专利名称：等离子体煤气化的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤化工技术，特别涉及到煤气化的方法和气化炉设备。
背景技术：
我国煤炭资源丰富，大规模制氢以及生产甲醇、二甲醚的原料气都通过煤气化获 得，常规的煤气化技术采用氧气/水蒸汽气化方法，气化反应所需的热量由炭的氧化反应 提供，这种煤气化方法的气化率低，气化率在90%以下，生成的合成气中氢分数低，只有 30%左右，使得目标产物的产量低，如常规的煤制甲醇技术，生产1吨甲醇需消耗1. 5吨优 质煤，不仅消耗的煤炭资源多，而且增加了温室气体二氧化碳的排放量。
发明内容
本发明的目的是要克服现有煤气化技术的缺点，应用等离子体气化技术，设计合
理的煤气化工艺和气化炉设备，实现减少煤炭资源的消耗和减排温室气体。 本发明的等离子体煤气化方法l，包括流化床气化技术，是把流化床气化炉(1)设
计为三段工作方式，呈上、中、下布局上段为悬浮预热段(l-IV)，起使原料蒸发出水蒸汽
并加热原料的作用；中段为湍流热解段(l-III)，起原料继续受热分解逸出热解气的作用；
下段鼓泡气化段(l-II)，起焦炭完全气化生成合成气和熔渣的作用。等离子体喷枪设置
在鼓泡气化段(l-II)，用水蒸汽作为等离子体喷枪的工作气体，使水蒸汽在等离子体喷枪
内加热到4000°C以上，分解生成H*、 0*、 H2*、 H0*、 02*活性化学物后，直接喷射在鼓泡气化段
(HI)的焦炭上，进行如下反应 C (s) +4H* = CH4+75. 6kj C (s) +20* = C02+566k j C (s) +2H2* = CH4+75. 6kj 2C(s)+2H0* = 2C0+H2_131. 2kj C (s) +02* = C02+566k j 水分子的活性化学物与焦炭进行化学反应生成C0、 H2、 C02、 CH4，并放出热能，随后 (A又与焦炭进行还原反应生成CO，在鼓泡气化段(l-II)同时设置水蒸汽喷枪，在有水蒸 汽参与反应的情况下，CH4与水蒸汽或C02反应生成CO和H2，炉内气化反应所需的热量由 活性化学物与焦炭的放热反应和高温等离子体提供，其中活性化学物与焦炭的放热反应占 总放热量的70%左右，高温等离子体的放热占总放热量的30%左右。流化风取自流化床 气化炉(1)内的气化生成物，在炉外流化风机(4)的引力作用下，流化风在炉内由下向上 运行，流经鼓泡气化段(l-II)、湍流热解段(l-III)和悬浮预热段(i-iv)，再由悬浮预热 段(1-IV)的上部出口引出炉外，然后通过流化风管(3)和流化风机(4)返回流化床气化炉 (1)内的风室(l-I)，再通过布风板(109)上的风帽(110)进入鼓泡气化段(l-II)，进行循 环运行，流化风还兼作载热体，把鼓泡气化段(l-II)的热能传递到湍流热解段(l-III)和 悬浮预热段(i-iv)。煤粉或水煤浆由喷枪喷入流化床气化炉(1)内的悬浮预热段(i-iv)，在悬浮预热段(i-iv)进行预热并蒸发出水蒸汽，然后煤粒以自由沉降方式落入湍流热解 段(l-III)，在湍流热解段(l-III)进行上下翻滚受热，逸出热解气后成为焦炭颗粒落入鼓 泡气化段(l-II)，在鼓泡气化段(l-II)，焦炭颗粒以鼓泡流化方式上下运动，与等离子喷 枪喷出的活性化学物进行化学反应，及与水蒸汽进行化学反应，生成CO和H2的合成气，直 至完全气化变为液态熔渣排入水封渣池。在湍流热解段(l-III)生成的热解气与流化风混
合，进入到悬浮预热段(i-iv)，与悬浮预热段(1-IV)生成的水蒸汽再进行混合，经悬浮预
热段(1-IV)的上部出口引出炉外，通过流化风管(3)和流化风机(4)、流化床气化炉(1)的 风室(1-1)和布风板(109)上的风帽(110)进入到鼓泡气化段(l-II)内，其中的水蒸汽与 焦炭进行化学反应生成CO和H，热解气中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成 C0和H"流化床气化炉(1)内生成的以CO和^为主要成分的合成气混合物由鼓泡气化段 (l-II)上部的合成气出口 (118)出来，进入气固分离器(6)进行分离，分离出的炭粒返回流 化床气化炉(1)的鼓泡气化段(l-II)进行气化处理，分离出的合成气通过余热锅炉回收热 量降温后，再进行除尘、脱硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产甲醇或二甲醚的原料气 利用，或作为制氢原料气利用，或作为城市煤气利用。 上述的方法1中，流化床气化炉(1)内的操作压力控制在0 5kPa之间，悬浮预 热段(1-IV)的操作温度控制在270 33(TC之间，湍流热解段(l-III)的操作温度控制在 750 85(TC之间，鼓泡气化段(l-II)的操作温度控制在1100 120(TC之间，炉内操作压 力和操作温度通过调节合成气的输出流量以及等离子体喷枪的电功率和水蒸汽的输入量 来控制。流化床气化炉(1)内通过变径设计，使流化风设计为三段风速，鼓泡气化段(l-II) 的平均风速为1 2. 5m/s，湍流热解段(l-III)的风速为3 5m/s，悬浮预热段(l-IV)的 风速为l 2m/s。本方法中，用煤粉或水煤浆作为气化原料喷入流化床气化炉(1)的悬浮 预热段(l-IV)内，气化原料在炉内的停留时间大于15min，当用煤粉作为气化原料时，煤粉 的粒径为30 150iim，同时向炉内输入煤粉重量60 85%的水蒸汽气化剂，水蒸汽气化 剂的55%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦炭上，水蒸汽气化 剂的45%直接输入鼓泡气化段(l-II)内；当用水煤浆作为气化原料时，水煤浆中水分的比 例为30 40% ，煤的粒径小于50 ii m，同时向炉内添加水煤浆总量45%的水蒸汽气化剂，其 中水蒸汽气化剂添加量的80%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的 焦炭上，水蒸汽气化剂添加量的20%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。本方法中，应用常规 的操作技术把煤粉或水煤浆原料喷入流化床气化炉内。 上述的方法1中，在气化炉的外围设置热交换器(8)和气固分离器(6)，流化床气
化炉(1)内的流化风携热解气和水蒸汽由悬浮预热段(i-iv)的上部引出炉外，然后通过流
化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)进入热交换器(8)的分气室(803)，再通过热交 换管(810)进入到集气室(815)，使流化风在通过热交换管(810)时进行间接受热升温，然 后由集气室出口 (814)出来，通过连接管(28)、流化床气化炉(1)的风室(1-1)返回鼓泡 气化段(l-II);流化床气化炉(1)内生成的合成气由鼓泡气化段(l-II)上部的合成气出 口出来，通过连接管(29)进入气固分离器(6)进行分离，分离出的炭灰返回流化床气化炉 (1)的鼓泡气化段(l-II)进行气化处理，分离出的合成气进入到热交换器(8)的热交换室 (809)，把热量间接交换给热交换管(810)内的流化风，然后由热交换室(809)出来，通过余 热锅炉回收热量降温后，送入后续工序处理。
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本发明的一种实现上述方法1的等离子体煤气化设备，其特征是流化床气化炉
