專利名稱：一種煤氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤氣化工藝領(lǐng)域，涉及一種煤氣化方法，特別涉及一種流化床氣化與氣流床氣化相結(jié)合以提高氣化效率和降低成本的新型流化床-氣流床氣化煤氣化方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)煤氣化工藝主要有固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化三類。固定床氣化必須使用塊狀煤(6 50mm)。煤與氣化劑逆流流動(dòng)，冷煤進(jìn)入、冷煤氣流出，有利于降低氣化過程的氧耗，提高了氣化效率。但是，另一方面，為防止氣化過程的灰渣熔結(jié)，蒸汽用量較大，使?jié)衩簹怙@熱消耗大，加之煤氣中的干餾產(chǎn)物(焦油、酚等)未能氣化，又會(huì)降低煤氣化效率，增加粗煤氣凈化設(shè)備的投資和能耗。該類型氣化更適用于褐煤、 年青煙煤氣化制備城市煤氣和焦油能集中加工的場合，其單爐容量較小，不太適用于工業(yè)大型氣化。流化床氣化用煤粒度小(< 6mm)，氣化強(qiáng)度達(dá)固定床的2_3倍，出口溫度高(約 900°C )，粗煤氣中幾乎不含焦油、酚類等難凈化物質(zhì)，可以進(jìn)行中、大型化應(yīng)用。但常規(guī)流化床的缺點(diǎn)是1)為防結(jié)渣，操作溫度低(850°C 950°C )，因而僅適合褐煤和高活性煙煤； 2)氣流夾帶使灰渣和飛灰中未轉(zhuǎn)化炭量較高(達(dá)煤量的約10% )，必須另設(shè)鍋爐燃燒。該類型氣化爐應(yīng)用不廣。氣流床氣化是目前大型氣化的主要工藝。該氣化是氣化劑(蒸汽和氧氣)夾帶著粉煤或水煤漿高速噴入氣化爐膛內(nèi)，瞬間著火，煤粉與氣化劑立即發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為煤氣和熔渣。該類氣化要求煤粒度小于100 μ m，反應(yīng)溫度達(dá)1350°C以上，成倍地加快了反應(yīng)速度，炭轉(zhuǎn)化率高，氣化能力強(qiáng)。熔融灰渣在氣化爐被激冷固化，定期排放。但由于該類氣化工藝的制粉、送粉設(shè)備和熱回收設(shè)備龐大復(fù)雜，氧耗高，水煤漿氣化的噴嘴和耐火磚壽命很低等，致使投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用很高。目前，為了解決各類氣化工藝的不足之處，人們提出許多新的氣化工藝，如采用灰熔聚流化床氣化爐以適應(yīng)高灰含量、高灰熔點(diǎn)的煤；采用兩段式氣流床工藝以降低粗煤氣的溫度，提高了 CH4等輕質(zhì)碳?xì)浠衔锏暮亢秃铣擅簹獾牡臀话l(fā)熱量，但不利于化工合成。該工藝需控制二段反應(yīng)溫度，易產(chǎn)生煤焦油。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于結(jié)合了流化床氣化和氣流床氣化的優(yōu)勢，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新型的煤氣化方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的裝置。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種由本發(fā)明所述方法得到的煤氣。一方面，本發(fā)明提供一種煤氣化方法，該煤氣化方法包括以下步驟(1)將原料煤與氣化劑進(jìn)行流化床氣化反應(yīng)得到產(chǎn)物，將所述產(chǎn)物分離以形成第一煤氣流(濃粉煤氣流)和第二煤氣流(淡粉煤氣流)，其中第一煤氣流與第二煤氣流的灰
4粉含量之比為2 9. 5，灰粉平均粒度之比為1. 5 3 ；(2)將第一煤氣流與高溫空氣和/或高溫氧氣進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)，再與高溫蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)；(3)將步驟( 得到的反應(yīng)產(chǎn)物與第二煤氣流進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)得到終產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述步驟(2)中的高溫空氣和/或高溫氧氣的溫度為400 1300°C，高溫蒸汽的溫度為100 800°C。優(yōu)選地，所述步驟(1)中的氣化劑為熱空氣和/或熱氧氣、以及蒸汽，且熱空氣和 /或熱氧氣和蒸汽的溫度均為100 800°C。優(yōu)選地，所述煤選自原煤、不粘煤、弱粘煤、無煙煤、長焰煤、褐煤、貧煤和氣煤中的一種或多種。另一方面，本發(fā)明還提供了一種煤氣化裝置，該裝置包括以下設(shè)備用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13 ；煤流化床氣化反應(yīng)產(chǎn)物分離器15，用于分離得到的產(chǎn)物以形成第一煤氣流和第二煤氣流，其中第一煤氣流與第二煤氣流的灰粉含量之比為2 9. 