[發明專利]一種粗煤氣中焦油組份及含碳顆粒的轉化裝置及方法

有效

• 申請號: 201410060633.1
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103820170A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 劉國海;李大鵬;王寧波;王明峰;姚曉虹;楊會民;任健
• 申請（專利權）人: 陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術研究中心
• 主分類號: C10K1/00
• 分類號: C10K1/00;C10J3/46;C10J3/48;C10J3/84;C01B3/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及煤及生物質制粗合成氣的深度凈化處理技術，具體涉及一種粗煤氣中焦油組份及含碳顆粒的轉化裝置及方法。

背景技術

潔凈煤技術主要是指通過煤的熱解、氣化工藝，碳一化學與不同單元過程的優化集成組合，用于生產各種石油基替代燃料、高附加值化工產品的工藝技術體系。煤氣化技術是潔凈煤技術的核心及關鍵技術之一。煤的氣化產物在電力生產、城市供暖、燃料電池、液體燃料及化工原料合成等方面有著極其廣泛的應用。從這個意義上講，煤氣化是發展煤基多聯產工藝系統（如IGCC）、煤基化工和清潔能源系統的重要基礎。作為煤基化工合成工業體系的龍頭的煤制合成氣，不僅可以用于制取清潔汽油、柴油、醇醚等液體燃料，也可以將產業鏈拓展至合成氨及其后端產品甲醇、乙二醇、低碳烯烴等的生產。此外，以合成氣為原料，還可以合成光氣、二甲基甲酰胺、二甲醚、甲胺、甲酸、醋酸等重要的化工原料及產品。

迄今為止，煤氣化技術已經發展了200多年，按照氣化爐內物料的接觸方式進行分類，已經實現工業化應用的氣化爐分為固定床氣化爐、流化床氣化爐及氣流床氣化爐三種。按照操作壓力區分，氣化爐又可以分為常壓氣化爐及加壓氣化爐。常壓氣化爐主要有UGI固態排渣固定床氣化爐、Winkler流化床氣化爐和Koppers-Totzek氣流床氣化爐；加壓氣化爐主要有Lurgi液態排渣固定床氣化爐(BGL)、HWT以及Texaco(水煤漿氣化)、GSP、Shell、E-gas氣流床氣化爐等。固定床氣化爐以Lurgi加壓氣化爐為代表，雖然具有生產能力大，煤種適應性廣，出口煤氣溫度低，冷煤氣效率高的優點，但同時其出口煤氣中甲烷、焦油、酚等含量較高，煤氣成份中CH₄含量高達16～18%，且會產生大量需要處理的冷凝水，冷凝水中含大量的焦油、酚、脂肪酸及氰化物等污染物。原料應為5～55mm的塊煤，并且不能處理粘結煤。因此若用于制取合成氣，存在原料和氣體凈化所需費用較高的不足之處。以Winkler氣化爐及高溫Winkler-HTW氣化爐為代表的流化床氣化爐工藝則具有處理量大、氣化強度大(比固定床氣化爐高2～3倍）爐內傳熱傳質效果好、粗煤氣中焦油及酚類物質含量低的優點。其不足之處在于為防止爐內結渣,保持正常流態化,操作溫度較低(850～1000℃)。因此，要取得比較合理的碳轉化率，入爐煤必須具有很好的反應活性，也就要求反應溫度在1000℃左右，此時碳的轉化率可達到95%以上。能夠達到這種反應活性的煤種只有褐煤。如將低活性煤及其他低活性燃料加入氣化爐中，則其相應的碳轉化率會很低，同時，床內灰渣和飛灰中的碳含量較高(達煤量的20%)，煤氣和過程利用效率低，必須另設鍋爐燃燒。氣流床氣化爐是另一種氣化裝置。這種氣化爐的操作溫度在煤灰的熔融溫度以上(或者煤渣的粘度小于250P)。雖然所得煤氣不含焦油、酚類等，但氣流床氣化爐中氣固并流流動，煤氣出口溫度過高(1400～1500℃)，因其床層溫度高，導致氧耗增大，同時煤氣出口溫度偏高，使部分能量轉化為熱能，煤氣顯熱損失增大。由于所有的煤灰都要被熔化到低于一定的粘度，這種氣化爐很難適合高灰熔點的煤種。此外，氣流床氣化爐對耐火材料也有苛刻要求，廢熱回收的設備的投資也進一步提高了該氣化工藝的運行費用和投資成本。

對于以生產合成氣為目的的氣化爐，最理想的氣化爐應當是：所產煤氣中不含任何焦油組份及甲烷，同時具有廣泛的煤種適應性。還可以最大限度的將煤中的能量轉化成煤氣的化學能，而不是轉化為顯熱。這就出現了所謂分段氣化的概念。其中具有代表性的工藝就是日本的Ebara過程(US?Patent6902711)。在此兩段氣化爐中，一段爐是一個流化床氣化爐，二段爐是一個熔融床的氣流床氣化爐。雖然此氣化爐具有一段容易進料、二段無甲烷和焦油產生的優點，但是由于所有的飛灰都要在二段爐熔化，氧耗較高，并且很難適用于高灰熔點的煤種等缺點。

綜上所述，現有的煤氣化技術都不同程度的存在著氣化產生的煤氣中粉塵、焦油含量超標的問題，現階段，煤氣化技術的發展趨勢主要是圍繞降低氣化溫度和能耗、減少煤氣中焦油含量、改善氣體品質和提高氣化過程綜合效率等問題，開發原料適應性廣,尤其是適用于劣質煤和生物質等低能量密度原料且工藝簡單、環境友好的新型氣化工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決現有煤氣化工藝中產生的煤氣中焦油及含碳粉塵濃度較高，煤氣品質較差的現實問題，在相對較低溫度下運行，高效去除粗煤氣中焦油、烴類組份及前段未完全轉化的含碳顆粒的粗煤氣中焦油組份及含碳顆粒的轉化裝置及方法。