专利名称：一种悬浮床煤炭气化方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤炭制气领域，具体是一种悬浮床煤炭气化方法及其装置。
背景技术：
“气体能源”已得到世界各国的广泛重视与积极发展。同样，在我国，气体能源已成为我国能源战略发展的重要组成部分，将有可能在未来我国能源结构中占据主导地位。煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一，长期的生产实践表明在将煤炭转变成更便利的能源和产品形式的各种技术中，煤气化是应优先考虑的一种加工方法。为发展煤制气技术，世界各国都做了大量的、长期的工作。目前用于生产工业燃气的气化技术有三大类型固定床(移动床)气化、流化床气化和气流床气化技术。1.固定床气化技术(块煤制气技术)
世界上第一台常压固定床煤气发生炉于1882年在德国投产，该炉型采用低粘结性的块煤做原料，空气或空气+蒸汽为气化剂。炉子为直立圆筒形结构，炉体用钢板制成，下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽；上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。气化剂从底部进入炉内，粗煤气从顶部引出。该炉型的优点是设备结构简单，易于操作，一般不需用氧气作气化剂。缺点是煤气热值较低(5 6MJ/Nm3)，粗煤气成分复杂，有较高含量的焦油、酚以及灰尘，煤气净化产生难以处理的工业废水。虽然国家多次明令淘汰该炉型，但由于没有合适替换炉型，一段炉在国内还存在众多用户。两段炉是常规固定床气化炉的一种改进型，在一段炉的基础上加装一个干馏段， 与原有的固定床气化炉组成一个总的气化装置即成为两段式气化炉。工作原理是部分粗煤气经干馏段出煤气炉，利用煤气显热进行煤的干燥干馏过程，产生半焦，半焦进入下部气化段进行气化反应。煤中挥发物经过干馏段引出。其余粗煤气从气化段引出，与上段引出的煤气混合。由于煤气中的显热得到有效利用，热效率较一段炉有所提高。但是一段炉的缺点如产生难以处理的含焦油、酚的工业废水等并没有得到有效改善。在环保压力下，该炉型也将面临被合适炉型代替的命运。总之采用固定床气化技术，环境污染问题都是不容回避的。常压固定床气化在西方国家中已经绝迹，加压法也受到一定限制。我国目前也把常压固定床气化炉列入淘汰产品名单。2.流化床气化技术
流化床气化是一定粒度的煤为原料，以空气、富氧或氧气为氧化剂，水蒸汽或二氧化碳为气化剂，在适当的气速下，使床层中的粒煤沸腾，床中物料强烈返混，气固两相充分混合温度均一，在部分燃烧产生的高温(950 IlO(TC)下进行煤的气化。煤在床内一次实现破粘、脱挥发分、气化等过程。由于气化温度较低，一般需要活性较好的煤，如褐煤为原料。为提高煤炭转化率，多数气化炉需要灰渣循环。国外在这方面有较多研究，已经实现工业化的有温克勒(Winkler)气化工艺、KRW气化炉、U-Gas气化炉等。流化床气化技术由于温度适中，既不像固定床那样由于温度低，气体成分含有焦油、酚等对环境有害的杂质；又不像气流床温度那样高，造成热效率下降，因此曾被人们寄予厚望。但经过大量的实践证明，流化床气化技术不仅存在碳转化率低的缺点，还存在操作困难、粗煤气中的有机物并不能完全消除等缺点。到目前为止，流化床气化技术商业化成功应用案例不多。3.气流床气化技术
气流床气化是气化剂(蒸汽和氧气)夹带着粉煤(或者煤浆)，通过特殊喷嘴高速喷入炉膛内，瞬间着火，直接发生火焰反应，温度高达2000°C，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣。 气流床气化炉依进料方式有两种不同的类型水煤浆进料和干粉煤进料两种。目前已经实现工业化的技术有=Texac0和E-Gas气化炉(水煤浆进料)；和Shell 与Siemens气化炉(粉煤进料)。这些技术的共同特点是原料适应范围广、气化温度高 (1300 1700°0、气化压力高(2.5 8. 7Mpa)、环境影响小、气化能力高、自动化程度高等。 