專利名稱：煤的熱解氣化方法及煤的熱解氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使煤在氣流層中快速氣化并熱解來制造至少含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的生成氣體的煤的熱解氣化方法及煤的熱解氣化裝置。本申請(qǐng)基于2010年4月16日在日本提出申請(qǐng)的日本特愿2010-95495號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
背景技術(shù)：
迄今為止，已提出一些將煤置于高溫進(jìn)行熱解來制造含有以直接甲烷為代表的烴氣體的燃?xì)庖约耙员健⒓妆?、二甲?BTX)為代表的油的煤熱解工藝。在下述專利文獻(xiàn)I中公開了一種煤熱解方法。該煤熱解方法如下向在利用氧將 煤和碳質(zhì)原料氣化時(shí)產(chǎn)生的高溫氣體中吹入煤，使煤的快速加熱和熱解反應(yīng)在氣流層中進(jìn)行。該煤熱解方法特別是可以高收率地獲得BTX。而且，該煤熱解方法可以減少設(shè)備的初期成本。此外，該煤熱解方法的熱效率高，不需要熱補(bǔ)給。另外，熱效率采用下述(I)式來算出。熱效率=(生成氣體發(fā)熱量+生成油發(fā)熱量)/ (投入煤發(fā)熱量-生成煤焦發(fā)熱量)(I)另外，在下述專利文獻(xiàn)2中公開了一種煤的加氫熱解方法。該煤的加氫熱解方法如下向在利用氧將煤和碳質(zhì)原料氣化時(shí)產(chǎn)生的高溫氣體中吹入煤和氫，使煤的快速加熱和加氫熱解反應(yīng)在氣流層中進(jìn)行。該煤熱解方法可以高收率地獲得輕質(zhì)的油、甲烷等燃?xì)狻，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平5-295371號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開2004-217868號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開昭61-246287號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題然而，在專利文獻(xiàn)I和2中提出的工藝中使用了具備上下二室二段的反應(yīng)器的裝置。對(duì)于該反應(yīng)器的下段的氣化爐，為了提高投入的煤、煤焦(未氣化煤殘?jiān)驘峤鈿堅(jiān)?的反應(yīng)率，希望延長(zhǎng)爐內(nèi)的粒子停留時(shí)間。為此，煤投入的燒嘴成角度地設(shè)置在氣化爐上，以使投入的煤、煤焦在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)流。但是，氣化爐中形成的旋轉(zhuǎn)流在反應(yīng)器的上段的改性爐中也保持旋轉(zhuǎn)流的原樣流動(dòng)。為此，當(dāng)對(duì)改性爐吹入煤時(shí)，投入的煤粒子會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)流而流過爐壁附近，因而有可能會(huì)發(fā)生煤粒子在改性爐的爐壁上附著而形成作業(yè)故障。另外，由于如上所述那樣在改性爐中也保持旋轉(zhuǎn)流，因此，投入到改性爐內(nèi)的煤的粒子濃度會(huì)出現(xiàn)不均，在粒子濃度高的部分粒子的升溫變得不均勻。因此，還存在反應(yīng)變得不均勻的風(fēng)險(xiǎn)。另外，可認(rèn)為在專利文獻(xiàn)2中，為了延長(zhǎng)投入到改性爐中的煤粒子的停留時(shí)間，以與氣化爐中的旋轉(zhuǎn)流相同的方向旋轉(zhuǎn)的方式投入煤。另外，在上述專利文獻(xiàn)3中公開了一種改變了二段的燃料供給部的旋轉(zhuǎn)直徑的噴流床煤氣化爐。該文獻(xiàn)3所述的發(fā)明不是用進(jìn)行熱解的改性爐而是用氣化爐來進(jìn)行煤的氣化，反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)與專利文獻(xiàn)I和2所述的發(fā)明不同。即，專利文獻(xiàn)I和2所述的發(fā)明在熱解中在不使用氧的情況下將煤分解，因此除了氫、一氧化碳、甲烷等氣體以外還會(huì)產(chǎn)生焦油。為此，在專利文獻(xiàn)I和2所述的發(fā)明中，容易在反應(yīng)器內(nèi)附著來自焦油的碳質(zhì)。