CN101760244B - 三相态多原料加压煤气化装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三相态多原料加压煤气化装置及其工艺，其包括有：煤浆制备输送机构，其包括有磨煤机、煤浆槽、高压煤浆泵和高压煤浆管线；干煤粉制备输送机构，其包括有干粉制备机、干粉储备槽、螺杆输送机、粉煤管线和喷嘴给料仓；加压气化机构，其包括有燃烧室及激冷室；高压煤浆管线和喷嘴给料仓分别与混合喷嘴相连，混合喷嘴设置在燃烧室上并与燃烧室内部相连通。通过采取多相态及多原料的配合混合的方式，提高了反应物中的含碳量，提高反应效率及生产强度，有效成分中的一氧化碳和氢气的含量由80％提高到84％-88％，提高了煤炭资源的综合利用率，减少了二氧化碳的排放量。

Description

三相态多原料加压煤气化装置及其工艺

技术领域

本发明关于一种湿法料浆气流床加压煤气化装置，更具体地说，关于三相态多原料加压煤气化装置及其工艺。

背景技术

煤炭气化，即在一定温度及压力条件下利用气化剂(如O₂、H₂O)与煤炭反应生成洁净合成气(以CO、H₂及CO₂为主的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，也是实现煤炭洁净利用的关键。其主要的反应如下：

C+O₂→CO₂；

C+CO₂→2CO；

C+H₂O→CO+H₂；

CO+H₂O→H₂+CO₂。

煤炭气化技术，尤其是湿式料浆加压气化技术，显示了良好的经济和社会效益，是目前较为先进的煤利用技术，是洁净煤技术的龙头和关键。该技术的核心是将氧气和水煤浆在一定压力下通过喷嘴喷入气化炉，在炉内氧气和水煤桨混合反应燃烧制备工业煤气(以CO、H2、CO2为主的混合物)，用来生产甲醇、液氨、尿素或联合发电等。

该技术的优点是：对环境污染少，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，生产稳定等优点，技术成熟等。但是，也存在不足之处：由于采用湿法进料(将煤和水研磨制成60％左右浓度的水煤浆)，水煤浆的浓度的提高有限(目前基本在60％左右)，反应物中碳的含量低，水含量较高，氧气消耗高，热利用率低，其中15％热量没有利用，碳转化率低(实际为93％-96％)，有效气体成分低(一氧化碳和氢气含量之和在80％左右)等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种三相态多原料加压煤气化装置及其工艺，通过采取多相态及多原料的配合混合的方式，大幅度提高了反应物中的含碳量，提高反应效率、碳的转化率提高到99％以上、热利用率提高了8％，提高了生产强度，有效成分中的一氧化碳和氢气的含量由80％提高到84％-88％，大幅度地提高了煤炭资源的综合利用率，较大程度地减少了二氧化碳的排放量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：三相态多原料加压煤气化装置，其包括有：

煤浆制备输送机构，所述煤浆制备输送机构包括有用于将原料煤制成水煤浆的磨煤机、用于储备所述水煤浆的煤浆槽、用于输送所述水煤浆的高压煤浆泵和高压煤浆管线；

干煤粉制备输送机构，所述干煤粉制备输送机构包括有用于将原料煤制成干煤粉的干粉制备机、用于储备所述干煤粉的干粉储备槽、用于输送干煤粉的螺杆输送机、粉煤管线和与粉煤管线相连接的喷嘴给料仓；

