自于旋风分离器分离出来的黑水和水洗塔产生的黑水，将上述三部分黑水汇集经减压后送入蒸发热水塔，在蒸发热水塔中，黑水在蒸发室中部分水被气化蒸发(同时使黑水被相对浓缩)，气化的蒸汽以及少量夹带在黑水中的不凝性可燃气一起进入蒸发热水塔的热水室，被来自下游的低温冷凝水和来自脱氧水槽的混合水，以及来自灰水槽经分散剂处理后的灰水直接冷却冷凝(换热)，其中蒸汽被冷凝后滞留在热水室中，不凝性可燃气以及少量未被冷凝的蒸汽则由热水室的顶部排出，经换热器经一步换热后再进入气液分离器，经气液分离器后，不凝性可燃气从顶部排出，它可以被送至火炬或去其它装置回收利用。热水室中的热水被泵入水洗塔去执行水洗和换热任务。被初步浓缩的黑水则从蒸发热水塔的蒸发室的下侧面出口导入低压闪蒸器。 

在低压闪蒸器中，来自热水塔蒸发室的黑水，在低压下被闪蒸，同时使黑水被进一步浓缩(低压闪蒸的目的旨在进一步回收黑水中的热量)，闪蒸产生的蒸汽，从闪蒸器顶部排入脱氧水槽，藉助外来的软水予以直接冷凝并滞留在脱氧水槽中，并和软水构成混合水，然后被泵入蒸发热水塔的热水室中，参与热水室的换热后，继而被导入水洗塔。经低压闪蒸器浓缩的黑水，从低压闪蒸器的下侧面导入真空闪蒸器。 

四、黑水处理与循环利用工艺 

在真空闪蒸器中，将来自低压闪蒸器的黑水，以及来自排渣装置的黑水进行真空闪蒸处理，黑水在真空下被进一步蒸发浓缩，产生的蒸汽从真空闪蒸器的顶部排出，经冷凝器冷却后，进入气液分离器(或称真空闪蒸气液分离器)处理，被浓缩的黑水则由真空闪蒸器底部导入澄清槽。 

在澄清槽中将来自真空闪蒸器浓缩黑水在搅拌下于絮凝剂混合后，予以静止澄清，至少静止半小时后，将澄清槽上部的澄清液-灰水导入灰水槽，底部的淤浆则通过淤浆泵泵入过滤机进行液固分离，分离所得的滤液可以返回灰水槽或者澄清槽，具体视被检测灰水的含灰量程度而定。 

在灰水槽中，将来自澄清槽上部的灰水和来自过滤机的灰水，以及来自气液分离器收集的冷凝水液予以汇集，并注意定期检测水质。将灰水槽汇集的灰水，与分散剂混匀后，先泵至蒸发热水塔的热水室参与换热，继而泵入水洗塔参与对合成气的水洗和换热，最后再分别泵至气化炉的激冷水环中执行对合成气的激冷使命，泵至混合器中完成对合成气的润湿除灰(含换热)；出灰水槽的灰水小部分送至排渣装置作冲洗水，此外尚有部分灰水被送至废水净化装置，去废水净化装置处理的水量视灰水中微量组分(如Cl-、NH4+等)含量而定。 

总之，黑水处理与循环利用工艺，能使水质得到改善的灰水予以循环使用，有利于降低水耗，并尽量做到了减少或消除废水的排放。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，使有关的技术人员方便地理解和掌握本发明的技术要点，但实施例本身并不限制本发明的保护范围。 

