專利名稱：一種分級氣化移動床氣化裝置、煤的氣化方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種含碳原料生產(chǎn)煤氣的氣化領(lǐng)域，具體而言涉及一種分級氣化 的移動床氣化裝置、煤的分級氣化方法及其用途。
背景技術(shù)：
煤炭氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵龍頭技術(shù)，隨著煤制油煤化工項目的建設(shè)而 得到迅速發(fā)展。氣化技術(shù)中的移動床、流化床和氣流床氣化各有優(yōu)缺點，均在我國得到不同 程度的工業(yè)應(yīng)用。常壓移動床氣化因技術(shù)成熟、操作簡單，在我國得到了廣泛使用。其中發(fā)生爐煤氣 因有效成分低、熱值低而主要用作工業(yè)燃料氣。水煤氣爐則主要用于中小型化肥廠，采用間 歇操作生產(chǎn)水煤氣或半水煤氣，這種氣化技術(shù)由于必須使用無煙塊煤(或焦炭)為原料，不 僅價格高，而且間歇操作導(dǎo)致氣化效率低，因此生產(chǎn)成本高。為進一步提高氣化效率和減少 吹風(fēng)氣直接排放產(chǎn)生的污染，近幾年，一些企業(yè)使用連續(xù)操作的富氧氣化方法生產(chǎn)含氮煤 氣，但仍然存在對無煙塊煤的依賴問題。為提高氣化爐生產(chǎn)能力和提高煤氣熱值，同時擴大煤種的使用范圍，國外先后開 發(fā)了干法排灰的魯奇(Lurgi)加壓氣化爐和液態(tài)排渣的BGL加壓氣化爐兩種移動床氣化工 藝。Lurgi (魯奇)加壓氣化爐技術(shù)較成熟，由德國魯奇公司開發(fā)，其操作壓力2. 0 4. OMPa，產(chǎn)品煤氣經(jīng)熱回收和除油，含有約8% 12%的甲烷和不飽和烴，適宜用作城市煤 氣或進行多聯(lián)產(chǎn)。粗煤氣經(jīng)烴類分離和蒸汽轉(zhuǎn)化后可用作合成氣，但相對流程長，產(chǎn)生大量 含酚廢水且處理難度較大，一定程度上影響了該氣化技術(shù)的經(jīng)濟指標(biāo)。固定床液態(tài)排渣氣化(BGL爐)技術(shù)是第二代固定床煤氣化技術(shù)，由英國煤氣公 司BGC與Lurgi公司合作開發(fā)，命名為BGL，操作壓力為2. 5 3. OMPa，氣化溫度在1400 1600°C，取消了轉(zhuǎn)動爐篦，灰渣以液態(tài)形式排出。由于高溫操作，蒸汽消耗量大大減少，且蒸 汽分解率較高。BGL氣化爐的氣化強度比Lurgi爐提高3至4倍。由于蒸汽用量大大減少， 粗煤氣中CO2含量由30 %降至3 % 5 %，煤氣的熱值提高約四分之一。目前這兩種氣化技術(shù)均在大型煤制油煤化工項目中得到應(yīng)用，使用除了中強黏結(jié) 性煤以外的其它煤種為氣化原料。但目前主要使用塊煤為原料，如褐煤、長焰煤、貧瘦煤。而 隨著機械化采煤技術(shù)的大量使用，使塊煤產(chǎn)率下降，因此原料煤來源受限，價格高于粉煤。 另外，對熱穩(wěn)定性不好的煤最好采用成型技術(shù)先制成型煤，再加入氣化爐，這無疑將增加原 料成本。因此，面對原料的困境，有必要開發(fā)一種同時適合塊煤和粉煤氣化的新型氣化裝 置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種能同時使用塊煤和粉煤或煤漿的 氣化裝置，以克服目前固定床氣化爐只能以塊煤或塊焦炭為氣化原料的缺點，同時降低生產(chǎn)成本。另外，使用CO2輸送煤粉時，可一定程度上減少氧氣消耗。以解決目前的固定床氣 化爐系統(tǒng)所存在的技術(shù)問題。本發(fā)明的一個方面，提供了一種分級氣化移動床氣化裝置，包括受壓外殼，在受壓外殼的頂部具有第一開口，在受壓外殼的底部具有第二開口，在 受壓外殼的上部側(cè)面設(shè)置第一煤氣出口，在分級氣化移動床氣化裝置的受壓外殼下部的同 一水平面均勻設(shè)置至少兩個氣化劑噴嘴；加煤斗，設(shè)置于受壓外殼頂部的第一開口之上；煤分布器，設(shè)置于受壓外殼內(nèi)部的上部，煤分布器包括攪拌器；軸向?qū)ΨQ水夾套，設(shè)置在受壓外殼的第一煤氣出口下方的內(nèi)側(cè)，軸向?qū)ΨQ水夾套 的內(nèi)部構(gòu)成氣化室；熔渣激冷室，設(shè)置在受壓外殼底部的第二開口之下，熔渣激冷室包括循環(huán)激冷水 入口和循環(huán)激冷水出口 ；以及密封渣斗，設(shè)置在熔渣激冷室的下方；其特征在于，在分級氣化移動床氣化裝置的受壓外殼下部與至少兩個氣化劑噴嘴 所處的同一水平面還交替均勻設(shè)置至少兩個細煤及氣化劑燒嘴，其中至少兩個氣化劑噴嘴 沿氣化爐外殼于同一水平面均勻布置在氣化爐底部，且至少兩個氣化劑噴嘴與至少兩個細 煤及氣化劑燒嘴在同一水平面內(nèi)對稱布置。優(yōu)選地，熔渣激冷室的循環(huán)激冷水入口處于低于循環(huán)激冷水出口處。優(yōu)選地，熔渣激冷室的循環(huán)激冷水入口處于熔渣激冷室的一側(cè)，循環(huán)激冷水出口 處于遠離循環(huán)激冷水入口的熔渣激冷室的另一側(cè)。優(yōu)選地，至少兩個氣化劑噴嘴與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴分別選自兩個氣化劑 噴嘴與兩個細煤及氣化劑燒嘴、三個氣化劑噴嘴與三個細煤及氣化劑燒嘴、四個氣化劑噴 嘴與四個細煤及氣化劑燒嘴、五個氣化劑噴嘴與五個細煤及氣化劑燒嘴、或六個氣化劑噴 嘴與六個細煤及氣化劑燒嘴。優(yōu)選地，設(shè)置四個氣化劑噴嘴與兩個細煤及氣化劑燒嘴，兩兩氣化劑噴嘴相鄰設(shè) 置、在兩組兩兩相鄰設(shè)置的氣化劑噴嘴之間一側(cè)一個設(shè)置兩個細煤及氣化劑燒嘴，即以氣 化劑噴嘴氣化劑噴嘴細煤及氣化劑燒嘴氣化劑噴嘴氣化劑噴嘴細煤及氣化劑燒嘴的形式 環(huán)繞氣化爐的受壓外殼。優(yōu)選地，細煤及氣化劑燒嘴是由至少兩層環(huán)形管道構(gòu)成，其中細煤與氣化劑通過 細煤及氣化劑燒嘴的不同層的管道輸送。優(yōu)選地，加煤斗上端設(shè)置有原料煤進口，加煤斗的下端通過法蘭與受壓外殼頂部 的第一開口相連。優(yōu)選地，第一煤氣出口連接有洗氣罐。洗氣罐進一步包括第二煤氣入口，設(shè)置在洗氣罐的中部側(cè)壁上且略低于第一煤氣出口，并連接有第 二煤氣管道且延伸入洗氣罐的接近底部處，第二煤氣出口，設(shè)置在洗氣罐的上部側(cè)壁或頂部上，并高于第二煤氣入口，灰水排放口設(shè)置在洗氣罐的底部，至少一層散氣網(wǎng)，設(shè)置在洗氣罐的下方，并安裝在洗氣罐的內(nèi)壁上且環(huán)繞第二煤氣管道，以及至少一層破泡條，設(shè)置在散氣網(wǎng)的上方，并安裝在洗氣罐的內(nèi)壁上且位于第二煤 氣入口連接的第二煤氣管道上方。在洗氣罐盛裝有用來洗氣的灰水?；宜赏ㄟ^設(shè)置在洗氣罐底部的灰水排放口排 放。至少一層散氣網(wǎng)，設(shè)置在洗氣罐中用來洗氣的灰水的下方，以有利于合成氣在用來洗氣 的灰水中的分散，而至少一層破泡條，位于用來洗氣的灰水的上方，用來刺破經(jīng)洗氣的合成 氣中的氣泡，以有利于除去氣泡中裹挾的水汽和固體物質(zhì)。更優(yōu)選地，延伸入洗氣罐的接近底部處的第二煤氣管道進一步包括氣體分布器， 以利于所生成的合成氣的分散和洗滌。更優(yōu)選地，至少一層破泡條的每一根破泡條上均勻設(shè)置有金屬刺。優(yōu)選地，至少兩個氣化劑噴嘴與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴可拆卸地均勻交錯設(shè) 置于受壓外殼上。