5，灰粉平均粒度之比為 1. 5 3 ；用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1，用于將第一煤氣流與高溫空氣和/或高溫氧氣進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)后，與高溫蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)；第一煤氣流的氣化反應(yīng)產(chǎn)物再與第二煤氣流進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)得到終產(chǎn)物。優(yōu)選地，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13為流化床氣化爐，該流化床氣化爐包括排渣口 8、蒸汽入口 9、熱空氣和/或熱氧氣入口 10、進(jìn)煤口 11、布風(fēng)室12和煤氣出口 14。優(yōu)選地，所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1為氣流床汽化爐，該氣流床汽化爐包括第一煤氣入口 4、第二煤氣入口 2、高溫空氣和/或高溫氧氣入口 5、蒸汽入口 3、水封渣池6、凝渣器19、排渣口 7和煤氣出口 18。優(yōu)選地，所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1的煤氣出口 18與熱回收裝置17相連。優(yōu)選地，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13在垂直方向上的上部橫截面積為下部橫截面積1.2 3倍。優(yōu)選地，所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1為上行床或下行床形式。優(yōu)選地，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13為一個(gè)或多個(gè)；所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1為一個(gè)或多個(gè)。優(yōu)選地，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13和所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1還分別包括煤顆粒分離器，用于將煤顆粒返回所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置13 或所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置1進(jìn)行反應(yīng)。又一方面，本發(fā)明還提供了一種通過本發(fā)明所述的方法得到的煤氣。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，本發(fā)明的煤氣化方法包括以下步驟1)通過流化床氣化將原料煤與氣化劑反應(yīng)得到含有未反應(yīng)完全的煤和灰的煤氣， 反應(yīng)后的煤占原煤量的以質(zhì)量計(jì)的30% 70%，灰占原灰量得以質(zhì)量計(jì)的10% 20%，所述氣化劑為空氣和蒸汽的混合物或氧氣和蒸汽的混合物；
2)將步驟1)得到的煤氣進(jìn)行分離，得到濃粉煤氣流和淡粉煤氣流，將所述濃粉煤氣流與氣化劑反應(yīng)得到含有煤和灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原煤量的以質(zhì)量計(jì)的30% 70%，灰占原灰量的以質(zhì)量計(jì)的10% 20%，所述氣化劑選自空氣和氧氣中的一種；3)將步驟2)得到的煤氣與氣化劑反應(yīng)得到含有煤和灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原煤量的以質(zhì)量計(jì)的20% 30%，灰占原灰量的以質(zhì)量計(jì)的10% 20%，所述氣化劑為蒸汽；和4)將步驟3)得到的煤氣與步驟2)分離得到的淡粉煤氣流與氣化劑反應(yīng)，得到含有煤和灰的最終煤氣，反應(yīng)后的煤占原煤量的以質(zhì)量計(jì)的0% 1%，灰占原灰量的以質(zhì)量計(jì)的10% 30%，所述氣化劑為蒸汽和二氧化碳的混合物。在所述方法中，所述步驟1)中的氣化劑的溫度為100 800°C ；所述步驟2)中氣化劑的溫度為20 800°C ；所述步驟幻中的氣化劑的溫度為100 800°C ；以及所述步驟 4)中的氣化劑的溫度為100 800°C。在所述方法中，所述步驟1)中的反應(yīng)溫度為850 1000°C ；所述步驟2)中的反應(yīng)溫度為1300 2000°C ；所述步驟3)中的反應(yīng)溫度為1000 1800°C ；以及所述步驟4) 中的反應(yīng)溫度為1100 1600°C。