图1为激冷式浆态或干粉态含碳物料的气化方法的工艺流程。 

其中： 

1——气化炉， 

101——气化炉1的气化室， 

102——激冷水环， 

103——下降管， 

104——洗涤冷却室， 

105——破泡板； 

2——混合器； 

3——旋风分离器； 

4——水洗塔； 

5——激冷水泵； 

6——蒸发热水塔， 

601——蒸发热水塔的蒸发室， 

602——蒸发热水塔的热水室； 

7——热水泵； 

8——换热器； 

9——气液分离器； 

10——低压闪蒸器； 

11——脱氧水槽； 

12——脱氧水泵； 

13——真空闪蒸器； 

14——冷凝器； 

15——气液分离器； 

16——真空泵； 

17——澄清槽； 

18——灰水槽； 

19——灰水泵； 

20——淤浆泵； 

21——过滤机； 

22——泵； 

23——废热锅炉； 

图2为气化炉采用多喷嘴时的煤浆物料输送示意图 

其中： 

106——喷嘴； 

107——喷嘴，它与106构成一组对置式喷嘴； 

108——喷嘴； 

109——喷嘴，它与108构成一组对置式喷嘴； 

24——高压煤浆泵，它将其输送的煤浆经“106，107”构成的一对对置式喷嘴，喷入气化炉的气化室中； 

25——高压煤浆泵，它将其输送的煤浆经“108，109”构成的一对置式喷嘴，喷入气化炉的气化室中； 

若煤物料为煤粉时，采用气流输送，在载气(如N₂、CO₂)的携带下，煤粉物料分别经气 流输送通过对置式喷嘴“106，107”，“108，109”，喷入气化炉中，实现高温气化，载气可以是N₂、CO₂等，载气优先采用CO₂。 

若物料为其它含烃类物质时，同样可以在本发明改造的气化炉中，实现物料的良好气化，因为对置式喷嘴和超细的物料(粒径为10～150微米的物料)同样有利于物料的高度的均匀分散，从而有利于物料中的烃类物质在高温下气化，提高物料的气化率，同时相应的降低料耗、氧耗、水耗和能耗。 

实施例1 

以水煤浆为原料，按照图1所示的气化工艺流程，实现水煤浆的气化方法。 

气化原料为浆态的水煤浆，流量为105吨/小时，相应的煤处理量(干基)62.5吨/小时(1500吨/天)，在气化压力为6.5MPaG，气化温度为1350℃条件下进行气化。其中：在气化炉的气化室中设置4个(二组)对置式喷嘴并采用热壁型的耐火衬里。原料煤的煤质分析如下表所列： 

煤质组成 

其中Ash代表煤中所含的矿物质。 

将105吨/小时含煤颗粒直径为30～100微米的煤浆、97000Nm³/小时的氧含量为99％(V/V)的纯氧，均分为4份进入气化室，其中对置的一对(或组)喷嘴的煤浆用一个具有两个煤浆出口的高压煤浆泵输送，通过两对对置式喷嘴将煤浆泵入气化室，在气化炉气化室(101)中高度均匀分散的煤浆和氧进行燃烧与气化反应，生成106250Nm³/小时的合成气(CO+H₂)。气化生成的高温合成气与融熔态灰渣以并流方式通过下渣口排出气化室(101)。出气化室(101)的高温煤气和熔融灰渣经激冷水激冷后进入洗涤冷却室(104)，带压的激冷水流量为280吨/小时，温度为～250℃。合成气自洗涤冷却室(104)的上部出口进入混合器(2)；粗灰渣自气化炉(1)底部通过锁斗排出，送入渣水分离装置(或简称排渣装置)；黑水则从气化炉黑水出口经减压后导入蒸发热水塔(6)的热水室(601)，黑水流量为114吨/小时，温度为～250℃。经排渣装置进行渣水分离后所得的黑水返入系统的真空闪蒸器(13)中，通过进 一步处理后循环使用。 

合成气在混合器(2)中，先通过来自水洗塔(4)的水(分流)充分冷却润湿，然后进入旋风分离器(3)，进行气液分离，合成气中的灰份以形成黑水的形式被分离。其中入混合器的水流量为38吨/小时。 

通过旋风分离器(3)的合成气继而进入水洗塔(4)进一步洗涤除灰，水洗塔为一种设有4块塔板的泡罩塔，藉助灰水泵(19)，将来自灰水槽(18)的灰水泵入水洗塔(4)的上部，它与来自下游装置的高温冷凝水一起对合成气进行水洗。其中由灰水泵泵入的灰水流量为218吨/小时，温度为172℃。来自下游的高温冷凝液流量为70吨/小时，温度为185℃。旋风分离器(3)的黑水流量为38吨/小时(即与泵入混合器水流量保持平衡)。出水洗塔(4)进入蒸发热水塔蒸发室(601)的黑水流量为21吨/小时。 