優(yōu)選地，至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的每一個在噴口處設(shè)置有旋流器。優(yōu)選地，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口水平或向下設(shè) 置，與水平方向的角度范圍為0-45°，優(yōu)選0-30°，更優(yōu)選0-20°。具體地，細煤及氣化劑燒嘴可以是由兩層環(huán)形管道構(gòu)成、或由三層環(huán)形管道構(gòu)成。例如，細煤及氣化劑燒嘴由兩層環(huán)形管道構(gòu)成，則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿 或油煤漿可以通過外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富氧空氣則通 過中心管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。如果細煤及氣化劑燒嘴由三層環(huán)形管道構(gòu)成則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿或 油煤漿可以通過環(huán)繞中心管道的內(nèi)層環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富 氧空氣則通過中心管道和最外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。其中第一氣化劑選自氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2,第二氣化劑選自氧氣、空氣、富 氧空氣、二氧化碳或水蒸氣中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料選自含碳粉料、含 碳漿料或含碳可燃氣體，含碳粉料選自煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料和含碳有機粉料 中的一種或兩種以上的混合物，含碳漿料選自水煤漿、熔融的煤液化殘渣、液化殘渣料漿、 油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的一種或兩種以上的混合物。第一氣化劑可以為氧氣或富氧空氣等，第二氣化劑也可以為氧氣或富氧空氣等。第二氣化原料可以為干煤粉、水煤漿或油煤漿。第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，則直接由泵進行輸送。第二氣化原料為干煤粉，則使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。本發(fā)明的另一方面，提供了一種煤的分級氣化方法，包括通過位于氣化爐頂部的 加煤斗將塊煤或型煤氣化原料加入爐內(nèi)，同時將第一氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的 至少兩個氣化劑噴嘴、第二氣化原料和第二氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的由至少兩 層環(huán)形管道構(gòu)成的至少兩個細煤及氣化劑燒嘴送入氣化爐內(nèi)部，其中第一氣化劑選自氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2,第二氣化劑選自氧氣、空氣、富 氧空氣、二氧化碳或水蒸氣中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料選自含碳粉料、含 碳漿料或含碳可燃氣體，含碳粉料選自煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料和含碳有機粉料 中的一種或兩種以上的混合物，含碳漿料選自水煤漿、熔融的煤液化殘渣、液化殘渣料漿、油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料及第二氣化劑分別通過細煤及氣化劑燒嘴的不同層的管道輸送，由 細煤及氣化劑燒嘴噴入氣化爐的第二氣化原料占總?cè)霠t煤量，即(塊煤+第二氣化原料) 量的10%-50%,氣化爐的操作壓力范圍為0. I-IOMPa,底部燃燒區(qū)溫度為1300-1600°C，出 口溫度為 400_600°C。優(yōu)選地，第二氣化原料選自干煤粉、水煤漿或油煤漿，由細煤及氣化劑燒嘴噴入氣 化爐的第二氣化原料占總?cè)霠t煤量，即(塊煤+細煤)的量的10%-50%。優(yōu)選地，第二氣化原料為干煤粉，且每立方米輸送固體量大于400kg。優(yōu)選地，第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，水煤漿或油煤漿的濃度大于60wt %。優(yōu)選地，使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。具體地，細煤及氣化劑燒嘴7可以是由兩層環(huán)形管道構(gòu)成、或由三層環(huán)形管道構(gòu) 成。例如，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成，則第二氣化原料如細煤粉、水煤 漿或油煤漿可以通過外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富氧空氣則 通過中心管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。如果細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿 或油煤漿可以通過環(huán)繞中心管道的內(nèi)層環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或 富氧空氣則通過中心管道和最外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。其中第一氣化劑可以為氧氣或富氧空氣等，第二氣化劑也可以為氧氣或富氧空氣寸。第二氣化原料可以為干煤粉、水煤漿或油煤漿。第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，則直接由泵進行輸送。第二氣化原料為干煤粉，則使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。本發(fā)明的又一方面，提供了一種分級氣化移動床氣化裝置及煤的分級氣化方法在 制備水煤氣、半水煤氣、含氮煤氣、合成氣、還原氣或燃料氣方面的應(yīng)用。本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置增加了細煤粉及氣化劑燒嘴，本發(fā)明的煤的分 級氣化方法增加了細煤粉及氣化劑的供給，從而實現(xiàn)了塊煤和粉煤在同一氣化爐內(nèi)同時氣 化。另外，由于細煤粉的比表面積大于塊煤的比表面積，因此細煤粉的反應(yīng)時間小于塊煤的 反應(yīng)時間，在相同的氣化爐和氣化壓力條件下，可相應(yīng)提高氣化爐的產(chǎn)氣能力。而細煤粉反 應(yīng)后生成的煤氣在上行過程中可繼續(xù)參加反應(yīng)，一定程度上增加了甲烷的生成量。


圖1是本發(fā)明的一種具體實施方式
