一種多級配氣高溫煤氣化裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多級配氣高溫煤氣化裝置及方法，該裝置在氣化反應(yīng)器內(nèi)由下至上分別為富氧燃燒段、混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段四段，每段分別設(shè)有獨立的氣化劑進口，實現(xiàn)各段煤的不同反應(yīng)條件，富氧燃燒段由燃料富氧燃燒放熱提供了氣化反應(yīng)所需熱量的大部分，混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段分別進行不同程度的燃燒、氣化反應(yīng)。多級配氣根據(jù)各段反應(yīng)的特點進行配氣，大大減少了氧氣的消耗量，保持氣化反應(yīng)器內(nèi)較高的反應(yīng)溫度，同時使氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度均勻分布，實現(xiàn)高氣化效率、高碳轉(zhuǎn)化率、低污染的煤氣化。
【專利說明】一種多級配氣高溫煤氣化裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多級配氣高溫煤氣化裝置及方法，屬于煤氣化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化是煤炭高效與潔凈利用的重要途徑，它是將一次能源轉(zhuǎn)化為潔凈的二次能源，其產(chǎn)品氣可作為燃氣(煤氣)、合成氣、氫氣、一氧化碳等多種氣體來源。煤氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于合成氨、合成甲醇、海綿鐵生產(chǎn)等領(lǐng)域，其潛在的最大市場是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電領(lǐng)域。
[0003]已工業(yè)化的煤氣化技術(shù)可分為3類，即以Lurgi技術(shù)為代表的固定床氣化技術(shù)、以HTW技術(shù)為代表的流化床氣化技術(shù)和以Texaco、Shell、多噴嘴對置氣化技術(shù)為代表的氣流床氣化技術(shù)。國外已工業(yè)化的煤氣化氣流床煤氣化技術(shù)主要有以水煤漿為原料的GE(Texaco)氣化技術(shù)、Global E一Gas氣化技術(shù)，以干粉煤為原料的Shell氣化技術(shù)、Prenflo氣化技術(shù)、GSP氣化技術(shù)等。這些氣化工藝都存在著一定問題，固定床的煤種適應(yīng)性差，對原料要求高，煤灰中含碳率高，流化床的煤種適應(yīng)性較好，氣化效率高，但在氣化溫度較低，飛灰中殘?zhí)剂枯^高，排渣中的含碳量較高，氣流床的煤種適應(yīng)性好，氣化效率高，環(huán)境污染小，但對煤粉細度要求高，粉碎能耗高， 煤粉不能預(yù)熱，氧氣消耗量大。
[0004]針對傳統(tǒng)氣化工藝存在的問題，各國科研機構(gòu)研發(fā)出了一些新的氣化工藝。其中，美國KBR提出的密相輸運床氣化工藝，相對于傳統(tǒng)的循環(huán)流化床，該工藝的固體循環(huán)速率和氣體速度快，提升管密度要高，因此具有較高的生產(chǎn)能力和碳轉(zhuǎn)化率，傳熱和傳質(zhì)速率較高。美國KBR的輸運床反應(yīng)器已取得顯著進展，在國內(nèi)某IGCC改造項目的煤氣化裝置采用TRIG煤氣化技術(shù)，成為全球的首個工業(yè)應(yīng)采用TRIG煤氣化技術(shù)的項目。澳大利亞HRL公司和印度BHEL公司也都建有類似的循環(huán)流化床中試裝置。國內(nèi)對于密相輸運床氣化工藝的研究大部分尚處于試驗階段，東南大學(xué)提出的“密相輸運床煤加壓氣化裝置及方法(CN101024782A)”，陜西延長石油(集團)提出的“一種輸運床氣化與熱電一體化裝置(CN202912920U)”，中國科學(xué)院工程熱物理研究所提供的“粉煤加壓密相輸運床氣化方法及裝置(CN101240196A)”。此外，中國石油大學(xué)提出的“粉煤組合式循環(huán)流化床分級熱解氣化工藝(CN102965157A)”，中國科學(xué)院力學(xué)研究所提出的“一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)及燃燒方法(CN101806451A)”。