而在專利文獻(xiàn)3所述的發(fā)明中，由于利用氧將煤分解成一氧化碳等，因而不會(huì)產(chǎn)生焦油，因此不存在產(chǎn)生碳質(zhì)附著物的問題。 本發(fā)明的目的在于提供能夠抑制改性爐內(nèi)的作業(yè)故障和反應(yīng)不均的煤的熱解氣化方法及煤的熱解氣化裝置。用于解決技術(shù)問題的手段本發(fā)明的煤的熱解氣化方法為下述方法使用下段具有圓筒狀的氣化爐、上段具有圓筒狀的改性爐、且其間用成為擴(kuò)徑部的喉管連接而成的上下二室二段的氣流層反應(yīng)器，通過向上述氣化爐中至少投入煤和含氧氣體以將上述煤進(jìn)行部分氧化來生成氣化氣體，并將上述氣化氣體導(dǎo)入上述改性爐中，向上述改性爐中至少投入煤，利用上述氣化氣體的顯熱將投入到上述改性爐中的煤進(jìn)行熱解，從而生成至少含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的生成氣體，其中，將投入到上述氣化爐中的煤通過以在上述氣化爐內(nèi)在圓周方向上形成旋轉(zhuǎn)流的方式進(jìn)行氣流傳送來投入，將投入到上述改性爐中的煤通過朝向與投入到上述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來投入。S卩，熱解氣化方法具有下述工序?qū)⒚号c含氧氣體一起以傳送該煤的氣體在上述氣化爐內(nèi)形成圓周方向的旋轉(zhuǎn)流的方式向氣化爐中進(jìn)行投入的工序；使投入到上述氣化爐中的上述煤進(jìn)行部分氧化來生成氣化氣體的工序；將煤以傳送該煤的氣體在上述改性爐內(nèi)與上述氣化爐內(nèi)的氣體相反方向的方式向與上述氣化爐連通的改性爐中進(jìn)行投入的工序；以及，利用從上述氣化爐流入上述改性爐中的上述氣化氣體，將投入到上述改性爐中的上述煤進(jìn)行熱解來生成含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的氣體的工序?？梢詫⑸鲜龈男誀t中的上述煤的投入位置設(shè)為2處以上，將來自上述2處以上的煤相對(duì)于上述改性爐的爐壁的投入角度設(shè)為全部相同的角度。上述改性爐中的上述2處以上的煤的投入位置可以是在上述改性爐的爐壁上相互在圓周方向上隔開等間隔的位置。除上述改性爐中的上述2處以上的煤的投入位置以外，可以進(jìn)一步設(shè)置2處以上的通過朝向與投入到上述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來將煤投入到上述改性爐中的煤的投入位置，并將來自上述另外2處以上的煤相對(duì)于上述改性爐的爐壁的投入角度設(shè)為全部相同的角度，且設(shè)為與上述2處以上的投入角度不同的角度。S卩，可以設(shè)置2處以上的與上述改性爐中的上述2處以上煤的投入位置不同的煤的投入位置，通過從上述另外2處以上的煤的投入位置朝向與投入到上述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送，從而將煤投入到上述改性爐中，并將來自上述另外2處以上的煤相對(duì)于上述改性爐的爐壁的投入角度設(shè)為全部相同的角度，且設(shè)為與上述2處以上的煤的投入角度不同的角度。上述改性爐中的上述2處以上的煤的投入位置與上述另外2處以上的煤的投入位置可以在圓周方向上處于交替的位置。本發(fā)明的煤的熱解氣化裝置是用于上述煤的熱解氣化方法的煤的熱解氣化裝置，其具備下段具有圓筒狀的氣化爐、上段具有圓筒狀的改性爐的上下二室二段的氣流層反應(yīng)器，上述氣化爐具有至少將煤通過氣流傳送投入到所述氣化爐中的噴嘴和將含氧氣體投入到所述氣化爐中的噴嘴，上述至少將煤通過氣流傳送投入到所述氣化爐中的噴嘴按下述方式來配置使投入到上述氣化爐中的煤在上述氣化爐內(nèi)在圓周方向上形成旋轉(zhuǎn)流，
在上述改性爐中具有通過氣流傳送將煤投入到所述改性爐中的噴嘴，上述通過氣流傳送將煤投入到上述改性爐中的噴嘴按下述方式來配置朝向與投入到上述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向來投入煤。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的煤的熱解氣化方法及煤的熱解氣化裝置，可提高投入到改性爐中的煤在改性爐內(nèi)的分散性，并抑制改性爐內(nèi)的作業(yè)故障和反應(yīng)不均。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的煤的熱解氣化裝置的概略圖。圖2是圖I所示的煤的熱解氣化裝置的氣流層反應(yīng)器中的改性爐的剖面概略圖。