一种渣油、干粉和水煤浆共同进料的气化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤气化和渣油气化领域，具体地，涉及一种渣油、干粉和水煤浆共同进 料的气化方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的继续高速发展，我国对能源的需求不断扩大化，使得石油自给度逐年 下降：2011年底，石油进口比例已经占到了 56%，这对我国的能源安全是一个巨大的挑战。 而我国的一次能源储量中，超过96%为煤炭资源，科研人员应该利用巨大的煤炭储量，大力 发展煤化工技术以缓解对能源日益增加的需求。煤化工的龙头技术核心在于高效、灵活、原 料适用范围广的煤气化技术，尤其是多原料共进料的煤气化方法可以有效提升多种原料的 利用效率而受到广泛青睐。
[0003] 粉煤气化是目前煤气化技术领域的主流，包括干粉和水煤浆气化两种主要技术路 线，其工艺均属于气流床气化。这指的是干粉或水煤浆在与气化剂充分混合的条件下高速 喷入气化炉膛内，发生瞬间的燃烧和气化反应，生成产物气体和熔融态的煤渣。其中，干粉 气化以Shell气化工艺为代表，气化温度高，有效气体含量高，但是该工艺对煤种的灰分含 量和灰熔点要求较高，所以并非适合所有的煤种。水煤浆气化以GE-Texaco气化工艺为代 表，将原料煤湿磨成水煤浆，利用高压泵增压，通过喷嘴和〇 2喷入气化炉。该炉的有效气体 含量可达80%以上，且气体中H2/C0高于干粉气化。GE-Texaco气化技术也可以用于渣油 气化，其气化温度要低于水煤浆气化。
[0004] 随着目前原料劣质化的严重，渣油、石油焦的有效利用成为需要解决的现实问题， 而渣油、石油焦与煤的性质，如灰分含量、元素组成均有较大差别。如何在煤气化中实现多 原料共进料成为气化研究的热点。
[0005] CN102191087A公开了一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉可以采用多 种形态原料，可以将煤、石油、天然气、生物质等共同气化，不同类型的气化原料（气态、液 态、固态）与气化剂独自进入特定的通道，形成一定速度成为射流进入气化炉。通过对置多 喷嘴和顶置喷嘴实现原料的混合，使得原料具有较强的灵活性。较小型气化炉（50~1000 吨煤/天）采用顶置单喷嘴方案，较大型气化炉（1000~6000吨煤/天）则采用多喷嘴方 案。
[0006] CN102268300A公开了一种煤液化残渣与水煤浆联合气化喷嘴及其应用，在一个喷 嘴中设置环状的煤液化残渣管、蒸汽环管、内环氧气管、水煤浆环管、外环氧气管和水冷环 管同轴设置，在末端联通，可实现熔融的煤液化残渣、高温液态的重油及渣油等粘稠的重质 燃料与水煤浆的联合气化。
[0007] CN102643678A公开了一种煤粉/水煤浆气化炉系统，煤粉与水煤浆可以通过顶部 喷嘴的环管实现共进料。该发明不仅减轻了激冷室合成气的带水带灰，延长气化炉的运行 周期，也能达到煤粉和水煤浆的共同进料。
[0008] CN102816605A公开了一种分级给氧两段式多喷嘴气化炉，二次给氧喷枪安装在所 述二次给氧喷枪室内，以实现氧气的分级燃烧，这使得炉内温度分布更加均匀合理，避免出 现气化炉内的局部高温。该方法适用于煤、石油焦、渣油、浙青生物质和污泥等含碳物质的 气化，可采用干粉或浆体燃料进料方式，燃料适应性广。
[0009] 然而，以上公开的气化方法主要提到了在一个喷嘴内实现多原料的混合进入、以 及对喷嘴的设计，但并不涉及不同喷嘴分别进料不同原料。而且，以上方法并不涉及如何提 高水煤浆固含量和气化效率。由于煤种性质的不同，有些煤种制备的水煤浆浓度难以提高， 使得煤气化的效率降低，关于如何提高水煤浆气化效率现有技术中并未教导。虽然现有技 术中提到了气化原料可以是煤、渣油、石油焦等多种原料，但从公开的内容来看，其进料为 单一原料，并没有指出可以同时进入多种原料。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种能够实现渣油、干粉和水煤浆共同进料的气化方法。 [0011] 本发明提供了一种渣油、干粉和水煤浆共同进料的气化方法，该方法包括：将渣油 和水煤浆分别通过气化炉侧上壁的对置喷嘴注入气化炉内，同时将干粉通过气化炉顶部的 加料管注入气化炉内，对渣油、水煤浆和干粉进行共同气化。
[0012] 在本发明提供的所述气化方法中，分为顶部进料和侧部进料两个进料系统，其中 顶部为加料管进料，进料干粉；侧部为喷嘴进料，进料水煤浆和渣油。这样不仅通过加入干 粉实现了水煤浆浓度难以提高的煤种的气化，也解决了渣油（如石油炼制副产的渣油或者 煤液化或油煤共炼副产的高灰分渣油）的回收利用问题，使渣油在高温下气化完全，为炼 油行业的劣质渣油的加工处理提供了一种可行途径。
[0013] 而且，干粉通过加料管加料，降低了流速，从而降低了喷嘴加料所带来的磨损，对 延长操作周期有很大帮助。水煤浆进料和渣油进料的进料速度相同或接近。顶部加料管加 入的干粉改变了气化炉内的流场分布。顶部物流不加氧或者加入少量氧气都会使顶部温度 有所降低，从而避免了以喷嘴加料的方式所带来的温度过高的缺点，避免了对侧部喷嘴造 成不利影响。