[0005]新型煤氣化研究取得了較大進展，但仍存在著以下問題:(1)反應(yīng)器內(nèi)溫度較低，氣化反應(yīng)效率不高，碳轉(zhuǎn)化率不高，且容易生成有害物質(zhì)；(2)反應(yīng)器內(nèi)流速過快，氣化反應(yīng)未完全進行，殘?zhí)枯^多，飛灰中殘?zhí)枯^多；(3)反應(yīng)器內(nèi)受熱不均，局部區(qū)域溫度較高，導(dǎo)致避免襯里壽命偏短；(4)消耗大量的氧氣，氣化成本高。密相輸運煤氣化工藝在我國具有廣泛的運用前景，目前國內(nèi)工業(yè)煤氣化技術(shù)多為吸收引進，對其工藝的自主研發(fā)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多級配氣高溫煤氣化裝置及方法，解決現(xiàn)有大型煤氣化工藝及現(xiàn)有密相輸運煤氣化工藝存在的問題，具有煤種適應(yīng)性好、溫度分布合理、氣化效率高、碳轉(zhuǎn)化率高、污染低等優(yōu)勢。
[0007]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種多級配氣高溫煤氣化裝置，包括氣化反應(yīng)器和風室，所述風室設(shè)置在氣化反應(yīng)器的底部，所述氣化反應(yīng)器由下至上分為富氧燃燒段、混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段；所述富氧燃燒段向上收縮過渡至混合氣化段，混合氣化段向上收縮過渡至氣化升溫段，氣化升溫段向上收縮過渡至氣化提升段；
[0009]所述風室上設(shè)置有風室氣化劑入口和風室排渣管；
[0010]所述富氧燃燒段下部側(cè)面設(shè)置有一級進料口、一級返料口和兩個一級氣化劑入Π ；
[0011]所述混合氣化段下部側(cè)面設(shè)置有二級進料口、二級返料口和兩個二級氣化劑入Π ；
[0012]所述氣化升溫段中部側(cè)面設(shè)置有四個三級氣化劑入口 ；
[0013]所述氣化提升段中部側(cè)面設(shè)置有四個四級氣化劑入口 ；
[0014]所述氣化提升段頂部出口依次連接一級旋風分離器和二級旋風分離器；所述一級旋風分離器下部依次連接有一級下降管、一級返料閥和向下傾斜的一級返料斜管，所述一級返料斜管接入一級返料口 ；所述二級旋風分離器下部依次連接有二級下降管、二級返料閥和向下傾斜的二級返料斜管，所述二級返料斜管接入二級返料口。
[0015]優(yōu)選的，所述富氧燃燒段`的直徑為D、高度為H，一級氣化劑入口距離富氧燃燒段底部的距離為H/5，一級進料口和一級返料口距離富氧燃燒段底部的距離為H/2 ;所述混合氣化段的直徑為D2=4D/5、高度為H2=3H，二級進料口距離混合氣化段底部的距離為H2/5，二級氣化劑入口和二級返料口距離混合氣化段底部的距離為H2/3 ;所述氣化升溫段的直徑為D3=3D/5、高度為H3=4H/3，三級氣化劑入口距離氣化升溫段底部的距離為H3/4 ;所述氣化提升段的直徑為D4=D/2、高度為H4=2H，四級氣化劑入口距離氣化提升段底部的距離為H4/6。
[0016]優(yōu)選的，所述一級返料斜管與水平面的夾角為Ci1, Ci1為35~45° ;所述二級返料斜管與水平面的夾角為α2，％為35~45°。
[0017]優(yōu)選的，所述兩個一級氣化劑入口置于同一高度，均勻排布在富氧燃燒段的周側(cè)，接入一級氣化劑入口的管道為第一水平管；所述兩個二級氣化劑入口置于同一高度，均勻排布在混合氣化段的周側(cè)，接入二級氣化劑入口的管道為第二水平管；所述四個三級氣化劑入口置于同一高度，均勻排布在氣化升溫段的周側(cè)，接入三級氣化劑入口的管道為第三斜管，所述第三斜管與水平面的夾角為β3，@3為15~20° ;所述四個四級氣化劑入口置于同一高度，均勻排布在氣化提升段的周側(cè)，接入四級氣化劑入口的管道為第四斜管，所述第四斜管與水平面的夾角為β4，04為15~20°。
[0018]該裝置在氣化反應(yīng)器內(nèi)由下至上分別為富氧燃燒段、混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段四段，每段分別設(shè)有獨立的氣化劑進口，實現(xiàn)各段煤的不同反應(yīng)條件；富氧燃燒段由燃料富氧燃燒放熱提供了氣化反應(yīng)所需的大部分熱量，混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段分別進行不同程度的燃燒、氣化反應(yīng)。多級配氣根據(jù)氣化反應(yīng)器不同高度的反應(yīng)特點進行配氣，大大減少了氧氣的消耗量，保持氣化反應(yīng)器內(nèi)較高的反應(yīng)溫度的同時實現(xiàn)溫度的均勻分布，實現(xiàn)高氣化效率、高碳轉(zhuǎn)化率、低污染的煤氣化。