(i)由悬浮预热段(l-iv)、湍流热解段(i-iii)、鼓泡气化段(l-ii)和风室(1-1)组成，悬 浮预热段(l-iv)、湍流热解段(i-iii)、鼓泡气化段(l-ii)和风室(1-1)在同一个回转体 炉墙内，悬浮预热段(l-iv)、湍流热解段(l-III)和鼓泡气化段(l-II)之间呈上、中、下布 局且直接相通，悬浮预热段(i-iv)在上段，湍流热解段(l-III)在中段，鼓泡气化段(i-n)
在下段，鼓泡气化段(l-II)的下面是风室(l-I)，鼓泡气化段(l-II)和风室(1-1)之间有 布风板(109)，布风板(109)上有风帽(IIO)，鼓泡气化段(l-II)的出渣口设置在布风板 (109)的外侧周边，出渣口呈环状布局；在鼓泡气化段(l-II)的炉墙上安装有等离子体喷 枪和水蒸汽喷枪；在悬浮预热段(l-IV)的上部的炉墙上有流化风出口 (103)接出，在悬浮 预热段(l-IV)的1/2以下部位的炉墙上有煤粉喷枪或水煤浆喷枪(123)接入；在鼓泡气化 段(l-II)上部的炉墙上有合成气出口 (118)接出；在风室(1-1)的炉墙上有流化风进口 (108)接入。流化床气化炉(1)的鼓泡气化段(l-II)采用心形设计，在鼓泡气化段(l-II) 炉墙上的等离子体喷枪呈多层布局，每层环状设置多只等离子体喷枪，等离子体喷枪的喷 口指向炉内轴心，在等离子体喷枪的间隔之间设置水蒸汽喷枪，水蒸汽喷枪为一只以上至 少一只。本设备中，流化床气化炉(1)的回转体炉墙由耐火炉墙(120)、保温层(121)和钢 壳体(122)构成，其中鼓泡气化段(l-II)的耐火炉墙(120)和保温层(121)之间有冷却 层(115)。流化床气化炉(1)内采用变径设计，悬浮预热段(l-IV)的内径是湍流热解段 (l-III)的1.5倍，鼓泡气化段(l-II)的平均内径是湍流热解段(l-III)直径的1.3倍， 悬浮预热段(l-IV)、湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)的高度比为1.5 : 1.3 : 1， 通过变径设计，使气化炉内的流化风速符合上述方法1的工艺要求；鼓泡气化段(l-II)的 出渣口通过排渣通道(111)连通到风室(l-I)，风室(1-1)的下面是水封(107)，设备运行 时，熔渣通过风室(1-1)落入水封，利用熔渣的余热加热流化风，熔渣落入水封后生成水蒸 汽，水蒸汽随流化风进入到鼓泡气化段(l-II)作气化剂利用，可以减少炉外水蒸汽的输入 量，节省能源。在流化床气化炉(1)的外围设备还有流化风机(4)、热交换器(8)、气固分离 器(6)和余热锅炉(IO)，悬浮预热段(l-IV)上部炉墙上的流化风出口 (103)通过流化风 管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8)的分气室进口 (801)，热交换器 (8)的集气室出口 (814)通过连接管(28)连接到流化床气化炉风室(1-1)的流化风进口 (108);鼓泡气化段(l-II)上部炉墙上的合成气出口 (118)通过连接管(29)连接到气固分 离器(6)的合成气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602)通过连接管(27)和炭灰 输送管(22)连接到流化床气化炉鼓泡气化段(l-II)的炭灰回炉接口 (104);气固分离器 (6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的合成气进口 (802)，热交换 器(8)的合成气出口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉(10)的合成气进口 (1001)，余 热锅炉(10)的合成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续设备。
本发明的等离子体煤气化方法2，包括固定床气化技术，是把固定床气化炉(2)设 计为二段工作方式，呈上、下布局，上段为热解段(2-II)，下段为气化段(2-I)，等离子体喷 枪设置在气化段(2-1)，用水蒸汽作为等离子体喷枪的工作气体，水蒸汽在等离子体喷枪内 被加热到400(TC以上，分解生成lT、(f、H/、H(f、0/活性化学物后，直接喷射在气化段(2-1) 的焦炭上，进行如下反应
C (s) +4H* = CH4+75. 6kj<formula>formula see original document page 9</formula> 水分子的活性化学物与焦炭进行化学反应生成C0、 H2、 C02、 CH4，并放出热能，随后 (A又与焦炭进行还原反应生成CO，在气化段(2-1)同时设置水蒸汽喷枪，在有水蒸汽参与 反应的情况下，C比与水蒸汽或(A反应生成C0和n，炉内气化反应所需的热量由活性化学 物与焦炭的放热反应和高温等离子体提供，其中活性化学物与焦炭的放热反应占总放热量 的70%左右，高温等离子体的放热占总放热量的30%左右。煤块由炉顶的进料口进入固定 床气化炉(2)内，装满气化段(2-1)和热解段(2-II)的空间，空隙率40%左右，煤块间的空 隙作为载热气体的气流通道，气化段(2-1)内煤气化生成的气态物中的一部分作为载热气 体，在炉外流化风机(4)的引力作用下，炉内的载热气体由气化段(2-1)向热解段(2-II) 运行，把气化段(2-1)的热量传递到热解段(2-II)，加热入炉的煤块，并使热解段(2-II) 的煤块逸出水蒸汽和热解气，煤块逸出水蒸汽和热解气后成为焦炭进入气化段(2-1);热 解段(2-II)生成的水蒸汽、热解气与载热气体混合，由热解段(2-II)上部的热解气出口 (204)引出炉外，然后通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)进入热交换器(8) 的分气室(803)，再通过热交换管(810)进入到集气室(815)，使载热混合气体在通过热交 换管(810)时进行间接受热升温，然后由集气室出口 (814)出来，经连接管(28)返回固定 床气化炉(2)的气化段(2-1)内，其中的水蒸汽与焦炭进行化学反应生成C0和4，热解气 中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成C0和H2;气化段(2_1)内的焦炭气化后 形成熔渣通过出渣口、水封排入渣池；固定床气化炉(2)内生成的以CO和^为主要成分的 合成气由气化段(2-1)上部的合成气出口 (217)被引出，通过连接管(29)进入气固分离器 (6)进行分离，分离出的炭灰返回固定床气化炉(2)的气化段(2-1)进行气化处理，分离出 的合成气进入到热交换器(8)的热交换室(809)，把热量间接交换给热交换管(810)内的载 热混合气体，然后由热交换室(809)引出，通过余热锅炉回收热量降温后，再进行除尘、脱 硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产甲醇或二甲醚的原料气利用，或作为制氢原料气利 用，或作为城市煤气利用。 上述的方法2中，固定床气化炉(2)内的操作压力控制在负压30Pa 正压500Pa 之间，气化段(2-1)内的操作温度控制在1000 150(TC之间，热解段(2-II)内的操作温度 控制在300 IOO(TC之间，炉内操作压力和操作温度通过调节合成气的输出流量以及等离 子体喷枪的电功率和水蒸汽的输入量来控制；输入到炉内的煤块粒径为20 30mm，煤块在 炉内的停留时间大于45min ;同时向炉内输入煤块重量60 85%的水蒸汽气化剂，水蒸汽 气化剂的55%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦炭上，水蒸汽 气化剂的45%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。 