CN1451719A - 一种煤气化的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤气化的方法及装置。该方法由给料加热器、气化反应器和流化床燃烧提升炉等操作单元组成。通过这些操作单元的有机组合使原料煤的干馏升温过程在给料加热器中进行；煤料中易水蒸气气化的部分在气化反应器中被气化，难以气化的剩余煤焦进入燃烧提升炉中，其中的一部分被燃烧，而另一部分被加热后输入气化反应器中再气化。这一工艺使煤合理分级循环转化，获得高质量的合成气。该工艺结构合理，气化效率高，对环境友好。
Description
技术领域：本发明涉及一种煤气化的方法及装置，特别是一种利用煤粉、焦粉或其它粉状(≤10mm)有机物制合成气的方法及装置。
背景技术：目前，生产用于合成醇醚含氧化合物合成气的气化炉或气化工艺有：常压水煤气发生炉，二段式水煤气发生炉，温克勒Winkler流化床气化和K-T气流床气化等。
常压水煤气发生炉主要以无烟块煤或焦炭为原料，间歇制造水煤气，其生产成本高，生产效率低，机械设备复杂、易磨损、投资大。
两段式水煤气发生炉是在现有水煤气发生炉上增设干馏段的改进型气化炉。原料煤在干馏段进行低温干馏，生成的半焦落入气化段，再用空气、水蒸气交替间歇制取水煤气。这种炉型可利用不粘结或弱粘结性的烟煤或热稳定性好的褐煤，但仍以20mm～40mm或30mm～60mm的中块煤为宜，当粉煤量超过10％时气化强度将明显受到影响且操作困难。
Winkler气化炉采用流化气化技术，能充分利用粉煤(≤10mm)。单炉生产能力高。但其出炉煤气温度几乎与炉床温度一致，故带走热量较多，热效率较低，气化炉设备庞大，容积气化效率比气流床气化效率低得多。
中国专利CN1400289A公开了一种粉煤流化床气化方法及气化炉。该发明以粉煤为原料，以空气—水蒸气为气化剂，在单炉流化态下进行煤气化。该发明的目的在于解决流化态下煤气中携带的飞灰、焦粒和排出灰渣中碳含量高的问题，其产品气中，N2含量高，用于合成含氧化合物醇醚的原料气时，循环气量大，耗电多，成本高。
气流床气化的典型炉型有：K-T炉和Texaco气化炉。K-T气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大，煤种适应性广，操作方便，碳转化率较流化床类气化炉的高。Texaco是以水煤桨为进料的气流床气化工艺。同K-T炉类似，Texaco炉中无结构件，简单易修，单炉生产能力大，煤种适应性强。产品气中甲烷及烃类含量低，是优质的合成气。气流床的主要缺点是为制煤粉需庞大的制粉设备，耗电高；为将煤气中含尘量降至0.1mg/m3以下，需有高效除尘设备；在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。另外，喷咀寿命短及耐火材料严格也是其缺陷所在。
加压气化技术是为了提高煤气热值和气化效率而开发的工艺。典型代表有鲁奇加压气化炉。加压气化过程使煤气中的CH4含量增加，进一步使合成醇醚过程的循环气增加，耗电多成本高。另一方面加压运行使投资和操作费用增加。
用氧(富氧空气)—水蒸气为气化剂，可克服常压水煤气发生炉的许多缺陷。KRW循环流化床气化法和Texaco等气流床气化等工艺也采用氧—水蒸气为气化剂，但在这些工艺中煤料不分级转化，所以，氧和蒸汽的消耗量大，成本高。
包括申请人在内的对煤—水蒸气气化大量的研究结果表明，煤中的碳在水蒸气气化反应中可分为易气化和难气化的两部分，易气化的部分(约碳含量的80％)在较短的时间内可以迅速气化，而剩余的约20％的难气化部分的碳需较长的时间才能完成。基于这一发现，人们开始采用分级转化技术。如美国CRE的顶置循环(Topping cycle)工艺，采用气化和燃烧双反应炉对煤进行分级转化。在该工艺中，冷煤首先进入气化炉在空气—水蒸气作用下气化，没有气化的煤料进入燃烧炉燃烧。该工艺中煤料不循环。顶置循环工艺的目的是分级转化联合循环发电。