在所述方法中，所述步驟1)中得到的煤氣的溫度為700 1000°C，所述步驟2)中得到的煤氣的溫度為1100 1800°C，所述步驟3)中得到的煤氣的溫度為950 1500°C， 以及所述步驟4)中得到的煤氣的溫度為950 1500°C。在所述方法中，所述步驟2)中氣化劑中的氧含量以摩爾計(jì)為21% 99.2%。在所述方法中，所述原料煤選自原煤，比較適宜的有不粘煤、弱粘煤、無煙煤、長焰煤、褐煤、貧煤和部分氣煤。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的裝置包括以下設(shè)備流化床氣化爐13，用于原料煤與選自空氣和氧氣中的一種以及蒸汽的氣化劑反應(yīng)，其配備有進(jìn)煤口 11、流化床煤氣出口管14以及流化床氣化爐排渣管8 ；煤氣粉濃淡分離器16，用于對(duì)煤氣進(jìn)行分離，其配備有濃粉煤氣管4和淡粉煤氣管2;和氣流床氣化爐1，用于含有煤和灰的煤氣與氣化劑的反應(yīng)，其配備有氣流床氣化爐蒸汽管3、高溫空氣或氧氣的管5和氣流床煤氣出口管。在所述裝置中，所述流化床氣化爐13的上部空間的橫截面積大于下部空間的橫截面積，例如，所述上部空間的橫截面積大于下部空間的橫截面積的1. 2倍。在所述裝置中，還包括凝渣器19，用于降低出口煤氣的溫度；熱回收設(shè)備，用于回收熱量以加熱氣化爐用的氣化劑；水封渣池6，用于液態(tài)排渣，其配備有氣流床氣化爐熱空氣或氧氣管7 ；和布風(fēng)室12，用于收集氣化劑，其配備有流化床氣化爐熱空氣或氧氣管10和流化床氣化爐蒸汽管9。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明的煤氣化方法結(jié)合了流化床氣化和氣流床氣化的優(yōu)點(diǎn)，避開了兩者的缺點(diǎn)。采用了流化床-氣流床氣化相結(jié)合的煤氣化方法，既降低了傳統(tǒng)氣流床氣化方法制粉系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，又比傳統(tǒng)流化床氣化方法大大提高了氣化溫度，從而降低了設(shè)備造價(jià)并提高了氣化效率。便于根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求等靈活組合不同的工藝流程，靈活調(diào)整空氣(或氧氣)和蒸汽氣化劑的溫度，以及氧和蒸汽耗量，容量容易放大，便于調(diào)控。可適用不同的氣化壓力，系統(tǒng)總壓降不大。氣粉濃淡分離器分離出的濃粉煤氣管內(nèi)，由于有氣流攜帶粉粒，比傳統(tǒng)的分離器可大幅減小淡粉煤氣管內(nèi)氣流的二次攜帶，在大幅降低分離器壓降的同時(shí)，可大幅提高氣粉分離效率。第一段煤氣化采用流化床氣化爐，主要作用是把粒徑較大的煤粒部分氣化，并產(chǎn)生粒徑較小的煤粒供氣流床氣化。由于流化床只需完成部分氣化，高度小、燃料處理強(qiáng)度高、造價(jià)低、控制簡單。由于在流化床氣化爐床層內(nèi)送入的蒸汽可在下一段高溫氣化時(shí)充分利用，因而可大幅提高該部分的蒸汽量，該部分蒸汽不僅可在較小的空氣(或氧)量下提高流化床氣流量，還可控制流化床溫度，減少了結(jié)焦量，提高了煤種適應(yīng)能力。本發(fā)明的煤氣化工藝中的第二段氣化和第三段氣化在氣流床中進(jìn)行。第二段是氧化放熱反應(yīng)為主，氣化劑中的氧和原料的濃度和溫度均較高，反應(yīng)溫度高、反應(yīng)劇烈，可降低對(duì)流化床帶出顆粒的粒徑要求，提高流化床的工作能力和效率，同時(shí)較大顆粒的煤粒在爐內(nèi)反應(yīng)時(shí)間長也有利于使氣化反應(yīng)充分完全。第三段是還原反應(yīng)為主的吸熱段，通過將數(shù)量較少、細(xì)度很細(xì)的煤粉充分氣化，并將大量中溫煤氣與第二段反應(yīng)氣混合，以降低出口煤氣的溫度在灰熔點(diǎn)以下。結(jié)合氣流床氣化爐煤氣出口處的換熱式凝渣器和冷煤氣再循環(huán)來進(jìn)一步降低出口煤氣溫度，熱回收裝置不必首先采用造價(jià)高昂的龐大廢鍋，只需采用對(duì)流換熱形式的換熱器，大幅降低了換熱器造價(jià)。由于采用了熱回收利用(或熱源)加熱氣化劑的措施，提高了氣化劑溫度，不僅提高了第二段氣化反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速度，還可降低氧耗和汽耗，提高冷煤氣效率，并增加煤氣中的H2含量，提高了煤氣品質(zhì)。高溫氣化使得蒸汽氣化劑的利用率高，濕煤氣所含水蒸汽量少，可簡化潛熱的回收流程。含煤氣量很大的淡粉煤氣管的管徑遠(yuǎn)大于濃粉煤氣管。氣粉濃淡分離器布置在流化床氣化爐的頂部煤氣出口附近，淡粉煤氣管在氣粉濃淡分離器的出口到氣流床氣化爐中部的入口之間的距離更短，淡粉煤氣管和濃粉煤氣管的總造價(jià)降低。氣化爐可采用膜式壁，沒有耐火材料的高溫腐蝕，也沒有噴嘴的嚴(yán)重磨損，設(shè)備可