圖3是示出了具有2種角度的改性煤吹入噴嘴的設(shè)置例的改性爐的剖面概略圖。圖4是示出了比較例I中的改性煤吹入噴嘴的設(shè)置狀況的改性爐的剖面概略圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的煤的熱解氣化裝置。如圖I所示，煤的熱解氣化裝置20具備氣流層型的反應(yīng)器21 (以下稱為氣流層反應(yīng)器21或簡(jiǎn)稱為反應(yīng)器21)，所述氣流層型的反應(yīng)器21具備上游側(cè)的氣化爐2和下游側(cè)的改性爐I。氣化爐2以氧12作為氧化劑(氣化劑)將投入到內(nèi)部的氣化煤9氣化，主要生成以一氧化碳、二氧化碳、氫、水蒸氣為成分的氣化氣體14。這里，在氣化爐2中，需要將氣化煤9中含有的灰分熔融并從氣化爐2中排出，因此氣化爐2內(nèi)的溫度必須設(shè)為該灰分的熔點(diǎn)以上。為此，從氣化爐2導(dǎo)入到改性爐I中的氣化氣體14也為高溫。因此，通過在改性爐I中將改性煤10投入到該氣化氣體14中，改性煤10升溫而產(chǎn)生熱解反應(yīng)，可獲得包含至少含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的生成氣體的產(chǎn)物16。這樣的氣流層反應(yīng)器21為在下段設(shè)有上述氣化爐2、在上段設(shè)有上述改性爐I的上下二室二段式。另外，對(duì)于氣流層反應(yīng)器21，氣化爐2和改性爐I是用成為從小徑的氣化爐2向改性爐I擴(kuò)徑的擴(kuò)徑部的喉管3連接，形成介由喉管3連接的所謂的喉管結(jié)構(gòu)。通過如上所述那樣設(shè)為二室二段，可完全區(qū)分開進(jìn)行煤的氣化的部分即氣化爐2和進(jìn)行煤的熱解的部分即改性爐I。由此，可自由地設(shè)定各部分的操作條件。S卩，在氣流層反應(yīng)器21中，通過在氣體的流路上加入先縮小后再逐漸擴(kuò)徑的喉管3而形成使流速局部增加的結(jié)構(gòu)，可防止投入到作為上室的改性爐I中的煤粒子(改性煤10)等落到作為下室的氣化爐2中。由此，可在各室設(shè)定獨(dú)立的反應(yīng)條件。另外，氣化爐2、改性爐I和喉管3的水平剖面具有圓形的筒狀結(jié)構(gòu)。這里，通過氣化爐2內(nèi)的氣化煤9發(fā)生部分氧化而成為高溫，氣化煤9中含有的灰分形成熔融狀態(tài)的爐渣15。為此，在氣化爐2的下部?jī)?yōu)選設(shè)置能夠排出爐渣15的出渣口 6和收集爐渣15的水槽8。另外，氣化爐2的爐壁優(yōu)選使用鍋爐管17，以使該爐壁附著熔融狀態(tài)的爐渣15來保護(hù)壁面。 另外，在氣化爐2設(shè)有I個(gè)或多個(gè)氣化燒嘴5，用于一起投入氣化煤9和用以使氣化煤9部分氧化的氧化劑即含氧氣體11。另外,作為上述含氧氣體11,可采用氧12、或者氧12和水蒸氣13。氣化煤9和含氧氣體11利用氣化燒嘴5被吹入氣化爐2中并快速混合。在氣化爐2中，優(yōu)選將投入的氣化煤9中含有的烴中的碳、氫成分盡可能多地轉(zhuǎn)化成CO、H2來提高氣化轉(zhuǎn)化率。為此，需要使氣化煤9與含氧氣體11快速混合，以使得由氣化煤9產(chǎn)生的揮發(fā)成分在形成煤煙前與含氧氣體11發(fā)生反應(yīng)。于是，優(yōu)選例如使用雙重管結(jié)構(gòu)等作為上述氣化燒嘴5，并將氣化煤9和含氧氣體11從相同的位置投入。另外，當(dāng)不使用雙重管結(jié)構(gòu)來投入含氧氣體11時(shí)，優(yōu)選對(duì)氣化爐2內(nèi)的煤粒子濃度高的部位吹入含氧氣體11。因此，優(yōu)選使含氧氣體11的投入噴嘴位于與氣化煤9的投入噴嘴相同高度的位置以將含氧氣體11和氣化煤9以相同高度水平進(jìn)行投入。由此，即使煤投入口與含氧氣體投入口不同，也能夠抑制氣化煤9的氣化轉(zhuǎn)化率降低。另外，氣化煤9通過使用與含氧氣體11不同的氣流傳送氣體進(jìn)行傳送，從而投入到氣化爐2內(nèi)。作為該氣流傳送氣體，可使用非氧化性的氣體、例如氮?dú)狻⒐に囍猩傻臍怏w等，但并不限于此。在本實(shí)施方式中，氣化燒嘴5以在氣化爐2內(nèi)在圓周方向上形成氣化煤9的旋轉(zhuǎn)流的方式成角度地設(shè)置。由此，可確保氣化煤9在氣化爐2內(nèi)的停留時(shí)間從而提高氣化轉(zhuǎn)化率。另外，為了在氣化爐2內(nèi)形成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)流，氣化燒嘴5優(yōu)選2個(gè)以上。