[0019]一種多級配氣高溫煤氣化方法，氣化反應(yīng)器內(nèi)維持800~1300°C的中高溫，包括如下步驟:
[0020](I)通過一級進料口將一級混合物料Id1加入富氧燃燒段，同時通過風室氣化劑入口將風室氣化劑a加入風室，通過一級氣化劑入口將一級氣化劑加入富氧燃燒段；一級混合物料匕在富氧燃燒段進行富氧燃燒，釋放大量熱量，為混合氣化段的氣化過程提供熱量，燃燒生成的氣固混合物進入混合氣化段；所述氣固混合物包括高溫的焦炭、C02、H2O等；[0021](2)通過二級進料口將二級混合物料b2加入混合氣化段，同時通過二級氣化劑入口將二級氣化劑a2加入混合氣化段；二級混合物料b2由富氧燃燒段提供的熱量加熱，與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，并與水蒸氣發(fā)生部分氣化反應(yīng)，氧氣與可燃物的燃燒使混合氣化段能夠繼續(xù)保持較高的氣化溫度和較高的氣化效率；隨著氣化反應(yīng)的進行，混合氣化段的反應(yīng)溫度自下往上不斷下降，氣固混合物繼續(xù)上升進入氣化升溫段；
[0022](3)通過三級氣化劑入口將三級氣化劑a3加入氣化升溫段；繼續(xù)燃燒少量生成的煤氣，為氣化反應(yīng)繼續(xù)提供熱量，并補充設(shè)備散熱的熱量，提高氣固混合物溫度；反應(yīng)生成的氣固混合物繼續(xù)上升進入氣化提升段；
[0023](4)通過四級氣化劑入口將四級氣化劑a4加入氣化提升段，使得占燃料10~20%小粒徑難氣化燃料在氣化提升段內(nèi)充分氣化，以提高氣化效率；
[0024](5)氣化反應(yīng)器內(nèi)生成的熱煤氣d進入一級旋風分離器進行氣固分離，分離出一級殘?zhí)縢和一級除塵煤氣e 級殘?zhí)縢通過一級返料閥控制，由一級返料口送入富氧燃燒段進行富氧燃燒，為氣化裝置提供熱量；一級除塵煤氣e進入二級旋風分離器進入二次分離，分離出的二級殘?zhí)縣通過二級返料閥控制，由二級返料口進入混合氣化段、和混合燃料共同進行燃燒氣化。
[0025]優(yōu)選的，所述一級混合物料Id1占全部混合燃料的30~50%以下，粒徑為5~10mm，二級混合物料b2的粒徑為5mm以下。
[0026]優(yōu)選的，所述風室氣化劑a和一級氣化劑&1均為氧氣，其中風室氣化劑a占裝置所需氣化劑總體積的25%，一級氣化劑B1占裝置所需氣化劑總體積的15% ;二級氣化劑a2為氧氣與過熱蒸汽的混合氣，二級氣化劑a2占裝置所需氣化劑總體積的35%，其中氧氣的體積分數(shù)為20~40% ;三級氣化劑a3為空氣，三級氣化劑a3占裝置所需氣化劑總體積的15% ;四級氣化劑a4為氧氣與過熱蒸汽的混合氣，四級氣化劑a4占裝置所需氣化劑總體積的10%，其中氧氣的體積分數(shù)為10~30%。每級一個氣化劑入口的通入的氣化劑氣量為該級通入氣化劑量的等分。
[0027]優(yōu)選的，富氧燃燒段的操作溫度為1000-1300°C，混合氣化段的操作溫度為800-1000°C，氣化升溫段的操作溫度為900-1000°C，氣化提升段的操作溫度為800_900°C。
[0028]有益效果:本發(fā)明提供的多級配氣高溫煤氣化裝置及方法，相比較現(xiàn)有技術(shù)，存在以下有點:1、氣化反應(yīng)器采用富氧燃燒段、混合氣化段、氣化升溫段和氣化提升段四段設(shè)計，針對不同反應(yīng)階段的反應(yīng)速率，采用不同的直徑、高度設(shè)計，增加了氣化反應(yīng)器內(nèi)的氣固混合，保證了混合燃料氣化反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，使混合燃料在氣化反應(yīng)器內(nèi)充分氣化，提高碳轉(zhuǎn)換率，出口飛灰少；2、采用分級進料，30~50%的新鮮燃料在富氧燃燒段進行富氧燃燒，產(chǎn)生高溫煙氣對氣化反應(yīng)器供熱，將其余的新鮮燃料由混合氣化段加入，保持了氣化反應(yīng)器內(nèi)的中高溫條件，避免過量新鮮燃料在富氧燃燒器提前燃燒，提高了系統(tǒng)的熱效率和碳轉(zhuǎn)化率；3、采用多級配氣，使氣化反應(yīng)器內(nèi)各段都有較為穩(wěn)定的熱量供應(yīng)，氣化反應(yīng)溫度保持在800~130CTC的聞溫下進行，大大提聞了系統(tǒng)的氣化效率，提聞了系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率；4、采用多級配氣、多氣化劑口進氣的方式添加氣化劑，使整個氣化反應