含碳有机物气化方法、及气化炉的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种含碳有机物气化方法，包括：将浆态含碳有机物和粉态含碳有机物在同一气化炉中按照一定比例同时气化的共气化步骤；根据气化炉的出口的煤气温度，调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的共气化进行微调步骤。用于含碳有机物气化方法的气化炉，气化炉包括温度反馈控制模块。本发明减少了水的消耗，提高气化效率的同时也提高了气化炉反应温度，进而可以气化一些现有技术由于灰熔点较高而无法气化的气化原料，所以说本发明可以提高煤种的选择范围。进一步，本发明的气化炉，根据出口煤气的温度调节气化剂和各气化原料的注入比，由此实现对共气化的微调。
【专利说明】含碳有机物气化方法、及气化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含碳有机物的气化方法及用于上述含碳有机物的气化方法的气化炉。
【背景技术】
[0002]煤的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。以煤气化为基础的能源及化工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。习惯上将气化反应分为3种类型:碳-氧间的反应、水蒸气分解反应和甲烷生成反应。
[0003](I)碳-氧间的反应:
[0004]C+02 — C02+C0
[0005](2)水蒸气分解反应:
[0006]C+H20 — C0+H2
[0007]C+2H20 — C02+2H2
[0008]这两个反应是制造水煤气的主要反应，均为吸热反应。
[0009]反应生成的一氧化碳还可进一步和水蒸气发生一氧化碳变换反应:CCHH2O — C02+H2`
[0010](3)甲烷生成反应:
[0011]煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢气反应以及气体产物之间反应的结果。
[0012]C+2H2 —CH4
[0013]C0+3H2 — CH4+H20
[0014]2C0+2H2 — CH4+C02
[0015]C02+4H2 — CH4+2H20
[0016]水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水炭浆的形式与气化剂一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。具有代表性的工艺技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国自主开发的多喷嘴煤浆气化技术，它们当中以德士古发展公司水煤浆加压气化技术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛。水煤浆气化反应是一个很复杂的物理和化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生成以CO、H2为主要组分的煤气(或称合成气、工艺气)，可以用于合成氨等工业生产中。灰渣采用液态排渣。水煤浆气化技术，相比干粉进料更安全且容易控制，流程简单，技术成熟。但是，水煤浆技术首先要制备出性能较好的高浓度水煤浆，用于气化过程，所以其对原料煤限制比较严格，气化用煤的灰熔点温度T3值在低于1350°C时才有利于气化，煤中灰分质量分数不宜超过13%~15%，煤内水分质量分数低于8%才能制成60%~65%浓度的水煤浆，装置运行才较为平稳和经济。很多经济适用的煤种都需要加入化学添加剂才能制得满足工艺要求的合格水煤浆。添加剂的种类和用量与煤种之间的匹配性都是水煤浆成浆性能方面需要研究的热点问题之一。对于灰熔点较高，灰量偏大的煤种，需要添加助熔剂，但是添加助熔剂之后又颇受某些设备及管道堵塞结垢的困扰；水煤浆中水分的质量分数为35%~40%，含水量太高，使冷煤气效率和煤气中的有效气体成分(CCHH2)偏低，氧耗、煤耗均比干法气流床气化高一些；另外，其对炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，喷嘴使用周期短。