的分級氣化移動床氣化裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明的設(shè)置有散氣網(wǎng)和破泡條的洗氣罐的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明圖2的洗氣罐中的散氣網(wǎng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明圖2的洗氣罐中的破泡條的結(jié)構(gòu)簡圖；以及圖5a是根據(jù)本發(fā)明圖1氣化爐的細煤及氣化劑燒嘴上設(shè)置的旋流器的俯視圖，圖 5b是旋流器斷面的主視圖；圖6是本發(fā)明的另一種具體實施方式
的帶有圖2洗氣罐的分級氣化移動床氣化裝置的示意圖。
具體實施例方式以下提供了本發(fā)明的具體實施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解其中實施例僅是為 了說明的目的，不應(yīng)被視為以任何方式限制由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種分級氣化移動床氣化裝置，包括一種分級氣 化移動床氣化裝置100，包括受壓外殼3，在受壓外殼的頂部具有第一開口 31，在受壓外殼的底部具有第二開 口 33，在受壓外殼的上部側(cè)面設(shè)置第一煤氣出口 4，在分級氣化移動床氣化裝置100的受壓 外殼3下部的同一水平面均勻設(shè)置至少兩個氣化劑噴嘴10 ；加煤斗1，設(shè)置于受壓外殼頂部的第一開口 31之上；煤分布器2，設(shè)置于受壓外殼內(nèi)部的上部，煤分布器2包括攪拌器；軸向?qū)ΨQ水夾套5，設(shè)置在受壓外殼3的第一煤氣出口 4下方的內(nèi)側(cè)，軸向?qū)ΨQ水 夾套5的內(nèi)部構(gòu)成氣化室6 ；熔渣激冷室8，設(shè)置在受壓外殼3底部的第二開口 33之下，熔渣激冷室8包括循環(huán) 激冷水入口 81和循環(huán)激冷水出口 83 ；以及密封渣斗9，設(shè)置在熔渣激冷室8的下方；其特征在于，在分級氣化移動床氣化裝置100的受壓外殼3下部與至少兩個氣化 劑噴嘴10所處的同一水平面還交替均勻設(shè)置至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7，其中至少兩個 氣化劑噴嘴沿氣化爐外殼3于同一水平面均勻布置在氣化爐底部，且至少兩個氣化劑噴嘴 與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴在同一水平面內(nèi)對稱布置。在一優(yōu)選實施方式中，熔渣激冷室8的循環(huán)激冷水入口 81處于低于循環(huán)激冷水出 口 83 處。在一優(yōu)選實施方式中，熔渣激冷室8的循環(huán)激冷水入口 81處于熔渣激冷室8的一 側(cè)，循環(huán)激冷水出口 83處于遠離循環(huán)激冷水入口 81的熔渣激冷室8的另一側(cè)。在一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴10與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7分 別選自兩個氣化劑噴嘴10與兩個細煤及氣化劑燒嘴7、三個氣化劑噴嘴10與三個細煤及氣 化劑燒嘴7、四個氣化劑噴嘴10與四個細煤及氣化劑燒嘴7、五個氣化劑噴嘴10與五個細 煤及氣化劑燒嘴7、或六個氣化劑噴嘴10與六個細煤及氣化劑燒嘴7。在一優(yōu)選實施方式中，細煤及氣化劑燒嘴7是由至少兩層環(huán)形管道構(gòu)成，其中細 煤與氣化劑通過細煤及氣化劑燒嘴7的不同層的管道輸送。在一優(yōu)選實施方式中，加煤斗1上端設(shè)置有原料煤進口 15，加煤斗1的下端通過法 蘭與受壓外殼頂部的第一開口 31相連。在一優(yōu)選實施方式中，第一煤氣出口 4連接有洗氣罐45，洗氣罐45進一步包括第二煤氣入口 452，設(shè)置在洗氣罐45的中部側(cè)壁上且略低于第一煤氣出口 4，并連 接有第二煤氣管道459且延伸入洗氣罐45的接近底部處，第二煤氣出口 454，設(shè)置在洗氣罐45的上部側(cè)壁或頂部上，并高于第二煤氣入口 452，灰水排放口 457設(shè)置在洗氣罐45的底部，
至少一層散氣網(wǎng)453，設(shè)置在洗氣罐45的下方，并安裝在洗氣罐45的內(nèi)壁上且環(huán) 繞第二煤氣管道459，以及至少一層破泡條456，設(shè)置在散氣網(wǎng)453的上方，并安裝在洗氣罐45的內(nèi)壁上且位 于第二煤氣入口 452連接的環(huán)繞第二煤氣管道459上方。在洗氣罐盛裝有用來洗氣的灰水?；宜赏ㄟ^設(shè)置在洗氣罐45底部的灰水排放 口 457排放。其中至少一層散氣網(wǎng)453位于用來洗氣的灰水中，以有利于合成氣在用來洗 氣的灰水中均勻分布，以利于洗去其中的固體夾帶物，如微量的煤粉等。而至少一層破泡條 456位于用來洗氣的灰水上方，以將經(jīng)洗滌的合成氣的大氣泡打碎，以有利于除去合成氣氣 泡中裹挾的灰水，進一步凈化合成氣。在一更優(yōu)選實施方式中，延伸入洗氣罐45的接近底部處的第二煤氣管道459進一 步包括氣體分布器，以利于所生成的合成氣的分散和洗滌。在一更優(yōu)選實施方式中，至少一層破泡條456的每一根破泡條上均勻設(shè)置有金屬 刺 458。其中至少一層破泡條456的每一根破泡條上均勻設(shè)置有金屬刺458，有利于將經(jīng) 洗滌的合成氣的小氣泡打碎，以有利于除去合成氣小氣泡中裹挾的灰水，再進一步凈化合 成氣。在一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴10與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7可拆 卸地均勻交錯設(shè)置于受壓外殼3上。在一優(yōu)選實施方式中，至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7的每一個在噴口處設(shè)置有旋 流器75。在一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口 水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為0-45°。在一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口 水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為0-30°。在另一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴 口水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為0-20°。在一具體實施方式
中，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成。在另一具體實施方式
