二氧化碳/煤焦气化方法及其设备的制造方法
【专利摘要】二氧化碳/煤焦气化方法及其设备，将水蒸汽、纯氧和干煤粉喷入第一炉膛，生成温度为1400～1600℃的第一炉膛粗煤气；将该粗煤气送入第二炉膛并喷入水蒸气、二氧化碳和焦炭粉，生成煤气成分和热值升高而温度下降的第二炉膛粗煤气；同时将第二炉膛混有CO2的粗煤气送入第三炉膛炉箅上方的回风空间，上升的粗煤气与下行的焦炭块或型焦逆向而行发生反应，最终获得温度为400～500℃的合成气产品。因此，可从燃煤锅炉尾气中回收大量的温室气体CO2，变废为宝，用于成倍生产以CO+H2为主的合成气，并在催化剂的作用下大批量生产甲醇；或用于燃气轮机发电，满足建设绿色零碳电站的需要。
【专利说明】
二氧化碳/煤焦气化方法及其设备
技术领域
[0001]本发明是一种二氧化碳/煤焦制气方法，属洁净煤技术领域。
【背景技术】
[0002]申请号为011317809的中国专利文件公布了一种“两段式干煤粉气化炉”，该气化炉具有上下两段炉膛，在下炉膛段约80%的干煤粉与氧气和蒸汽发生气化反应，在上炉膛段喷入约20%的干煤粉和蒸汽，其与下炉膛段生成的高温煤气进行热解和气化反应后，可使煤气的可燃成分增加，热值提高，并使高温煤气得到冷却，有助于煤气中的熔融态灰渣凝固并从煤气中分离出来。虽然该技术方案和以前的气化炉相比，提高了碳转化率和热效率，但产出的煤气温度高，显热仍未得到充分利用，其效率还有待进一步提高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高效低碳的二氧化碳/煤焦气化方法及其设备。
[0004]本发明方法按如下步骤:
[0005]1、将水蒸汽、纯氧和干煤粉在压力驱动下不断地喷入第一炉膛，生成温度为1400?1600°C、以OHH2为主的第一炉膛粗煤气;所说干煤粉粒度优选20?90μπι，所说压力优选
3.8—4Mpa0
[0006]2、将第一炉膛粗煤气送入第二炉膛，并同时将水蒸气、二氧化碳和焦炭粉在压力下不断喷入第二炉膛，发生气化反应生成虽混有CO2但与第一炉膛粗煤气相比、其煤气成分和热值升高而温度显著下降的第二炉膛粗煤气；所述焦炭粉粒度优选50?90μπι，所说压力优选 3.8—4Mpa。
[0007]3、从顶部往第三炉膛内不断加入焦炭块或由粉焦、催化剂、粘土冲压制成的型焦，同时将第二炉膛粗煤气经输气管送入第三炉膛炉箅上方的回风空间，上升的粗煤气与下行的焦炭块或型焦逆向而行，粗煤气中混有的CO2全部转化为以OHH2为主的合成气，气体上升到达出口，获得温度为400?500 0C的合成气产品。所述焦炭块或由粉焦、催化剂、粘土冲压制成的型焦的粒度优选12?50_。
[0008]以第一炉膛喷入的煤粉重量加上第二炉膛喷入的焦炭粉重量为煤粉焦炭粉的总重量，第一炉膛喷入的煤粉重量占煤粉焦炭粉总重量的75?85%。
[0009]本发明方法的原理:
[0010]1、第一炉膛内发生高温高压气化反应，温度为1400?1600°C，生成以C0+H2为主的粗煤气。
[0011]2、第二炉膛内发生如下气化反应:C+⑶2 = 2C0(吸热)，C+H20 = C0+H2(吸热)，从而生成煤气成分增加和热值升高了的粗煤气，其温度显著下降。