[0014] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0015] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0016] 图1是实施本发明提供的渣油、干粉和水煤浆共同进料的气化方法的气化炉的结 构示意图；
[0017] 图2是气化炉侧上壁的喷嘴的中心轴与气化炉的径向横截面的夹角的示意图。
[0018] 附图标记说明
[0019] 1顶置加料管 2侧壁水煤浆喷嘴
[0020] 3侧壁渣油喷嘴 4上段气化室
[0021] 5下段气化室 6炉壳
[0022] 7锥形渣口 8粗合成气出口
[0023] 9 渔池
【具体实施方式】
[0024] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0025] 本发明提供的所述渣油、干粉和水煤浆共同进料的气化方法包括：将渣油和水煤 浆分别通过气化炉侧上壁的对置喷嘴注入气化炉内，同时将干粉通过气化炉顶部的加料管 注入气化炉内，对渣油、水煤浆和干粉进行共同气化。
[0026] 在优选情况下，所述气化炉的侧上壁设置有至少两对对置喷嘴，所述水煤浆通过 至少一对对置喷嘴注入，所述渣油通过至少一对对置喷嘴注入。更优选地，所述气化炉的侧 上壁设置有两对或三对对置喷嘴（也即四喷嘴进料或六喷嘴进料），所述水煤浆通过1-2对 对置喷嘴注入，所述渣油通过1对对置喷嘴注入。在本发明中，对置喷嘴是指沿着所述气化 炉的中心轴相互对称的喷嘴。当所述气化炉的侧上壁设置有至少两对对置喷嘴时，优选这 些喷嘴沿着所述气化炉的周向均匀分布，并且沿着同一平面设置。
[0027] 在优选情况下，喷嘴的中心轴与所述气化炉的径向横截面的夹角α (如图2所示） 满足：0° < α <20°。在实际操作中，优选喷嘴雾化所形成的旋转区域截面积大于顶部 加料管加料的干粉下落横截面的面积。理想的操作模式为这两个截面的圆心处于气化炉中 心轴上。
[0028] 在优选情况下，气化炉顶部的加料管与所述喷嘴的垂直距离占所述气化炉总高度 的 10-50%，优选为 15-45%。
[0029] 在本发明提供的所述方法中，所述水煤浆与所述渣油的进料量的重量比可以为 0. 8-2 :1，优选为1. 0-1. 5 :1。所述干粉的进料量与所述渣油和所述水煤浆的总进料量的重 量比可以为0. 1-2 :1，优选为0. 3-1. 2 :1。
[0030] 在本发明提供的所述方法中，优选地，所述水煤浆与氧气一起从喷嘴注入气化炉。 进一步优选地，与水煤浆一起注入的氧气的量为400-700m 3氧气/t干煤（也称为氧煤比）， 此处，干煤是指水煤浆中煤的干基。在本发明中，与水煤浆一起注入的氧气可以为纯氧或氧 气含量为95体积％以上的混合气体。
[0031] 在本发明提供的所述方法中，所述水煤浆没有特别的限定，可以为本领域常规的 水煤浆。优选地，所述水煤浆的固含量为40-70重量％，优选为50-65重量％。所述水煤 浆中的固体颗粒粒度可以为150 μ m以下，优选地，平均粒度为60-80 μ m，且最大粒径小于 120 μ m。在本发明中，颗粒粒度是指该颗粒上的两个不同点之间的最大直线距离，当所述颗 粒为球形时，则所述颗粒的粒度是指该颗粒的直径。
[0032] 在本发明提供的所述方法中，所述渣油没有特别的限定，可以为本领域常规的渣 油，例如石油炼制副产的渣油或者煤液化或油煤共炼副产的高灰分渣油。所述渣油可以 为高灰分渣油，也可以为低灰分渣油。优选地，所述渣油的灰分含量可以为0.01-60重 量％。在较优选的实施方式中，所述渣油通过水蒸汽输送，使所述渣油以流体形式、温度在 120-220°C之间注入气化炉。水蒸汽与所述渣油的重量比可以为0. 3-0. 6(也称为蒸汽油 比）。
[0033] 在本发明提供的所述方法中，优选地，所述渣油与氧气一起从喷嘴注入气化炉。进 一步优选地，与渣油一起注入的氧气的量为600-900m 3氧气/t渣油（也称为氧油比）。在 本发明中，与渣油一起注入的氧气可以为纯氧或氧气含量为95体积％以上的混合气体。
[0034] 在本发明提供的所述方法中，优选地，所述干粉通过队或0)2输送，输送密度为 300-500kg/m3。在将所述干粉注入气化炉之前，所述干粉中可以混入02，也可以不混入0 2， 优选情况下，在干粉进料中不混入氧气，也即通过加料管注入的干粉进料基本上不含氧气。
[0035] 在本发明中，所述干粉可以为本领域常规使用的干粉，例如可以为干煤粉和/或 石油焦粉。当采用干煤粉作为干粉时，所述干煤粉的煤种优选与所述水煤浆的煤种相同，这 样所述干煤粉的加入可以提高水煤浆的浓度，进而能够提高煤种的气化。当采用石油焦粉 作为干粉时，本发明的方法可以为炼油行业的石油焦的加工处理提供一种可行途径。在一 种实施方式中，采用干煤粉和石油焦粉的混合物作为干粉，且二者的混合比例可以为任意 的比例，例如可以为0. 1-10 :1。
[0036] 在本发明中，所述干粉的颗粒粒度可以为lOOym以下，优选地，平均粒径为 60-80 μ m〇
[0037] 在本发明提