中，細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成。例如，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成，則第二氣化原料如細煤粉、水煤 漿或油煤漿可以通過外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富氧空氣則 通過中心管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。如果細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿 或油煤漿可以通過環(huán)繞中心管道的內(nèi)層環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或 富氧空氣則通過中心管道和最外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。其中第一氣化劑選自氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2,第二氣化劑選自氧氣、空氣、富 氧空氣、二氧化碳或水蒸氣中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料選自含碳粉料、含 碳漿料或含碳可燃氣體，含碳粉料選自煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料和含碳有機粉料 中的一種或兩種以上的混合物，含碳漿料選自水煤漿、熔融的煤液化殘渣、液化殘渣料漿、 油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的一種或兩種以上的混合物。第一氣化劑可以為氧氣或富氧空氣等，第二氣化劑也可以為氧氣或富氧空氣等。
第二氣化原料可以為干煤粉、水煤漿或油煤漿。第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，則直接由泵進行輸送。第二氣化原料為干煤粉，使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。本發(fā)明的另一個實施方式，提供了煤的分級氣化方法，包括通過位于氣化爐頂部 的加煤斗1將塊煤或型煤氣化原料加入爐內(nèi)，同時將第一氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè) 置的至少兩個氣化劑噴嘴10、第二氣化原料和第二氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的由 至少兩層環(huán)形管道構(gòu)成的至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7送入氣化爐內(nèi)部，其中第一氣化劑選自氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2,第二氣化劑選自氧氣、空氣、富 氧空氣、二氧化碳或水蒸氣中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料選自含碳粉料、含 碳漿料或含碳可燃氣體，含碳粉料選自煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料和含碳有機粉料 中的一種或兩種以上的混合物，含碳漿料選自水煤漿、熔融的煤液化殘渣、液化殘渣料漿、 油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的一種或兩種以上的混合物，第二氣化原料及第二氣化劑分別通過細煤及氣化劑燒嘴7的不同層的管道輸 送，由細煤及氣化劑燒嘴7噴入氣化爐的第二氣化原料占總?cè)霠t煤量，即(塊煤+第二 氣化原料)量的10% -50%，氣化爐的操作壓力范圍為0. Ι-lOMPa，底部燃燒區(qū)溫度為 1300-1600°C，出 口溫度為 400-6000C。在一優(yōu)選實施方式中，第二氣化原料選自干煤粉、水煤漿或油煤漿，由細煤及氣化 劑燒嘴7噴入氣化爐的第二氣化原料占總?cè)霠t煤量，S卩(塊煤+細煤)的量的10%-50%。在一優(yōu)選實施方式中，第二氣化原料為干煤粉，且每立方米輸送固體量大于 400kgo在一優(yōu)選實施方式中，第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，水煤漿或油煤漿的濃度 大于60wt%。在一優(yōu)選實施方式中，使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。在一具體實施方式
中，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成。在另一具體實施方式
中，細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成。例如，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成，則第二氣化原料如細煤粉、水煤 漿或油煤漿可以通過外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富氧空氣則 通過中心管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。如果細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿 或油煤漿可以通過環(huán)繞中心管道的內(nèi)層環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或 富氧空氣則通過中心管道和最外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。其中第一氣化劑可以為氧氣或富氧空氣等，第二氣化劑也可以為氧氣或富氧空氣寸。第二氣化原料可以為干煤粉、水煤漿或油煤漿。第二氣化原料為水煤漿或油煤漿，則直接由泵進行輸送。第二氣化原料為干煤粉，則使用氮氣或二氧化碳作為干煤粉的輸送介質(zhì)。本發(fā)明的又一方面，提供了一種分級氣化移動床氣化裝置及煤的分級氣化方法在 制備水煤氣、半水煤氣、含氮煤氣、合成氣、還原氣或燃料氣方面的應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明提供的新型的分級氣化移動床氣化裝置詳細描述如下，其僅是為了對本發(fā)明予以進一步的說明，應(yīng)該理解其并不因此限制本發(fā)明 的權(quán)利范圍。參照圖1，提供了一種分級氣化移動床氣化裝置100，包括受壓外殼3、自上而下 沿軸向設(shè)置有加煤斗1、煤分布器2、氣化室6、熔渣激冷室8和密封渣斗9。其中，受壓外殼3的內(nèi)部設(shè)有軸向?qū)ΨQ的水夾套5，在氣化過程中生產(chǎn)中壓蒸汽。 加煤斗1位于氣化爐的頂部，用以將塊煤或型煤氣化原料加入爐內(nèi)。在氣化爐的受壓外殼 3上部的側(cè)面設(shè)第一煤氣出口 4，將反應(yīng)生成的粗煤氣排出氣化爐。從分級氣化移動床氣化 裝置的頂部加煤斗1加入的氣化原料為5-100mm的塊煤、型煤或焦炭。優(yōu)選地，從分級氣 化移動床氣化裝置的頂部加煤斗1加入的氣化原料可以是20-100mm的塊煤、型煤或焦炭， 20-80mm的塊煤、型煤或焦炭，5_80mm的塊煤、型煤或焦炭，20_50mm的塊煤、型煤或焦炭。