改善的煤气化的制作方法
【专利说明】改善的煤气化
[0001]发明背景
[0002]煤气化技术主要分为三种类型:例如可购自Lurgi的固定床气化器，例如可购自UGAS的流化床气化器，以及可购自Shell和General Electric的气流床气化器。固定床气化器的缺点在于单独单元的生产能力低下，并且合成气和水处理系统的成本较高。流化床气化器的问题在于干燥的底部排灰、高程度粉尘转入和低碳转化率。对于气流床气化器，主要的缺陷在于可适用类型的煤原料范围狭窄，并且供给至气化器的煤的颗粒尺寸必须保持低于75微米。另外，出于冷却的目的，例如必须在TPRI气化器或其它类型的浆料气化器中注入大量蒸汽或者例如必须在Shell气化器中注入冷的合成气，从而由于下游废热锅炉的需求，确保气化器出口处的原始合成气的温度保持低于950至1000°C。这会极大地降低气化过程的热效率。
[0003]本发明试图通过结合常规的流化床和气流床煤气化技术来克服这些缺陷，从而改善它们的运行、效率并降低成本。
[0004]发明概述
[0005]在本发明的一种实施方式中，公开了用于制备合成气的气化器，包含上部流化气化区域，通过文丘里喉管与下部气流床气化区域流体连通。
[0006]所述气化器在上部流化气化区域中具有耐火内衬壁，并且在下部气流床气化区域中具有膜式水冷壁。这两个气化区域具有管道和开口，从而允许注入用于形成合成气的材料，即煤、煤粉和其它反应物，例如氧气和蒸汽。
[0007]这两个气化区域通过直径比两个气化区域小的文丘里喉管连接。气流床气化区域在底部具有开口从而允许移除液态渣，同时流化气化区域在顶部具有开口从而允许回收所制备的合成气以及粉末和其它生成气体。
[0008]在本发明的另一种实施方式中，公开了用于制备合成气的方法，包括步骤:
[0009]a)将煤粉、氧气和蒸汽同时供给至流化气化区域和气流床气化区域；
[0010]b)令煤粉在存在氧气和蒸汽的情况下进行反应，从而形成合成气；
[0011]c)将合成气从气流床气化区域供给至流化气化区域；和
[0012]d)从流化气化区域回收合成气。
[0013]供给至流化气化区域的煤粉比供给至其它区域的那些要大，并且其尺寸大于75微米。供给至气流床气化区域的煤粉尺寸小于75微米。
[0014]流化气化区域的温度为约1000°C或者低于煤灰变形温度，同时气流床气化区域的温度为约1500°C或者高于煤灰流体温度。
[0015]在这两个气化区域中产生的合成气供给经过位于温度为约900至1000°C的流化气化区域上部的开口，到达第一级旋风分离器，其将允许合成气的回收，并允许未反应的煤粉的回收，所述未反应的煤粉可以返回至流化气化区域。
[0016]蒸汽被注入至所述的气流床气化区域，从而驱使所生成的合成气进入所述流化气化区域。
[0017]第二级旋风分离器将捕集较小的未反应煤粉，并将其回收至气流床气化区域。
[0018]本发明的气化器和方法可以用于多种不同的应用中，例如集成气体联合循环、煤化工、合成天然气的生产等。
【附图说明】
[0019]附图为根据本发明的两段式煤气化器的示意图。
[0020]发明详述
[0021]如在附图中所示的，示出两段式煤气化器。流化气化区域A位于气流床气化区域B上方，通过文丘里喉管C连接。流化气化区域具有包含耐火材料D的壁。气流床气化区域具有由膜式水冷壁E组成的壁面。
[0022]在两个区域中都会发生气化，从而使得不同颗粒尺寸分布的煤颗粒都会与氧气和/或蒸汽相接触。所获得的制品包括合成气以及实测量的二氧化碳和甲烷。
[0023]颗粒尺寸低于75微米的煤和由第二级旋风分离器回收的粉末通过管线9而注入至气流床气化区域B。典型地，煤在氮气或二氧化碳中输送。气化温度控制在约1500至1600°C，高于煤灰流体温度。运行压力为约3.0至4.0MPa0
[0024]注入至气流床气化区域B中的蒸汽用于控制进入上部流化气化区域A的气体温度和流速。膜式水冷壁E在本质上为包含水的高压管，其帮助冷却气流床气化区域B。蒸汽也在所述管内产生。所述管具有螺栓，作用为用于耐火浆料薄层的锚点，所述耐火浆料典型地为碳化硅。在气化器运行期间，耐火浆料理想地由固体渣层覆盖，在其上，液态渣将到达气流床气化区域B的底部10。
[0025]所产生的热的合成气通过文丘里喉管C进入流化气化区域A，文丘里喉管C上方的局部温度维持在约为煤灰软化温度。文丘里喉管C还作用为“分级器”，在某种意义上，具有更高密度的成团的碎焦颗粒将落入位于文丘里喉管C下方的部分中，并进行次级反应，由此变为熔渣。所述熔渣将通过开口 10排出气流床气化区域B，用于淬火。
[0026]具有更大颗粒尺寸的大于75微米并小于10毫米的煤通过管线I而供给至流化气化区域A内的流化床部分的致密相中。流化气体是氧气和蒸汽。由第一级旋风分离器(未示出)收集的粉末会被回收并通过管线2再次注入至流化气化区域A中。流化氧气和蒸汽通过管线3、4、5和6来注入。所产生的原始合成气主要为氢气和一氧化碳并存在一些甲烷，其将通过开口 11由流化气化区域A排出至第一级旋风分离器。这种合成气反应温度为约900至1000°C，或者低于煤灰变形温度。反应残留物或碎焦的排出速率由文丘里喉管C来控制。