而且，為了使氣化爐2中生成的爐渣15穩(wěn)定地排出，氣化燒嘴5優(yōu)選位于氣化爐2的下方。此外，為了使氣化爐2中生成的爐渣15穩(wěn)定地排出，氣化燒嘴5的朝向優(yōu)選設(shè)為與氣化爐2的直徑的1/10 2/3的假想圓(與氣化爐2的中心軸同軸)的切線方向。上述氣化爐2的操作壓力和溫度例如維持在O. I 20MPa、1300 1700°C。另外，關(guān)于壓力，對(duì)照改性爐I的壓力來進(jìn)行調(diào)節(jié)。如上所述那樣，在氣化爐2中生成的氣化氣體14通過喉管3被送至改性爐I中。在改性爐I中，投入改性煤10并發(fā)生煤的熱解反應(yīng)。通過經(jīng)由該熱解反應(yīng)，由煤生成作為產(chǎn)物16的生成氣體、煤焦、還有焦油等。生成氣體可用作燃料、化學(xué)原料，煤焦可用作固體燃料，焦油可用作化學(xué)原料或燃料。另外，改性煤10 —邊被氣流傳送氣體傳送一邊被投入到改性爐I內(nèi)。此時(shí)，即使將改性煤10 —邊通過氣流傳送氣體進(jìn)行傳送一邊單獨(dú)地投入到改性爐I內(nèi)，也可以使改性煤10發(fā)生熱解反應(yīng)來制造上述產(chǎn)物16。另外，通過同時(shí)投入除改性煤10以外的氫、水蒸氣、氧中的I種以上，可以改變所生成的生成氣體及焦油的性狀和量。 改性爐I中的操作壓力和溫度例如維持在O. I 20MPa、500 1200°C。由于改性爐I和氣化爐2介由喉管3而上下連接，因此兩爐的操作壓力大致相同。這里，關(guān)于改性爐I的操作壓力，優(yōu)選對(duì)照生成氣體的用途而設(shè)為I 3MPa左右的操作壓力。即，當(dāng)改性爐I的操作壓力過低時(shí)，為了確保氣化爐2內(nèi)的氣體停留時(shí)間而需要增大爐容積。其結(jié)果是，氣化爐2內(nèi)的表面積增大、散熱量增加，因此改性爐I的操作壓力過低是不優(yōu)選的。另外，當(dāng)改性爐I的操作壓力過高時(shí)，設(shè)備制作費(fèi)用會(huì)提高。另外，高壓側(cè)的操作、即改性爐I的操作壓力高時(shí)，通過將改性煤10與水蒸氣一起投入到改性爐1，也可進(jìn)行氣化和氫化。關(guān)于改性爐I中的溫度，優(yōu)選以下的溫度條件。即，當(dāng)在產(chǎn)物16中作為回收對(duì)象的回收物主要為生成氣體和焦油時(shí)，優(yōu)選為500 800°C這樣的較低的溫度條件。另外，當(dāng)回收物主要為生成氣體時(shí)，優(yōu)選為800 1200°C這樣的較高的溫度條件。另外，當(dāng)回收物主要為生成氣體時(shí)，優(yōu)選在改性爐I中加入水蒸氣、氫等改性助齊U、或在氣化爐2中加入水蒸氣等改性助劑等來促進(jìn)改性爐I內(nèi)的氣化反應(yīng)。另外，改性爐I中生成的煤焦優(yōu)選與氣化煤9 一起作為氣化爐2的燃料投入以循環(huán)利用。這里，氣化爐2中形成的旋轉(zhuǎn)流即使在改性爐I中也保持旋轉(zhuǎn)原樣地流動(dòng)上升。為此，當(dāng)將改性煤10以單純地垂直于爐壁Ia的方式投入到改性爐I中、或者沿與該旋轉(zhuǎn)流相同的方向進(jìn)行投入時(shí)，改性煤10的粒子隨著旋轉(zhuǎn)流而流動(dòng)，會(huì)局部形成煤濃度高的部分。于是，改性煤10的升溫變得不均勻，無法獲得穩(wěn)定的熱解產(chǎn)物。另外，由于改性煤10的粒子濃度高的部分集中在改性爐I的爐壁Ia的附近，因此還存在溫度上升不足的粒子附著于爐壁Ia而形成附著物的可能性。為此，如圖2所示那樣，將改性煤吹入噴嘴4設(shè)置成與氣化爐2中的旋轉(zhuǎn)流(圖2所示的箭頭F)相向的投入角度。由此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)能夠使改性爐I內(nèi)的改性爐I徑向粒子濃度均勻，即能夠使改性爐I的沿徑向的位置的粒子濃度都均勻。S卩，在改性爐I中，設(shè)成下述投入角度來設(shè)置噴嘴4 :朝向與介由喉管3從氣化爐2導(dǎo)入的氣化氣體14的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向，改性煤10通過氣流傳送而被投入到改性爐I中。這里，投入角度是指，俯視觀察改性爐I時(shí)，從改性煤吹入噴嘴4沿改性煤10投入的方向延伸的噴嘴4的噴嘴軸線22、與從噴嘴設(shè)置位置的改性爐I的爐壁Ia朝向改性爐中心軸O的假想線23所成的水平角度(圖2所示的角度α )。