本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置100在氣化爐底部側(cè)面(即氣化爐的受壓外殼 3的底部側(cè)面)同時設(shè)置有至少兩個氣化劑噴嘴10、至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7，其中至 少兩個氣化劑噴嘴10、至少兩個細煤及氣化劑燒嘴10布置在氣化爐(即氣化爐的受壓外殼 3)的同一水平面，分別對稱布置，即至少兩個氣化劑噴嘴對稱布置、至少兩個細煤及氣化劑 燒嘴也對稱布置，并且至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴間隔布置。至少 兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度 范圍為0-45°。優(yōu)選地，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口水平或向下設(shè) 置，與水平方向的角度范圍為0-30°，更優(yōu)選地，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣 化劑燒嘴的噴口水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為0-20°。在另一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴 口水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為10-20°。在又一優(yōu)選實施方式中，至少兩個氣化劑噴嘴和至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴 口水平或向下設(shè)置，與水平方向的角度范圍為0-10°。根據(jù)氣化爐的容量不同，設(shè)置的氣化劑噴嘴個數(shù)為2-6個，細煤及氣化劑燒嘴個 數(shù)為2-4個。可以設(shè)置兩個氣化劑噴嘴10與兩個細煤及氣化劑燒嘴7，三個氣化劑噴嘴10 與三個細煤及氣化劑燒嘴7，四個氣化劑噴嘴10與四個細煤及氣化劑燒嘴7，五個氣化劑噴 嘴10與五個細煤及氣化劑燒嘴7，或六個氣化劑噴嘴10與六個細煤及氣化劑燒嘴7。也可 以設(shè)置四個氣化劑噴嘴10與兩個細煤及氣化劑燒嘴7，兩兩氣化劑噴嘴10相鄰設(shè)置、在兩 組兩兩相鄰設(shè)置的氣化劑噴嘴10之間一側(cè)一個設(shè)置兩個細煤及氣化劑燒嘴7，即以氣化劑 噴嘴10-氣化劑噴嘴10-細煤及氣化劑燒嘴7-氣化劑噴嘴10-氣化劑噴嘴10-細煤及氣 化劑燒嘴7的形式環(huán)繞氣化爐的受壓外殼3。從氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的細煤及氣化劑燒嘴7加入的氣化原料可以為含碳粉料、 含碳漿料或含碳可燃氣體。含碳粉料可以為煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料和含碳有機 粉料中的任意一種或兩種以上的混合物；含碳漿料可以為水煤漿、熔融的煤液化殘渣、液化 殘渣料漿、油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的任意一種或兩種以上的混合物； 含碳可燃氣體為天然氣、焦化干氣、催化裂化干氣、催化裂解干氣、可燃化工釋放氣中的任 意一種或兩種以上的混合物。從氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的氣化劑噴嘴10或細煤及氣化劑燒 嘴7加入的氣化劑為氧氣、空氣或富氧空氣、二氧化碳或蒸汽的一種或兩種以上的混合物。
本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置100，設(shè)置氣化劑噴嘴10的目的是將一部分氣 化劑如氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2加入氣化爐內(nèi)，以便與煤或半焦參加燃燒和氣化反應(yīng)。 設(shè)置細煤與氣化劑燒嘴7的目的是可以將干煤粉或水(油)煤漿與氣化劑氧氣、二氧化碳 或水蒸氣一起噴入爐內(nèi)參加氣化反應(yīng)。如此，則可以將粉煤用作部分氣化原料，減少傳統(tǒng)移 動床氣化技術(shù)對塊煤的依賴。其中氣化劑噴嘴10為兩個與細煤及氣化劑燒嘴7也為兩個， 相互交替均勻分布。細煤與氣化劑燒嘴7如使用干煤粉進料，優(yōu)選用氧氣(或加入少量水蒸氣)為氣 化劑，可以根據(jù)產(chǎn)品氣的用途來選擇使用氮氣或二氧化碳作干煤粉的輸送介質(zhì)，如將生成 的合成氣用于合成氨，則可以使用氮氣作為輸送介質(zhì)來輸送干煤粉，否則一般使用CO2作為 輸送介質(zhì)。如果使用水煤漿或油煤漿用作部分氣化原料，則優(yōu)選以氧氣為氣化劑，也可以摻 入部分02，水煤漿或油煤漿則直接由泵送入系統(tǒng)中。本發(fā)明的主要目的是通過使用一部分粉煤為氣化原料，從而減少傳統(tǒng)移動床氣化 技術(shù)對塊煤的依賴，而粉煤價格往往低于塊煤價格，因此也會在一定程度上降低原料成本。 考慮到移動床氣化裝置的特殊性，因此由細煤與氣化劑燒嘴7噴入氣化爐的細煤量占總?cè)?爐煤量(塊煤+粉煤)的10%-50%。燒嘴氣化劑的量則根據(jù)細煤量及煤質(zhì)特性加以確 定，但為減少輸送的介質(zhì)量，對于干煤粉需要使用密相輸送，一般要求每立方米輸送固體量 大于400kg ；對于水煤漿進料，則要求其濃度大于60wt%。 與現(xiàn)有魯奇氣化技術(shù)相比，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置在氣化爐的底部增 加了氣化劑和粉煤燒嘴，且其汽氧比大大降低，可由現(xiàn)有技術(shù)的5-8降至目前的2以下，減 少了水蒸氣用量和后續(xù)的廢水產(chǎn)量。和魯奇的BGL氣化技術(shù)相比，本發(fā)明的分級氣化移動 床氣化裝置增加了細煤粉及氣化劑，從而實現(xiàn)了塊煤和粉煤在同一氣化爐內(nèi)同時氣化。另 外，由于細煤粉的比表面積大于塊煤的比表面積，因此細煤粉的反應(yīng)時間小于塊煤的反應(yīng) 時間，在相同的氣化爐和氣化壓力條件下，可相應(yīng)提高氣化爐的產(chǎn)氣能力。而細煤粉反應(yīng)后 生成的煤氣在上行過程中可繼續(xù)參加反應(yīng)，一定程度上增加了甲烷的生成量。本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置的操作壓力范圍為0. Ι-lOMPa，底部燃燒區(qū)溫 度為1300-1600°C，氣化爐出口溫度為400-600°C，氣化爐內(nèi)徑可以為3_5m，氣化爐氣化煤 的能力為 1000_3000t/d。如同傳統(tǒng)的移動床氣化技術(shù)，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置的氣化爐膛內(nèi)的 料層從上至下可粗略分為干燥層、干餾層、甲烷化層、第一反應(yīng)層(還原層)、第二反應(yīng)層 (氧化氣化層)及熔渣層，當(dāng)然在實際過程中分層可能沒有那么明顯。如同傳統(tǒng)的移動床氣化技術(shù)，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置中煤氣化過程的 反應(yīng)可分成兩種類型(1)非均相氣體-固體反應(yīng)，氣相可能是最初進料的氣化劑，也可能 是氣化過程中的產(chǎn)物，固相是指煤中的碳。雖然煤具有很復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，與碳原子相連接 的還有氫、氧等其它元素，但因為氣化反應(yīng)發(fā)生在煤裂解之后，故只考慮煤中的主要元素碳 是合理的。(2)均相的氣相反應(yīng)，反應(yīng)物可能是最初進料的氣化劑，也可能是氣化過程中的 反應(yīng)產(chǎn)物。本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置的氣化爐膛內(nèi)的料層從上至下各層的反應(yīng)條 件和/或所涉及的反應(yīng)如下干燥層干燥過程也是煤炭脫水過程，原料塊煤從爐頂加入氣化爐后，由于煤與上升的熱氣流或熾熱的半焦之間發(fā)生熱交換，使煤中的水分蒸發(fā)變成水蒸氣進入氣相。通常 干燥層的厚度約為500-1000mm。干餾層干餾是脫除揮發(fā)分的過程，隨著煤下移，干煤的溫度進一步提高，此時揮 發(fā)物從煤中逸出。脫除揮發(fā)分一般也稱作煤的熱分解反應(yīng)，它是所有氣化工藝共同的基本 反應(yīng)之一。干餾層厚度一般為500-600mm。