靠性高。由于首先通過流化床氣化處理原料，再經(jīng)過氣流床高溫深度氣化，本發(fā)明的煤氣化方法不僅可氣化原煤，也可氣化生物質(zhì)和垃圾等原料。不僅適用于大型工業(yè)的高溫高壓氣化，也可用于低溫低壓的小型煤氣化以及提供燃燒用的煤氣。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的煤氣化工藝流程圖，其中，1.氣流床氣化爐、2.淡粉煤氣管、3.氣流床氣化爐蒸汽管、4.濃粉煤氣管、5.高溫空氣管、6.水封渣池、7.氣流床氣化爐排渣管、8.流化床氣化爐排渣管、9.流化床氣化爐蒸汽管、10.流化床氣化爐熱空氣(或氧氣)管、11.進(jìn)煤口、12.布風(fēng)室、13.流化床氣化爐、 14.流化床煤氣出口管、15.氣粉濃淡分離器、16.煤氣出口、17.熱回收設(shè)備、18.氣流床煤氣出口管和19.凝渣器。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的煤氣化工藝流程圖，其中，1.氣流床氣化爐、2.淡粉煤氣管、3.氣流床氣化爐蒸汽管、4.濃粉煤氣管、5.高溫空氣管、6.水封渣池、7.氣流床氣化爐排渣管、8.流化床氣化爐排渣管、9.流化床氣化爐蒸汽管、10.流化床氣化爐熱空氣(或氧氣)管、11.進(jìn)煤口、12.布風(fēng)室、13.流化床氣化爐、 14.流化床煤氣出口管、15.氣粉濃淡分離器、16.煤氣出口、17.熱回收設(shè)備、18.氣流床煤氣出口管和19.凝渣器。
具體實(shí)施例方式以下參照具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的目的，且不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1如圖1工藝流程圖所示，原煤由進(jìn)煤口 11加入流化床氣化爐13下部空間，溫度在 100 800°C的熱空氣和蒸汽的摩爾比為3 1 15 1，分別由流化床氣化爐熱空氣管 10和流化床氣化爐蒸汽管9進(jìn)入布風(fēng)室12，并由布風(fēng)室12進(jìn)入流化床氣化爐13下部空間。 熱空氣的含氧量在純空氣含氧量和純氧氣含氧量之間(即以摩爾計(jì)的21% 99.2%，優(yōu)選為21 % 75% )，原煤氣化所需的氧含量與煤的煤質(zhì)分析有關(guān)，一般氧碳的摩爾比為0. 9 1。熱空氣和蒸汽在流化床氣化爐13下部空間在850 1000°C范圍內(nèi)發(fā)生劇烈的熱交換和化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣攜帶小顆粒煤、灰隨氣流上升到流化床氣化爐13上部空間繼續(xù)反應(yīng)，部分灰渣由流化床氣化爐排渣管8排出爐外。流化床氣化爐蒸汽管9加入的蒸汽不僅可作為氣化劑和流化氣體，還可控制流化床反應(yīng)溫度，避免結(jié)焦。該部分蒸汽在流程后續(xù)的氣化反應(yīng)中仍可被利用，蒸汽利用率可達(dá)0. 8 0. 95。流化床氣化爐13的上部空間橫截面積大小大于下部空間橫截面積1. 2 3倍(倍數(shù)大小取決于煤質(zhì)等復(fù)雜因素)，上部空間的氣流上升速度降低，因而顆粒較大的煤、灰由上部空間回落到下部空間，形成流化床的內(nèi)循環(huán)，使顆粒較大的煤粒繼續(xù)反應(yīng)而縮小粒徑。 這樣只有粒徑小于一定尺寸的小顆粒煤、灰才能被帶到流化床頂部的流化床煤氣出口管 14，并經(jīng)此進(jìn)入煤氣粉濃淡分離器15。在流化床下部空間和上部空間的煤氣化為第一段氣化，產(chǎn)生的煤氣為中溫煤氣， 為避免結(jié)焦和產(chǎn)生大量焦油，隨煤種的不同，煤氣溫度在700 1000°C范圍內(nèi)變化。流化床產(chǎn)生的煤氣和該煤氣流攜帶的粒徑較小的煤、灰粉粒進(jìn)入煤氣粉濃淡分離器15后，分離成兩路，一路是含煤氣量很小、含煤、灰很多、且煤、灰相對(duì)粒徑較大的濃粉煤氣流；另一路是含煤氣量很大、含煤、灰很少，且煤、灰相對(duì)粒徑較小的淡粉煤氣流。這兩路煤氣流分別經(jīng)位于下部的濃粉煤氣管4和位于上部的淡粉煤氣管2進(jìn)入氣流床氣化爐1。 濃粉煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1內(nèi)氣流的上游，淡粉煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1內(nèi)氣流的下游，濃粉煤氣管4和淡粉煤氣管2沿氣流床氣化爐1內(nèi)氣流方向隔開一定距離，距離大小取決于煤質(zhì)等因素，具體在1. 0 8. Om范圍內(nèi)。高溫空氣由高溫空氣管5在濃粉煤氣流入口的上游進(jìn)入氣流床氣化爐1。高溫空氣可使流化床內(nèi)未氣化完的煤粉顆粒繼續(xù)氣化。采用的高溫空氣的溫度在400 1300°C， 這取決于煤質(zhì)和設(shè)計(jì)指標(biāo)。高溫空氣的含氧量在純空氣含氧量和純氧氣含氧量之間(即以摩爾計(jì)為21% 99. 