本发明的一种实现上述方法2的等离子体煤气化设备，其特征是固定床气化炉 (2)由热解段(2-II)和气化段(2-1)组成，热解段(2-II)和气化段(2-1)在同一个回转 体炉墙内，热解段(2-II)和气化段(2-1)呈上、下布局且直接相通，热解段(2-II)在上段， 气化段(2-1)在下段，在气化段(2-1)的炉墙上设置等离子体喷枪和水蒸汽喷枪；在热解段 (2-II)上部的炉墙上有热解气出口 (204)接出，在气化段(2-1)与热解段(2-II)结合部位的炉墙上有合成气出口 (217)接出，在气化段(2-1)的炉墙上分别有热解气回炉进口 (208) 和炭灰回炉进口 (209)接入；固定床气化炉(2)的进料口设置在炉顶上；热解段(2-II)上 的热解气出口 (204)通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8) 的分气室进口 (801)，热交换器(8)的集气室出口 (814)通过连接管(28)连接到固定床气 化炉气化段(2-1)的热解气回炉进口 (208);气化段(2-1)上部炉墙上的合成气出口 (217) 通过连接管(29)连接到气固分离器(6)的合成气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602)通过连接管(27)和炭灰输送管(22)连接到固定床气化炉气化段(2-1)的炭灰回炉 进口 (209);气固分离器(6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的 合成气进口 (802)，热交换器(8)的合成气出口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉的合 成气进口 (IOOI)，余热锅炉(10)的合成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续 设备。 上述的实现上述方法2的等离子体煤气化设备中，固定床气化炉(2)的回转体 炉墙由耐火炉墙(218)、保温层(219)和钢壳体(220)构成，其中气化段(2-1)的耐火炉 墙(218)和保温层(219)之间有冷却层(215);气化段(2-1)炉墙设计为倒锥形回转体， 在气化段(2-1)的倒锥回转体炉墙上设置多只等离子体喷枪，等离子体喷枪呈多层环状布 局，喷口指向轴心，在等离子体喷枪的间隔之间设置水蒸汽喷枪，水蒸汽喷枪为一只以上至 少一只。煤块通过二氧化碳气封进料装置进入到固定床气化炉(2)，二氧化碳气封可以阻 止空气通过进料口进入气化炉同时阻止炉内合成气通过进料口泄出炉外，而对进料无阻 碍，二氧化碳气封进料装置由煤料斗(3005)、密闭式刮板输煤机(30)组成，其中，煤料斗 (3005)内有二氧化碳气封(3008)，在煤料斗(3005)上还有二氧化碳补充口 (3006) 、二氧 化碳检测口 (3007);密闭式刮板输煤机(30)由驱动轮(3002)、从动轮、上料刮板(3001)、 隔板(3010)、回程刮板(3011)和密闭壳体(3009)构成，密闭式刮板输煤机(30)的进料口 (3003)在始端，刮板输送机出料口 (3012)在末端，煤料斗(3005)的出料口与密闭式刮板输 煤机的进料口 (3003)衡接，刮板输送机出料口 (3012)与固定床气化炉的进料口 (201)衡 接。 本发明的上述方法和设备中，采取把水蒸汽在等离子体喷枪内加热到400(TC以上 分解生成H*、 0*、 H2*、 H0*、 02*活性化学物后直接喷射在气化段焦炭上的措施，其特点是反应 时的生成热可使反应点的温度达到550(TC以上，而气化段的室温仍处在相对低的IIO(TC 温度范围，因而对灰熔点在IIO(TC以上的煤种都适用作气化原料，反应点的焦炭颗粒被迅 速气化熔融为液态熔渣，随后反应点的高温热能被流化散发，不会使未反应的焦炭颗粒结 焦，也不会使炉内温度超出炉体材料的使用温度范围；高温的液态熔渣落入水封后使水汽 化为蒸汽，水蒸汽进入气化室作为气化剂发生作用，使炉内的热能不会流失。本发明在气化 段采用鼓泡流化床或固定床模式可以使气化段靠近炉墙处的焦炭占空比达到50%以上，使
等离子喷枪的活性化学物很容易喷射到焦炭上，有利于发生上述反应。通过上述措施，原料 在气化过程中的不同阶段都在合适的流化状态和操作温度中进行，不同状态的原料不会混 杂，可以使能量高度集中在需温度最高且耗热最多的气化段，然后把热能通过流化风或载 热气体合理的分配到热解段和预热段，取得降低等离子体喷枪的电能消耗和提高原料气化 率的双重效果，气化率几乎达到100%，相对于煤粉在等离子场中进行气化的方式，本方法 的电能消耗可以降低70%左右。气化过程中全部采用水蒸汽作气化剂，从水分子中分解出
10氢气，使出炉的合成气中的氢分数比例增加20%以上，二氧化碳减少17%左右。
本发明的有益效果是原料应用广泛，灰熔点在110(TC以上的煤炭都可作为气化 原料，几乎适用所有煤种，采用等离子体煤气化技术，气化率比常规技术高出10 % ，合成气 中的氢气分数比常规技术高出20%以上，当用等离子体煤气化技术生成的合成气用于生产 甲醇的原料气时，比常规技术减少煤耗40%左右、减排二氧化碳45%左右。
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下的具体实施方式
均不构成 对本发明的限制 图1是本发明的一种流化床等离子体煤气化系统设备结构图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3的图1的B-B剖面图； 图4是本发明的一种固定床等离子体煤气化系统设备结构图。
图中1.流化床气化炉，2.固定床气化炉，3.流化风管，4.流化风机，5.流化风 管，6.气固分离器，7.连接管，8.热交换器，9.连接管，IO.余热锅炉，ll.连接管，12.阀门， 13.引风机，14.合成气输送管，15.阀门，16.连接管，17.连接管，18.吹灰风机，19.阀门， 20.阀门，21.阀门，22.炭灰输送管，23.连接管，24.连接管，25.阀门，26.连接管，27.连 接管，28.连接管，29.连接管，30.密闭式刮板输煤机；IOI.炉顶盖，102.百页挡灰器，103. 流化风出口，104.炭灰回炉接口，105.冷却水进口，106.炉基，107.水封，108.流化风进 口，109.布风板，IIO.风帽，lll.排渣通道，112.等离子体喷枪，113.水蒸汽喷枪，114.等 离子体喷枪，115.冷却层，116.冷却回水出口，117.温度传感器，118.合成气出口，119.温 度传感器，120.耐火炉墙，121.保温层，122.钢壳体，123.煤粉喷枪或水煤浆喷枪，124.温 度传感器，125.防爆门，126.冷却层下联箱管，l-I.风室，l-II.鼓泡气化段，l-III.湍流 热解段，l-IV.悬浮预热段；201.进料口，202.防爆门，203.百页挡灰器，204.热解气出口， 205.冷却回水出口，206.水封，207.排渣通道，208.热解气回炉进口，209.炭灰回炉进口， 210.炉基，211.冷却水进口，212.等离子体喷枪，213.水蒸汽喷枪，214.等离子体喷枪， 215.冷却层，216.温度传感器，217.合成气出口，218.耐火炉墙，219.保温层，220.钢壳 体，221.温度传感器，2-1.气化段，2-11.热解段；601.合成气出口，602.炭灰出口，603. 合成气进口 ；801.分气室进口，802.合成气进口，803.分气室，804.上隔板，805.合成气出 口，806.热交换室侧壁，807.保温层，808.外壳，809.热交换室，810.热交换管，811.排灰 口，812.吹灰口，813.下隔板，814.集气室出口，815.集气室，816.排灰口 ；1001.合成气 进口，1002.合成气出口 ；1301.合成气出口 ；3001.上料刮板，3002.驱动轮，3003.进料口， 3004.煤块，3005.煤料斗，3006. 二氧化碳补充口 ， 3007. 二氧化碳检测口 ， 3008. 二氧化碳 气封，3009.密闭壳体，3010.隔板，3011.回程刮板，3012.刮板输送机出料口。