[0017]干粉煤气化要求粉煤粒度很细(< 0.1mm)和高的反应温度(火焰中心温度在20000C以上)。灰融点在1500°C以下，灰含量12%~25%的煤都可以用于干粉煤气化。干粉煤气化具有原料适应性广，冷煤气效率高，碳转化率高，比氧耗低等特点。属于干粉进料气流床的炉型有:Shell、K-T炉、Prenflo和GSP等。以Shell炉为例，其气化所得煤气中甲烷含量极少，不含重烃，有效气体(CCHH2)可达90%以上；与水煤浆气化炉相比，氧耗可降低15%~20% ;单炉生产能力大；采用水冷壁结构，无需耐火砖衬里，维护工作量很小，炉体寿命长；气化过程无废气排放，系统排出的融渣和飞灰含碳低，气化污水也不含焦油、酚等污染物，易于处理，环境治理费用低。但是Shell炉最大缺点是投资高，设备造价过高，配套的干燥、磨煤、高压氮气及回炉激冷用合成气加压所需的功耗较大；其高的气化温度要求气化炉采用水冷壁结构，水冷壁结构比较复杂，制造难度高；且安全操作性能不如湿法气化。主要体现在粉煤的加压进料稳定性不如湿法进料，会对安全操作带来不良影响；另外，其出炉煤气的组分以CO、H2, CO2, H2O为主，CH4含量较低，热值并不高，在气化过程中，往往需要加入水蒸气，使其在高温条件下与炭发生强吸热的水煤气反应，增加煤气中H2, CO的含量，控制炉温不致过高，能降低氧耗量，蒸汽的循环注入过程中不可避免的会冷凝成水，造成一定的热量损失，且使得操作繁琐，影响经济性。
[0018]生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及工业有机废弃物等几大类。生物质能是指直接或间接地利用绿色植物的光合作用，把太阳能固定为化学能后蕴藏在生物质内部的能量。生物质资源作为一种可再生能源，仅次于煤炭、石油和天然气，居于世界能源消费总量的第4位，在整个生态系统的能量循环中占有重要的地位。与煤相比，生物质具有以下特点:分布广泛、可再生、低污染、挥发分高而固定碳含量低、热值比煤低等。我国目前每年可开发的生物质能源约合12亿吨标准煤，超过全国每年能源总耗量的1/3。
[0019]生物质气化是相对成熟的生物质制取燃气技术。以水蒸气作为气化介质、提高气化反应温度和压力的气化技术正在趋于成熟，既可提高合成气的H2和CO含量，又可减少焦油含量，还能提高气化强度，从反应压力、燃气组分及洁净程度等多方面都非常适合后续合成工艺的要求，将会成为今后的重要发展方向。然而，生物质的供给受到季节的影响，生物质单独气化的规模受到限制，且生物质的能量密度低，单独气化温度较低，气化时生成较多的焦油，降低了生物质的利用效率，而且对气化过程的稳定运行造成不利影响。煤与生物质共气化的研究打破了气化原料选择的限制，为不同来源和特性的固体原料的共气化提供了新途径。煤与生物质共气化可以弥补生物质单独气化时的某些缺陷，在碳反应性、焦油形成和减少污染物排放等方面可能会发生协同作用，有利于煤炭资源的可持续利用，减少C02、硫氧化物及氮氧化物的排放量 ，在保护环境，节约化石能源消耗等方面具有重要意义。
[0020]涉及的专业名词有:[0021]煤炭气化:是以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃气体的工艺过程，该可燃气体为煤气(或称合成气、工艺气)。
[0022]灰熔点:是指含碳有机物中的灰分，达到一定温度以后，发生变形，软化和熔融时的温度。
[0023]浆态的含碳有机物:煤、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两种以上的物质和水的混合物。
[0024]粉态的含碳有机物:是指煤、生物质、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两周以上的物质的混合物。
[0025]现有气化工艺中，大都采用浆态的含碳有机物气化工艺或者干粉含碳有机物气化工艺。炉体喷嘴全部注入浆态的含碳有机物或者全部注入粉态的含碳有机物。
[0026]目前常见的含碳有机物气化技术主要包括水煤浆气化技术、干煤粉气化技术、生物质气化、水煤浆煤粉共气化等。
[0027]其中，水煤浆技术首先要制备出性能较好的高浓度水煤浆，用于气化过程，所以其对原料煤限制比较严格，气化用煤的灰熔点温度T3值在低于1350°C时才有利于气化，煤中灰分质量分数不宜超过13%~15%，煤内水分质量分数低于8%才能制成60%~65%浓度的水煤浆，装置运行才较为平稳和经济。很多经济适用的煤种都需要加入化学添加剂才能制得满足工艺要求的合格水煤浆。添加剂的种类和用量与煤种之间的匹配性都是水煤浆成浆性能方面需要研究的热点问题之一。对于灰熔点较高，灰量偏大的煤种，需要添加助熔剂，但是添加助熔剂之后又颇受某些设备及管道堵塞结垢的困扰；水煤浆中水分的质量分数为35%~40%，含水量太高，使冷煤气效率和煤气中的有效气体成分(CCHH2)偏低，氧耗、煤耗均比干法气流床气化高一些；另外，其对炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，喷嘴使用周期短。