關(guān)于噴嘴4的個(gè)數(shù)和投入角度，優(yōu)選以改性爐I內(nèi)的流動(dòng)不會(huì)成為偏流的方式在對(duì)稱的位置上以相同的角度設(shè)置2個(gè)以上的噴嘴4。即，噴嘴4優(yōu)選在圓周方向上隔開彼此相等的間隔在改性爐I的爐壁Ia上配置多個(gè)。此外，各噴嘴4的水平角度相等，優(yōu)選各噴嘴4的噴嘴軸線22沿著與改性爐中心軸O為同軸的同一假想圓24的切線方向。另外，關(guān)于水平角度，過小時(shí)，效果小，過大時(shí)，未升溫的改性煤10有可能會(huì)與改性爐I的爐壁Ia發(fā)生碰撞。因此，上述水平角度的大小優(yōu)選為上述假想圓24的直徑是改性爐I內(nèi)徑的1/5 2/3這樣的大小。另外，作為改性煤吹入噴嘴4的噴嘴軸線22相對(duì)于水平面的傾斜即鉛直角度也可以在所有的噴嘴4中都相同。另外，當(dāng)改性煤10的吹入流速過高時(shí)，在操作壓力高的情況下，需要減小改性煤吹入噴嘴4的直徑，存在噴嘴4易閉塞的可能性。因此，改性煤10的吹入流速過高是不優(yōu)選的。為此，上述吹入流速優(yōu)選為與氣化爐2中氣化煤9被氣流傳送時(shí)的流速大致相等的數(shù) m/sec 至 20m/sec 左右。如上所說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的煤的熱解氣化方法和煤的熱解氣化裝置20，通過朝向與投入到氣化爐2中的氣化煤9的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來投入改性煤10，因而從氣化爐2導(dǎo)入的氣化氣體14的旋轉(zhuǎn)流在改性爐I內(nèi)被消除。因此，在改性爐I內(nèi)，可抑制改性煤10隨著旋轉(zhuǎn)流而流過改性爐I的爐壁Ia附近。由此，在 改性爐I內(nèi)改性煤10的粒子濃度不易產(chǎn)生不均，可提高改性煤10的分散性。根據(jù)以上所述，改性爐I的爐壁Ia上的煤粒子的附著得到抑制，作業(yè)故障得到抑制。而且，還可以確保改性爐I內(nèi)的反應(yīng)的均勻性。另外，與改性爐I的操作壓力低的情況相比，操作壓力高的情況下投入到改性爐I內(nèi)的粒子濃度提高。因此，在氣化爐2中的旋轉(zhuǎn)流的影響下，變得更容易形成改性爐I中的粒子濃度高的部分。為此，在操作壓力高的情況下，本發(fā)明的效果更明確。另外，將反應(yīng)器21按比例放大時(shí)，改性爐I的直徑變大。因此，被吹入的改性煤10與氣化氣體14的混合變差，容易產(chǎn)生粒子濃度的偏差。因此，在按比例放大的、處理量大的反應(yīng)器21的情況下，本發(fā)明的效果更明確。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)加以各種變更。例如可以如圖3所示那樣，以改性煤吹入噴嘴4A、4B的2種以上的投入角度α、β在改性爐I上設(shè)置改性煤吹入噴嘴。即，在圖3所示的改性爐I中，改性煤吹入噴嘴4Α、4Β中的多個(gè)第I噴嘴4Α的投入角度α全部相同。而且，改性煤吹入噴嘴4Α、4Β中的多個(gè)第2噴嘴4Β的投入角度β全部設(shè)為相同的角度，且與上述投入角度α為不同的角度。其結(jié)果是，多個(gè)第I噴嘴4Α及多個(gè)第2噴嘴4Β各自的噴嘴軸線22Α、22Β所對(duì)應(yīng)的假想圓24Α、24Β的直徑不同。此時(shí),可進(jìn)一步提高改性爐I內(nèi)的改性煤10的分散性。因此，例如在改性爐I的直徑大等情況下，特別優(yōu)選如圖3所示那樣來設(shè)置噴嘴4Α、4Β。另外，在圖3所示的改性爐I中，第I噴嘴4Α與第2噴嘴4Β在圓周方向上交替地設(shè)置。由此，可抑制改性爐I內(nèi)的流動(dòng)變成偏流，可進(jìn)一步提高改性爐I內(nèi)的改性煤10的分散性。另外，在圖示的例子中，例如還可以使改性煤10從第I噴嘴4Α的投入速度與改性煤10從第2噴嘴4Β的投入速度互不相同。另外，在上述實(shí)施方式中，在改性爐I中，僅朝向與介由喉管3從氣化爐2導(dǎo)入的氣化氣體14的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向，改性煤10通過氣流傳送而被投入，但不限于此。在本發(fā)明的熱解氣化方法中，只要朝向與氣化氣體14的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向投入改性煤10即可，例如，還可以朝向與上述旋轉(zhuǎn)流相同的圓周方向進(jìn)一步投入改性煤10。此外，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)?shù)貙⑸鲜鰧?shí)施方式中的構(gòu)成要素替換成眾所周知的構(gòu)成要素，而且，還可以將上述變形例進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合。