2% )，原煤氣化所需的氧含量與煤的煤質(zhì)分析有關(guān)，一般氧碳的摩爾比為0. 9 1。由于高溫空氣與濃粉煤氣流兩者的初始溫度和濃度均較高，因而可快速發(fā)生劇烈的燃燒和氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在1000 200(TC，這取決于煤質(zhì)和設(shè)計(jì)指標(biāo)。該區(qū)段為第二段氣化的放熱反應(yīng)區(qū)。該區(qū)域含氧量高(以摩爾計(jì)為21 99. 2%，優(yōu)選為21% 75%)，氧化燃燒放熱強(qiáng)烈，反應(yīng)物反應(yīng)迅速而且充分，大部分煤粒反應(yīng)完全，得到含有煤和含有灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原來煤量的30% 70% (質(zhì)量比)，灰占10% 20% (質(zhì)量比)?；伊Ｔ诟邷叵萝浕蛉诨?，團(tuán)聚灰的重量增大，落入氣流床氣化爐1下部的水封渣池 6，由氣流床氣化爐排渣管7排出爐外，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的液態(tài)排渣。含有未反應(yīng)完全的煤粒和少部分灰粒的煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1下一段的空間。溫度在100 800°C的高溫蒸汽和二氧化碳由氣流床氣化爐蒸汽管3進(jìn)入氣流床氣化爐1，進(jìn)入氣流床氣化爐1的位置位于濃粉煤氣管4和淡粉煤氣管2之間。該高溫蒸汽作為氣化劑與上游未反應(yīng)完全的煤粒和煤氣在250 1200°C繼續(xù)發(fā)生水煤氣反應(yīng)和變換反應(yīng)等復(fù)雜的反應(yīng)，增加了煤氣中H2的含量，得到含有煤和灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原來煤量的20% 30% (質(zhì)量比)，灰占10% 30% (質(zhì)量比)。該區(qū)段的高溫保證了水煤氣氣化反應(yīng)的效率，減少了蒸汽消耗和剩余。該區(qū)段為第二段氣化的吸熱反應(yīng)區(qū)。該區(qū)段的主要反應(yīng)是以水蒸汽(H2O)和二氧化碳(CO2)為氣化劑進(jìn)行氣化的吸熱反應(yīng)，經(jīng)過該反應(yīng)段后，煤氣流溫度有所降低。高溫氣化條件下，氣化反應(yīng)中剩余O2很少，上述反應(yīng)后煤氣流仍含有的氣化劑主要是(X)2和H2O,溫度在1000 1800°C，CO2和H2O的比例與原料煤的煤質(zhì)分析有關(guān)，具體范圍在0. 1 1之間。該煤氣流在氣流床氣化爐1內(nèi)繼續(xù)流向下游，在淡粉煤氣管2處，與進(jìn)入的淡粉煤氣流混合并在1000 2000°C繼續(xù)發(fā)生氣化反應(yīng)。由于淡粉煤氣流含煤的相對(duì)粒徑較小，容易氣化完全。由于主要?dú)饣瘎?X)2和H2O,該段煤氣化是吸熱反應(yīng)，可使煤氣流溫度降低，同時(shí)，由于流化床氣化的煤氣流大部分流入淡粉煤氣流，淡粉煤氣流含煤氣量很大，因而經(jīng)過該段氣化后的煤氣溫度大大降低。通過控制氣粉濃淡分離器的濃淡分離量 (分離后的粉量比例和煤氣流量比例)、加入的氣化蒸汽量等，可控制氣流床氣化爐1煤氣出口處的凝渣器19前的煤氣溫度在灰熔點(diǎn)以下，且不高于1200°C。該區(qū)段為第三段氣化， 通過該區(qū)段反應(yīng)，還可將流化床氣化爐13產(chǎn)生煤氣中含有的焦油和酚類分解掉，改善了最終煤氣的成份組成，得到含有煤和含有灰的最終煤氣產(chǎn)品，反應(yīng)后的煤占原煤量的0% 1% (質(zhì)量比)，灰占原灰量的10% 30% (質(zhì)量比)。位于氣流床氣化爐1煤氣出口處的換熱式凝渣器19可進(jìn)一步降低出口煤氣溫度， 以便于在后面的熱回收設(shè)備17采用對(duì)流換熱形式，降低換熱器造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)性。凝渣器 19凝結(jié)的灰渣在重力作用下可落入水封渣池6后排出。經(jīng)凝渣器19冷卻的煤氣經(jīng)過氣流床煤氣出口管18進(jìn)入熱回收設(shè)備17。凝渣器 19和熱回收設(shè)備17回收的熱量可用于產(chǎn)生該氣化爐用的蒸汽和加熱空氣，以提高冷煤氣效率和降低氣化系統(tǒng)的氧耗。高溫氣化劑(蒸汽和加熱空氣)還可通過熱風(fēng)爐等加熱爐單獨(dú)加熱，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的氧耗。經(jīng)過熱量回收設(shè)備17的煤氣最終產(chǎn)品由煤氣出口 16流向用戶。