[0028]另一方面，水煤浆煤粉共气化技术对于炉内温度的精确控制还有欠缺。而气化炉温度控制是气化炉调控过程中非常重要的控制手段，通过控制炉温可以控制气化炉产气组分、气化炉壁温、喷嘴寿命、气化效率、残炭量等等，是气化炉工况控制的核心手段。而现有共气化技术注重于进气和进料的控制，而对于气化炉内温度场的控制相对简单，炉内拱顶位置炉温经常过高，影响气化炉连续运行时间。
[0029]现有技术一，专利CN200810188170.1 “三相态多原料立体加压对撞煤气化装置及其工艺”和现有技术二 CN200810188171.6 “三相态多原料加压煤气化装置及其工艺”均公开了包括:煤浆制备输送机构、干煤粉制备输送机构、加压气化机构，加压气化机构包括燃烧室及激冷室，燃烧室上还设置有水煤浆喷嘴及干煤粉喷嘴，水煤浆喷嘴及水煤浆喷嘴还连接有高压气管线。上述两专利虽然可以通过顶部配置干煤粉喷嘴减轻返混气流对拱顶和盲头耐火砖的破坏，提高设备利用率，提高煤气有效成分，但是气化炉整体的流场向下偏移，造成碳转化效率降低，且对于气化炉内温度场的控制相对简单，一方面炉内拱顶位置炉温经常过高，影响气化炉连续运行时间，另一方面其对气化炉内的温度控制精度差。
【发明内容】
[0030]针对相关技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种含碳有机物气化方法，减少了水的消耗，提高气化效率的同时也提高了气化炉反应温度，进而可以气化一些现有技术由于灰熔点较高而无法气化的气化原料，提高气化原料(浆态、粉态含碳有机物)的选择范围，另外还可以根据出口煤气的温度调节气化剂和各气化原料的注入比，由此实现对共气化的微调。
[0031]为实现上述目的，一方面提供一种含碳有机物气化方法，包括:共气化步骤，将浆态含碳有机物和粉态含碳有机物在同一气化炉中同时气化；以及对共气化进行微调步骤:根据气化炉的出口的煤气温度，调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例。
[0032]优选地，在共气化步骤中，通过如下公式计算注入气化炉中的浆态含碳有机物和粉态含碳有机物的流量比=Q粉/Q浆=(1-W浆-W浆Xb) +b’;其中，b—蒸汽与浆态气化原料比值，单位为:Kg/kg ;b’ 一蒸汽与粉态气化原料比值，单位为:Kg/kg ;W衆一衆态含碳有机物浓度质量比，单位为:％ ；Q衆一浆态含碳有机物的流量，单位为:kg/h ；Q粉一粉态含碳有机物的流量，单位为:kg/h。
[0033]优选地，对共气化进行微调步骤包括:根据气化炉出口测得的煤气温度通过温度测量变送输送信号到温度控制器；温度控制器响应于输送信号控制燃料控制阀以调节气化原料的质量流量比和/或气化剂的体积流量。
[0034]优选地，还包括a.制作浆态含碳有机物及输送浆态含碳有机物进入气化炉的步骤:含碳有机物经磨料机与水混合形成浆态含碳有机物；浆态含碳有机物通入料浆斗存储；输浆泵将存储于料浆斗的浆态含碳有机物泵入气化炉中；b.输送粉态含碳有机物进入气化炉的步骤:将存储于粉态有机物贮仓的粉态含碳有机物经粉态有机物锁斗注入粉态有机物给料仓；通过高压气体输送粉态含碳有机物由粉态有机物给料仓进入气化炉中；以及
c.煤气排出的步骤:气化炉中共气化生成的煤气携带熔融态灰渣进入连接于气化炉出口的渣斗并以并流方式经渣斗排出。优选地，在共气化步骤进行时，气化炉中的反应温度大于等于粉态含碳有机物和浆态含碳有 机物中灰分的灰熔点。
[0035]优选地，浆态含碳有机物为煤、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两种以上的物质和水的混合物。
[0036]优选地，粉态含碳有机物为煤、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两种以上的物质的混合物。
[0037]优选地,气化衆态含碳有机物和粉态含碳有机物的气化剂为氧气。
[0038]优选地，在共气化步骤中，执行如下子步骤al_a2:al.在气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将可在较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化；a2.在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，再将可在较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内，以与步骤al中喷入的含碳有机物在该气化炉中同时气化；或者在共气化步骤中，执行如下子步骤bl-b2:bl.在气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将一部分可在较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化；b2.在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，将步骤bl中剩余的可在较低温度下气化的相应含碳有机物，连同可在较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)一起喷入气化炉内，以与步骤bl中已喷入的在该气化炉中同时气化。