多数气化炉要求采用纯氧气化，主要用于大型煤化工项目生产合成气。近几年，气流床气化技术在中国得到极大发展，多家研究机构可以提供完整的气流床气化技术。如华东理工大学的四喷嘴气化技术、清华大学的熔渣与非熔渣技术等。这些气化技术与国际先进气化技术发展方向相同、步调一致。其目标是大型化、高压力、纯氧气化、液态排查、近乎零污染等。综上所述，无论是常压固定床还是加压固定床，由于干馏成份的存在，煤气中含有焦油，苯，酚等成份，净化难度大；且在煤种的选用上需要使用块煤，煤种选择范围窄、经济性差；流化床技术目前还存在较多的不确定因素，加之不能完全消除污染，目前还不能确认是否适合未来发展方向；而气流床具有效率高、污染小、可以使用末煤气化的特点，将是目前煤制工业燃气发展的重要方向，但是气流床气化技术一般都是高温高压气化，系统投资大，运行费用高，而且一般都采用液态排渣，对灰熔点超过1500°的煤炭不适应，并且在排渣过程中1200以上的灰渣需要用水急冷到200°以下，这部分热量损失不能回收。
发明内容
为解决上述问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种悬浮床煤炭气化方法， 该方法具有气化温度适中，气化压力低，适应煤种广，气化工艺简单，投资小，运行费用低等优点，特别适合低压力煤制工业燃气的生产。本发明要解决的另一技术问题在于提供一种悬浮床煤炭气化装置，该装置结构简单，工作效率高。本发明采用以下技术方案
一种悬浮床煤炭气化方法，煤粉和气化剂分别从气化炉下部以一定的速度和压力给入，能够保证煤粉成流动和悬浮状态，所述煤粉形成旋流并燃烧；气化剂对煤粉吹浮搅混； 所述煤粉部分迅速气化，燃烧和气化的灰渣连同气化产生的混合气体从气化炉上部引出。优选的，所述煤粉和气化剂以Ι-lOOm/s的速度在0. 1-2. 5 Mpa的压力下进入气化炉。进一步地，所述煤粉从气化炉下部的侧面给入，所述气化剂从气化炉底部给入。进一步地，所述煤粉也可以从气化炉底部给入，所述气化剂从气化炉下部侧面给入。
进一步地，所述灰渣连同气化产生的混合气体经分离灰渣排出，混合气体进入后道处理。进一步地，所述煤粉在气化炉堆体下部引入点火火源。进一步地，所述炉内温度保持在850—1600°。本方法可以通过以下设备
一种应用上述气化方法的悬浮床煤炭气化装置，包括气化炉和分离装置，所述气化炉的侧壁以及底部分别设有气化剂进料口或煤粉进料口 ；该气化炉包括圆柱体和圆锥体，所述圆锥体设置在圆柱体的下部，所述圆柱体与分离装置相连。进一步地，所述气化炉底部围绕圆心均勻布置多个气化剂进料口。进一步地，所述分离装置为旋风分离器，下端设置出渣口，上端设置出气口。进一步地，所述旋风分离器与气化炉的上部连接。本发明具有以下优点
1)本发明的气化方法具有气化温度适中，气化压力低，可直接对气渣分离，热能损失小，适应煤种广，气化工艺简单，投资小，运行费用低等优点，特别适合低压力煤制工业燃气的生产。2)本实用新型煤粉在气化炉中受到气化剂吹浮搅混的作用，同时又受旋风分离器的负压吸引，能够形成稳定的悬浮状态并完成燃烧和气化。3)本实用新型中点火火源可以使用气化产生的合成气以使煤粉充分燃烧。4)本实用新型中煤粉可利用合成气形成的余热对煤粉预热。5)本发明的气化装置结构简单，生产效率高，适用范围广。
图1是实施例1的结构示意图； 图2是实施例2的结构示意图。
具体实施例方式实施例1
如图1所示，本实施例提供一种悬浮床煤炭气化装置，包括气化炉4和旋风分离器5，该气化炉4包括圆柱体和圆锥体，所述圆锥体设置在圆柱体的下部，所述气化炉4的圆柱体下端侧壁设置一个煤粉进料口 1，所述圆锥体底部围绕圆心均勻布置的两圈21个气化剂喷嘴 3，形成锥型的布风面，所述圆锥体侧壁设置点火火源2，所述圆柱体与旋风分离器5相连， 该旋风分离器5下端设置出渣口 7，上端设置出气口 6。