實(shí)施例2如圖2工藝流程圖所示，原煤由進(jìn)煤口 11加入流化床氣化爐13下部空間，溫度在 100 800°C的氧氣和蒸汽的摩爾比為1 3，分別由流化床氣化爐氧氣管10和流化床氣化爐蒸汽管9進(jìn)入布風(fēng)室12，并由布風(fēng)室12進(jìn)入流化床氣化爐13下部空間。氧氣和蒸汽在流化床氣化爐13下部空間發(fā)生劇烈的熱交換和化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣攜帶小顆粒煤、灰隨氣流上升到流化床氣化爐13上部空間繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)溫度800 2000°C范圍內(nèi)，在部分灰渣由流化床氣化爐排渣管8排出爐外。流化床氣化爐蒸汽管9加入的蒸汽不僅可作為氣化劑和流化氣體，還可控制流化床反應(yīng)溫度，避免結(jié)焦。該部分蒸汽在流程后續(xù)的氣化反應(yīng)中仍可被利用，蒸汽利用率高，可達(dá)0. 8 0. 95。流化床氣化爐13的上部空間橫截面積大小大于下部空間橫截面積1. 2 3倍(倍數(shù)的大小取決于煤質(zhì)等復(fù)雜因素)，上部空間的氣流上升速度降低，因而顆粒較大的煤、灰由上部空間回落到下部空間，形成流化床的內(nèi)循環(huán)，使顆粒較大的煤粒繼續(xù)反應(yīng)而縮小粒徑。這樣只有粒徑小于一定尺寸的小顆粒煤、灰才能被帶到流化床頂部的流化床煤氣出口管14，并經(jīng)此進(jìn)入氣粉濃淡分離器15。在流化床下部空間和上部空間的煤氣化為第一段氣化，產(chǎn)生的煤氣為中溫煤氣， 為避免結(jié)焦和產(chǎn)生大量焦油，視煤種不同，煤氣溫度在700 1000°C范圍內(nèi)。流化床產(chǎn)生的煤氣和該煤氣流攜帶的粒徑較小的煤、灰粉粒進(jìn)入氣粉濃淡分離器 15后，分離成兩路，一路是含煤氣量很小、含煤、灰很多、且煤、灰相對(duì)粒徑較大的濃粉煤氣流；另一路是含煤氣量很大、含煤、灰很少，且煤、灰相對(duì)粒徑較小的淡粉煤氣流。這兩路煤氣流分別經(jīng)位于上部濃粉煤氣管4和位于下部的淡粉煤氣管2進(jìn)入氣流床氣化爐1。濃粉煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1內(nèi)氣流的上游，淡粉煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1內(nèi)氣流的下游， 濃粉煤氣管4和淡粉煤氣管2沿氣流床氣化爐1內(nèi)氣流方向隔開一定距離，距離大小取決于煤質(zhì)等因素，具體在1.0 8. Om范圍內(nèi)。氧氣由氧氣管5在濃粉煤氣流入口的上游進(jìn)入氣流床氣化爐1。氧氣可使流化床內(nèi)未氣化完的煤粉顆粒繼續(xù)氣化。采用氧氣的溫度在400 1300°C范圍，這取決于煤質(zhì)和設(shè)計(jì)指標(biāo)。由于氧氣與濃粉煤氣流兩者的初始溫度和濃度均較高，因而可快速發(fā)生劇烈的燃燒和氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在1000 2000°C范圍內(nèi)，這取決于煤質(zhì)和設(shè)計(jì)指標(biāo)。該區(qū)段為第二段氣化的放熱反應(yīng)區(qū)。該區(qū)域含氧量高，為以摩爾計(jì)的21% 99. 2%，優(yōu)選為21% 75 %的范圍內(nèi)，氧化燃燒放熱強(qiáng)烈，反應(yīng)物反應(yīng)迅速而且充分，大部分煤粒反應(yīng)完全，得到含有煤和含有灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原煤量的20% 30% (質(zhì)量比)，灰占原灰量的 10% 30% (質(zhì)量比)，灰粒在高溫下軟化或融化，團(tuán)聚灰的重量增大，落入氣流床氣化爐 1下部的水封渣池6，由氣流床氣化爐排渣管7排出爐外，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的液態(tài)排渣。含有未反應(yīng)完全的煤粒和少部分灰粒的煤氣流進(jìn)入氣流床氣化爐1下一段的空間。溫度在100 800°C的高溫蒸汽和二氧化碳由氣流床氣化爐蒸汽管3進(jìn)入氣流床氣化爐1，進(jìn)入氣流床氣化爐1的位置位于濃粉煤氣管4和淡粉煤氣管2之間。該高溫蒸汽和二氧化碳作為氣化劑與上游未反應(yīng)完全的煤粒和煤氣繼續(xù)發(fā)生水煤氣反應(yīng)和變換反應(yīng)等復(fù)雜的反應(yīng)，反應(yīng)溫度在1000 1800°C范圍內(nèi)，增加了煤氣中壓的含量，得到含有煤和含有灰的煤氣，反應(yīng)后的煤占原煤量的20% 30% (質(zhì)量比)，灰占原灰量的10% 30% (質(zhì)量比)。該區(qū)段的高溫保證了水煤氣氣化反應(yīng)的效率，減少了蒸汽消耗和剩余。該區(qū)段為第二段氣化的吸熱反應(yīng)區(qū)。該區(qū)段的主要反應(yīng)是以水蒸汽(H2O)和二氧化碳(CO2)為氣化劑進(jìn)行氣化的吸熱反應(yīng)，經(jīng)過該反應(yīng)段后，煤氣流溫度有所降低。高溫氣化條件下，氣化反應(yīng)中剩余O2很少，上述反應(yīng)后煤氣流仍含有的氣化劑主要是(X)2和H2O, 二氧化碳和水蒸汽的溫度在1000 1800°C范圍內(nèi)，比例在0. 