[0039]优选地，在共气化步骤中:先用天然气或液化气在气化炉中建立气循环，待气化炉中气压达到0.5MP后依次执行子步骤al和a2或bl和b2。
[0040]优选地，在气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度后，先将浆态含碳有机物和氧气喷入气化炉内进行气化；然后，在气化炉中的反应温度升温至可气化粉态含碳有机物之后，再将粉态含碳有机物喷入气化炉内，以与之前喷入的浆态含碳有机物在该气化炉中同时气化而进行共气化步骤。
[0041]优选地，在气化炉升温至可气化粉态含碳有机物的温度后，先将粉态含碳有机物和氧气喷入气化炉内进行气化；然后，在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物之后，再将浆态含碳有机物和氧气喷入气化炉，以与之前喷入的粉态含碳有机物在该气化炉中同时气化而进行共气化步骤。
[0042]优选地，在气化炉升温至可气化粉态含碳有机物的温度后，先将部分粉态含碳有机物和氧气喷入气化炉内进行气化；然后，在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物之后，再将浆态含碳有机物、氧气、以及剩余部分的粉态含碳有机物喷入气化炉中同时气化而进行共气化步骤。
[0043]优选地，用天然气或液化气在气化炉中建立气循环，待气化炉中气压达到0.5MP以及气化炉升温至可气化粉态含碳有机物的温度后，将粉态含碳有机物和其所需氧气喷入气化炉内进行气化；然后，在气化炉温度升至可气化浆态含碳有机物后，再将浆态含碳有机物和其所需氧气喷入气化炉，以与之前喷入的粉态含碳有机物一起在该气化炉中同时气化而进行共气化步骤。
[0044]优选地，粉态含碳有机物和浆态含碳有机物在气化炉气化后所得燃气用于甲醇、甲烷、氨的工业产品生产。
[0045]另一方面本发明提供一种用于含碳有机物共气化的气化炉，包括至少一个布置于气化炉炉顶的炉顶喷嘴；两两对置的一共4个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴布置在气化炉的周侧壁上；以及根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0046]优选地，布置有两两对置的一共4个炉顶喷嘴，该4个炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶的同一水平面且围绕气化炉的中轴线设置，且该水平面垂直于气化炉的中轴线。
[0047]优选地，布置有I个炉顶喷嘴，且其轴线与气化炉的中轴线相重合。
[0048]优选地，4个炉侧喷嘴的轴线均位于同一水平面上，且该水平面垂直于气化炉的中轴线；或4个炉侧喷嘴(102)的轴线均向炉顶方向倾斜且与气化炉的中轴线夹角大于30°且小于60°。
[0049]优选地，气化炉包括:将浆态含碳有机物喷入气化炉中的两两对置的一共4个炉顶喷嘴，该4个炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶的同一水平面且围绕气化炉的中轴线设置，且该水平面垂直于气化炉的中轴线；以及供粉态含碳有机物喷入气化炉中的两两对置的一共4个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴在气化炉的周侧壁上、并在同一水平面上布置，且该水平面垂直于气化炉的中轴线；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0050]优选地，气化炉包括:一个将粉态含碳有机物喷入气化炉中的炉顶喷嘴，该炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶，且轴线与气化炉的中轴线相重合；以及供浆态含碳有机物喷入气化炉中的两两对置的一共4个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴布置在气化炉的周侧壁上；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0051]优选地，气化炉包括:一个将粉态含碳有机物喷入气化炉中的炉顶喷嘴，该炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶，且轴线与气化炉的中轴线相重合；以及供浆态含碳有机物喷入气化炉的对置设置一共2个炉侧喷嘴、供粉态含碳有机物喷入气化炉中的对置设置的一共2个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴均布置在气化炉的周侧壁上；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0052]优选地，气化炉包括:一个将浆态含碳有机物喷入气化炉中的炉顶喷嘴，该炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶，且轴线与气化炉的中轴线相重合；以及供浆态含碳有机物喷入气化炉的对置设置一共2个炉侧喷嘴、供粉态含碳有机物喷入气化炉中的对置设置的一共2个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴均布置在气化炉的周侧壁上；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0053]优选地，气化炉包括:供粉态含碳有机物喷入气化炉中的两两对置的一共4个炉顶喷嘴，该4个炉顶喷嘴布置在气化炉的炉顶的同一水平面且围绕气化炉的中轴线设置，且该水平面垂直于气化炉的中轴线，供浆态含碳有机物喷入气化炉中的两两对置的一共4个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴布置在气化炉的周侧壁上；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0054]本发明还提供一种用于上述任意一项方法的气化炉，包括:两两对置的一共4个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴布置在气化炉的周侧壁上；以及根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0055]优选地，气化炉包括`:供浆态含碳有机物喷入气化炉的对置的一共2个炉侧喷嘴、供粉态含碳有机物喷入气化炉中的对置的一共2个炉侧喷嘴，该4个炉侧喷嘴均布置在气化炉的周侧壁上；根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0056]优选地，气化炉的炉身的耐火衬里，采用耐火砖或水冷壁形式。
[0057]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0058]1.本发明中浆态和粉态含碳有机物按照一定质量流量比(由上述公式计算得)进行的共气化，减少了水的消耗，提高气化效率的同时也提高了气化炉反应温度，进而可以气化一些现有技术由于灰熔点较高而无法气化的气化原料，所以说本发明可以提高气化原料(浆态、粉态含碳有机物)的选择范围。此外，根据气化炉的出口的煤气温度，调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的对共气化进行微调的步骤，可精确地控制气化炉内的温度从而使炉内工况达到理想的状况。由此既提高气化效率，又改善煤气组分。另外，通过在共气化过程控制气化炉温度，可以延长气化炉内耐火砖寿命，使气化炉长时间稳定运行，一方面达到较好的经济效益并简化控制和操作过程，另一方面延长了整体气化炉的寿命，降低了成本。
[0059]2.本发明中的气化炉，可以通过不同喷嘴及含碳有机物的组合使浆态和粉态的含碳有机物实现在其中共气化。从而这种共气化取得了如下效果:减少了水的消耗，提高气化效率的同时也提高了气化炉反应温度，进而可以气化一些现有技术由于灰熔点较高而无法气化的气化原料，所以说本发明可以提高气化原料(浆态、粉态含碳有机物)的选择范围。另外，通过温度反馈控制模块，可有效地控制气化炉内的温度，从而改善了煤气组分，提高了煤气的质量。
[0060]3.本发明气化炉的炉身所用的耐火衬里可以采用水冷壁形式，也可以采用耐火材料形式，制造难度和成本。
[0061]4.本发明的气化炉由于可以直接利用现有的水煤浆气化炉，从而降低了设备投资。5.粉态含碳有机物和浆态含碳有机物在气化炉共气化所得燃气可以用于甲醇、甲烷、氨等工业领域，用途广泛。
[0062]5、此气化方法可大大降低浆态含碳有机物的成浆性能要求，扩大浆态含碳有机物原料的选择范围，避免加入价格高昂的添加剂，降低成本，例如可以利用成浆性能差的褐煤进行气流床气化。
[0063]综上，本发明浆态和粉态含碳有机物的共气化突破了浆态气化原料的成浆性能限制、粉态气化原料的灰熔点等性能的限制，提高了气化原料的选择范围，减少水的消耗，提高能效，降低了成本与设备投资，避免高价添加剂的使用，气化所得气体用途广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0064]图1是本发明实施例1中使用的气化炉的示意图；