實(shí)施例(實(shí)施例I)以下示出使用了圖I所記載的裝置的氣化熱解操作的實(shí)施例。氣化爐2的操作條件設(shè)為壓力為2. 5MPa、溫度為1450°C，改性爐I的操作條件設(shè)為壓力為2. 5MPa、溫度為1100°C。通過使用氮?dú)膺M(jìn)行氣流傳送來向氣化爐2中投入粉碎至平均粒徑為40 μ m的氣化煤9。氣化煤9的量設(shè)為500kg/h (煤灰分為2. 7%、揮發(fā)成分為45%、水分為5%)。此外，將氣化爐2中的水蒸氣13的投入量設(shè)為50kg/h，將氧12的投入量設(shè)為310Nm3/h。另外，通過使用氮?dú)膺M(jìn)行氣流傳送來向改性爐I中投入162kg/h的改性煤10。氣流傳送的流速設(shè)為10m/sec。
另外，在氣化爐2中，朝向氣化爐直徑的1/3的假想圓的切線方向從4個(gè)方向投入氣化煤9和作為含氧氣體11的水蒸氣13及氧12，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。氣化煤9、水蒸氣13、氧12使用雙重管的燒嘴來投入。在雙重管的內(nèi)側(cè)、即雙重管的內(nèi)管內(nèi)，氣化煤9和傳送氣體流動(dòng)，在雙重管的外側(cè)、即雙重管的內(nèi)管與外管之間，水蒸氣13和氧12混合而流動(dòng)。另外，在改性爐I中，使用圖2所示的改性煤吹入噴嘴4，朝向改性爐直徑的1/2的假想圓24的切線方向從4個(gè)方向投入改性煤10，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。其結(jié)果是，在氣化爐2出口即喉管3處的氣化氣體14的量為1134Nm3/h，氣化氣體14的發(fā)熱量為1879kcal/h。另外，改性爐出口 7處的生成氣體的量為1279Nm3/h，生成氣體的發(fā)熱量為2239kcal/h。焦油的生成量極少。另外，在200小時(shí)的操作后對(duì)改性爐I內(nèi)進(jìn)行分解檢查，結(jié)果是在改性爐I的爐壁Ia的內(nèi)表面未發(fā)現(xiàn)附著物，改性爐I的爐壁Ia為潔凈的狀態(tài)。(實(shí)施例2)實(shí)施例2為與實(shí)施例I大致相同的裝置和反應(yīng)條件。在實(shí)施例2中，使圖3所示的改性煤吹入噴嘴4A、4B中的2個(gè)第I噴嘴4A朝向改性爐I的直徑的1/3的假想圓24A的切線方向。另外，使改性煤吹入噴嘴4A、4B中的另外2個(gè)第2噴嘴4B朝向改性爐I的直徑的2/3的假想圓24B的切線方向。與實(shí)施例I同樣地通過使用氮?dú)膺M(jìn)行氣流傳送來向氣化爐2中投入粉碎至平均粒徑為40 μ m的氣化煤9。氣化煤9的量設(shè)為500kg/h (煤灰分為2. 7%、揮發(fā)成分為45%、水分為5%)。此外，將氣化爐2中的水蒸氣13的投入量設(shè)為50kg/h、將氧12的投入量設(shè)為31 ONmVh。另外，通過使用氮?dú)膺M(jìn)行氣流傳送，利用2個(gè)第I噴嘴4A和2個(gè)第2噴嘴4B從4個(gè)方向來向改性爐I中投入合計(jì)為160kg/h的改性煤10。氣流傳送的流速設(shè)為lOm/sec。在氣化爐2中，朝向氣化爐直徑的1/3的假想圓的切線方向從4個(gè)方向進(jìn)行氣化煤9的吹入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。與實(shí)施例I同樣，氣化煤9、水蒸氣13、氧12使用雙重管的燒嘴來投入。在雙重管的內(nèi)側(cè)氣化煤9和傳送氣體流動(dòng)。在雙重管的外側(cè)水蒸氣13和氧12混合而流動(dòng)。其結(jié)果是，氣化爐2出口即喉管3處的氣化氣體14的量為1134Nm3/h，氣化氣體14的發(fā)熱量為1879kcal/h，改性爐I的溫度為1100°C。另外，改性爐出口 7處的生成氣體的量為1280Nm3/h，生成氣體的發(fā)熱量為2249kcal/h。在實(shí)施例2中，與實(shí)施例I相比，可見發(fā)熱量的增加。另外，在200小時(shí)的操作后對(duì)改性爐I內(nèi)進(jìn)行分解檢查，結(jié)果是在改性爐I的爐壁Ia的內(nèi)表面 未發(fā)現(xiàn)附著物，改性爐I的爐壁Ia為潔凈的狀態(tài)。