加压气化机构，所述加压气化机构包括有在其内部发生气化反应形成工业煤气的燃烧室及用于将工业煤气水浴除尘形成原料气的激冷室；

所述高压煤浆管线和喷嘴给料仓分别与混合喷嘴相连，所述混合喷嘴设置在所述燃烧室上，并且与所述燃烧室内部相连通。

所述混合喷嘴还连接有高压气管线。

所述混合喷嘴设置在所述燃烧室的顶部。

所述干煤粉制备输送机构还包括有能够将所述干粉制备机形成的干煤粉进行筛选的筛分装置。

所述干煤粉制备输送机构还包括有设置在所述喷嘴给料仓与所述混合喷嘴连接处的螺旋耙料机。

一种三相态多原料加压煤气化工艺，其工艺步骤包括有：

1)将破碎后的原料煤、水及添加剂研磨制成水煤浆，所述水煤浆通过混合喷嘴进入燃烧室；

2)将破碎后的原料煤制成干煤粉，所述干煤粉通过所述混合喷嘴进入所述燃烧室，高压二氧化碳气体通过所述干煤粉喷嘴进入所述燃烧室；

3)与所述混合喷嘴相连接的高压气管线分别输入高压二氧化碳气体以及高压氧气；

4)所述干煤粉、高压二氧化碳气体、水煤浆、高压氧气及水发生剧烈的化学反应，生成以一氧化碳及氢气为主的工业煤气。

其工艺步骤还包括有：所述工业煤气通过激冷室进行水浴除尘形成用于下一工序的原料气。

所述水煤浆的浓度为60％-65％。

所述干煤粉的直径为30-100微米。

采用上述技术方案后的有益效果是：本发明的三相态多原料加压煤气化装置及其工艺具有如下优点：

1、本发明的三相态多原料加压煤气化装置的进料方式包括有气相、液相及固相三种，气相包括氧气和二氧化碳，液相为水煤浆，固相为干煤粉。其中，固相干煤粉参与反应能够大幅度提高反应物中总碳的含量，或者说相当于提高了煤浆浓度，降低了反应物中水的含量，减少了用于加热无用水的煤炭热量，从而减少了热量损失。

2、本发明的三相态多原料加压煤气化装置中引入另外一种原料二氧化碳，实现了布杜阿尔(Boudiuard)反应(CO₂+C＝2CO-162.4Mj/kmol)，其实质为用碳还原二氧化碳来提高工业煤气中的一氧化碳。从而降低了反应物中二氧化碳的含量，提高了制备的工业煤气中有效成分中的一氧化碳的含量。并且，布杜阿尔反应为吸热反应，对气化区域1300℃左右的高温来说，该反应起到了积极的热量平衡作用，从而有效保护了炉砖和喷嘴，延长了设备的使用寿命。

3、本发明的三相态多原料加压煤气化工艺操作简便，装置连续运行周期长，设备国产化率高，并且生产中的灰渣含碳量低，资源利用率高。

附图说明

图1为本发明的三相态多原料加压煤气化装置的各个机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中具体实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的三相态多原料加压煤气化装置包括有加压气化机构、煤浆制备输送机构及干煤粉制备输送机构。其中：

所述煤浆制备输送机构包括有用于将原料煤17形成水煤浆的磨煤机1、用于储备所述水煤浆的煤浆槽2、用于输送所述水煤浆的高压煤浆泵3及高压煤浆管线4；

所述干煤粉制备输送机构包括有用于将原料煤17制成干煤粉的干粉制备机7、用于储备所述干煤粉的干粉储备槽8、用于输送所述干煤粉的螺杆输送机9、粉煤管线10和与粉煤管线10相连接的喷嘴给料仓12，螺杆输送机9还可以为其它动力输送装置，并不以此为限，

所述加压气化机构包括有在其内部发生气化反应形成工业煤气的燃烧室5及用于将工业煤气水浴除尘形成原料气的激冷室13；

高压煤浆管线4和喷嘴给料仓12分别与混合喷嘴6相连，混合喷嘴6设置在燃烧室5上，并且与燃烧室5内部相连通。

所述干煤粉制备输送机构还包括有设置在喷嘴给料仓12与混合喷嘴6的连接处的螺旋耙料机15，其还包括有能够将干粉制备机7形成的干煤粉进行筛选的筛分装置11；

混合喷嘴6可以设置在燃烧室5顶部，如图1所示，混合喷嘴6还连接有高压气管线14，所述高压气管线可以输送高压二氧化碳气体或者高压氧气，可以根据需要具体设计。

本发明的三相态多原料加压煤气化工艺如下：

1、经破碎后其粒度小于10mm的原料煤17、水18及添加剂19送往磨煤机1，共同研磨制成浓度为60％-65％左右的水煤浆，然后经煤浆槽2、高压煤浆泵3沿高压煤浆管线4通过混合喷嘴6进入燃烧室5；

2、经破碎后其粒度小于10mm的原料煤17往干粉制备机7，制成直径为30-100微米的干煤粉，然后经筛分装置11进入干粉储备槽8，然后经螺杆输送机9沿粉煤管线10进入喷嘴给料仓12，在螺旋耙料机15的作用下通过混合喷嘴6进入燃烧室5；