将来自气化炉洗涤室(104)的黑水(114吨/小时)，来自旋风分离器(3)的黑水(38吨/小时)和来自水洗塔(4)的黑水(21吨/小时)，通过汇集减压进入蒸发室(601)中，在蒸发室(601)中，减压后的黑水，其中部分水汽化变成蒸汽，同时释放出在压力下被夹带的不凝性可燃气，二者一起进入热水室(602)中，其中蒸汽被“来自下游装置的低温冷凝水，来自脱氧水槽的混合水和来自灰水槽经分散剂处理后的灰水”直接冷却(冷凝)，冷凝后的水就留在热水室中，然后与上述三种水一起被泵至水洗塔(4)，完成洗涤和换热使命。其中不凝性可燃气亦被冷却(换热)后，从热水室(602)的顶部排出，经换热器进一步换热后，再进入气液分离器(9)，经气液分离后由气液分离器(9)的顶部排出，它可被送至火炬或其它装置回收利用，分离所得的冷凝液则排至灰水槽(18)中。 

热水塔的热水室(602)采用填料塔型式，其操作压力为0.8MPaG。进入热水塔热水室(602)的来自下游的低温冷凝水流量为39吨/小时，温度为135℃。来自脱氧水槽的混合水的流量为73吨/小时，温度为104℃。来自灰水槽经分散剂处理后的灰水流量为80吨/小时，温度为77℃。在热水塔蒸发室(601)初步被蒸发浓缩的黑水被导入低压闪蒸器(10)中，在低压闪蒸器(10)中，来自蒸发室(601)的黑水，在压力0.25MPaG下，蒸发浓缩，其中低压蒸汽流量为10吨/小时，从低压闪蒸器的顶部排出进入脱氧水槽(11)，被蒸发浓缩的黑水由低压闪蒸器的下侧面被导入真空闪蒸器(13)中。在脱氧水槽(11)中，将来自低压闪蒸器的低压蒸汽，被软水直接冷却凝聚滞留在脱氧水槽中，与软水一起构成混合水，继而被导入蒸发热水塔热水室去执行换热任务，少量不凝性废气则排入大气。 

在真空闪蒸器(13)中，将来自低压闪蒸器的黑水和来自排渣装置的黑水，在真空下予以进一步蒸发浓缩处理，真空闪蒸器的压力(或者真空度)为-0.06MPaG，产生的蒸汽从真空 闪蒸器(13)的顶部排出，通过冷凝器冷却后导入气液分离器(全称真空闪蒸气液分离器)处理，气液分离器所得的冷凝液自动返入灰水槽(18)中，废气则通过真空泵排入大气；经真空闪蒸浓缩的黑水导入澄清槽(17)。 

在澄清槽(17)中，将来自真空闪蒸器被浓缩的黑水，在搅拌下与絮凝剂混合，至少充分搅拌半小时，然后静止分层，分离所得的上层灰水导入灰水槽(18)中，澄清槽底部的淤浆则通过淤浆泵泵入过滤机(或称液固分离装置)，分离所得的滤液可以返回灰水槽(18)或者澄清槽(17)，具体视被检测灰水的含灰量程度而定。淤浆泵的泵出能力为15吨/小时。灰水槽(18)中的灰水直接通过灰水泵(19)将分散剂予废水进行分散处理后泵入蒸发热水塔的蒸发室(601)，先执行换热任务后，再被泵入水洗塔完成水洗及以后的任务，部分送至排查装置冲洗，部分送至废水净化装置。灰水泵的输送能力至少保证200吨/小时，以满足整个工艺循环需要。总之，通过本发明的方法，能生产出优质合成气。 

出水洗塔(4)的合成气，其干基组成比(体积百分比)为H₂37％、CO₄7.5％、CO₂14％、N₂0.6％，以及其它为少量H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN和NH₃；其中水/干基气体体积比为1.4，温度为243℃，压力为6.35MPaG。该优质的合成气能广泛用于多个工业部门，包括用于化肥、甲醇、制氢、液体燃料、燃料气、直接还原炼铁诸多工业部门，还包括用于先进的IGCC联合循环发电以及多联产系统。 