[0065]图2是本发明实施例2中使用的气化炉的示意图；
[0066]图3是本发明实施例3中使用的气化炉的示意图；
[0067]图4是本发明实施例4中使用的气化炉的示意图；
[0068]图5是本发明实施例5中使用的气化炉的示意图；
`[0069]图6是本发明实施例6中使用的气化炉的示意图；
[0070]图7是本发明实施例7中使用的气化炉的示意图；
[0071]图8是本发明实施例8中使用的气化炉的示意图；
[0072]图9是本发明实施例9中使用的气化炉的示意图；
[0073]图10是本发明中所使用的三通道喷嘴的示意图；
[0074]图11是本发明中所使用的四通道喷嘴的示意图；
[0075]图12是本发明实施例1-9示出的气化炉中的温度反馈控制模块的控制过程示意图；
[0076]图13是本发明中气化方法的一个实施例的示意图。
[0077]其中各个实施例中气化炉的示意图中，标号101为炉顶喷嘴、标号102为炉侧喷嘴、标号2为炉身、标号3为耐火衬里、标号4为气化炉的出口、标号5-11为第一到第七喷射通道。
【具体实施方式】
[0078]为了方便后续实施例的描述，现将气化过程中用到的数据计算方式总结如下:
[0079]根据气化原料(空干基)、气化温度、气化压力等试验条件，选择合适的氧气与气化原料比值、蒸汽与气化原料比值，其中蒸汽认为全部来自浆态含碳有机物中的水。用常规制浆方法制备出含固量为胃$的浆态含碳有机物。由气化炉处理能力，确定浆态含碳有机物的
流量Q$。
[0080]贝丨J:Q粉/Q衆=(1—W衆一W衆 Xb) +b，；
[0081]浆态含碳有机物/气化剂:^^/0氧气(奶=1/^/8，kg/Nm3 ；
[0082]粉态含碳有机物/气化剂:Q粉/Q氧气(粉)=l/a’，kg/Nm3 ；
[0083]其中:a—氧气与衆态气化原料比值,单位为:kg/kg ;
[0084]a’ 一氧气与粉态气化原料比值,单位为:kg/kg ;
[0085]b一蒸汽与衆态气化原料比值,单位为:Kg/kg ;
[0086]b’ 一蒸汽与粉态气化原料比值,单位为:Kg/kg ;
[0087]W衆态含碳有机物浓度质量比，单位为:％ ；
[0088]—衆态含碳有机物的流量，单位为:kg/h ；
[0089]Q粉一粉态含碳有机物的流量，单位为:kg/h。
[0090]根据上述公式计算出粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的一定比例(质量流量比)，并按照此一定比例，将粉态含碳有机物和浆态含碳有机物通入气化炉中进行共气化步
骤。`
[0091]可以依据上述公式计算得出反应所需物料量，也可以由上述计算方法所得的物料比例进行动力学实验，进一步优化氧气、水蒸汽与气化原料的比例，依据试验具体情况有所调整。具体计算过程将在下面的实施例中展示。
[0092]另外，在本发明的如下实施例中的共气化步骤中，可选择地执行子步骤al_a2或子步骤bl_b2。
[0093]具体而言，al.在气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将可在较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化。例如，可气化浆态含碳有机物的温度高于可气化粉态含碳有机物的温度，则先将粉态含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化，其中，可在较低温度气化的相应含碳有机物为粉态含碳有机物。而后执行步骤a2.在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，再将可在较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内，以与步骤al中喷入的含碳有机物在该气化炉中同时气化。根据上述举例，可气化浆态含碳有机物的温度高于可气化粉态含碳有机物的温度，所以步骤a2中，可在较高温度气化的相应含碳有机物为浆态含碳有机物，如此，将浆态含碳有机物喷入气化炉中，以与步骤al中喷入的粉态含碳有机物在气化炉中进行共气化。