干煤煤氣(co2、CO、H2、ch4、H2O、NH3、H2S) + 焦油(液體)+ 半焦甲烷化層甲烷化層是氣化過程中生成甲烷的主要反應(yīng)層，也是加壓氣化與常壓 氣化的區(qū)別所在。該層進行的甲烷生成反應(yīng)是碳與氫氣、一氧化碳與氫氣之間的反應(yīng)，反應(yīng) 速度比第一反應(yīng)層(還原層)和第二反應(yīng)層(氧化氣化層)中的氣化反應(yīng)速度要慢得多， 因此，為使反應(yīng)能充分進行，生成盡可能多的甲烷，一般要求甲烷層厚度較大，保證原料在 該層的停留時間約0. 5-lh。由于甲烷生成反應(yīng)放出的熱量與該層中其它反應(yīng)吸收的熱量幾 乎相等，因此該層的溫度變化較小。甲烷化層厚度一般為900-1200mm。生成甲烷的反應(yīng)都 是放熱反應(yīng)。C+2H2^CH4 -84.3kJ/molCO+3H2 ^ CH4+H20 - 219.3kJ/mol第一反應(yīng)層也稱還原層，經(jīng)干餾后得到的半焦與氣流中的H20、C02、H2等反應(yīng)，生 成可燃性氣體等產(chǎn)物，還原層厚度約為400-600mm，主要反應(yīng)包括(1)碳與水蒸氣的反應(yīng)在一定溫度下，碳與水蒸氣之間發(fā)生下列非均相反應(yīng)C+H2O^CO+H2 +135.0kJ/molC+2H2O^C02+2H2+96.6kJ/mol這是制造水煤氣的主要反應(yīng)，有時也稱為水蒸氣分解反應(yīng)，前一反應(yīng)式也稱為水 煤氣反應(yīng)，這兩個反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)。(2)碳與二氧化碳的反應(yīng)在氣化階段進行的第二個重要的非均相反應(yīng)為發(fā)生爐煤氣反應(yīng)，即碳與二氧化碳 的反應(yīng)C + C02 ^2C0 + 173.3kJ/mol這是非常強烈的吸熱反應(yīng)，必須在高溫條件下才能進行反應(yīng)。(3)變換反應(yīng)C0+H20^C02+H2 -38.4kJ/mol該反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，或稱水煤氣平衡反應(yīng)。它是均相反應(yīng)，由氣化階段 生成的CO與水蒸氣之間的反應(yīng)。為了制取H2,需要利用這一反應(yīng)。由于該反應(yīng)易于達到平 衡，通常在氣化爐煤氣出口溫度條件下，反應(yīng)基本達到平衡，從而該反應(yīng)決定了出口煤氣的 組成。第二反應(yīng)層(氧化氣化層)該層不同于傳統(tǒng)的移動床液態(tài)排渣層，除了燃燒反應(yīng) 外，由于噴入煤粉，還會發(fā)生快速干餾、及氧化還原反應(yīng)，該反應(yīng)層厚度約為300-500mm。經(jīng) 上部氣化后殘留的半焦與氣化劑中的氧進行燃燒，為其他反應(yīng)及煤干燥提供熱量ξ 焦 +O2 — 2 ( ξ -1) CO+ (2- ξ ) CO2+ 灰
其中ξ是統(tǒng)計常數(shù)，取決于燃燒產(chǎn)物中CO和CO2之比例，其范圍在1 2之間。另外，新煤粉還會發(fā)生脫除揮發(fā)分以及上述半焦與水蒸氣、CO2的反應(yīng)。而在氧氣 存在的前提下，還有氣體組分發(fā)生燃燒反應(yīng)，如
H2++O2 _^H20-242kJ/mol
CO + |02_C02 -283.2kJ/mol熔渣層該層位于第二反應(yīng)層下，但二者界限不明顯。除了以上主要反應(yīng)外，氣化過程的同時還有S、N等雜原子發(fā)生的反應(yīng)，生成H2S、 COS、NH3 禾口 HCN 等。與現(xiàn)有魯奇和BGL氣化技術(shù)相比，本發(fā)明在分級氣化移動床氣化裝置的受壓外殼 下部增加了煤粉燒嘴，從而實現(xiàn)了塊煤和粉煤在同一氣化爐內(nèi)同時氣化，減少了現(xiàn)有魯奇 和BGL氣化技術(shù)對塊煤的依賴，有利于煤炭的綜合利用。另外，細煤粉的反應(yīng)時間小于塊煤反應(yīng)時間，可相應(yīng)提高氣化爐的產(chǎn)氣能力。而細 煤粉反應(yīng)后生成的煤氣在上行過程中可繼續(xù)參加反應(yīng)，一定程度上增加甲烷的生成量。而 通過調(diào)節(jié)底部側(cè)面噴入的細煤及氣化劑的量，也可以調(diào)整塊煤和粉煤的比例，從而提高了 單爐的運行負荷和操作彈性，而且可以根據(jù)后系統(tǒng)的需要而適當(dāng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品氣的組成。另外， 本氣化技術(shù)可以使用干粉、水煤漿或油煤漿進料，一定程度上擴大了煤種的使用范圍。本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置的工作方式為將5-100mm的塊煤、型煤或焦 炭通過加煤斗1和煤分布器2加入到氣化爐內(nèi)，入爐的塊煤、型煤或焦炭首先被上行的熱煤 氣加熱干燥，干燥后的塊煤、型煤或焦炭隨后依次進入干餾層脫除揮發(fā)分，在甲烷化層發(fā)生 甲烷化反應(yīng)，在還原層與水蒸氣或二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)，隨后進入底部燃燒區(qū)。在氣化爐 的底部，由氣化劑噴嘴10噴入的第一氣化劑(即氧氣和水蒸氣)參加與煤粉或上述半焦的 反應(yīng)；而由細煤及氣化劑燒嘴7噴入的細煤(可以是干煤粉、水煤漿或油煤漿)和第二氣化 劑(氧氣、二氧化碳或水)可直接發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)，也可與其他類型的氣化劑(如富氧 空氣)發(fā)生反應(yīng)，最后灰分形成熔渣排至熔渣激冷室8，熔渣激冷室8包括循環(huán)激冷水入口 81和循環(huán)激冷水出口 83，激冷后的熔渣依靠重力排入設(shè)置在熔渣激冷室8下方的密封渣斗 9。而高溫氣體在上升過程中既發(fā)生反應(yīng)，也將熱量傳遞給固體煤或半焦，煤氣最后由氣化 爐頂部側(cè)面的煤氣出口 4排出氣化爐。在一優(yōu)選實施例中，熔渣激冷室8的循環(huán)激冷水入口 81處于低于循環(huán)激冷水出口 83處。在另一優(yōu)選實施例中，熔渣激冷室8的循環(huán)激冷水入口 81處于熔渣激冷室8的一 側(cè)，循環(huán)激冷水出口 83處于遠離循環(huán)激冷水入口 81的熔渣激冷室8的另一側(cè)。加煤斗1上端設(shè)置有原料煤進口 15，加煤斗1的下端通過法蘭與受壓外殼頂部的 第一開口 31相連。參照圖6和圖2，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置100的第一煤氣出口 4的管道 上還連接有洗氣罐45，該洗氣罐45進一步包括第二煤氣入口 452，設(shè)置在洗氣罐45的中部側(cè)壁上且略低于第一煤氣出口 4，并連 接有第二煤氣管道459且延伸入洗氣罐45的接近底部處，