具体实施例方式
实施例1图1所示的实施例中，流化床等离子体煤气化系统由流化床气化炉(1)、 流化风机(4)、热交换器(8)、气固分离器(6)、余热锅炉(10)、吹灰风机(18)和连接管道 组成，其中流化床气化炉(1)内有悬浮预热段(l-IV)、湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)和风室(i-i)，悬浮预热段(1-1v)、湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)和风室 (1-1)在同一个回转体炉墙内，回转体炉墙由耐火炉墙(120)、保温层(121)和钢壳体(122) 构成，在鼓泡气化段(l-II)的耐火炉墙(120)和保温层(121)之间有冷却层(115)，耐火炉 墙(120)用高铝耐火砖砌筑或矾土水泥混凝土浇筑，保温层(121)选用硅酸铝耐火纤维材 料，冷却层(115)由直钢管、上圆弧联箱管和下圆弧联箱管构成，直钢管的侧壁之间用钢板 连接，直钢管的上端接口接入上圆弧联箱管，直钢管的下端接口接入下圆弧联箱管(126)， 上圆弧联箱管有冷却回水出口 (116)接出，下圆弧联箱管有冷却水进口 (105)接入，冷却 层(115)的钢管内通循环冷却水，钢管外用耐火泥填充；热交换器(8)的圆筒体内有分气 室(803)、热交换管(810)、集气室(815)和热交换室(809)，上部为分气室(803)，中部为热 交换室(809)，下部为集气室(815)，分气室(803)与热交换室(809)之间用上隔板(804) 进行隔离，热交换室(809)与集气室(815)之间用下隔板(813)进行隔离，热交换管(810) 置于热交换室(809)之中且贯穿于上隔板(804)和下隔板(813)之间，热交换管(810)的 内侧是连接分气室(803)和集气室(815)之间的通道，热交换管(810)的外侧是热交换室 (809);分气室(803)的筒壁上有进气口 (801)，集气室(815)的筒壁上有出气口 (814)，热 交换室筒壁(806) —侧的下部设置合成气进口 (802)，在合成气进口 (802)的下面设置排 灰口 (811)，在热交换室的筒壁(806)另一侧的上部设置合成气出口 (805)，在热交换室排 灰口 (811)的另一侧设置吹灰口 (812)，热交换器(8)的圆筒体外侧有保温层(807)和外 壳(808)，设备运行时，分气室(803)、热交换管(810)和集气室(815)作为流化风或载热 混合气体的通道，热交换室(809)作为合成气的通道，热交换室(809)内的高温合成气通过 热交换管(810)的间隔向流化风或载热混合气体传热。流化床气化炉(1)内的悬浮预热段 (l-IV)、湍流热解段(l-III)和鼓泡气化段(l-II)之间呈上、中、下布局且直接相通，悬浮 预热段(i-iv)在上段，湍流热解段(l-III)在中段，鼓泡气化段(l-II)在下段，鼓泡气化 段(l-II)的下面是风室(l-I)，悬浮预热段(l-IV)的内径为2. 25m、高度为4. 5m，湍流热解 段(l-III)的内径为1. 5m、高度为3. 9m，鼓泡气化段(1-11)的平均内径为2m、高度为3m ; 鼓泡气化段(l-II)和风室(1-1)之间有布风板(109)，布风板(109)上有风帽(110)鼓泡 气化段(l-II)的出渣口设置在布风板(109)的外侧周边，出渣口呈环状布局，出渣口通过 排渣通道(111)连通到风室(l-I)，风室(1-1)的下面是水封(107);鼓泡气化段(l-II)采 用心形设计，在鼓泡气化段(l-II)的炉墙上安装有等离子体喷枪和水蒸汽喷枪，等离子体 喷枪呈多层布局，上层环状设置8只等离子体喷枪，等离子体喷枪的喷口指向炉内轴心，中 间二层设置8只等离子体喷枪，在中间二层等离子体喷枪的间隔之间设置7只水蒸汽喷枪， 下层设置6只等离子体喷枪；煤粉喷枪(123)设置在悬浮预热段(l-IV)的中下部位，煤粉 喷枪(123)的进料口与煤粉供料系统衡接；悬浮预热段(l-IV)上部炉墙上有流化风出口 (103)，在流化风出口 (103)的入口处设置百页挡灰器(102)，流化风出口 (103)通过流化风 管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8)的分气室进口 (801)，热交换器 (8)的集气室出口 (814)通过连接管(28)连接到流化床气化炉风室(1-1)的流化风进口 (108);鼓泡气化段(l-II)上部炉墙上的合成气出口 (118)通过连接管(29)连接到气固分 离器(6)的合成气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602)通过连接管(27)和炭灰 输送管(22)连接到流化床气化炉鼓泡气化段(l-II)的炭灰回炉接口 (104);气固分离器 (6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的合成气进口 (802)，热 换器(8)的合成气出口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉(10)的合成气进口 (1001)， 余热锅炉(10)的合成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续设备；热交换器的 排灰口 (811)通过连接管(24)、阀门(25)和连接管(26)连接到炭灰输送管(22);在炭灰 输送管(22)另一端设置吹灰风机(18)，热交换室的吹灰口 (812)通过连接管(11)和阀门 (12)连接到吹灰风机(18)出风口一侧的炭灰输送管(22);在热交换器的集气室(815)还 有排灰口 (816)，排灰口 (816)通过阀门(20)和连接管(23)连接到炭灰输送管(22)，在连 接管(23)的连接点与连接管(11)的连接点之间有阀门(21)，设备运行时，热交换室(809) 的炭灰通过排灰口 (811)、连接管(24)、阀门(25)和连接管(26)排至炭灰输送管(22)，再 通过炭灰输送管(22)返回气化炉内；吹灰风机(18)出风口的吹灰风通过阀门(12)与阀门 (21)之间的切换分别为炭灰输送管(22)排灰和为热交换室(809)排灰，吹灰风取自合成气 输送管(14)中的合成气；流化床气化炉(1)的冷却层(115)下联箱管的冷却水进口 (105) 连接到冷却水的供水管网，冷却层(115)上联箱管的回水出口 (116)连接到余热锅炉的汽 水混合物接口 (图中未示出)。