1 1 (摩爾比)范圍內(nèi)。該煤氣流在氣流床氣化爐1內(nèi)繼續(xù)流向下游，在淡粉煤氣管2處，與進(jìn)入的淡粉煤氣流混合并繼續(xù)發(fā)生氣化反應(yīng)，反應(yīng)溫度在1100 1600°C范圍內(nèi)。由于淡粉煤氣流含煤的相對(duì)粒徑較小，容易氣化完全。由于主要?dú)饣瘎镃O2和H2O,該段煤氣化是吸熱反應(yīng)，可使煤氣流溫度降低，同時(shí)，由于流化床氣化的煤氣流大部分流入淡粉煤氣流，淡粉煤氣流含煤氣量很大，因而經(jīng)過該段氣化后的煤氣溫度大大降低。通過控制氣粉濃淡分離器的濃淡分離量(分離后的粉量比例和煤氣流量比例)、加入的氣化蒸汽量等，可控制氣流床氣化爐1煤氣出口處的凝渣器19前的煤氣溫度在灰熔點(diǎn)以下，且不高于1200°C。該區(qū)段為第三段氣化，通過該區(qū)段反應(yīng)，還可將流化床氣化爐13產(chǎn)生煤氣中含有的焦油和酚類分解掉，改善了最終煤氣的成份組成，得到含有煤和灰的最終煤氣產(chǎn)品，反應(yīng)后的煤占原煤量的 0% (質(zhì)量比)，灰占原灰量的10% 30% (質(zhì)量比)。位于氣流床氣化爐1煤氣出口處的換熱式凝渣器19可進(jìn)一步降低出口煤氣溫度， 以便于在后面的熱回收設(shè)備17采用對(duì)流換熱形式，降低換熱器造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)性。凝渣器 19凝結(jié)的灰渣在重力作用下可落入水封渣池6后排出。經(jīng)凝渣器19冷卻的煤氣經(jīng)過氣流床煤氣出口管18進(jìn)入熱回收設(shè)備17。凝渣器 19和熱回收設(shè)備17回收的熱量可用于產(chǎn)生該氣化爐用的蒸汽和氧氣，以提高冷煤氣效率和降低氣化系統(tǒng)的氧耗。高溫氣化劑(蒸汽和氧氣)還可通過熱風(fēng)爐等加熱爐單獨(dú)加熱， 以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的氧耗。經(jīng)過熱量回收設(shè)備17的煤氣最終產(chǎn)品由煤氣出口 16流向用戶。本發(fā)明的煤氣化方法還可根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求等組合不同的工藝流程。淡粉煤氣管、氣流床氣化爐蒸汽管、濃粉煤氣管和高溫空氣(或氧氣)管可對(duì)稱多個(gè)靈活布置于氣流床氣化爐上，以提高氣流床氣化爐傳熱傳質(zhì)的效率。當(dāng)氣流床氣化爐采用上行床(如圖1所示)時(shí)，該方法的特點(diǎn)是氣粉分離器易于設(shè)計(jì)，分離效果好，但會(huì)有部分煤粒未經(jīng)過充分氣化下漏到渣池，當(dāng)氣流床氣化爐采用下行床(如圖2所示)時(shí)，該方法的特點(diǎn)是使得煤粒氣化的更充分，但難于設(shè)計(jì)，分離效果一般。根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)和顆粒大小，為解決氣流床氣化爐與流化床氣化爐容量匹配和降低綜合造價(jià)，即可采用一個(gè)氣流床氣化爐與多個(gè)流化床氣化爐組合的方案，也可采用多個(gè)氣流床氣化爐與一個(gè)流化床氣化爐組合的方案，只需將相應(yīng)管道對(duì)稱布置即可。對(duì)于難氣化煤，為了提高氣化效率，可在氣化爐煤氣出口加設(shè)氣粉分離器，分離出的煤?；氐搅骰矚饣癄t或氣流床氣化爐進(jìn)行再循環(huán)。為了增加高溫氣化段空間和減小凝渣器的容量，可通過將熱回收裝置后的冷煤氣再循環(huán)到氣流床氣化爐出口的方法降低氣流床氣化爐煤氣出口溫度。由流化床氣化爐排渣管排出爐外的灰渣可通過冷渣器回收熱量，灰渣粉碎到一定粒度后再加入流化床氣化爐，或?qū)⒒以谌紵隣t燃燒，將灰渣中的碳充分利用。
1權(quán)利要求
1.一種煤氣化方法，該方法包括以下步驟(1)將原料煤與氣化劑進(jìn)行流化床氣化反應(yīng)得到產(chǎn)物，將所述產(chǎn)物分離以形成第一煤氣流和第二煤氣流，其中第一煤氣流與第二煤氣流的灰粉含量之比為2 9. 5，灰粉平均粒度之比為1.5 3 ；(2)將第一煤氣流與高溫空氣和/或高溫氧氣進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)，再與高溫蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)；(3)將步驟( 得到的反應(yīng)產(chǎn)物與第二煤氣流進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)得到終產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤氣化方法，其特征在于，所述步驟( 中的高溫空氣和/或高溫氧氣的溫度為400 1300°C，高溫蒸汽的溫度為100 800°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤氣化方法，其特征在于，所述步驟(1)中的氣化劑為熱空氣和/或熱氧氣，以及蒸汽，且熱空氣和蒸汽的溫度均為100 800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的煤氣化方法，其特征在于，所述煤選自原煤、不粘煤、弱粘煤、無煙煤、長焰煤、褐煤、貧煤和氣煤中的一種或多種。