(yīng)器內(nèi)的溫度分布均勻，在不同管段通入不同組分的氣化劑，保證了各段所需的氣化需求，大大減少了氧氣的用量，降低氣化成本；5、四級氣化劑分別采用不同角度進氣，一二級氣化劑水平入口進入保證了混合燃料在富氧燃燒段、混合提升段內(nèi)的停留時間和運行速度，三四級氣化劑有角度入口使氣化劑的加入在爐內(nèi)造成一定擾動，強化熱質(zhì)傳遞，延長了氣固混合物在氣化升溫段和氣化提升段的停留時間，提高了氣化效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為氣化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0031]圖3為富氧燃燒段的結(jié)構(gòu)尺寸圖，其中圖3(a)為主視圖，圖3(b)為俯視圖，圖
3(C)為左視圖；
[0032]圖4為混合氣化段的結(jié)構(gòu)尺寸圖，其中圖4(a)為主視圖，圖4(b)為俯視圖，圖
4(c)為左視圖；
[0033]圖5為氣化升溫段的結(jié)構(gòu)尺寸圖，其中圖5(a)為主視圖，圖5(b)為俯視圖；
[0034]圖6為氣化提升段的結(jié)構(gòu)尺寸圖，其中圖6(a)為主視圖，圖6(b)為俯視圖；
[0035]圖7為本發(fā)明的一種實施系統(tǒng)示意圖；
[0036]包括:氣化反應(yīng)器1，富氧`燃燒段101，混合氣化段102，氣化升溫段103，氣化提升段104，一級氣化劑入口 111，二級氣化劑入口 121，三級氣化劑入口 131，四級氣化劑入口141，一級進料口 151，二級進料口 161，風室氣化劑入口 2，風室100，風室排渣管3，一級旋風分離器4，二級旋風分離器5，一級下降管6，二級下降管7，一級返料閥8，一級返料斜管81，二級返料閥9，二級返料斜管91，一級返料口 10，二級返料口 11，余熱鍋爐12，蒸汽過熱器13,預(yù)熱器14,煤氣凈化裝置15,聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)16,空氣分離機110,第一混合器120,第二混合器130，風室氣化劑a，一級氣化劑B1，二級氣化劑a2，三級氣化劑a3，四級氣化劑a4，一級混合物料匕，二級混合物料匕，氣固混合物C，熱煤氣d，一級除塵煤氣e，二級除塵煤氣f，一級殘?zhí)縢，二級殘?zhí)縣, —級返炭i, 二級返炭j,純凈水1?,低溫蒸汽k,第一過熱蒸汽mQ,第二過熱蒸汽Hi1,中低溫煤氣I,低溫煤氣I1,凈煤氣12，第一熱氧氣nQ,第二熱氧氣II1,氧氣
O。，空氣O，其他氣體O1。
【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0038]如圖1、圖2所示為一種多級配氣高溫煤氣化裝置，包括氣化反應(yīng)器I和風室100，所述風室100設(shè)置在氣化反應(yīng)器I的底部，所述氣化反應(yīng)器I由下至上分為富氧燃燒段101、混合氣化段102、氣化升溫段103和氣化提升段104 ;所述富氧燃燒段101向上收縮過渡至混合氣化段102，混合氣化段102向上收縮過渡至氣化升溫段103，氣化升溫段103向上收縮過渡至氣化提升段104 ；[0039]所述風室100上設(shè)置有風室氣化劑入口 2和風室排渣管3 ；
[0040]所述富氧燃燒段101下部側(cè)面設(shè)置有一級進料口 151、一級返料口 10和兩個一級氣化劑入口 111 ;所述兩個一級氣化劑入口 111置于同一高度，均勻排布在富氧燃燒段101的周側(cè)，接入一級氣化劑入口 111的管道為第一水平管；
[0041]所述混合氣化段102下部側(cè)面設(shè)置有二級進料口 161、二級返料口 11和兩個二級氣化劑入口 121 ;所述兩個二級氣化劑入口 121置于同一高度，均勻排布在混合氣化段102的周側(cè)，接入二級氣化劑入口 121的管道為第二水平管；
[0042]所述氣化升溫段103中部側(cè)面設(shè)置有四個三級氣化劑入口 131 ;所述四個三級氣化劑入口 131置于同一高度，均勻排布在氣化升溫段103的周側(cè)，接入三級氣化劑入口 131
的管道為第三斜管；
[0043]所述氣化提升段104中部側(cè)面設(shè)置有四個四級氣化劑入口 141 ;所述四個四級氣化劑入口 141置于同一高度，均勻排布在氣化提升段104的周側(cè)，接入四級氣化劑入口 141的管道為第四斜管；
[0044]所述氣化提升段104頂部出口依次連接一級旋風分離器4和二級旋風分離器5 ；所述一級旋風分離器4下部依次連接有一級下降管6、一級返料閥8和向下傾斜的一級返料斜管81，所述一級返 料斜管81接入一級返料口 10 ;所述二級旋風分離器5下部依次連接有二級下降管7、二級返料閥9和向下傾斜的二級返料斜管91，所述二級返料斜管91接入二級返料口 11。