(比較例I)比較例I為與實(shí)施例I大致相同的裝置和反應(yīng)條件。在比較例I中，如圖4所示那樣使改性煤吹入噴嘴4從4個(gè)方向相向。與實(shí)施例I同樣地，通過進(jìn)行氣流傳送來向氣化爐2中投入粉碎至平均粒徑為40 μ m的氣化煤9。氣化煤9的量設(shè)為500kg/h (煤灰分為2. 7%、揮發(fā)成分為45%、水分為5%)。另外，將氣化爐2中的水蒸氣13的投入量設(shè)為50kg/h，將氧12的投入量設(shè)為310Nm3/h0另外，通過進(jìn)行氣流傳送從改性煤吹入噴嘴4向改性爐中心軸O從4個(gè)方向來向改性爐I中投入合計(jì)為160kg/h的改性煤10。氣流傳送的流速設(shè)為lOm/sec。在氣化爐2中，朝向氣化爐直徑的1/3的假想圓的切線方向從4個(gè)方向進(jìn)行氣化煤9的吹入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。另外，與實(shí)施例1、2同樣，氣化煤9、水蒸氣13、氧12使用雙重管的燒嘴來投入。在雙重管的內(nèi)側(cè)氣化煤9和傳送氣體流動(dòng)。在雙重管的外側(cè)水蒸氣13和氧12混合而流動(dòng)。其結(jié)果是，在氣化爐2出口即喉管3處的氣化氣體14的量為1134Nm3/h，氣化氣體14的發(fā)熱量為1879kcal/h，改性爐I的溫度為1100°C。另外，改性爐出口 7處的生成氣體的量為1274Nm3/h，生成氣體的發(fā)熱量為2168kcal/h。在比較例I中，與實(shí)施例1、2相比，發(fā)熱量的降低顯著。另外，在200小時(shí)的操作后對(duì)改性爐I內(nèi)進(jìn)行分解檢查，結(jié)果是在改性爐I的爐壁Ia的內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)了被視為來自煤的碳質(zhì)的附著物。(比較例2)比較例2為與實(shí)施例I大致相同的裝置和反應(yīng)條件。在比較例2中，朝向改性爐徑的1/2的假想圓的切線方向并沿與氣化爐2內(nèi)的氣化煤9的旋轉(zhuǎn)流相同的方向，通過進(jìn)行氣流傳送來投入被投入到改性爐I中的改性煤10。與實(shí)施例I同樣地通過進(jìn)行氣流傳送來向氣化爐2中投入粉碎至平均粒徑為40 μ m的氣化煤9。氣化煤9的量設(shè)為500kg/h (煤灰分為2. 7%、揮發(fā)成分為45%、水分為5%)。另外，將氣化爐2中的水蒸氣13的投入量設(shè)為50kg/h，將氧12的投入量設(shè)為310Nm3/h0另外，通過進(jìn)行氣流傳送使用4個(gè)改性煤吹入噴嘴4并從4個(gè)方向來向改性爐I中投入合計(jì)為160kg/h的改性煤10。氣流傳送的流速設(shè)為10m/sec。在氣化爐2中，朝向氣化爐徑的1/3的假想圓的切線方向從4個(gè)方向進(jìn)行氣化煤9的吹入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。另外，與實(shí)施例1、2和比較例I同樣，氣化煤9、水蒸氣13、氧12使用雙重管的燒嘴來投入。在雙重管的內(nèi)側(cè)氣化煤9和傳送氣體流動(dòng)。在雙重管的外側(cè)水蒸氣13和氧12混合而流動(dòng)。其結(jié)果是，氣化爐2出口的喉管3處的氣化氣體14的量為1134Nm3/h，氣化氣體14的發(fā)熱量為1879kcal/h，改性爐I的溫度為1100°C。另外，改性爐出口 7處的生成氣體的量為1274Nm3/h，生成氣體的發(fā)熱量為2151kcal/h。在比較例2中，與實(shí)施例1、2以及比較例I相比，發(fā)熱量的降低顯著。另外，在200小時(shí)的操作后對(duì)改性爐I內(nèi)進(jìn)行分解檢查，結(jié)果是在改性爐I的爐壁Ia的內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)了被視為來自煤的碳質(zhì)的附著物。
符號(hào)說明I改性爐Ia改性爐爐壁(爐壁)2氣化爐3 喉管4、4A、4B改性煤吹入噴嘴5氣化燒嘴
6 出渣口7改性爐出口8 水槽9氣化煤10改性煤11含氧氣體12 氧13水蒸氣14氣化氣體15 爐洛16 產(chǎn)物17鍋爐管20煤的熱解氣化裝置21氣流層反應(yīng)器22、22A、22B 噴嘴軸線23假想線24、24A、24B 假想圓α、β投入角度O改性爐中心軸。
權(quán)利要求