第二煤氣出口 454，設(shè)置在洗氣罐45的上部側(cè)壁或頂部上，并高于第二煤氣入口 452，灰水排放口 457設(shè)置在洗氣罐45的底部，至少一層散氣網(wǎng)456，設(shè)置在洗氣罐45的下方，并安裝在洗氣罐45的內(nèi)壁上且環(huán) 繞第二煤氣管道459，以及至少一層破泡條453，設(shè)置在散氣網(wǎng)456的上方，并安裝在洗氣罐45的內(nèi)壁上且位 于第二煤氣入口 452連接的第二煤氣管道459上方。在洗氣罐45中有循環(huán)冷凝水，用于冷卻和對排出的煤氣進行洗滌。在洗氣罐中盛 裝的用來洗氣的灰水可通過設(shè)置在洗氣罐45底部的灰水排放口 457排放。在一更優(yōu)選實 施方式中，延伸入洗氣罐45的接近底部處的第二煤氣管道459進一步包括氣體分布器(未 示出)，以利于所生成的合成氣的分散和洗滌。在兩層破泡條456的每一層的每一根破泡條上都均勻設(shè)置有金屬刺458 (參見圖 3)。散氣網(wǎng)453的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中至少一層散氣網(wǎng)453位于用來洗氣的灰水中，以有利于合成氣在用來洗氣的 灰水中均勻分布，利于洗去其中的固體夾帶物，如微量的煤粉等。而兩層破泡條456位于用 來洗氣的灰水上方，以將經(jīng)洗滌的合成氣的大氣泡打碎，以有利于除去合成氣氣泡中裹挾 的灰水，進一步凈化合成氣。有利于將經(jīng)洗滌的合成氣的小氣泡打碎，以有利于除去合成氣 小氣泡中裹挾的灰水，再進一步凈化合成氣。通過洗氣罐45的煤氣，由于散氣網(wǎng)453和破泡條456以及其上設(shè)置的金屬刺458 減少了煤氣中夾帶的水汽和少量的灰分及煤粉，凈化了煤氣。在一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置100的至少兩個氣化劑噴 嘴10與至少兩個細煤及氣化劑燒嘴7可拆卸地均勻交錯設(shè)置于受壓外殼3上。參照圖5a和5b，為了改善細煤及氣化劑的混合霧化效果，本發(fā)明的分級氣化移動 床氣化裝置100，其中細煤及氣化劑燒嘴7的每一個在噴口內(nèi)設(shè)置有旋流器75。該旋流器 75可以是軸向螺旋槽式(參見圖5a和5b)，也可以是軸向旋片式。設(shè)置于細煤及氣化劑燒 嘴7內(nèi)的旋流器75，其上具有軸向螺旋槽752，其外徑與細煤及氣化劑燒嘴7的內(nèi)徑相等， 并配合安裝于細煤及氣化劑燒嘴7內(nèi)；旋流器的中心為柱形空腔，軸樞內(nèi)徑與外徑之比為 0.6-0.8。設(shè)置于細煤及氣化劑燒嘴7內(nèi)的旋流器75，其上具有軸向螺旋槽752，其厚度與 細煤及氣化劑燒嘴7的圓環(huán)管道的直徑大體相等，設(shè)置于細煤及氣化劑燒嘴7內(nèi)的旋流器 75進一步改善了細煤及氣化劑燒嘴7噴口處氧氣、水煤漿和/或二氧化碳的混合霧化效果， 提高反應(yīng)速度和產(chǎn)氣效率。采用本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置100進行氣化試驗，通過位于氣化爐頂部 的加煤斗1將塊煤或型煤氣化原料加入爐內(nèi)，同時將第一氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè) 置的兩個氣化劑噴嘴10、第二氣化原料和第二氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的由至少 兩層環(huán)形管道構(gòu)成的兩個細煤及氣化劑燒嘴7送入氣化爐內(nèi)部。具體地，細煤及氣化劑燒嘴7可以是由兩層環(huán)形管道構(gòu)成、或由三層環(huán)形管道構(gòu) 成。例如，細煤及氣化劑燒嘴7由兩層環(huán)形管道構(gòu)成，則第二氣化原料如細煤粉、水煤 漿或油煤漿可以通過外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或富氧空氣則通過中心管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。如果細煤及氣化劑燒嘴7由三層環(huán)形管道構(gòu)成則第二氣化原料如細煤粉、水煤漿 或油煤漿可以通過環(huán)繞中心管道的內(nèi)層環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，而第二氣化劑如氧氣或 富氧空氣則通過中心管道和最外層的環(huán)形管道送入氣化爐內(nèi)部，反之亦然。其中第一氣化劑可以為氧氣，第二氣化劑也為氧氣。第二氣化原料為水煤漿，直接由泵進行輸送。第二氣化原料及第二氣化劑分別通過細煤及氣化劑燒嘴7的不同層的管道輸 送。氣化爐的操作壓力范圍為0. Ι-lOMPa，底部燃燒區(qū)溫度為1300-1600°C，出口溫度為 400-600°C，并得到以下結(jié)果。試驗所采用的氣化爐結(jié)構(gòu)如圖1所示，其處理能力為1000t/d。試驗所采用的氣化 原料為典型的長焰煤，其工業(yè)分析和元素分析如下表
工業(yè)分析，Wt%元素分析，wt%項目MtAarVarFCaxCarHaxNaxOaxSar,t含量(％)18. 54. 0627. 4549. 9964. 033. 550. 768. 850. 25上表中，Mt為全水含量，A 、V 、FC 分別為收到基灰分、收到基揮發(fā)分和收到基固 定碳的含量，C 、H 、N 、0 * S ,t分別為收到基碳含量、收到基氫含量、收到基氮含量、收 到基氧含量和收到基全硫含量。經(jīng)理論計算，在80%塊煤和20%粉煤進料的條件下，煤氣組成為H2 24. 10%, CO 57. 78%, CH4 8. 34%, C2H6 0. 52%, C2H4 0. 21%, CO2 4. 83%, N2 2. 24%, H2SO. 12%, NH3 0. 02%。二氧化碳與水煤漿的使用量即二氧化碳體積流量與水煤漿流量的比值在1/200 至10/50之間變化，可視具體情況加以調(diào)整。對于氧氣與二氧化碳的使用量的比值并沒有特定要求，只要控制好二氧化碳體積 流量與水煤漿流量的比值即可，可視具體情況加以調(diào)整。二氧化碳管線的壓力介于氧氣管線和水煤漿管線壓力之間變化，二氧化碳管線的 壓力略低于氧氣管線壓力為佳，因為不同氣化爐的壓力等級不同，其壓力可視具體情況加
以調(diào)整。與現(xiàn)有魯奇和BGL氣化技術(shù)相比，本發(fā)明的分級氣化移動床氣化裝置，在受壓外 殼下部增加了煤粉燒嘴，從而實現(xiàn)了塊煤和粉煤在同一氣化爐內(nèi)同時氣化，減少了現(xiàn)有魯 奇和BGL氣化技術(shù)對塊煤的依賴，有利于煤炭的綜合利用。另外，細煤粉的反應(yīng)時間小于塊煤反應(yīng)時間，可相應(yīng)提高氣化爐的產(chǎn)氣能力。而細 煤粉反應(yīng)后生成的煤氣在上行過程中可繼續(xù)參加反應(yīng)，一定程度上增加甲烷的生成量。而 通過調(diào)節(jié)底部側(cè)面噴入的細煤及氣化劑的量，也可以調(diào)整塊煤和粉煤的比例，從而提高了 單爐的運行負荷和操作彈性，而且可以根據(jù)后系統(tǒng)的需要而適當(dāng)調(diào)節(jié)產(chǎn)品氣的組成。另外， 本氣化技術(shù)可以使用干粉、水煤漿或油煤漿進料，一定程度上擴大了煤種的使用范圍。