3、与混合喷嘴6相连接的高压气管线14分别输入高压二氧化碳气体21以及高压氧气20；

4、干煤粉、高压二氧化碳气体21、水煤浆、高压氧气20进入混合喷嘴6以后，在混合喷嘴6内进行充分预混合，在高温高压的环境下，水煤浆、干煤粉和气化剂氧气20以及二氧化碳气体21发生剧烈的气化反应，生成以一氧化碳及氢气为主的工业煤气，通过激冷室13进行水浴除尘后，经煤气出口排出激冷室13，形成用于下一工序的原料气。

综上，在加工工艺中采用了气相、液相及固相等多相态、多原料进料方式，通过增加干煤粉进料提高了原料中碳的含量，相当于提高了水煤浆浓度，从而提高了生产强度；通过添加二氧化碳气体作为反应剂使碳与二氧化碳发生氧化还原反应，实现布杜阿尔(Boudiuard)反应(CO2+C＝2CO-162.4Mi/kmol)，有效提高了粗煤气中有效气体一氧化碳的含量。可以解决目前国内外湿法加压气化技术中存在的诸多缺点，并实现部分煤化工企业二氧化碳的综合回收利用，同时具有煤种适用广、碳转化率高、气化强度大等技术优势，为新型煤化工和能源转化提供不同需要的气化技术和装置。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三相态多原料加压煤气化装置，其特征在于，其包括有：

煤浆制备输送机构，所述煤浆制备输送机构包括有用于将原料煤制成水煤浆的磨煤机、用于储备所述水煤浆的煤浆槽、用于输送所述水煤浆的高压煤浆泵和高压煤浆管线；

干煤粉制备输送机构，所述干煤粉制备输送机构包括有用于将原料煤制成干煤粉的干粉制备机、用于储备所述干煤粉的干粉储备槽、用于输送干煤粉的螺杆输送机、粉煤管线和与粉煤管线相连接的喷嘴给料仓；

加压气化机构，所述加压气化机构包括有在其内部发生气化反应形成工业煤气的燃烧室及用于将工业煤气水浴除尘形成原料气的激冷室；

所述高压煤浆管线和喷嘴给料仓分别与混合喷嘴相连，所述混合喷嘴设置在所述燃烧室上，并且与所述燃烧室内部相连通。

2.根据权利要求1所述的三相态多原料加压煤气化装置，其特征在于，所述混合喷嘴还连接有高压气管线。

3.根据权利要求1或2所述的三相态多原料加压煤气化装置，其特征在于，所述混合喷嘴设置在所述燃烧室的顶部。

4.根据权利要求1所述的三相态多原料加压煤气化装置，其特征在于，所述干煤粉制备输送机构还包括有能够将所述干粉制备机形成的干煤粉进行筛选的筛分装置。

5.根据权利要求1或4所述的三相态多原料加压煤气化装置，其特征在于，所述干煤粉制备输送机构还包括有设置在所述喷嘴给料仓与所述混合喷嘴连接处的螺旋耙料机。

6.一种三相态多原料加压煤气化工艺，其特征在于，其工艺步骤包括有：

1)将破碎后的原料煤、水及添加剂研磨制成水煤浆，所述水煤浆通过混合喷嘴进入燃烧室；

2)将破碎后的原料煤制成干煤粉，所述干煤粉通过所述混合喷嘴进入所述燃烧室，高压二氧化碳气体通过所述干煤粉喷嘴进入所述燃烧室；

3)与所述混合喷嘴相连接的高压气管线分别输入高压二氧化碳气体以及高压氧气；

4)所述干煤粉、高压二氧化碳气体、水煤浆、高压氧气及水发生剧烈的化学反应，生成以一氧化碳及氢气为主的工业煤气。

7.根据权利要求6所述的三相态多原料加压煤气化工艺，其特征在于，其工艺步骤还包括有：所述工业煤气通过激冷室进行水浴除尘形成用于下一工序的原料气。

8.根据权利要求6所述的三相态多原料加压煤气化工艺，其特征在于，所述水煤浆的浓度为60％-65％。

9.根据权利要求6至8中任意一项权利要求所述的三相态多原料加压煤气化工艺，其特征在于，所述干煤粉的直径为30-100微米。