等离子体喷枪为非转移电弧方式，等离子体喷枪上有工作气 体接口、冷却剂接口和电源接口 (图中未示出)，等离子体喷枪的工作气体接口通过控制阀 和输汽管道连接到余热锅炉的蒸汽管网上，在接近等离子体喷枪的一段50cm长度的输汽 管道采用石英管或陶瓷管作绝缘隔离(图中未示出)；等离子体喷枪的冷却剂采用蒸馏水 或变压器油，冷却剂进口通过管道连接到冷却剂输送泵的出口，等离子体喷枪的冷却剂回 出口通过管道连接到散热装置，在接近等离子体喷枪的一段50cm长度的冷却剂管道采用 石英管或陶瓷管作绝缘隔离(图中未示出)，等离子体喷枪的电源接口连接到等离子体电 源控制器(图中未示出)；水蒸汽喷枪的蒸汽输入接口通过控制阀连接到锅炉的蒸汽管网 上(图中未示出)。在鼓泡气化段(l-II)的炉墙上安装有温度传感器(117)，在湍流热解 段(l-III)的炉墙上安装有温度传感器(119)，在悬浮预热段(l-IV)的炉墙上安装有温度 传感器(124)，悬浮预热段(l-IV)的上部炉墙上还有防爆门(125)。 上述的实施例1在运行时，用煤粉作为气化原料，煤粉的粒径为30 150 ii m，同 时向炉内输入煤粉重量60 85%的水蒸汽气化剂，水蒸汽气化剂的55%通过等离子体喷 枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦炭上，水蒸汽气化剂的27%通过水蒸汽喷枪 直接输入鼓泡气化段(l-II)内，水蒸汽气化剂的18%由高温熔渣在水封渣池放热产生、随 流化风直接输入鼓泡气化段(l-II)内；炉内气化反应所需的热量由活性化学物与煤炭的 放热反应和高温等离子体提供，流化风取自流化床气化炉(1)内的气化生成物，在炉外流 化风机(4)的引力作用下，流化风在炉内由下向上运行，流经鼓泡气化段(l-II)、湍流热解 段(l-III)和悬浮预热段(l-IV)，再由悬浮预热段(l-IV)的上部出口引出炉外，然后通过 炉外装置返回流化床气化炉(1)内的风室(l-I)，再通过布风板(109)上的风帽(110)进 入鼓泡气化段(l-II)，进行循环运行，流化风还兼作载热体，把鼓泡气化段(l-II)的热能 传递到湍流热解段(i-ni)和悬浮预热段(l-IV)。煤粉或水煤浆由喷枪喷入流化床气化 炉(1)内的悬浮预热段(i-iv)，在悬浮预热段(l-IV)进行预热并蒸发出水蒸汽，然后煤粒 以自由沉降方式落入湍流热解段(l-III)，在湍流热解段(l-III)进行上下翻滚受热，逸出 热解气后成为焦炭颗粒落入鼓泡气化段(l-II)，在鼓泡气化段(l-II)，焦炭颗粒以鼓泡流 化方式上下运动，把水蒸汽在等离子体喷枪内加热到4000°C以上，分解生成H*、 0*、 H2*、 H0*、 02*活性化学物后，直接喷射在炉内焦炭上，H*、 0*、 H2*、 H0*、 O/与焦炭进行化学反应，生成
13C0和^的合成气，同时把水蒸汽通过水蒸汽喷枪喷入鼓泡气化段(i-n)，使水蒸汽与焦炭 反应生成CO和H2的合成气，水蒸汽与CH4反应生成CO和H2的合成气，直至焦炭完全气化 变为液态熔渣排入水封渣池，熔渣在水封渣池放热产生的水蒸汽随流化风进入鼓泡气化段 (l-II)作气化剂利用；在湍流热解段(l-III)生成的热解气与流化风混合，进入到悬浮预 热段(i-iv)，与悬浮预热段(1-IV)生成的水蒸汽再进行混合，经悬浮预热段(1-IV)的上部 出口引出炉外，然后通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)进入热交换器(8)的 分气室(803)，再通过热交换管(810)进入到集气室(815)，使流化风在通过热交换管(810) 时进行间接受热升温，然后由集气室出口 (814)出来，通过连接管(28)、流化床气化炉(1) 的炉风室(1-1)返回鼓泡气化段(l-II)，在鼓泡气化段(l-II)内，其中的水蒸汽与焦炭进 行化学反应生成C0和H2，热解气中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成CO和H2 的合成气；流化床气化炉(1)内生成的合成气由鼓泡气化段(l-II)的上部出来，通过连接 管(29)进入气固分离器(6)进行分离，分离出的炭灰返回流化床气化炉(1)的鼓泡气化段 (l-II)进行气化处理，分离出的合成气进入到热交换器(8)的热交换室(809)，把热量间接 交换给热交换管(810)内的流化风，然后由热交换室(809)出来，通过余热锅炉回收热量降 温后，再进行除尘、脱硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产甲醇或二甲醚的原料气利用， 或作为制氢原料气利用，或作为城市煤气利用。上述运行中，流化床气化炉(1)内的操作压 力控制在0 5kPa之间，悬浮预热段(l-IV)的操作温度控制在270 33(TC之间，湍流热 解段(l-III)的操作温度控制在750 85(TC之间，鼓泡气化段(l-II)的操作温度控制在 1100 120(TC之间，鼓泡气化段(l-II)的平均风速为1 2. 5m/s，湍流热解段(l-III) 的风速为3 5m/s，悬浮预热段(l-IV)的风速为1 2m/s，使原料在炉内的停留时间大于 15min;炉内操作压力和操作温度通过调节合成气的输出流量以及等离子体喷枪的电功率 和水蒸汽的输入量来控制。 上述的实施例1中，当用水煤浆作为气化原料时，水煤浆中水分的比例为30 40 % ，煤的粒径小于50 ii m，同时向炉内添加水煤浆总量45%的水蒸汽气化剂，其中水蒸汽 气化剂添加量的80%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦炭上， 水蒸汽气化剂添加量的20%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。 实施例2图4所示的实施例中，固定床等离子体煤气化系统由固定床气化炉(2)、 流化风机(4)、热交换器(8)、气固分离器(6)、余热锅炉(10)、吹灰风机(18)和连接管道组 成，其中固定床气化炉(2)内有热解段(2-II)和气化段(2-I)，热解段(2-II)和气化段 (2-1)在同一个回转体炉墙内，回转体炉墙由耐火炉墙(218)、保温层(219)和钢壳体(220) 构成，其中气化段(2-1)的耐火炉墙(218)和保温层(219)之间有冷却层(215)，热解段 (2-II)和气化段(2-1)呈上、下布局且直接相通，热解段(2-II)在上段，气化段(2-1)在下 段，气化炉的内径为1. 25m，内空高度为9m ;气化段(2-1)炉墙设计为倒锥形回转体，在气化 段(2-1)的倒锥回转体炉墙上设置20只等离子体喷枪，等离子体喷枪呈多层环状布局，喷 口指向轴心，在等离子体喷枪的间隔之间设置7只水蒸汽喷枪；在热解段(2-II)上部的炉 墙上有热解气出口 (204)接出，在气化段(2-1)与热解段(2-II)结合部位的炉墙上有合成 气出口 (217)接出，在气化段(2-1)的中下部位炉墙上分别有热解气回炉进口 (208)和炭 灰回炉进口 (209)接入；固定床气化炉(2)的进料口设置在炉顶上；热解段(2-II)的上部 有热解气出口 (204)接出，在热解气出口 (204)的入口处设置百页挡灰器(203)，热解气出口 (204)通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8)的分气室进 口 (801)，热交换器(8)的集气室出口 (814)通过连接管(28)连接到固定床气化炉气化段 (2-1)的热解气回炉进口 (208);气化段(2-1)上部炉墙上的合成气出口 (217)通过连接管