[0045]各部分的尺寸設(shè)計如下:
[0046]如圖3所示，所述富氧燃燒段101的直徑為D、高度為H，一級氣化劑入口 111距離富氧燃燒段101底部的距離為H/5，一級進料口 151和一級返料口 10距離富氧燃燒段101底部的距離為H/2 ；
[0047]如圖4所示，所述混合氣化段102的直徑SD2=4D/5、高度為H2=3H，二級進料口 161距離混合氣化段102底部的距離為H2/5，二級氣化劑入口 121和二級返料口 11距離混合氣化段102底部的距離為H2/3 ；
[0048]如圖5所示，所述氣化升溫段103的直徑為D3=3D/5、高度為H3=4H/3，三級氣化劑入口 131距離氣化升溫段103底部的距離為H3/4 ；
[0049]如圖6所示，所述氣化提升段104的直徑為D4=D/2、高度為H4=2H，四級氣化劑入口141距離氣化提升段104底部的距離為H4/6。
[0050]所述一級返料斜管81與水平面的夾角為Ci1, α i為35~45° ;所述二級返料斜管91與水平面的夾角為α 2，α 2為35~45° ;所述第三斜管與水平面的夾角為β 3, β 3為15~20° ;所述第四斜管與水平面的夾角為β4，34為15~20°。
[0051]煤氣化反應(yīng)在氣化反應(yīng)器I中進行，采用800-1300°C的中高溫，由四級氣化劑入口加入不同組分的氣化劑，使氣化反應(yīng)器I處于不同溫度、氣氛和反應(yīng)過程內(nèi)，氣化反應(yīng)器I自下而上分為富氧燃燒段101、混合氣化段102、氣化升溫段103、氣化提升段104。
[0052]由一級進料口 151向富氧燃燒段101加入一級混合物料Id1，包括煤和石英砂，分別從風室氣化劑入口 2、兩個一級氣化劑入口 111通入氣化劑氧氣，其中，風室氣化劑入口 2通入的氧氣占裝置所需氣化劑體積25%，一級氣化劑入口 111通入的氧氣占裝置所需氣化劑體積15%，兩個一級氣化劑入口 111通入的氧氣量相等，使一級混合物料Id1在富氧燃燒段101迅速進行富氧燃燒，產(chǎn)生焦炭、氣化烴、CO2, H2O等氣固混合物，富氧燃燒段101發(fā)生的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，釋放出大量熱量，保持富氧燃燒段處于1000-130(TC較高的操作溫度內(nèi)，為混合氣化段102提供氣化反應(yīng)所需的熱量。
[0053]由二級進料口 161向混合燃燒段102加入二級混合物料b2，包括煤粉和石灰石。一級混合物料h占全部混合燃料的30-50%，二級混合物料占將全部混合燃料的50-70%。分別向兩個二級氣化劑入口 121通入等量的二級氣化劑a2，二級氣化劑a2為氧氣Iitl與過熱蒸汽Hitl的混合氣，總體積占裝置所需氣化劑體積的35%，其中，氧氣的體積分數(shù)為20-40%，過熱蒸汽的體積分數(shù)為60-80%。二級混合物料b2在混合氣化段121被富氧燃燒段101反應(yīng)產(chǎn)生的熱量加熱，發(fā)生熱解燃燒反應(yīng)，在氧氣耗盡后，殘?zhí)颗c蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，石灰石漿氣化反應(yīng)生成的硫化氫進行脫除，生成硫化鈣。該階段氣化過程吸收大量熱量，由富氧燃燒段101燃燒釋放的熱量和混合氣化段102內(nèi)二級混合物料1^2發(fā)生部分燃燒反應(yīng)釋放的熱量提供，混合氣化段102的操作溫度為800-1000°C。富氧燃燒段101發(fā)生燃燒反應(yīng)的速度遠大于混合氣化段102發(fā)生氣化反應(yīng)的速度，混合氣化段102采用3倍于富氧燃燒段101的高度使氣化反應(yīng)能充分進行。 [0054]混合氣化段102反應(yīng)后的氣固混合物進入氣化升溫段103，由于氣化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，混合氣化段102的氧氣濃度沿軸向自下而上降低，氣固混合物燃燒反應(yīng)減弱，混合氣化段102上部溫度較低，溫度繼續(xù)降低將使氣化反應(yīng)不完全，因此在氣化升溫段103內(nèi)通入三級氣化劑a3使氣化升溫段103內(nèi)能繼續(xù)發(fā)生部分燃燒反應(yīng)，為氣化反應(yīng)提供熱量，三級氣化劑a3體積占裝置所需氣化劑體積的15%。由于進入氣化升溫段103的氣固混合物具有一定的溫度，因此選擇空氣作為三級氣化劑a3，減少氧氣消耗量，并能保持氣化提升段103內(nèi)氣化反應(yīng)的溫度在900-1000°C。