分析表明，绝大多数现有技术都是单炉进行，即加热、燃烧和气化反应都在同一炉中进行。目前还没有以粉煤为原料，使煤加热、燃烧和气化分别处理的气化工艺。
发明内容：针对国内外煤气化技术采用空气水蒸气为气化剂时难以利用粉煤，而利用氧(富氧空气)—水蒸气为气化剂时氧和水蒸气消耗量大的问题，根据煤分级转化的理论，本发明的目的在于开发一种能充分利用粉煤，并最低量地消耗氧—水蒸气气化剂，环境友好地生产优质用于合成醇醚等化合物合成气的一种煤气化方法及装置。
本发明为了实现上述目的，采用一种煤气化的方法，该方法是煤料首先进入给料加热器中，在推动机械的作用下，被推入间接加热段，然后直接加热到800℃以上，通过煤料出口和高温煤料通道进入气化反应器，在气化反应器中，炽热的煤料和氧燃烧释放热能和过热水蒸气进行气化反应，气化反应产生的煤气通过煤气出口输出，未气化反应的煤焦通过气化反应器下部的煤焦通道进入流化床燃烧提升炉，在流化床燃烧提升炉中未气化反应的煤焦部分燃烧，部分煤焦随燃烧气流返回给料加热器重新进入气化反应器循环气化，在燃烧提升炉中燃烧煤焦产生的高温废气通过高温废气提升通道输入给料加热器，与新输入的煤料逆流换热，然后从废气出口排出，燃烧提升炉产生的灰渣从底部的排灰系统排出。其中所述的煤料被推入间接加热段时：(1)当煤料为低挥发分煤或无烟煤时，关闭荒煤气出口，产生的荒煤气在间接加热段和直接加热交界区和高温废气混合，进入间接加热段火道，在间接加热段火道和二次空气混合并燃烧，燃烧废气从废气出口排出；(2)当煤料为弱粘结性高挥发分煤料时，开启荒煤气出口，产生的荒煤气通过荒煤气出口排出，进入净化工段。
本发明为了实现其上述目的，采用一种实现煤气化方法的装置，该装置包括：(1)一个给料加热器，在该给料加热器的一端设有煤料推动机械，另一端设有与燃烧提升炉相连通的高温废气提升通道，底部设有与气化反应器上的高温煤料通道相连通的煤料出口；(2)一个气化反应器，在该气化反应器的一侧设有高温煤料通道，并与其上部的给料加热器上底部的煤料出口相连通；下部设有煤焦通道，并与其一侧的燃烧提升炉相连通；顶部设有煤气出口，底端设有气化剂入口和循环气入口；(3)一个燃烧提升炉，在该燃烧提升炉的顶端设有高温废气提升通道，并与给料加热器的一端相连通；下部一侧与气化反应器的煤焦通道相连通；在下部设有空气进口，底部设有排灰系统。其中所述的气化剂是氧—水蒸气或富氧空气—水蒸汽或空气—水蒸气；所述的推动机械是单螺旋杆推动机或双螺旋杆推动机或液压推动机械；所述的给料加热器的一端上部依次设有煤料进口、废气出口和荒煤气出口；内部设有间接加热段、直接加热段和有间接加热段火道；底部设有二次风口；另一端下部设有煤料出口，并通过高温煤料通道和给料加热器相连通；端部和燃烧提升炉的高温废气提升通道相连通；所述的气化反应器的顶部设有煤气出口、底部设有气化剂入口；下部设有煤焦通道，并和燃烧提升炉相连通；其一侧设有高温煤料通道并和给料加热器上的煤料出口相连通；所述的燃烧提升炉的顶部设有高温废气提升通道，并和给料加热器的端部相连通；一侧和气化反应器的煤焦通道相连通；下部设有空气进口，底部设有排灰系统。
本发明采用上述煤气化的方法及装置的创新之处与积极效果是：(1)和必须使用无烟块煤或焦炭为原料的常压水煤气发生炉相比，本工艺以粉煤或粉焦为原料，这不仅大大降低了成本，还为粉煤利用开辟了新途径。(2)常压水煤气发生炉在吹风升温等阶段，部分细小煤粒及少量的干馏或气化有机物混入废气，如果要净化这些混入物，必然会增加设备和操作费用，而无控制排放又会引起严重的环境污染。本发明在给料加热器设计有间接加热段、间接加热段火道、二次风口和荒煤气出口等结构。低挥发分煤或无烟煤料在间接加热段析出的有机物，随高温废气进入间接加热段火道，与来自二次风口的空气燃烧。这不仅把少量的干馏气转化成了热能而利用，更重要的是消除了其外排引起的污染，保护了环境。(3)当采用高挥发分弱粘结性煤料时，产生的荒煤气可通过打开的荒煤气出口进入净化回收工段，以全部回收。