[發明專利]高灰熔點煤種氣化方法及其裝置

無效

• 申請號: 200810019552.1
• 申請日: 2008-01-23
• 公開（公告）號: CN101235320A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 唐志國;唐超君;邢獻軍;林其釗
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于固態含碳化合物氣化技術領域，特別涉及高灰熔點粉煤加壓氣流床氣化方法及其裝置。

背景技術：

潔凈煤技術已成為我國煤化工、工業燃氣及電力工業技術升級的重大關鍵性技術，而煤炭氣化技術是潔凈煤技術的重要方向之一，是以煤基為能源的化工系統中最重要的核心技術。我國煤炭的特點是，灰熔點高，流動溫度大于1500℃)的煤占總儲量的50％左右；另外，煤灰含量平均較高，平均23％，動力煤的平均灰含量達到25％，商業動力煤的平均灰含量甚至達到27～28％。這種高灰分高灰熔點(“雙高”)煤在氣化領域被稱之為最難氣化的煤種。

到目前為主，世界上已經工業化的煤氣化工藝有幾十種，可歸納為三類：以Lurgi為代表的固定床氣化工藝；以HTW(高溫溫克勒)、灰熔聚為代表的流化床氣化工藝；以Texaco、Shell、GSP為代表的氣流床氣化工藝。當前大型工廠的煤制合成氣(或H₂)氣化技術普遍認同的是氣流床氣化工藝，具有處理化合物種類多、氣化效率高、原料消耗低、設備生產強度大等優點。其中，干煤粉加壓氣流床氣化技術，如Prenflo、Shell和GSP等技術，具有煤種的適應性廣、比氧耗和比煤耗低、有效氣成分高、冷煤氣效率、碳的轉化率高、單爐容量大等優點，是煤氣化工藝技術的發展方向，有很強的市場競爭力。

Prenflo氣化爐和Shell氣化爐是在K-T(Koppers-Totzek)常壓氣化爐的基礎上發展起來的加壓氣化爐型。它們的共同特點是，干煤粉進料、以氧氣為氣化劑、氣流上行、液態排渣和水冷壁結構。如果將這些爐型應用于高灰熔點粉煤氣化并形成液態排渣，必須使液渣溫度保持在該煤種灰渣流動溫度以上；而該爐型由于沒有高溫熱煤氣對液渣和排渣口的加熱并攜帶液渣的順利排出，液渣溫度必然極容易降低從而凝固并堵塞排渣口。

與Prenflo和Shell氣化爐相比較，GSP干煤粉氣流床加壓氣化爐也采用加壓氣化、干煤粉進料、以氧氣為氣化劑、液態排渣和水冷壁結構，不同的是，其采用煤粉和氣化劑由爐頂下噴式，氣流下行的流動方式。《中國化工報》(2005.09.05)和《大氮肥》(2005，28(5)，第317頁)均報道了利用德國GSP技術破解了“雙高”煤利用難題。但是，由于爐內存在由上而下的高溫火舌——激烈的粉煤燃燒和氣化區域，其溫度最高可達2200℃(參見《大規模煤氣化技術》，許世森、張東亮、任永強編著，化學工業出版社，2006.1)，該溫度比高灰熔點煤種平均流動溫度高出近700℃，這對氣化爐內壁提出了嚴格的要求，直接導致了內壁材料成本的提高。由輻射斯蒂芬-波耳茲曼定律——黑體的輻射能力與其絕對溫度的四次方成正比——可知，如果能將爐內最高溫度降低200℃，則高溫火舌對氣化爐內壁的輻射熱降低28.6％；如果將爐內最高溫度降低400℃，則高溫火舌對氣化爐內壁的輻射熱降低53.9％。輻射熱量的降低必然降低氣化爐內壁的溫度，使內壁的材料成本降低，并提高內壁的使用壽命。另外，該爐型采用頂端豎直向下并流進料，合成氣和液渣則由底端出口豎直向下排出，這種直進直出型流線減少了粉煤和氣化劑在爐內的接觸與反應時間，在一定程度上限制了氣化效率的進一步提高。

針對這種在燃燒器出口形成的火舌或火炬，《鍋爐原理與計算》(馮俊凱、沈幼庭主編，科學出版社，1992，第60-64頁)和《燃油燃氣鍋爐結構設計及圖冊》(趙欽新等編著，西安交通大學出版社，2002，第54-56頁)均有提及。這種火舌或火炬的存在，使燃燒反應發生在較小的區域，形成局部超高溫區，爐內溫度梯度大，燃燒不夠充分，熱效率較低；另一方面也增加了大氣污染物氮氧化物(NOx)的排放。

為了克服爐膛內局部高溫火舌或火炬造成的燃燒效率下降、污染物排放上升和對爐體內壁材料高要求等問題，中國專利CN?1862090?A“一種燃氣或燃油鍋爐”和CN?1987286A“采用稀薄-無焰燃燒方式的燃氣或燃油鍋爐”均公開了一種無焰燃燒方式的鍋爐，這種燃燒沒有前面所述鍋爐中的火舌或火苗，是一種空間燃燒方式，燃燒反應發生在整個爐膛空間，具有高效節能、低污染等優點。但這兩種鍋爐均應用于氣體和液體燃料的燃燒，并不涉及固體燃料燃燒，特別是高灰熔點碳氫燃料的燃燒，更不涉及固體燃料的氣化。

發明內容：

本發明公開一種高灰熔點煤種氣化方法及其裝置，克服現有技術的上述缺陷，使高灰熔點的煤渣順利呈液態排出，同時降低爐內的最高溫度和整體溫度梯度，使氣化爐爐內溫度均勻，提高高灰熔點煤種氣化效率。