[發明專利]煤焦Y型氣流床清潔高效氣化工藝

在審

• 申請號: 201710455231.5
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107118808A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 田原宇;喬英云
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及煤化工領域，特別地，涉及煤氣流床氣化。

二、背景技術

煤氣化是煤的潔凈與高效利用的龍頭和關鍵技術。氣流床氣化是最近幾十年發展起來的新型煤并流式氣化技術，氣化劑與煤粉或煤漿經噴嘴進入氣化室，煤的熱解、燃燒以及氣化反應幾乎同時進行，高溫保證了煤的完全氣化，煤中的礦物質成為熔渣后離開氣化爐。與傳統氣化技術相比，加壓氣流床氣化溫度高、處理能力大、氣體有效成分高、氣化效率高，是未來煤氣化技術發展方向。

目前氣流床煤氣化工藝按噴嘴數量和布置不同，可分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴兩類。如Texaco水煤漿氣化和GSP粉煤氣化均采用單噴嘴直噴方式，其優點在于結構和控制簡單、造價低，但由于加壓氣化過程涉及高溫、高壓、非均相條件下的流體流動及與之相關的傳遞過程和復雜的化學反應過程，單噴嘴直噴霧化效果不理想，氣化效率相對較低；另外處理量調節幅度小、容量小，無法滿足大型化的需求。Shell和多噴嘴水煤漿工藝采用了多噴嘴對噴結構，改善了氣化爐傳質傳熱效果，碳轉化率、能耗等指標有所提高，但是，Shell多噴嘴結構增加了設備的復雜性，特別是需要獨立的連鎖控制系統，從而增加了設備造價、操作難度和維修率；水煤漿多噴嘴對置氣化工藝由于火焰場的分布易造成爐頂部耐火材料的燒蝕，爐頂耐火磚壽命僅有幾個月，大大提高了投資。

氣化爐出來的粗煤氣具有很高的溫度(1200～1700℃)，為了讓夾帶的熔融爐灰凝固，同時為了回收熱能，需要對其冷卻。目前，工業上采用的移熱方式有兩種：一種是上行廢鍋流程，產生高壓蒸汽；另一種是下行水激冷流程，產生飽和水粗煤氣。上行廢鍋流程熱效率高，煤氣熱值高，適合后續IGCC發電；但是上行廢鍋流程僅是回收了氣體的部分熱量，對熔渣的熱量并未回收，且采用冷煤氣激冷加廢鍋回收預熱的方式設備復雜、冷煤氣能耗高。激冷流程氣化爐結構簡單，而且含水煤氣對于后續變換工序有利，非常適合作為化工生產合成氣，但水激冷流程能量回收困難，且有效氣(CO+H2)含量較低，煤氣熱值低；另外激冷流程黑水和含鹽廢水量大，生化處理難度高。下行廢鍋流程盡管對回收合成氣和熔渣的熱量一次給于回收，但由于粘灰結垢堵塞通道，很少工業化應用。

專利CN101724470A提到一種新型水煤漿氣化爐氣化時，利用頂噴咀和傾斜上噴的側噴嘴，在爐膛中心形成Y型撞擊區，強化了熱質傳遞與混合過程，加快了反應速率并提高碳轉化率；由于頂噴嘴的作用，Y型撞擊區的水煤漿停留時間延長、火焰方向向下，高達2000℃的火焰不會沖擊爐頂部耐火材料；加之耐火材料層在水(汽)冷壁管的冷卻下，內壁壁溫低于液渣的凝固溫度，在耐火層表面結一層凝固渣層，起到以渣抗渣、保護耐火層的作用，大大延長了氣化爐的使用壽命，但液體排渣，能量未能回收，黑水和含鹽廢水量大，生化處理難度高。

專利CN102994160A提到一種固相排渣的氣流床氣化爐氣化時，利用頂噴咀和側噴嘴組合形成Y型撞擊區，延長水煤漿在高溫反應區停留時間、強化了熱質傳遞與混合過程、避免高溫沖擊爐頂部耐火材料，提高碳轉化率和擴大適用煤種的范圍以及處理量調節幅度，同時消除單一頂噴嘴氣化爐開工爆震造成的安全隱患和降低爐膛保護層壽命的缺陷；利用隔熱材料層、冷卻管和耐磨材料層從外向內組合的水冷壁結構實現以渣抗渣、保護冷卻管、提高氣化爐壽命；利用旋流冷卻套旋轉噴出的循環冷卻煤氣強化熔渣冷卻固化、離心旋轉實現灰渣分離，解決了水激冷流程的黑水難題，同時回收灰、渣和合成氣的余熱，簡化了冷卻室結構、降低了隔熱耐磨材料的苛刻度和成本。在實際應用中性能遠優于其他合成型的氣流床氣化爐，但是還存在水冷壁掛渣難度大、不均勻、易產生大塊掉渣，熱渣水封還是形成大量難處理的含鹽廢水，影響長周期安全運行，煤氣循環冷卻效果差、能耗高、投資大，旋流冷卻氣帶動合成氣旋轉的離心作用弱、氣量大造成了廢熱鍋爐負荷大幅度的增加，冷卻螺旋管結構不利于側噴嘴布置、結構復雜，承壓外殼材質要求高等重大缺陷和不足，影響了固相排渣的氣流床氣化爐的推廣和應用。因此開發大容量、高效率、高調節、高熱量回收、低投資、長周期的大型氣流床氣化爐是目前煤化工亟待解決難題之一。

三、發明內容

本發明的目的就是為了克服現有固相排渣的氣流床氣化爐技術存在的上述重大缺陷和不足而提供一種煤焦Y型氣流床清潔高效氣化工藝，具有具有煤種適應性廣，固體反應區停留時間長、灰渣分離、碳的轉化率高，水冷壁掛渣容易、處理量調節幅度大、熱量回收率高，能耗和投資低、消除了含鹽廢水和黑水，二次污染少、結構簡單、使用壽命長等優點，可滿足產業部門對高效大型化合成型氣化爐的要求。

本發明的技術方案：