[0094]或者执行子步骤bl_b2:bl.在气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将一部分可在较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化。例如，可气化浆态含碳有机物的温度低于可气化粉态含碳有机物的温度，则先将部分衆态含碳有机物和气化剂(例如氧气)喷入气化炉内进行气化，其中，可在较低温度气化的相应含碳有机物为浆态含碳有机物。然后执行步骤b2.在气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，将步骤bl中剩余的可在较低温度下气化的相应含碳有机物，连同可在较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂(例如氧气)一起喷入气化炉内，以与在该气化炉中同时气化。根据上述举例，可气化浆态含碳有机物的温度低于可气化粉态含碳有机物的温度，所以步骤b2中，可在较高温度气化的相应含碳有机物为粉态含碳有机物，步骤bl中剩余的可在较低温度下气化的相应含碳有机物为浆态含碳有机物，如此，将粉态含碳有机物和步骤bl中剩余的浆态含碳有机物以及气化剂(例如氧气)共同喷入气化炉中，以与步骤bl中喷入的浆态含碳有机物在气化炉中进行共气化。
[0095]此外，在本发明的可选的实施例中，气化炉可包括:至少一个布置于气化炉炉顶的炉顶喷嘴101 ;两两对置的一共4个炉侧喷嘴102，该4个炉侧喷嘴102布置在气化炉的周侧壁上；以及根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。可选地，布置有两两对置的一共4个炉顶喷嘴101，该4个炉顶喷嘴101的轴线布置在气化炉的炉顶的同一水平面且围绕气化炉的中轴线设置，且该水平面垂直于气化炉的中轴线；或布置有I个炉顶喷嘴101，且其轴线与气化炉的中轴线相重合。优选地，4个炉侧喷嘴102的轴线均位于同一水平面上，且该水平面垂直于气化炉的中轴线；或4个炉侧喷嘴102的轴线均向炉顶方向倾斜且与气化炉的中轴线夹角大于30°且小于60°。
[0096]当然，在可选的实施例中，气化炉可仅包括:两两对置的一共4个炉侧喷嘴102，该4个炉侧喷嘴102布置在气化炉的周侧壁上；以及根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
[0097]浆态含碳有机物和粉态含碳有机物可通过上述气化炉的任意喷嘴喷入气化炉中。优选的方式可参见如下实施例1-9。下面用实施例1-9来说明本发明含碳有机物的气化方法，在下述的9个实施例中，没有提及喷嘴的具体形式的，优选的为可以使用三通道喷嘴、四通道喷嘴、单通道喷嘴中的任意一种；没有喷射气化剂的，根据上述可知，气化剂可以随粉态、浆态同时喷入。
[0098]实施例1: [0099]见图1，本实施例中:
[0100]气化炉:竖直式气化炉，炉身2所用的耐火衬里3采用耐火砖或水冷壁。
[0101]喷嘴设置:气化炉的炉顶布置一个炉顶喷嘴101，该炉顶喷嘴101的轴线与气化炉的中轴线相重合，不布置炉侧喷嘴。优选地采用三通道喷嘴结构。
[0102]进料方式:炉顶喷嘴101根据上述的三通道喷嘴的结构，有内到外依次喷射粉态含碳有机物、浆态含碳有机物、气化剂。
[0103]气化原料:木屑(含碳量40%)、褐煤水煤衆。
[0104]气化剂:氧气和来自浆态含碳有机物中的水在气化炉中生成的水蒸气。
[0105]气化工艺控制参数如下:
【权利要求】
1.一种含碳有机物气化方法，其特征在于，包括: 共气化步骤，将浆态含碳有机物和粉态含碳有机物在同一气化炉中同时气化；以及对共气化进行微调步骤:根据气化炉的出口的煤气温度，调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例。
2.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 在共气化步骤中，通过如下公式计算注入气化炉中的浆态含碳有机物和粉态含碳有机物的流量比: Q 粉 /Q 浆=(1-W 浆-W 浆 Xb) +b’ ； 其中， b一蒸汽与衆态气化原料比值，单位为:Kg/kg ； b’ 一蒸汽与粉态气化原料比值，单位为:Kg/kg ； W衆一衆态含碳有机物浓度质量比，单位为:％ ； Q衆一衆态含碳有机物的流量，单位为:kg/h ； Q粉一粉态含碳有机物的流量，单位为:kg/h。
3.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于，所述对共气化进行微调步骤包括: 根据气化炉出口测得的煤气温度通过温度测量变送输送信号到温度控制器； 温度控制器响应于所述输送信号控制`燃料控制阀以调节所述气化原料的质量流量比和/或气化剂的体积流量。
