[發明專利]非熔融和部分熔融型氣流床氣化爐

有效

• 申請號: 201380003241.5
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103874748A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 鄭錫愚;李承鐘;金大成;尹用承;李真旭
• 申請（專利權）人: 社團法人高等技術研究院研究組合
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明涉及一種非熔融和部分熔融型氣流床氣化爐，更具體地，涉及這樣一種非熔融和部分熔融型氣流床氣化爐，其用于通過以下方式生產主要成分為一氧化碳（CO）和氫氣（H2）的合成氣：經設置在所述氣化爐頂部的燃燒器供應煤或者諸如重渣油的低品級烴原料，并允許供應的原料與獨立于所述原料供應提供的氧化劑反應以氣化供應的原料。

背景技術

眾所周知，在本領域中氣化技術是一種通過將煤、生物質或者諸如重渣油的低品級烴餾分氣化生產合成氣的清潔能源生產技術。所生產的合成氣用于IGCC（整體氣化聯合循環）、用于生產化工原料，如甲醇或DME（二甲醚）、合成石油和合成天然氣等。

傳統煤氣化爐的典型例子包括在1400℃或更高溫度下工作的液態排渣氣化爐以及非排渣模式下工作的流化床或固定床氣化爐。

有機物，如煤或重渣油能夠在1300℃溫度下轉化成合成氣，液態排渣氣化爐在1400℃到1600℃溫度范圍內工作以熔融灰分。與這些氣化爐不同，為了避免灰分在熔渣上粘附，流化床或固定床氣化爐在低于灰分結渣溫度的1000℃或更低溫度下工作。

大部分設計為氣化諸如煤的固體顆粒物料或者諸如重渣油的含有灰分的液體物料生產清潔能源的氣化技術是基于以下的氣流床氣化技術，其中尺寸很小的煤粉顆粒被攜帶入氧化劑流（氧氣或氧氣和蒸汽的混合氣體）以促進氣化反應。

在大多數氣化技術中，因為供應了相對大量的氧化劑，氣化爐的工作溫度高達1400-1600℃，氣化反應在該高溫環境中進行。因此具有反應所需時間較短的優點。

此外，氣流床氣化技術在該高溫環境中使用結渣灰分的技術，以形成熔渣。

因此，氣流床氣化技術具有碳轉化率高的優點，因為在大部分的煤粉以熔融狀態沿所述氣化爐的內壁流動的過程中，煤粉的碳幾乎全部被轉化成氣態。

另一方面，在這種氣流床氣化爐情況中，以如下方式制造的反應器被頻繁使用：在壓力容器的內壁上內襯厚的耐火材料以保護氣化爐不被高溫熔融灰分損壞。

因為高溫熔融灰分熔渣沿所述氣化爐的壁表面流動，耐火材料會在相對較短的時間內被腐蝕破壞。進一步地，引起原料的氣化反應，并以一氧化碳（CO）和氫氣（H₂）為主要成分的合成氣還包含含硫氣體，如腐蝕性硫化氫（H₂S），它會增加高溫合成氣的腐蝕性，大大縮短耐火材料的使用壽命。

在許多工業氣化設備中，耐火材料的使用壽命的確很短，因此需要在更換新的耐火材料過程中花費大量的成本和時間，從而降低了工業設備的利用率。

結果是，由于較短的耐火材料使用壽命，在將煤粉氣化以操作聯合動力裝置的整體氣化聯合循環（IGCC）系統中，年度營運天數減少，由此帶來經濟方面的問題。此外，在利用由煤粉氣化產生的合成氣生產合成石油或化工原料的設備中，產品的年產量下降，由此帶來經濟方面的問題。

與這種排渣型氣化爐相反的技術包括非排渣型氣化技術，這種非排渣型氣化技術的典型例子包括流化床氣化技術。

在所有流化床氣化技術中，額外提供了固態流體介質（通常為沙或煤灰），以便氧化劑和壓碎的煤顆粒與所述固體流體介質在反應器中直接接觸和混合，促進氣化反應。

然而，在這種流化床氣化技術中，所述流體介質不能熔融，為此，與氣流床氣化爐情況相比，僅提供相對較小量的氧化劑，因此流化床氣化爐的工作溫度大體約為950℃或更低且不能超過1000℃。因此，流化床氣化技術具有耐火材料的使用壽命較長的優點。

然而，流化床氣化技術具有以下缺點：由于比氣流床氣化技術更低的工作溫度，氣化反應很費時；碳的轉化率比氣流床氣化技術低。

此外，它還具有以下缺陷：為了補償低工作溫度，反應器的尺寸需要增加，隨著反應器尺寸增加，與大氣接觸的反應器的外壁面積也會增加，導致熱量流失增加。而且，由于相對較低的工作溫度，原料沒有完全轉化為合成氣，產生一些液體焦油，引起操作失敗或產量較少。

在一些情況下會出現污垢，導致操作失敗。