[0055]由四級氣化劑入口 141向氣化提升段104內(nèi)通入四級氣化劑a4，四級氣化劑a4體積占裝置所需氣化劑體積的10%，四級氣化劑a4為過熱蒸汽和氧氣的混合氣，其中氧氣的氣體分數(shù)為10-30%，過熱蒸汽的體積分數(shù)為70-90%。氣化提升段104內(nèi)的氣固混合物中含有10-20%難以氣化的小粒徑顆粒，通入氧氣進行燃燒反應(yīng)有利于提高氣化提升段104內(nèi)的溫度，使氣化反應(yīng)能夠充分進行，四級氣化劑入口 141為斜管，同時氣化提升管104的高度較高，有利于氣化提升段104內(nèi)的氣固混合傳質(zhì)，從而提高固體在氣化提升段104內(nèi)的停留時間，保證氣化反應(yīng)的進行，氣化提升段的操作溫度為800-900°C。反應(yīng)生成的熱煤氣d進入一級旋風分離器6進行氣固分離，分離出粒徑大于Imm的一級殘?zhí)縢由一級返料閥8控制，經(jīng)一級返料口 10送入富氧燃燒段101，進行富氧燃燒。一級除塵煤氣e進入二級旋風分離器7進行二級氣固分離，分理出粒徑小于1_的二級殘?zhí)縣由二級返料閥9控制，經(jīng)二級返料口 11送入混合氣化段102進行反應(yīng)。不同粒徑的殘?zhí)窟M入不同的反應(yīng)段進行反應(yīng)，有利于殘?zhí)康某浞址磻?yīng)，同時保持氣化反應(yīng)器I內(nèi)溫度均勻分布。反應(yīng)的排渣P由風室排渣管3排出。
[0056]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做出進一步的說明。
[0057]本發(fā)明的實施例的流程圖如圖7所示:氣化反應(yīng)器I床高H為6m，富氧燃燒段101直徑D為200mm。由一級進料口 151加入一級混合物料bl，為粒度為5_10mm的煤和石英砂，由風室氣化劑入口 2通入氧氣，對裝置進行清洗，使裝置內(nèi)充滿氧氣。由風室氣化劑入口 2通入1000°C的高溫燃氣點燃富氧燃燒段101內(nèi)的一級混合物料Id1后，停止高溫燃氣的通入。分別從風室氣化劑入口 2、兩個一級氣化劑入口 111通入氣化劑氧氣，氧氣體積占裝置所需氣化劑體積的40%，其中，風室氣化劑入口 2通入的氧氣為25%，一級氣化劑入口 111通入的氧氣為15%，兩個一級氣化劑入口 111通入的氧氣量相等，使一級混合物料Id1在富氧燃燒段101迅速進行富氧燃燒，產(chǎn)生焦炭、氣化烴、CO2, H2O等氣固混合物，富氧燃燒段101發(fā)生的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，釋放出大量熱量，保持富氧燃燒段處于1000-1300°C較高的操作溫度內(nèi)，為混合氣化段102提供氣化反應(yīng)所需的熱量。
[0058]由二級進料口 161加入粒度為5_以下的煤和石灰石，一級混合物料h占全部混合燃料的40%，二級混合物料占將全部混合燃料的60%。通入二級氣化劑a2，二級氣化劑a2體積占裝置所需氣化劑體積的35%，二級氣化劑a2為35%的氧氣和65%的過熱蒸汽混合氣。富氧燃燒段101反應(yīng)生成的氣固混合物上升，二級混合物料匕在混合氣化段121被富氧燃燒段101反應(yīng)產(chǎn)生的熱量加熱，發(fā)生熱解燃燒反應(yīng)，在氧氣耗盡后，殘?zhí)颗c蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，石灰石漿氣化反應(yīng)生成的硫化氫進行脫除，生成硫化鈣，混合氣化段102的操作溫度為800-1000°C，混合氣化段102的溫度沿軸向自下而上降低。 [0059]氣固混合物進入氣化升溫段103，在氣化升溫段103內(nèi)通入三級氣化劑a3使氣化提升段內(nèi)能繼續(xù)發(fā)生部分燃燒反應(yīng)，為氣化反應(yīng)提供熱量，空氣體積占裝置所需氣化劑體積的15%。并能保持氣化提升段103內(nèi)氣化反應(yīng)的溫度在900-1000°C。三級氣化劑入口131為斜管，有利于氣化升溫段103內(nèi)的氣固混合傳質(zhì)，從而提高固體在氣化升溫段103內(nèi)的停留時間，使大部分燃料氣化完全。