5.一種煤氣化裝置，該裝置包括以下設(shè)備用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(13)；煤流化床氣化反應(yīng)產(chǎn)物分離器(15)，用于分離煤經(jīng)流化床氣化反應(yīng)得到的產(chǎn)物，形成第一煤氣流和第二煤氣流，其中第一煤氣流與第二煤氣流的灰粉含量之比為2 9. 5，灰粉平均粒度之比為1.5 3;用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)，用于將第一煤氣流與高溫空氣和/或高溫氧氣進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)后，與高溫蒸汽進(jìn)行氣化反應(yīng)；第一煤氣流的氣化反應(yīng)產(chǎn)物再與第二煤氣流進(jìn)行氣流床氣化反應(yīng)得到終產(chǎn)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(1 為流化床氣化爐，該流化床氣化爐包括排渣口(8)、蒸汽入口(9)、熱空氣和/或熱氧氣入口(10)、進(jìn)煤口(11)、布風(fēng)室(12)和煤氣出口(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)為氣流床汽化爐，該氣流床汽化爐包括第一煤氣入口 G)、第二煤氣入口 O)、高溫空氣和/或高溫氧氣入口(5)、蒸汽入口(3)、水封渣池(6)、凝渣器(19)、排渣口(7)和煤氣出口(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)的煤氣出口(18)與熱回收裝置(17)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(1 在垂直方向上的上部橫截面積為下部橫截面積1. 2 3倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)為上行床或下行床形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(13)為一個(gè)或多個(gè)；所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)為一個(gè)或多個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的煤氣化裝置，其特征在于，所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(13)和所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)還分別包括煤顆粒分離器，用于將煤顆粒返回所述用于煤流化床氣化反應(yīng)的裝置(13)或所述用于煤氣流床氣化反應(yīng)的裝置(1)進(jìn)行反應(yīng)。
13. 一種根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述方法得到的煤氣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流化床-氣流床氣化煤氣化方法，該方法包括以下步驟1)將原料煤與空氣和蒸汽的混合物或氧氣和蒸汽的混合物反應(yīng)得到含有未反應(yīng)完全的煤和灰的煤氣；2)將步驟1)得到的煤氣進(jìn)行分離，得到濃粉煤氣流和淡粉煤氣流，將所述濃粉煤氣流與空氣或氧氣中反應(yīng)得到含有煤和灰的煤氣；3)將步驟2)得到的煤氣與蒸汽反應(yīng)得到含有煤和灰的煤氣；4)將步驟3)得到的煤氣與步驟2)分離得到的淡粉煤氣流與蒸汽和二氧化碳的混合物反應(yīng)，得到含有煤和灰的最終煤氣。該方法降低了傳統(tǒng)氣流床氣化方法制粉系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，又比傳統(tǒng)流化床氣化方法大大提高了氣化溫度，從而降低了設(shè)備造價(jià)，并提高了氣化效率。
文檔編號(hào)C10J3/48GK102373089SQ201010256919
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者沈勇彪, 蔡連國, 許光文, 郝江平, 高士秋 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所, 北京圓能工業(yè)技術(shù)有限公司, 山西三合盛工業(yè)技術(shù)有限公司