因此，本工艺对煤种的适应性强。(4)常压水煤气发生炉由于需要切换气体，所以机械设备复杂，易磨损，投资大。而本发明工艺，无切换过程，结构简单，维修方便，投资低。(5)常压水煤气发生炉，升温过程不造气，生产效率低。本发明工艺气化、燃烧、加热连续分级进行，生产效率高。(6)和用氧—水蒸气混合物为气化剂的连续制水煤气的工艺如：流化床气化Winkler、KRW以及气流床气化工艺K-T炉、德士古相比，尽管这些工艺都需氧(富氧空气)—水蒸气为气化剂，但本发明工艺仅气化煤中易气化的部分，而难气化的部分在燃烧提升炉被燃烧(用空气)，所以其耗氧—水蒸气的量低。(7)本发明工艺中，燃烧提升炉产生的高温烟气在给料加热炉和煤料逆流换热，烟气排出温度低，热效率高。(8)在燃烧提升炉未燃烧尽而又升温的煤焦，被高温气携带进入气化反应器，这种煤焦即是气化原料又是热载体，进行固体循环转化。(9)和发生炉煤气相比，煤气热值高。
可以看出，本发明的特点在于：①煤料气化过程的三大步骤加热、气化和燃烧分别在给料加热器、气化反应器和燃烧提升炉中进行，消除了升温过程中烟尘和干馏挥发分的污染；②过程连续进行，可实现高度机械化和无人操作；③煤料分级循环连续气化，大大提高了生产效率；④以粉煤为原料，不仅降低了成本，而且充分利用了粉煤资源；⑤产品煤气以CO和H2为主，是优质的制醇醚等含氧化合物的优质原料；⑥煤气热值较高。
附图说明：图1是煤气化的方法的工艺流程和装置结构示意图
其中： 进煤口1 推动机械2 废气出口3 给料加热器4 间接加热段5 间接加热段火道6 直接加热段7 二次风口8 煤料出口9气化反应器10 煤气出口11 高温煤料通道12 煤焦通道13 气化剂入口14 燃烧提升炉15 空气进口16 排灰系统17 高温废气提升通道18 荒煤气出口19 循环气入口20
具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：低挥发分或无烟粉煤料从煤料进口(1)进入给料加热器(4)，煤料在螺旋给料器(2)的推动下进入间接加热段(5)，来自间接加热段火道(6)的热能使煤料脱水干燥和析出荒煤气。产生的这些气体和煤料同时向前移动，当煤料进入给料加热器(4)的直接加热段(7)时，析出的气体转向随来自燃烧提升炉(18)的高温废气进入间接加热段火道(6)，在间接加热段火道内，荒煤气中的可燃物与来自二次风口(8)的空气混合燃烧。废气从废气出口(3)排入净化和回收热能系统，最后从烟囱排出。煤料进入直接加热段(7)后继续升温，升温后的炽热煤料通过煤料出口(9)和高温煤料通道(12)进入气化反应器(10)。高温煤料在气化反应器(10)与来自反应器底部气化剂入口(14)的氧燃烧释放热能和过热蒸汽进行水蒸气气化反应。产生的煤气从煤气出口(11)通过旋风分离装置(两级)进入净化工段(固体颗粒物和煤焦通道中的煤焦混合进入燃烧提升炉)，最后进入煤气贮罐。反应器底部的煤焦通过煤焦通道(13)进入燃烧提升炉(15)。空气从燃烧提升炉(15)下部的空气进口(16)进入燃烧提升炉，煤焦在燃烧提升炉(15)内进行流化燃烧。高温废气通过高温废气提升通道(18)进入给料加热器(4)的直接加热段(7)与输入的煤料逆流换热，依次和来自间接加热段的干馏煤气混合进入间接加热段火道(6)，如前所述，在间接加热段火道(6)和来自二次风口(8)的空气混合并进行二次燃烧。通过二次燃烧最后从气体出口(3)排出。随高温废气从高温废气提升通道(18)进入给料加热器(4)的颗粒物，通过煤料出口(9)和高温煤料通道(12)又进入气化反应器(10)，这样形成了煤料的固体循环气化。燃烧提升炉(15)中产生的灰渣从排灰系统(17)排出。