[0060]氣化升溫段103反應(yīng)后的C0、H2等煤氣和少量難以氣化的小粒徑顆粒進入氣化提升段104。由四級氣化劑入口 141向氣化提升段104內(nèi)通入四級氣化劑a4，四級氣化劑&4體積占裝置所需氣化劑體積的10%，四級氣化劑a4為過熱蒸汽和氧氣的混合氣，其中氧氣的氣體分數(shù)為20%，過熱蒸汽的體積分數(shù)為80%。較長的氣化提升管104高度使氣化反應(yīng)充分，碳轉(zhuǎn)換率在92%以上，生成合成氣中CCHH2含量> 90%。反應(yīng)生成的熱煤氣d進入一、二級旋風分離器進行氣固分離，分離出粒徑大于1_的一級殘?zhí)縢由一級返料閥8控制，經(jīng)一級返料口 10送入富氧燃燒段101，進行富氧燃燒，粒徑小于Imm的二級殘?zhí)縣由二級返料閥9控制，經(jīng)二級返料口 11送入混合氣化段102進行反應(yīng)，反應(yīng)的排渣P由風室排渣管3排出。反應(yīng)生成的二級熱解除塵氣f進入余熱鍋爐12加熱純凈水Iv生成的中低溫煤氣I進入預(yù)熱器14預(yù)熱氧氣0(1，得到低溫煤氣I115余熱鍋爐12生成的低溫蒸汽k進入蒸汽過熱器13，生成的過熱蒸汽mQ、空氣ο由空氣分離機110分離出的氧氣O。進入預(yù)熱器14,生成第一熱氧氣nQ、第二熱氧氣Ii1與過熱蒸汽mQ分別在第一混合器120、第二混合器130以一定比例混合后形成氣化劑a2、a4。低溫煤氣I1經(jīng)過煤氣凈化裝置15后生成的凈煤氣I2進入循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)16進行利用
[0061]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多級配氣高溫煤氣化裝置，其特征在于:包括氣化反應(yīng)器(I)和風室(100)，所述風室(100 )設(shè)置在氣化反應(yīng)器(I)的底部，所述氣化反應(yīng)器(I)由下至上分為富氧燃燒段(101 )、混合氣化段(102)、氣化升溫段(103)和氣化提升段(104);所述富氧燃燒段(101)向上收縮過渡至混合氣化段(102)，混合氣化段(102)向上收縮過渡至氣化升溫段(103)，氣化升溫段(103)向上收縮過渡至氣化提升段(104)； 所述風室(100 )上設(shè)置有風室氣化劑入口( 2 )和風室排渣管(3 ); 所述富氧燃燒段(101)下部側(cè)面設(shè)置有一級進料口(151)、一級返料口(10)和兩個一級氣化劑入口(111)； 所述混合氣化段(102)下部側(cè)面設(shè)置有二級進料口(161)、二級返料口(11)和兩個二級氣化劑入口(121)； 所述氣化升溫段(103)中部側(cè)面設(shè)置有四個三級氣化劑入口(131)； 所述氣化提升段(104)中部側(cè)面設(shè)置有四個四級氣化劑入口(141)； 所述氣化提升段(104)頂部出口依次連接一級旋風分離器(4)和二級旋風分離器(5);所述一級旋風分離器(4)下部依次連接有一級下降管(6)、一級返料閥(8)和向下傾斜的一級返料斜管(81)，所述一級返料斜管(81)接入一級返料口(10);所述二級旋風分離器(5)下部依次連接有二級下降管(7)、二級返料閥(9)和向下傾斜的二級返料斜管(91)，所述二級返料斜管(91)接入二級返料口( 11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級配氣高溫煤氣化裝置，其特征在于: 所述富氧燃燒段(101)的直徑為D、高度為H，一級氣化劑入口( 111)距離富氧燃燒段(101)底部的距離為H/5，一級進料口(151)和一級返料口(10)距離富氧燃燒段(101)底部的距離為H/2 ； 所述混合氣化段(102)的直徑為D2=4D/5、高度為H2=3H，二級進料口(161)距離混合氣化段(102)底部的距離為H2/5，二級氣化劑入口(121)和二級返料口(11)距離混合氣化段(102)底部的距離為H2/3； 所述氣化升溫段(103)的直徑為D3=3D/5、高度為H3=4H/3，三級氣化劑入口(131)距離氣化升溫段(103)底部的距離為H3/4 ； 所述氣化提升段(104)的直徑為D4=D/2、高度為H4=2H，四級氣化劑入口(141)距離氣化提升段(104)底部的距離為H4/6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級配氣高溫煤氣化裝置，其特征在于:所述一級返料斜管(81)與水平面的夾角為a i，a i為35~45° ;所述二級返料斜管(91)與水平面的夾角為α 2, α 2 為 35 ~45。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級配氣高溫煤氣化裝置，其特征在于:所述兩個一級氣化劑入口(111)置于同一高度，均勻排布在富氧燃燒段(101)的周側(cè)，接入一級氣化劑入口(111)的管道為第一水平管；所述兩個二級氣化劑入口(121)置于同一高度，均勻排布在混合氣化段(102)的周側(cè)，接入二級氣化劑入口( 121)的管道為第二水平管；所述四個三級氣化劑入口( 131)置于同一高度，均勻排布在氣化升溫段(103)的周側(cè)，接入三級氣化劑入口(131)的管道為第三斜管，所述第三斜管與水平面的夾角為03，03為15~20° ;所述四個四級氣化劑入口( 141)置于同一高度，均勻排布在氣化提升段(104)的周側(cè)，接入四級氣化劑入口(141)的管道為第四斜管，所述第四斜管與水平面的夾角為β4，34為15~20°。