4.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于，还包括 a.制作浆态含碳有机物及输送浆态含碳有机物进入气化炉的步骤: 含碳有机物经磨料机与水混合形成浆态含碳有机物； 所述浆态含碳有机物通入料浆斗存储； 输浆泵将存储于所述料浆斗的浆态含碳有机物泵入气化炉中； b.输送粉态含碳有机物进入气化炉的步骤: 将存储于粉态有机物贮仓的粉态含碳有机物经粉态有机物锁斗注入粉态有机物给料仓； 通过高压气体输送粉态含碳有机物由粉态有机物给料仓进入气化炉中；以及 c.煤气排出的步骤: 气化炉中共气化生成的煤气携带熔融态灰渣进入连接于气化炉出口的渣斗并以并流方式经渣斗排出。
5.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 在所述共气化步骤进行时，所述气化炉中的反应温度大于等于所述粉态含碳有机物和浆态含碳有机物中灰分的灰熔点。
6.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 所述浆态含碳有机物为煤、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两种以上的物质和水的混合物。
7.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 所述粉态含碳有机物为煤、石油焦、半焦、浙青、生物质中的至少一种或两种以上的物质的混合物。
8.根据权利要求1所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 在所述共气化步骤中，执行如下子步骤al_a2: al.在所述气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将可在所述较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂喷入所述气化炉内进行气化； a2.在所述气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，再将可在所述较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂喷入所述气化炉内，以与步骤al中喷入的含碳有机物在该气化炉中同时气化；或者 在所述共气化步骤中，执行如下子步骤bl-b2: bl.在所述气化炉升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较低温度时，先将一部分可在所述较低温度气化的相应含碳有机物和气化剂喷入所述气化炉内进行气化； b2.在所述气化炉中的反应温度升温至可气化浆态含碳有机物的温度和可气化粉态含碳有机物的温度中较高温度时，将步骤bl中剩余的可在所述较低温度下气化的相应含碳有机物，连同可在所述较高温度气化的相应含碳有机物和气化剂一起喷入所述气化炉内，以与步骤bl中已喷入的含碳有机物在该气化炉中同时气化。
9.根据权利要求8中 所述含碳有机物气化方法，其特征在于， 在所述共气化步骤中:先用天然气或液化气在所述气化炉中建立气循环，待所述气化炉中气压达到0.5MP后依次执行所述子步骤al和a2或bl和b2。
10.一种用于权利要求1-9中任意一项所述方法的气化炉,其特征在于,包括: 至少一个布置于所述气化炉炉顶的炉顶喷嘴(101)； 两两对置的一共4个炉侧喷嘴(102)，该4个炉侧喷嘴(102)布置在所述气化炉的周侧壁上；以及 根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。
11.根据权利要求10所述的气化炉，其特征在于， 布置有两两对置的一共4个所述炉顶喷嘴(101),该4个炉顶喷嘴(101)布置在所述气化炉的炉顶的同一水平面且围绕所述气化炉的中轴线设置，且该水平面垂直于所述气化炉的中轴线。
12.根据权利要求10所述的气化炉，其特征在于， 布置有I个所述炉顶喷嘴(101)，且其轴线与气化炉的中轴线相重合。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的气化炉，其特征在于， 所述4个炉侧喷嘴(102)的轴线均位于同一水平面上，且该水平面垂直于所述气化炉的中轴线；或 所述4个炉侧喷嘴(102)的轴线均向炉顶方向倾斜且与所述气化炉的中轴线夹角大于30°且小于60°。
14.一种用于权利要求1-9中任意一项所述方法的气化炉,其特征在于,包括: 两两对置的一共4个炉侧喷嘴(102)，该4个炉侧喷嘴(102)布置在所述气化炉的周侧壁上；以及 根据气化炉的出口的煤气温度调节气化剂、粉态含碳有机物和浆态含碳有机物的输料比例的温度反馈控制模块。`
【文档编号】C10J3/46GK103555370SQ201310559500
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月23日
【发明者】陈 峰, 侯祥生, 王媛媛, 刘洪涛 申请人:新奥气化采煤有限公司