气化时，气化炉4锥体下部点火器2先点燃，将炉内温度保持在1000—1300°，煤粉从气化炉下端侧壁的煤粉进料口 1，以一定速度和压力喷入气化炉4，气化炉4为上大下小的圆柱体和圆锥体，煤粉进入气化炉4的同时，气化剂从气化炉4底部围绕圆心均勻布置的两圈共21个气化剂喷嘴3以一定速度和压力给入，形成悬浮床，对煤粉起吹浮搅混作用； 煤粉在进入气化炉4内时部分燃烧，部分迅速气化，产生的灰渣和混合气体从气化炉4上部引出，进入旋风分离器5，灰渣从出渣口 7向下排出，混合气体从出气口 6向上引出，进入后道处理。在气化炉中，煤粉被气化剂从下往上吹起，同时又受旋风分离器5的负压吸引，形成稳定的悬浮状态并完成燃烧和气化，炉体结构简单。点火器2也可以使用气化产生的合成气。煤粉也可利用合成气形成的余热对煤粉预热。实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1不同之处在于，改变了气化剂进料口和煤粉进料口的进料位置，所述圆锥体侧壁设置点火火源2，底部设置1个煤粉进料口 1，煤粉以一定速度和压力由气化炉4的底部进入气化炉；所述圆柱体的下端侧壁设置多个气化剂喷嘴3，气化剂沿气化炉4下部切向给入，并在气化炉4底部形成能够悬浮煤粉的气场，使煤粉在稳定的悬浮状态下完成燃烧和气化。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
权利要求
1.一种悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，煤粉和气化剂分别从气化炉下部以一定速度和压力给入，所述煤粉形成旋流并燃烧；气化剂对煤粉吹浮搅混；所述煤粉部分迅速气化，燃烧和气化的灰渣连同气化产生的混合气体从气化炉上部引出。
2.根据权利要求1所述的悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，所述煤粉从气化炉下部的侧面给入，所述气化剂从气化炉底部给入。
3.根据权利要求1所述的悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，所述煤粉从气化炉底部给入，所述气化剂从气化炉下部的侧面给入。
4.根据权利要求1所述的悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，所述灰渣连同气化产生的混合气体经分离灰渣排出，混合气体进入后道处理。
5.根据权利要求1所述的悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，所述气化炉堆体下部引入点火火源。
6.根据权利要求1所述的悬浮床煤炭气化方法，其特征在于，所述炉内温度保持在 850—1600°。
7.一种应用上述任一权利要求所述的气化方法的悬浮床煤炭气化装置，其特征在于， 包括气化炉和分离装置，所述气化炉的侧壁以及底部分别设有气化剂进料口或煤粉进料口 ；该气化炉包括圆柱体和圆锥体，所述圆锥体设置在圆柱体的下部，所述圆柱体与分离装置相连。
8.根据权利要求7所述的悬浮床煤炭气化装置，其特征在于，所述气化炉底部围绕圆心均勻布置多个气化剂进料口。
9.根据权利要求8所述的悬浮床煤炭气化装置，其特征在于，所述分离装置为旋风分离器，下端设置出渣口，上端设置出气口。
10.根据权利要求9所述的悬浮床煤炭气化装置，其特征在于，所述旋风分离器与气化炉的上部连接。
全文摘要
本发明涉及一种悬浮床煤炭气化方法，煤粉和气化剂分别从气化炉下部以一定速度和压力给入，所述煤粉形成旋流并燃烧；气化剂对煤粉吹浮搅混；所述煤粉部分迅速气化，燃烧和气化的灰渣连同气化产生的混合气体从气化炉上部引出。还提供该方法用的气化装置，包括气化炉和分离装置，所述气化炉的侧壁以及底部分别设有进料口，该气化炉包括圆柱体和圆锥体，所述圆锥体设置在圆柱体的下部，所述圆柱体与分离装置相连，结构简单，工作效率高。本发明具有气化温度适中，气化压力低，适应煤种广，气化工艺简单，投资小，运行费用低等优点，特别适合低压力煤制工业燃气的生产。
文档编号C10J3/46GK102250643SQ20111016769
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者丁钟宇, 吴军, 周海能, 杨列克, 牛建华 申请人:丁钟宇, 周海能