5.一種多級配氣高溫煤氣化方法，其特征在于:氣化反應(yīng)器(I)內(nèi)維持800~1300°C的中高溫，包括如下步驟: (1)通過一級進料口(151)將一級混合物料、加入富氧燃燒段(101)，同時通過風室氣化劑入口(2)將風室氣化劑a加入風室(100)，通過一級氣化劑入口(111)將一級氣化劑加入富氧燃燒段(101);—級混合物料Id1在富氧燃燒段(101)進行富氧燃燒，釋放大量熱量，為混合氣化段(102)的氣化過程提供熱量，燃燒生成的氣固混合物進入混合氣化段(102)；所述氣固混合物包括高溫的焦炭、CO2, H2O ； (2)通過二級進料口(161)將二級混合物料b2加入混合氣化段(102)，同時通過二級氣化劑入口(121)將二級氣化劑a2加入混合氣化段(102) ;二級混合物料b2由富氧燃燒段(101)提供的熱量加熱，與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，并與水蒸氣發(fā)生部分氣化反應(yīng)，氧氣與可燃物的燃燒使混合氣化段(102)能夠繼續(xù)保持較高的氣化溫度和較高的氣化效率；隨著氣化反應(yīng)的進行，混合氣化段(102)的反應(yīng)溫度自下往上不斷下降，氣固混合物繼續(xù)上升進入氣化升溫段(103); (3)通過三級氣化劑入口(131)將三級氣化劑a3加入氣化升溫段(103);繼續(xù)燃燒少量生成的煤氣，為氣化反應(yīng)繼續(xù)提供熱量，并補充設(shè)備散熱的熱量，提高氣固混合物溫度；反應(yīng)生成的氣固混合物繼續(xù)上升進入氣化提升段(104)； (4)通過四級氣化劑入口(141)將四級氣化劑a4加入氣化提升段(104)，使得占燃料10~20%小粒徑難氣化燃料在氣化提升段(104)內(nèi)充分氣化； (5 )氣化反應(yīng)器(I)內(nèi)生成的熱煤氣d進入一級旋風分離器(4 )進行氣固分離，分離出一級殘?zhí)縢和一級除塵煤氣e 級殘?zhí)縢通過一級返料閥(8)控制，由一級返料口(10)送入富氧燃燒段(101)進行富氧燃燒，為氣化裝置提供熱量；一級除塵煤氣e進入二級旋風分離(5)器進入二次分離，分離出的二級殘?zhí)縣通過二級返料閥(9)控制，由二級返料口( 11)進入混合氣化段(102 )、和混合燃料`共同進行燃燒氣化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級配氣高溫煤氣化方法，其特征在于:所述一級混合物料bi占全部混合燃料的30~50%以下，粒徑為5~10mm，二級混合物料b2的粒徑為5mm以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級配氣高溫煤氣化方法，其特征在于:所述風室氣化劑a和一級氣化劑^均為氧氣，其中風室氣化劑a占裝置所需氣化劑總體積的25%，一級氣化劑B1占裝置所需氣化劑總體積的15% ;二級氣化劑a2為氧氣與過熱蒸汽的混合氣，二級氣化劑a2占裝置所需氣化劑總體積的35%，其中氧氣的體積分數(shù)為20~40% ;三級氣化劑a3為空氣，三級氣化劑a3占裝置所需氣化劑總體積的15% ;四級氣化劑a4為氧氣與過熱蒸汽的混合氣，四級氣化劑a4占裝置所需氣化劑總體積的10%，其中氧氣的體積分數(shù)為10~30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級配氣高溫煤氣化方法，其特征在于:富氧燃燒段(101)的操作溫度為1000-1300°C，混合氣化段(102)的操作溫度為800-1000°C，氣化升溫段(103)的操作溫度為900-1000°C，氣化提升段(104)的操作溫度為800-900°C。
【文檔編號】C10J3/72GK103740409SQ201410030040
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】金保昇, 陳岱琳, 鐘文琪, 耿察民 申請人:東南大學(xué)