实施例2 

以煤粉为原料，按图1所示的气化工艺流程，实现煤物料气化的方法。 

在采用水冷壁耐火衬里的气化炉中，粉煤处理量为100吨/小时(2400吨/天)，气化压力为4.0MPaG，气化温度为1600℃，在气化室中上部设置两对(4个)对置喷嘴，煤质的元素分析如下： 

煤质组成 

其中Ash代表煤中所含的矿物质。 

将100吨/小时平均颗粒直径为30～100微米的粉煤、60000Nm³/小时的氧含量为99％(V/V)的纯氧和8吨/小时的温度为430℃的过热水蒸汽均分为4份，通过4个喷嘴喷入气化炉的气化室中，在操作压力为4.0MPaG，操作温度为1600℃的条件下进行燃烧与气化反应，生成170000Nm³/小时的合成气(CO+H₂)。气化生成合成气与融熔态灰渣以并流方式通过下渣口排出气化室(101)，途经激冷水环(102)喷出的激冷水冷却后进入洗涤冷却室(104)进一步被冷却和洗涤除灰，其中合成气经破泡板除灰后，由合成气出口进入混合器(2)，其具体工艺同实施例1，粗渣从气化炉底部通过排渣装置排出；形成的黑水从气化炉侧面黑水出口进入下游黑水处理工序，其具体工艺均同实施例1。 

本发明所得合成气(即出水洗塔的合成气)，其干基组成体积百分比为H₂31％、CO 60％、CO₂3％、N₂5％，，以及其它为少量H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN和NH₃，其水气比，即水蒸汽/干基气体体积比为1.4，温度为217℃，压力为3.86MPaG。 

所得合成气可广泛用于生产化肥、甲醇、制氢、液体燃料、燃料气、还原炼铁、发电(包括用于先进的IGCC联合循环发电)以及多联产系统。 

按照本发明思路，发明人亦曾对其它含烃类物料，包括石油焦，生物质，以及含烃的生物垃圾进行实验室试验，在特定的条件下同样可以获得相应的合成气。 

Claims (8)

1.一种激冷式浆态或粉态含碳物料的气化方法，其特征在于：该方法主要包括多喷嘴对置式气化、合成气初步净化、黑水的热量回收和黑水处理与循环利用四个工艺，其中

(1)多喷嘴对置式气化工艺

系将含颗粒粒径10～150微米的浆态或干粉态物料与氧气和水蒸气一起通过对置式喷嘴喷入一种设有两对或两对以上对置喷嘴的气化炉(1)的气化室(101)中，在压力3～8MPaG下，温度1200～1700℃下气化为合成气；出气化室(101)的合成气经激冷水环(102)喷出的激冷水激冷后经下降管(103)进入洗涤冷却室(104)进行进一步冷却和洗涤除灰；合成气经气化炉合成气出口进入混合器(2)；黑水从洗涤冷却室(104)的黑水出口排出导入蒸发热水塔(6)；夹带黑水的粗渣经气化炉的底部经排渣装置排出；

(2)合成气初步净化工艺

进入混合器(2)的合成气经来自激冷水泵(5)分流的水予以充分润湿后进入旋风分离器(3)；在旋风分离器(3)中进行气液的分离，分离出的黑水，由旋风分离器底部排出导入蒸发热水塔(6)，合成气从旋风分离器(3)的顶部导入水洗塔(4)；在水洗塔(4)中合成气进一步被来自下游生产装置的高温冷凝水和来自蒸发热水塔(6)的热水予以进一步洗涤除灰，净化后的合成气从水洗塔(4)的顶部出口导入下游的生产装置，完成水洗和换热的热水，大部分被泵至气化炉的激冷水环(102)中执行对合成气和熔渣的激冷任务，部分被分流进入混合器使用，少量沉积在水洗塔(4)底部的黑水亦被导入蒸发热水塔(6)；