实施例2：高挥发分弱粘结性煤料从煤料进口(1)进入给料加热器(4)，煤料在双螺旋给料器(2)的推动下首先进入间接加热段(5)。来自间接加热段火道(6)的热能使煤料脱水干燥和析出荒煤气。产生的这些气体从打开的荒煤气出口进入净化回收工段。当煤料进入给料加热器(4)的直接加热段(7)时它与来自燃烧提升炉(18)的高温废气直接换热升温，炽热的煤料通过煤料出口(9)、高温煤料通道(12)进入气化反应器(10)。高温废气在直接加热段(7)和间接加热段(5)的交界区进入间接加热段火道(6)。然后，从废气出口(3)排出，通过净化和回收热能，最后从烟囱排出。其余过程和实施例1的类同。
Claims (8)
1.一种煤气化的方法，其特征是煤料首先进入给料加热器中，在推动机械的作用下被推入间接加热段，然后直接加热到800℃以上，通过煤料出口和高温煤料通道进入气化反应器，在气化反应器中，炽热的煤料与气化剂进行气化反应，反应产生的煤气通过煤气出口输出，未气化反应的煤料通过气化反应器下部的煤焦通道进入流化床燃烧提升炉，在流化床燃烧提升炉中未气化反应的煤焦部分燃烧，部分煤焦随燃烧气流返回给料加热器重新进入气化反应器循环气化，在燃烧提升炉中燃烧煤焦产生的高温废气通过高温废气提升通道输入给料加热器，与新输入的煤料逆流换热，然后从废气出口排出，燃烧提升炉产生的灰渣从底部的排灰系统排出。
2.权利要求1所述的煤气化的方法，其特征是该方法所述的煤料被推入间接加热段时：
a.当煤料为低挥发分煤或无烟煤时，关闭荒煤气出口，产生的荒煤气在间接加热段和直接加热交界区和高温废气混合，进入间接加热段火道，在间接加热段火道和二次空气混合并燃烧，燃烧废气从废气出口排出。
b.当煤料为弱粘结性高挥发分煤料时，开启荒煤气出口，产生的荒煤气通过荒煤气出口排出，进入净化工段。
3.权利要求1所述的煤气化的方法，其特征是该方法所述的气化剂是氧—水蒸气或富氧空气—水蒸汽或空气—水蒸气。
4.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于该装置包括：
a.一个给料加热器(4)，在该给料加热器(4)的一端设有煤料推动机械(2)，另一端设有与燃烧提升炉(15)相连通的高温废气提升通道(18)，底部设有与气化反应器(10)上的高温煤料通道(12)相连通的煤料出口(9)。
b.一个气化反应器(10)，在该气化反应器(10)的一侧设有高温煤料通道(12)，并与其上部的给料加热器(4)底部的煤料出口(9)相连通；下部设有煤焦通道(13)，并与其一侧的燃烧提升炉(15)相连通；顶部设有煤气出口(11)，底端设有气化剂入口(14)和循环气入口(20)。
c.一个燃烧提升炉(15)，在该燃烧提升炉(15)的顶端设有高温废气提升通道(18)，并与给料加热器(4)的一端相连通；下部一侧与气化反应器(10)的煤焦通道(13)相连通；下部设有空气进口(16)，底部设有排灰系统(17)。
5.权利要求4所述的装置，其特征在于该装置所述的煤料推动机械(2)是单螺旋杆推动机或双螺旋杆推动机或液压推动机械。
6.权利要求4所述的装置，其特征在于该装置所述的给料加热器(4)的一端上部依次设有煤料进口(1)、废气出口(3)和荒煤气出口(19)；内部设有间接加热段(5)、直接加热段(7)和间接加热段火道(6)；在该端的底部设有二次风口(8)；另一端下部设有煤料出口(9)，并通过高温煤料通道(12)和气化反应器(10)相连通；该端部和燃烧提升炉(15)的高温废气提升通道(18)相连通。
7.权利要求4所述的装置，其特征在于该装置所述的气化反应器(10)的顶部设有煤气出口(11)；底部设有气化剂入口(14)和循环气入口(20)；下部设有煤焦通道(13)，并和燃烧提升炉(15)相连通；其一侧设有高温煤料通道(12)并和给料加热器(4)上的煤料出口(9)相连通。
8.权利要求4所述的装置，其特征在于该装置所述的燃烧提升炉(15)的顶部设有高温废气提升通道(18)，并和给料加热器(4)的端部相连通；一侧设有煤焦通道(13)，并和气化反应器(10)相连通；下部设有空气进口(16)，底部设有排灰系统(17)。
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