(29) 连接到气固分离器(6)的合成气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602)通过 连接管(27)和炭灰输送管(22)连接到固定床气化炉气化段(2-1)的炭灰回炉进口 (209); 气固分离器(6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的合成气进口 (802)，热交换器(8)的合成气出口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉的合成气进口 (IOOI)，余热锅炉(10)的合成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续设备。煤 块通过二氧化碳气封进料装置进入到固定床气化炉(2) ， 二氧化碳气封进料装置由煤料斗 (3005)、密闭式刮板输煤机(30)组成，其中，煤料斗(3005)内有二氧化碳气封(3008)，在 煤料斗(3005)上还有二氧化碳补充口 (3006)、二氧化碳检测口 (3007);密闭式刮板输煤机
(30) 由驱动轮(3002)、从动轮、上料刮板(3001)、隔板(3010)、回程刮板(3011)和密闭壳 体(3009)构成，密闭式刮板输煤机(30)的进料口 (3003)始端，刮板输送机出料口 (3012) 在末端，煤料斗(3005)的出料口与密闭式刮板输煤机(30)的进料口 (3003)衡接，刮板输 送机出料口 (3012)与固定床气化炉(2)的进料口 (201)衡接。气化炉的墙体材料、气化段 墙体内冷却层的结构及连接方式、热交换器(8)的结构及连接方式、等离子体喷枪和水蒸 汽喷枪的连接方式均与第1实施例相同，这里不再描述。 上述的实施例2在运行时，煤块破碎至粒径为20 30mm，通过二氧化碳气封进料 装置从固定床气化炉(2)的顶部进入到气化炉内，装满气化段(2-1)和热解段(2-II)的 空间，炉内气化反应所需的热量由活性化学物与煤炭的放热反应和高温等离子体提供，气 化段(2-1)内煤气化生成的气态物中的一部分作为载热气体，在炉外流化风机(4)的引力 作用下，炉内的载热气体由气化段(2-1)通过煤块间的空隙向热解段(2-II)运行，把气化 段(2-1)的热量传递到热解段(2-II)，加热入炉的煤块，并使热解段的煤块逸出水蒸汽和 热解气，煤块逸出水蒸汽和热解气后成为焦炭进入气化段(2-1);把水蒸汽在等离子体喷 枪内被加热到4000°C以上，分解生成H*、 0*、 H2*、 H0*、 02*活性化学物后，直接喷射在焦炭上， 与焦炭进行化学反应生成CO、 H2、 C02、 CH4的合成气，并放出热能，随后C02又与焦炭进行还 原反应生成CO，同时把水蒸汽通过水蒸汽喷枪喷入气化段(2-I)，在有水蒸汽参与反应的 情况下，CH4与水蒸汽或(A反应生成CO和H2的合成气，焦炭气化后形成熔渣通过出渣口、 水封排入渣池；在热解段(2-II)生成的水蒸汽、热解气与载热气体混合，由热解段(2-II) 上部的热解气出口 (204)引出炉外，然后通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5) 进入热交换器(8)的分气室(803)，再通过热交换管(810)进入到集气室(815)，使载热混 合气体在通过热交换管(810)时进行间接受热升温，然后由集气室出口 (814)出来，经连接 管(28)返回固定床气化炉(2)的气化段(2-1)内，其中的水蒸汽与焦炭进行化学反应生成 CO和H2的合成气，热解气中煤烟、气态焦油、CmHn、 CH4与水蒸汽进行反应生成CO和H2的合 成气；气化炉内生成的以C0和H2为主要成分的合成气由气化段(2-1)上部的合成气出口 (217)被引出，通过连接管(29)进入气固分离器(6)进行分离，分离出的炭灰返回固定床 气化炉(2)的气化段(2-1)进行气化处理，分离出的合成气进入到热交换器(8)的热交换 室(809)，把热量间接交换给热交换管(810)内的载热混合气体，然后由热交换室(809)引 出，通过余热锅炉回收热量降温后，再进行除尘、脱硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产
15甲醇或二甲醚的原料气利用，或作为制氢原料气利用，或作为城市煤气利用。本实施例在运 行中，固定床气化炉(2)内的操作压力控制在负压30Pa 正压500Pa之间，气化段(2_1)内 的操作温度控制在1000 150(TC之间，热解段(2-II)内的操作温度控制在300 IOO(TC 之间，煤块在炉内的停留时间大于45min ;同时向炉内输入煤块重量60 85%的水蒸汽气 化剂，水蒸汽气化剂的55%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦 炭上，水蒸汽气化剂的45%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。炉内操作压力和操作温度通过 调节合成气的输出流量以及等离子体喷枪的电功率和水蒸汽的输入量来控制。
上述实施例1和实施例2的煤气化率几乎达到100% ，当选用III类无烟煤为气化 原料时，煤的参数为Vy = 7. 85%， Cy = 65. 65%，Hy = 2. 64%，0y = 3. 19%，Ny = 0. 99%， Sy = 0. 51%， Ay = 19.02%， Wy = 8%， Qydw = 24426kj/kg ;每吨煤气化后的出炉合成气中 CO = 50535mol，H2 = 66469mol，C02 = 3 1 89mol，CH4 = 984mol，N2 = 354mol。出炉的合成气 再通过降温、除尘、脱硫净化和变换处理后，用作生产甲醇的原料气，每吨煤可生产1100kg 甲醇产品，当废气中的二氧化碳不作回收利用时，排放的二氧化碳为633kg左右，生产每吨 甲醇比常规技术减少煤耗40 %左右、减排二氧化碳45 %左右。
权利要求
一种等离子体煤气化的方法，包括流化床气化技术，其特征是流化床气化炉(1)设计为三段工作方式，呈上、中、下布局，上段为悬浮预热段(1-IV)，中段为湍流热解段(1-III)，下段鼓泡气化段(1-II)，等离子体喷枪设置在鼓泡气化段(1-II)，用水蒸汽作为等离子体喷枪的工作气体，使水蒸汽在等离子体喷枪内加热到4000℃以上，分解生成H*、O*、H2*、HO*、O2*活性化学物后，直接喷射在鼓泡气化段(1-II)的焦炭上，进行如下反应C(s)+4H*＝CH4+75.6kjC(s)+2O*＝CO2+566kjC(s)+2H2*＝CH4+75.6kj2C(s)+2HO*＝2CO+H2-131.2kjC(s)+O2*＝CO2+566kj水分子的活性化学物与焦炭进行化学反应生成CO、H2、CO2、CH4，并放出热能，随后CO2又与焦炭进行还原反应生成CO，在鼓泡气化段(1-II)同时设置水蒸汽喷枪，在有水蒸汽参与反应的情况下，CH4与水蒸汽或CO2反应生成CO和H2，炉内气化反应所需的热量由活性化学物与焦炭的放热反应和高温等离子体提供；流化风取自流化床气化炉(1)内的气化生成物，在炉外流化风机(4)的引力作用下，流化风在炉内由下向上运行，流经鼓泡气化段(1-II)、湍流热解段(1-III)和悬浮预热段(1-IV)，再由悬浮预热段(1-IV)的上部出口引出炉外，然后通过流化风管(3)和流化风机