(3)黑水的热量回收工艺

来自洗涤冷却室(104)、旋风分离器(3)和水洗塔(4)的黑水汇集后经减压后导入蒸发热水塔(6)的蒸发室(601)中，被减压后的黑水自行蒸发，蒸发出来的蒸汽进入蒸发热水塔(6)的热水室(602)中，被来自下游生产装置低温冷凝水和来自脱氧水槽(11)的混合水，以及来自灰水槽并经灰水泵与分散剂处理过的水质良好的灰水予以直接冷凝变成冷凝水滞留在热水室(602)中，然后被一起泵至水洗塔(4)执行水洗和换热任务，少量夹带在黑水中的不凝性可燃气以及少量未被冷凝的蒸汽则由热水室(602)顶部排出，通过换热器(8)进一步冷凝和回收热量后，进入气液分离器(9)，经气液分离所得的液相导入灰水槽(18)中，气相则送至火炬处理或去其它装置回收，被浓缩后黑水则从蒸发室(601)的下侧面导入低压闪蒸器(10)；在低压闪蒸器(10)中，来自蒸发室(601)的黑水在低压下闪蒸，产生的蒸汽进入脱氧水槽(11)，被浓缩的黑水则导入真空闪蒸器(13)；在脱氧水槽(11)中来自低压闪蒸器(10)的蒸汽被软水直接充分冷凝，并滞留在脱氧水槽(11)中，与软水构成混合水被泵入蒸发热水塔的热水室(602)中，参与执行对来自蒸发室(601)的蒸汽的冷凝 任务；

(4)黑水处理与循环利用工艺

在真空闪蒸器(13)中，将分别来自低压闪蒸器(10)和来自排渣装置黑水在真空度-0.06MPaG下进行闪蒸；产生的蒸汽由真空闪蒸器(13)顶部排出，经冷凝器(14)冷凝后进入气液分离器(15)，经气液分离后，液相水返回灰水槽(18)，气相则由真空泵(16)排入大气，被浓缩的黑水则导入澄清槽(17)；在澄清槽(17)中，来自真空闪蒸器(13)的浓缩黑水先与絮凝剂进行搅拌混均，然后予以静止澄清，至少静止半小时，将上部的清液-“灰水”导入灰水槽(18)中，下部凝聚的淤浆从澄清槽底部通过淤浆泵(20)泵入过滤机中，进行液固分离，分离所得液相视其灰含量的多少将滤液直接泵入灰水槽(18)或澄清槽(17)；在灰水槽(18)中，将来自澄清槽(17)上部的灰水和来自过滤机的灰水，以及来自气液分离器(9)、(15)冷凝水予以汇集，然后借助灰水泵(19)，将灰水与分散剂充分混合与分散后主要被泵至蒸发热水塔的热水室(602)，先参与对蒸汽的冷凝换热，继而被泵入水洗塔(4)予以水洗换热，再分别泵入混合器和气化炉的激冷水环(102)完成换热和激冷任务，实现了水的循环使用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中工艺(1)中所说的气化炉是将GE(前Texaco)气化炉或Shell气化炉或GSP气化炉的气化室中至少设置两对对置式喷嘴后，得到所说的气化炉中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工艺(1)中所说的气化炉其炉壁衬里为耐火衬里或水冷壁衬里。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当气化炉的炉壁为水冷壁衬里时，锅炉水经泵(22)增压后经设在气化室(101)下部水入口泵入水冷壁层中，形成的过热水或蒸汽，或二者的混合物，则从设在气化炉的气化室(101)上部的出口排出，进入水冷壁废热锅炉(23)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于工艺(1)中所说的气化炉，其洗涤冷却室(104)内设有1-6层破泡板(105)。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工艺(2)中所说的混合器，为一种文丘里式的增湿设备，或一种管道式设多个喷雾头的增湿设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工艺(2)中所说的水洗塔是填料塔，泡罩塔或筛板塔中的一种。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于工艺(3)中所说的蒸发热水塔(6)是一个整体的装置，即蒸发室(601)和热水室(602)设置在同一个壳体中，或者是一个分离的装置，即蒸发室(601)和热水室(602)分别是一个独立的装置，中间用管线串联起来。 

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