[0027]流化气化区域A典型地构建有常规耐火壁面，其由用于使反应器钢外壳免受高温的隔热砖外层以及可以更好地承受气化器内高温和腐蚀条件的更加密实的砖的内层构成。
[0028]在本发明方法中使用的旋风分离器通过管线11连接至气化器的上部、流化气化区域，并通过管线9连接至气化器的下部、气流床气化区域B。第一级旋风分离器捕集98至99%的粉末，其通过管线11由气化器的顶部转入。这些粉末包含大量的碳，并通过管线2回收至流化气化区域A，用于气化器内的次级反应。第二级旋风分离器捕集剩余的具有更小的颗粒尺寸的粉末，其将降低气化反应活性。这些更小的粉末通过管线9而被回收至气流床反应区域B的底部，在此，它们在更加苛刻的条件下反应，从而烧尽以更小的粉末存在的额外量的碳。
[0029]本发明的优点包括灰结渣和淬火步骤，用以减轻流化床气化器的干灰排出问题。熔渣可以简单地通过气流床气化区域B的底部10而排出。通过使用无论是小于75微米还是大于75微米的更宽范围的煤颗粒尺寸分布(PSD)的颗粒，来降低磨煤机的损耗，并允许在制备合成气时采用更宽范围的煤原料。流化气化器的碳转化可以通过提高排灰温度来改善。此外，气流床气化器的热效率可以通过消除冷的合成气或额外蒸汽的回收而改善。而且，由流化床气化器转入的粉尘的量有所下降，并且因此而降低处理成本。
[0030]虽然本发明已经描述了特定的实施方式，但是明显的是，本发明大量的其它形式和改进对于本领域技术人员来说都将是显而易见的。本发明中所附的权利要求通常应被理解为覆盖所有的这些明显的形式和改进，其均落入本发明的实际精神和范围内。
【主权项】
1.用于制备合成气的气化器，该气化器包含上部流化气化区域，该上部流化气化区域通过文丘里喉管流体连通至下部气流床气化区域。2.如权利要求1的气化器，其中所述上部流化气化区域具有耐火内衬壁。3.如权利要求1的气化器，其中所述气流床气化区域具有膜式水冷壁。4.如权利要求1的气化器，其中所述上部流化气化区域具有输入端，用以提供选自由煤、粉末、气体和蒸汽构成的组的注入材料。5.如权利要求1的气化器，其中所述气流床气化区域具有输入端，用以提供选自由煤、粉末、气体和蒸汽构成的组的注入材料。6.如权利要求1的气化器，其中所述文丘里喉管具有比所述上部流化气化区域和所述气流床气化区域小的直径。7.如权利要求1的气化器，其中所述气流床气化区域在其底部具有开口。8.用于制备合成气的方法，所述方法包括步骤: a)将煤粉、氧气和蒸汽同时供给至流化气化区域和气流床气化区域； b)令所述煤粉在存在氧气和蒸汽的情况下进行反应，从而形成合成气； c)将合成气从所述气流床气化区域供给至所述流化气化区域；和 d)从所述流化气化区域回收合成气。9.如权利要求8的方法，其中所述流化气化区域的温度为约1000°C。10.如权利要求8的方法，其中供给至所述流化气化区域的煤粉尺寸大于75微米。11.如权利要求8的方法，其中所述流化气化区域通过文丘里喉管连接至所述气流床气化区域。12.如权利要求11的方法，其中所述文丘里喉管的直径比所述流化气化区域和所述气流床气化区域的直径小。13.如权利要求8的方法，其中所述气流床气化区域的温度为约1500°C，或者高于煤灰流体温度。14.如权利要求8的方法，其中供给至所述气流床气化区域的煤粉尺寸小于75微米。15.如权利要求8的方法，其中液态渣从所述气流床气化区域供给以淬火。16.如权利要求8的方法，其中所述合成气被供给至第一级旋风分离器。17.如权利要求15的方法，其中所述合成气的温度为约900至1000°C。18.如权利要求8的方法，其中由第一级旋风分离器回收的煤粉被供给至所述流化气化区域。19.如权利要求8的方法，其中由第二级旋风分离器回收的煤粉被供给至所述气流床气化区域。20.如权利要求8的方法，其中蒸汽被注入至所述气流床气化区域，从而驱使所产生的合成气进入所述流化气化区域。
【专利摘要】使用双区域气化器由煤粉、氧气和蒸汽来制备合成气。所述的双区域气化器具有通过文丘里喉管连接的顶部流化气化区域和底部气流床气化区域。所述合成气制备在两个区域中都会发生，在气化器的顶部收集合成气。
【IPC分类】C10J3/46, C10J3/20
【公开号】CN104995286
【申请号】CN201280077646
【发明人】吴龙, 邓云辉
【申请人】琳德股份公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2012年12月18日
【公告号】CA2893970A1, EP2935525A1, US20150315498, WO2014094217A1