[0012]3、对于第三炉膛，通过回风空间的粗煤气，在旋风强烈的搅动下，粗煤气和已经混入的二氧化碳气流之间的热量得到交换平衡，温度下降为900?1100°C，并使粗煤气的灰渣在强烈的旋风中分离，并与炉膛中下落的焦粉灰渣混合沉降，通过炉箅落入渣池。与此同时，在压差的驱动下螺旋上升，进入炉膛直达炉顶，与炉中下行的焦炭相混合，形成气固相容逆向而行的状态。交流中进行CO2/焦炭的化学反应。反应中将粗煤气中混有的CO2全部转化为以C0+H2为主的合成气。而反应中所必须的热量(850 °C?1040 °C)全部由第一炉膛中生产粗煤气的显热提供。通过电脑控制、可调整喷人第一炉膛中的耗氧量，使在第三炉膛中进行C+C02 = 2C0，C+H2O = OHH2化学反应所需的温度达到最佳状态。通过气化反应后的合成气(包括三个炉膛中生产的煤气)继续上升与焦炭相混合，并对焦炭逐级进行干燥干馏等热交换过程，使煤气的温度继续下降，到达炉上方的出口时，所产以出+⑶为主的合成气的温度为400 ?500°C。
[0013]由于整个运行反应过程所必须的热量均由第一炉膛中所产的粗煤气显热提供，使能耗、氧耗大幅度下降，又可将温室气体CO2中的碳能释放转化为以OHH2为主的煤气。平均I公斤焦炭可生产出3.72m3的CO。这当中尚未计入在炉中化学反应C+H20 =⑶+H2产生的合成气产量。而现代燃煤汽化炉的生产率，I公斤煤仅可生产出1.5?1.92m3的煤气。相比之下，生产率提高I倍以上;生产成本大幅度下降。并使其出炉的温度不高于400?500°C，便于简化煤气净化的下一工序。因此，通过CO2/焦炭的化学反应，使粗煤气显热得到充分的回收和利用，热效率较高，并使自从炉外引入的大量的CO2(与焦炭的质量比为3.67:1)转化为以CO+H2为主的合成气，变废为宝，所以是一种高效低碳、节能减排的煤焦气化方法。
[0014]本发明设备的特征在于包括有第一立式炉和第二立式炉:
[0015]第一立式炉的下部为第一炉膛，上部为第二炉膛，第一炉膛与第二炉膛相通，第一炉膛设煤粉、水蒸气和纯氧喷入口，第一炉膛底部为灰渣水池，第二炉膛设焦炭粉、二氧化碳和水蒸气喷入口以及粗煤气出口 ；
[0016]第二立式炉的中部为第三炉膛，第三炉膛上部设煤气出口、顶部设焦炭或型焦入口、第三炉膛下方设炉箅、炉箅上方外围设与第三炉膛相通的回风空间，下方设灰渣水池，第二炉膛的粗煤气出口由管道与回风空间连通。
[0017]根据不同的用户(如燃气轮机发电、煤化工甲醇生产等用户)，对合成气的净化有不同的标准和要求，现代煤化工有成熟的净化手段和相应的技术装置完全可以满足需要。只要OHH2净化了，在催化剂的作用下可以直接合成甲醇，实现大批量生产;而作为燃煤电厂的气体燃料，将建成名副其实的高效率、低成本的零碳发电站。
[0018]换言之，本发明可从燃煤锅炉尾气中回收大量的温室气体C02，变废为宝，用于成倍生产以C0+H2为主的合成气，并在催化剂的作用下大批量生产甲醇；或用于燃气轮机发电，满足建设绿色零碳电站的需要。
[0019]本发明的积极效果:和现有技术相比，可将回收的温室气体二氧化碳转变为煤气产品中的可燃成分，使以OHH2为主的合成气产量成倍增加，在第一炉膛中产生的粗煤气高温显热能得到充分的回收和利用，燃耗、氧耗降低，提高了热效率、减少了有害物的排放。本发明方法和设备可广泛用于煤气、燃煤发电、化工合成冶金和建材等系统。
[0020]图1为本发明实施例设备的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
:
[0021]见图1的实施例设备:第一立式炉I的下部为第一炉膛2，上部为第二炉膛3。第一炉膛2与第二炉膛3相通，第一炉膛2设四个均匀分布的煤粉、水蒸气和纯氧喷入口 4，20为灰渣水池。第二炉膛3设一个焦炭粉、二氧化碳和水蒸气喷入口 5和一个粗煤气出口 6。
[0022]第二立式炉7的中部为第三炉膛8，第三炉膛8上部侧壁设煤气出口9、顶部设焦炭入口 10、下部设炉箅11及灰渣水池12，由下部炉壁14与炉箅11紧邻上方的回风圈21围成回风空间，回风空间与第三炉膛8相通。第二炉膛3的粗煤气出口6由管道13与第二立式炉7的回风空间相连通，本实施例中，第三炉膛8上部的煤气出口9通过管道15与旋风除尘器16连通，旋风除尘器16下端的储杂罐17通过管道18将落下的煤灰、焦粉微细颗粒等杂质通过绞龙送入第二炉膛3下部的高温处，便于回收再利用，22为送入口。19为初步清洁以OHH2为主的合成气出口。