1.一種煤的熱解氣化方法，其中，使用下段具有圓筒狀的氣化爐、上段具有圓筒狀的改性爐、且其間用成為擴(kuò)徑部的喉管連接而成的上下二室二段的氣流層反應(yīng)器， 通過向所述氣化爐中至少投入煤和含氧氣體以將所述煤進(jìn)行部分氧化來生成氣化氣體，并將所述氣化氣體導(dǎo)入所述改性爐中， 向所述改性爐中至少投入煤，利用所述氣化氣體的顯熱將投入到所述改性爐中的煤進(jìn)行熱解，從而生成至少含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的生成氣體， 其中，將投入到所述氣化爐中的煤通過以在所述氣化爐內(nèi)在圓周方向上形成旋轉(zhuǎn)流的方式進(jìn)行氣流傳送來投入， 將投入到所述改性爐中的煤通過朝向與投入到所述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來投入。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤的熱解氣化方法，其中， 將所述改性爐中的所述煤的投入位置設(shè)為2處以上， 將來自所述2處以上的煤相對(duì)于所述改性爐的爐壁的投入角度設(shè)為全部相同的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤的熱解氣化方法，其中， 所述改性爐中的所述2處以上的煤的投入位置是在所述改性爐的爐壁上相互在圓周方向上隔開等間隔的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的煤的熱解氣化方法，其中， 除所述改性爐中的所述2處以上的煤的投入位置以外，進(jìn)一步設(shè)置2處以上的通過朝向與投入到所述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來將煤投入到所述改性爐中的煤的投入位置， 并將來自所述另外2處以上的煤相對(duì)于所述改性爐的爐壁的投入角度設(shè)為全部相同的角度，且設(shè)為與所述2處以上的投入角度不同的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤的熱解氣化方法，其中， 所述改性爐中的所述2處以上的煤的投入位置與所述另外2處以上的煤的投入位置在圓周方向上處于交替的位置。
6.一種煤的熱解氣化裝置，其是用于權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的煤的熱解氣化方法的煤的熱解氣化裝置， 其具備下段具有圓筒狀的氣化爐、上段具有圓筒狀的改性爐的上下二室二段的氣流層反應(yīng)器， 所述氣化爐具有至少將煤通過氣流傳送投入到所述氣化爐中的噴嘴和將含氧氣體投入到所述氣化爐中的噴嘴， 所述至少將煤通過氣流傳送投入到所述氣化爐中的噴嘴按下述方式來配置使投入到所述氣化爐中的煤在所述氣化爐內(nèi)在圓周方向上形成旋轉(zhuǎn)流， 在所述改性爐中具有通過氣流傳送將煤投入到所述改性爐中的噴嘴， 所述通過氣流傳送將煤投入到所述改性爐中的噴嘴按下述方式來配置朝向與投入到所述氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向來投入煤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤的熱解氣化方法，其中，使用下段具有圓筒狀的氣化爐、上段具有圓筒狀的改性爐(1)、且其間用成為擴(kuò)徑部的喉管(3)連接而成的上下二室二段的氣流層反應(yīng)器(20)，通過向氣化爐中至少投入煤和含氧氣體以將煤進(jìn)行部分氧化來生成氣化氣體，將氣化氣體導(dǎo)入改性爐(1)中，向改性爐(1)中至少投入煤，利用氣化氣體的顯熱將投入到改性爐中的煤進(jìn)行熱解，從而生成至少含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w的生成氣體，其中，將投入到氣化爐中的煤通過以在氣化爐內(nèi)在圓周方向上形成旋轉(zhuǎn)流的方式進(jìn)行氣流傳送來投入，將投入到改性爐(1)中的煤通過朝向與投入到氣化爐中的煤的旋轉(zhuǎn)流相反方向的圓周方向進(jìn)行氣流傳送來投入。
文檔編號(hào)C10J3/46GK102939361SQ20118001884
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者小水流廣行, 小菅克志, 景山正人, 矢部英昭, 武田卓, 糸永真須美, 并木泰樹 申請(qǐng)人:新日鐵住金工程技術(shù)株式會(huì)社