(4)返回流化床气化炉(1)内的风室(1-I)，再通过布风板(109)上的风帽(110)进入鼓泡气化段(1-II)，进行循环运行，流化风还兼作载热体，把鼓泡气化段(1-II)的热能传递到湍流热解段(1-III)和悬浮预热段(1-IV)；煤粉或水煤浆由喷枪喷入流化床气化炉(1)内的悬浮预热段(1-IV)，在悬浮预热段(1-IV)进行预热并蒸发出水蒸汽，然后煤粒以自由沉降方式落入湍流热解段(1-III)，在湍流热解段(1-III)进行上下翻滚受热，逸出热解气后成为焦炭颗粒落入鼓泡气化段(1-II)，在鼓泡气化段(1-II)，焦炭颗粒以鼓泡流化方式上下运动，与等离子喷枪喷出的活性化学物进行化学反应，及与水蒸汽进行化学反应，生成CO和H2的合成气，直至完全气化变为液态熔渣排入水封渣池；在湍流热解段(1-III)生成的热解气与流化风混合，进入到悬浮预热段(1-IV)，与悬浮预热段(1-IV)生成的水蒸汽再进行混合，经悬浮预热段(1-IV)的上部出口引出炉外，通过流化风管(3)和流化风机(4)、流化床气化炉(1)的风室(1-I)和布风板(109)上的风帽(110)进入到鼓泡气化段(1-II)内，其中的水蒸汽与焦炭进行化学反应生成CO和H2，热解气中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成CO和H2；流化床气化炉(1)内生成的以CO和H2为主要成分的合成气混合物由鼓泡气化段(1-II)上部的合成气出口(118)出来，进入气固分离器(6)进行分离，分离出的炭粒返回流化床气化炉(1)的鼓泡气化段(1-II)进行气化处理，分离出的合成气通过余热锅炉回收热量降温后，再进行除尘、脱硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产甲醇或二甲醚的原料气利用，或作为制氢原料气利用，或作为城市煤气利用。
2. 根据权利要求l所述的一种等离子体煤气化的方法，其特征是流化床气化炉(1)内 的操作压力控制在0 5kPa之间，悬浮预热段(1-IV)的操作温度控制在270 33(TC之 间，湍流热解段(l-III)的操作温度控制在750 85(TC之间，鼓泡气化段(l-II)的操作 温度控制在1100 120(TC之间；流化床气化炉(1)内的流化风设计为三段风速，鼓泡气化 段(l-II)的平均风速为1 2. 5m/s，湍流热解段(l-III)的风速为3 5m/s，悬浮预热段(1-IV)的风速为1 2m/s，气化原料在炉内的停留时间大于15min。
3. 根据权利要求1所述的一种等离子体煤气化的方法，其特征是当用煤粉作为气化原 料时，煤粉的粒径为30 150 ym，同时向炉内输入煤粉重量60 85%的水蒸汽气化剂， 水蒸汽气化剂的55%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段(l-II)内的焦炭上， 水蒸汽气化剂的45%直接输入鼓泡气化段(l-II)内；当用水煤浆作为气化原料时，水煤浆 中水分的比例为30 40%，煤的粒径小于50 ii m，同时向炉内添加水煤浆总量45%的水蒸 汽气化剂，其中水蒸汽气化剂添加量的80%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段 (l-II)内的焦炭上，水蒸汽气化剂添加量的20%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。
4. 根据权利要求1所述的一种等离子体煤气化的方法，其特征是在气化炉的外围设置 热交换器(8)和气固分离器(6)，流化床气化炉(1)内的流化风携热解气和水蒸汽由悬浮预 热段(l-IV)的上部引出炉外，然后通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)进入热 交换器(8)的分气室(803)，再通过热交换管(810)进入到集气室(815)，使流化风在通过 热交换管(810)时进行间接受热升温，然后由集气室出口 (814)出来，通过连接管(28)、流 化床气化炉(1)的风室(1-1)返回鼓泡气化段(l-II);流化床气化炉(1)内生成的合成气 由鼓泡气化段(l-II)上部的合成气出口出来，通过连接管(29)进入气固分离器(6)进行 分离，分离出的炭灰返回流化床气化炉(1)的鼓泡气化段(l-II)进行气化处理，分离出的 合成气进入到热交换器(8)的热交换室(809)，把热量间接交换给热交换管(810)内的流化 风，然后由热交换室(809)出来，通过余热锅炉回收热量降温后，送入后续工序处理。
5. —种实现权利要求l所述方法的设备，其特征是流化床气化炉(1)由悬浮预热段 (l-IV)、湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)和风室(1-1)组成，悬浮预热段(l-IV)、 湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)和风室(1-1)在同一个回转体炉墙内，悬浮预热 段(l-iv)、湍流热解段(l-III)和鼓泡气化段(l-II)之间呈上、中、下布局且直接相通，悬 浮预热段(i-iv)在上段，湍流热解段(l-III)在中段，鼓泡气化段(l-II)在下段，鼓泡气 化段(l-II)的下面是风室(l-I)，鼓泡气化段(l-II)和风室(1-1)之间有布风板(109)， 鼓泡气化段(l-II)的出渣口设置在布风板(109)的外侧周边，出渣口呈环状布局；在鼓泡 气化段(l-II)的炉墙上安装有等离子体喷枪和水蒸汽喷枪；在悬浮预热段(l-IV)的上部 的炉墙上有流化风出口 (103)接出，在悬浮预热段(l-IV)的1/2以下部位的炉墙上有煤粉 喷枪或水煤浆喷枪(123)接入；在鼓泡气化段(l-II)上部的炉墙上有合成气出口 (118)接 出；在风室(1-1)的炉墙上有流化风进口 (108)接入。
6. 根据权利要求5所述的一种设备，其特征是流化床气化炉(1)的鼓泡气化段(l-II) 采用心形设计，在鼓泡气化段(l-II)的炉墙上的等离子体喷枪呈多层布局，每层环状设置 多只等离子体喷枪，等离子体喷枪的喷口指向炉内轴心，在等离子体喷枪的间隔之间设置 水蒸汽喷枪，水蒸汽喷枪为一只以上至少一只；流化床气化炉(1)的回转体炉墙由耐火炉 墙(120)、保温层(121)和钢壳体(122)构成，其中鼓泡气化段(l-II)的耐火炉墙(120) 和保温层(121)之间有冷却层(115);悬浮预热段(l-IV)的内径是湍流热解段(l-III)的 1.5倍，鼓泡气化段(l-II)的平均内径是湍流热解段(l-III)直径的1.3倍，悬浮预热段 (l-IV)、湍流热解段(l-III)、鼓泡气化段(l-II)的高度比为1.5 : 1.3 : l;鼓泡气化段 (l-II)的出渣口通过排渣通道(111)连通到风室(l-I)，风室(1-1)的下面是水封(107); 在流化床气化炉(1)的外围设备还有流化风机(4)、热交换器(8)、气固分离器(6)和余热锅炉(IO)，悬浮预热段(1-IV)上部炉墙上的流化风出口 (103)通过流化风管(3)、流化风 机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8)的分气室进口 (801)，热交换器(8)的集气室出 口 (814)通过连接管(28)连接到流化床气化炉风室(1-1)的流化风进口 (108);鼓泡气化 段(l-II)上部炉墙上的合成气出口 (118)通过连接管(29)连接到气固分离器(6)的合成 气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602)通过连接管(27)和炭灰输送管(22)连接 到流化床气化炉鼓泡气化段(l-II)的炭灰回炉接口 (104);气固分离器(6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的合成气进口 (802)，热交换器(8)的合成气出 口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉(10)的合成气进口 (IOOI)，余热锅炉(10)的合 成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续设备。