[0023]本实施例设备的使用:
[0024]1、将水蒸汽、纯氧和粒度为60μπι的干煤粉在4MPa高压驱动下不断地喷入第一炉膛，生成温度为1500°C左右、以CXHH2为主的第一炉膛粗煤气；
[0025]2、将第一炉膛粗煤气送入第二炉膛，并同时将水蒸气、二氧化碳和粒度为80μπι的焦炭粉在3.8高压下不断喷入第二炉膛，发生气化反应生成虽混有CO2但与第一炉膛粗煤气相比、其煤气成分和热值升高而温度显著下降的第二炉膛粗煤气；
[0026]3、从顶部往第三炉膛内不断加入粒度为30mm的焦炭块，同时将第二炉膛粗煤气经输气管送入第三炉膛炉箅上方的回风空间，上升的粗煤气与下行的焦炭块或型焦逆向而行，粗煤气中混有的CO2全部转化为以C0+H2为主的合成气，气体上升到达出口，获得温度为450°C左右的合成气产品。
[0027]以第一炉膛喷入的煤粉重量加上第二炉膛喷入的焦炭粉重量为煤粉焦炭粉的总重量，第一炉膛喷入的煤粉重量占煤粉焦炭粉总重量的80%左右。
[0028]以上实施例只是对实施本发明技术方案举一个例子，因此本发明的范围不受该具体实施例的局限。
【主权项】
1.一种二氧化碳/煤焦气化方法，其特征在于按如下步骤: (1)将水蒸汽、纯氧和干煤粉在压力驱动下不断地喷入第一炉膛，生成温度为1400?16000C、以CO+H2为主的第一炉膛粗煤气； (2)将第一炉膛粗煤气送入第二炉膛，并同时将水蒸气、二氧化碳和焦炭粉在压力下不断喷入第二炉膛，发生气化反应生成虽混有CO2,但与第一炉膛粗煤气相比，其煤气成分和热值升高而温度显著下降的第二炉膛粗煤气； (3)从顶部往第三炉膛内不断加入焦炭块或由粉焦、催化剂、粘土冲压制成的型焦，同时将第二炉膛粗煤气经输气管送入第三炉膛炉箅上方的回风空间，上升的粗煤气与下行的焦炭块或型焦逆向而行，粗煤气中混有的CO2全部转化为以OHH2为主的合成气，气体上升到达出口，获得温度为400?500°C的合成气产品； 以第一炉膛喷入的煤粉重量加上第二炉膛喷入的焦炭粉重量为煤粉焦炭粉的总重量，第一炉膛喷入的煤粉重量占煤粉焦炭粉总重量的75?85%。2.如权利要求1所述的二氧化碳/煤焦气化方法，其特征在于:步骤(I)中所述焦炭粉粒度为20?90μπι，所说压力为3.8—4Mpa;步骤(2)中所述焦炭粉粒度为50?90μπι，所述压力为3.8—4Mpa ；步骤(3)中所述焦炭块或由粉焦、催化剂、粘土冲压制成的型焦的粒度为12?50mm ο3.一种二氧化碳/煤焦气化设备，其特征在于包括有第一立式炉和第二立式炉: 第一立式炉的下部为第一炉膛，上部为第二炉膛，第一炉膛与第二炉膛相通，第一炉膛设煤粉、水蒸气和纯氧喷入口，第一炉膛底部为灰渣水池，第二炉膛设焦炭粉、二氧化碳和水蒸气喷入口以及粗煤气出口 ； 第二立式炉的中部为第三炉膛，第三炉膛上部设煤气出口、顶部设焦炭或型焦入口、第三炉膛下方设炉箅、炉箅上方外围设与第三炉膛相通的回风空间，下方设灰渣水池，第二炉膛的粗煤气出口由管道与回风空间连通。4.如权利要求3所述的二氧化碳/煤焦气化设备，其特征在于:第三炉膛上部的煤气出口通过管道与旋风除尘器连通，旋风除尘器下端的储杂罐通过管道与第二炉膛下部的高温处连通。
【文档编号】C10J3/72GK105925313SQ201610561674
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月17日
【发明人】董银谈, 董宝莲, 董荣, 徐泽涛
【申请人】昆明新能源发展有限公司