7. —种等离子体煤气化的方法，包括固定床气化技术，其特征是固定床气化炉(2)为 二段工作方式，呈上、下布局，上段为热解段(2-II)，下段为气化段(2-I)，等离子体喷枪设 置在气化段(2-1)，用水蒸汽作为等离子体喷枪的工作气体，水蒸汽在等离子体喷枪内被加 热到400(TC以上，分解生成lT、 0*、 H2*、 H0*、 O/活性化学物后，直接喷射在气化段(2_1)的 焦炭上，进行如下反应C (s) +4H* = CH4+75. 6kgC (s) +20* = C02+566k jC (s) +2H2* = CH4+75. 6kj2C(s)+2H0* = 2C0+H2-131. 2kjC (s) +02* = C02+566k j水分子的活性化学物与焦炭进行化学反应生成CO、 H2、 C02、 CH4，并放出热能，随后C02 又与焦炭进行还原反应生成CO，在气化段(2-1)同时设置水蒸汽喷枪，在有水蒸汽参与反 应的情况下，C比与水蒸汽或(A反应生成CO和n，炉内气化反应所需的热量由活性化学物 与焦炭的放热反应和高温等离子体提供；煤块由炉顶的进料口进入固定床气化炉(2)内， 装满气化段(2-1)和热解段(2-II)的空间，气化段(2-1)内煤气化生成的气态物中的一部 分作为载热气体，在炉外流化风机(4)的引力作用下，炉内的载热气体由气化段(2-1)向热 解段(2-II)运行，把气化段(2-1)的热量传递到热解段(2-II)，加热入炉的煤块，使入炉 的煤块逸出水蒸汽和热解气，煤块逸出水蒸汽和热解气后成为焦炭进入气化段(2-1);热 解段(2-II)生成的水蒸汽、热解气与载热气体混合，由热解段(2-II)上部的热解气出口 (204)引出炉外，然后通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)进入热交换器(8) 的分气室(803)，再通过热交换管(810)进入到集气室(815)，使载热混合气体在通过热交 换管(810)时进行间接受热升温，然后由集气室出口 (814)出来，经连接管(28)返回固定 床气化炉(2)的气化段(2-1)内，其中的水蒸汽与焦炭进行化学反应生成C0和4，热解气 中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成C0和H2;气化段(2_1)内的焦炭气化后 形成熔渣通过出渣口、水封排入渣池；固定床气化炉(2)内生成的以CO和^为主要成分的 合成气由气化段(2-1)上部的合成气出口 (217)被引出，通过连接管(29)进入气固分离器 (6)进行分离，分离出的炭灰返回固定床气化炉(2)的气化段(2-1)进行气化处理，分离出 的合成气进入到热交换器(8)的热交换室(809)，把热量间接交换给热交换管(810)内的载 热混合气体，然后由热交换室(809)引出，通过余热锅炉回收热量降温后，再进行除尘、脱 硫净化处理，送入合成气贮罐，作为生产甲醇或二甲醚的原料气利用，或作为制氢原料气利用，或作为城市煤气利用。
8. 根据权利要求7所述的一种等离子体煤气化的方法，其特征是固定床气化炉(2)内 的操作压力控制在负压30Pa 正压500Pa之间，气化段(2_1)内的操作温度控制在1000 150(TC之间，热解段(2-II)内的操作温度控制在300 IOO(TC之间，输入到炉内的煤块 粒径为20 30mm，煤块在炉内的停留时间大于45min ;同时向炉内输入煤块重量60 85%的水蒸汽气化剂，水蒸汽气化剂的55%通过等离子体喷枪分解活化后喷在鼓泡气化段 (l-II)内的焦炭上，水蒸汽气化剂的45%直接输入鼓泡气化段(l-II)内。
9. 一种实现权利要求7所述方法的设备，其特征是固定床气化炉(2)由热解段(2-II) 和气化段(2-1)组成，热解段(2-II)和气化段(2-1)在同一个回转体炉墙内，热解段 (2-II)和气化段(2-1)呈上、下布局且直接相通，热解段(2-II)在上段，气化段(2-1)在 下段，在气化段(2-1)的炉墙上设置等离子体喷枪和水蒸汽喷枪；在热解段(2-II)上部的 炉墙上有热解气出口 (204)接出，在气化段(2-1)与热解段(2-II)结合部位的炉墙上有合 成气出口 (217)接出，在气化段(2-1)的炉墙上分别有热解气回炉进口 (208)和炭灰回炉 进口 (209)接入；固定床气化炉(2)的进料口设置在炉顶上；热解段(2-II)上的热解气出 口 (204)通过流化风管(3)、流化风机(4)和流化风管(5)连接到热交换器(8)的分气室 进口 (801)，热交换器(8)的集气室出口 (814)通过连接管(28)连接到固定床气化炉气化 段(2-1)的热解气回炉进口 (208);气化段(2-1)上部炉墙上的合成气出口 (217)通过连 接管(29)连接到气固分离器(6)的合成气进口 (603)，气固分离器(6)的炭灰出口 (602) 通过连接管(27)和炭灰输送管(22)连接到固定床气化炉气化段(2-1)的炭灰回炉进口 (209);气固分离器(6)的合成气出口 (601)通过连接管(7)连接到热交换器(8)的合成气 进口 (802)，热交换器(8)的合成气出口 (805)通过连接管(9)连接到余热锅炉的合成气进 口 (IOOI)，余热锅炉(10)的合成气出口 (1301)通过合成气输送管(14)连接到后续设备。
10. 根据权利要求9所述的一种设备，其特征是固定床气化炉(2)的回转体炉墙由耐火 炉墙(218)、保温层(219)和钢壳体(220)构成，其中气化段(2-1)的耐火炉墙(218)和保 温层(219)之间有冷却层(215);气化段(2-1)炉墙设计为倒锥形回转体，在气化段(2-1) 的倒锥回转体炉墙上设置多只等离子体喷枪，等离子体喷枪呈多层环状布局，喷口指向轴 心，在等离子体喷枪的间隔之间设置水蒸汽喷枪，水蒸汽喷枪为一只以上至少一只。
全文摘要
等离子体煤气化的方法及设备，涉及煤化工技术和气化炉设备，其特征是流化床气化炉设计为三段工作方式，上段为悬浮预热段，中段为湍流热解段，下段鼓泡气化段，等离子体喷枪设置在鼓泡气化段，把水蒸汽在等离子体喷枪内加热到4000℃以上，分解生成H*、O*、H2*、HO*、O2*活性化学物后，直接喷射在鼓泡气化段的焦炭上，进行化学反应生成CO和H2的合成气并放出热量；炉内的热解气、水蒸汽与流化风混合，经悬浮预热段的出口引出炉外，通过流化风管和流化风机返回气化炉鼓泡气化段，热解气中煤烟、气态焦油、CmHn、CH4与水蒸汽进行反应生成CO和H2的合成气。本发明比常规的煤气化技术减少煤炭资源的消耗和减少温室气体排放。
文档编号C10J3/14GK101781584SQ20101011868
公开日2010年7月21日 申请日期2010年2月6日 优先权日2010年2月6日
发明者周开根 申请人:周开根