設(shè)置于細煤及氣化劑燒嘴7內(nèi)的旋流器75進一步改善了細煤及氣化劑燒嘴7噴 口處氧氣、水煤漿和/或二氧化碳的混合霧化效果，進一步提高反應(yīng)速度和產(chǎn)氣效率。在洗氣罐45中有循環(huán)冷凝水，用于冷卻和對排出的煤氣進行洗滌。在洗氣罐中盛 裝的用來洗氣的灰水可通過設(shè)置在洗氣罐45底部的灰水排放口 457排放。通過洗氣罐45的煤氣，由于散氣網(wǎng)453和破泡條456以及其上設(shè)置的金屬刺458 減少了煤氣中夾帶的水汽和少量的灰分及煤粉，進一步凈化了煤氣。其中至少一層散氣網(wǎng)453位于用來洗氣的灰水中，以有利于合成氣在用來洗氣的 灰水中均勻分布，利于洗去其中的固體夾帶物，如微量的煤粉等。而兩層破泡條456位于用 來洗氣的灰水上方，以將經(jīng)洗滌的合成氣的大氣泡打碎，以有利于除去合成氣氣泡中裹挾 的灰水，進一步凈化合成氣。有利于將經(jīng)洗滌的合成氣的小氣泡打碎，以有利于除去合成氣 小氣泡中裹挾的灰水，再進一步凈化合成氣。盡管本發(fā)明的各種實施方式已經(jīng)通過具體實施方式
在上下文中進行了描述，但是 本發(fā)明并不僅限于此。因此，以上的描述不應(yīng)該當(dāng)作是本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由 所附的權(quán)利要求進行限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神的情況下可 以對本發(fā)明作出各種改變和變更，其都將落入在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種分級氣化移動床氣化裝置(100)，包括受壓外殼(3)，在所述受壓外殼的頂部具有第一開口(31)，在所述受壓外殼的底部具有第二開口(33)，在所述受壓外殼的上部側(cè)面設(shè)置第一煤氣出口(4)，在所述分級氣化移動床氣化裝置(100)的所述受壓外殼(3)下部的同一水平面均勻設(shè)置至少兩個氣化劑噴嘴(10)；加煤斗(1)，設(shè)置于所述受壓外殼頂部的第一開口(31)之上；煤分布器(2)，設(shè)置于所述受壓外殼內(nèi)部的上部，所述煤分布器(2)包括攪拌器；軸向?qū)ΨQ水夾套(5)，設(shè)置在所述受壓外殼(3)的所述第一煤氣出口(4)下方的內(nèi)側(cè)，所述軸向?qū)ΨQ水夾套(5)的內(nèi)部構(gòu)成氣化室(6)；熔渣激冷室(8)，設(shè)置在所述受壓外殼(3)底部的所述第二開口(33)之下，所述熔渣激冷室(8)包括循環(huán)激冷水入口(81)和循環(huán)激冷水出口(83)；以及密封渣斗(9)，設(shè)置在所述熔渣激冷室(8)的下方；其特征在于，在所述分級氣化移動床氣化裝置(100)的所述受壓外殼(3)下部與所述至少兩個氣化劑噴嘴(10)所處的同一水平面還交替均勻設(shè)置至少兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)，其中所述至少兩個氣化劑噴嘴沿氣化爐外殼(3)于同一水平面均勻布置在氣化爐底部，且所述至少兩個氣化劑噴嘴與所述至少兩個細煤及氣化劑燒嘴在同一水平面內(nèi)對稱布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所述熔渣激冷 室(8)的所述循環(huán)激冷水入口(81)處于低于所述循環(huán)激冷水出口(83)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所述熔渣激冷 室(8)的所述循環(huán)激冷水入口(81)處于所述熔渣激冷室(8)的一側(cè)，所述循環(huán)激冷水出口 (83)處于遠離所述循環(huán)激冷水入口(81)的所述熔渣激冷室(8)的另一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所述至少兩個 氣化劑噴嘴(10)與所述至少兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)分別選自兩個氣化劑噴嘴(10)與 兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)、三個氣化劑噴嘴(10)與三個細煤及氣化劑燒嘴(7)、四個氣化 劑噴嘴(10)與四個細煤及氣化劑燒嘴(7)、五個氣化劑噴嘴(10)與五個細煤及氣化劑燒嘴 (7)、或六個氣化劑噴嘴(10)與六個細煤及氣化劑燒嘴(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所述細煤及氣 化劑燒嘴(7)是由至少兩層環(huán)形管道構(gòu)成，其中細煤與氣化劑通過所述細煤及氣化劑燒嘴 (7)的不同層的管道輸送。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所述加煤斗(1) 上端設(shè)置有原料煤進口(15)，所述加煤斗(1)的下端通過法蘭與所述受壓外殼頂部的第一 開口(31)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所 述第一煤氣出口(4)連接有洗氣罐(45)，所述洗氣罐(45)進一步包括第二煤氣入口(452)，設(shè)置在所述洗氣罐(45)中部側(cè)壁上且略低于所述第一煤氣出口 (4)，并連接有第二煤氣管道(459)且延伸入所述洗氣罐(45)的接近底部處，第二煤氣出口(454)，設(shè)置在所述洗氣罐(45)上部側(cè)壁或頂部上，并高于所述第二煤 氣入口(452)，灰水排放口(457)設(shè)置在所述洗氣罐(45)底部，至少一層散氣網(wǎng)(453)，設(shè)置在所述洗氣罐(45)的下方，并安裝在所述洗氣罐(45)的 內(nèi)壁上且環(huán)繞所述第二煤氣管道(459)，以及至少一層破泡條(456)，設(shè)置在所述散氣網(wǎng)(453)的上方，并安裝在所述洗氣罐(45)的 內(nèi)壁上且位于所述第二煤氣入口(452)連接的所述第二煤氣管道(459)上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于，所述至少一層 破泡條(456)的每一根破泡條上均勻設(shè)置有金屬刺(458)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所 述至少兩個氣化劑噴嘴(10)與所述至少兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)可拆卸地均勻交錯設(shè) 置于所述受壓外殼(3)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所 述至少兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)的每一個在噴口處設(shè)置有旋流器(75)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于所 述至少兩個氣化劑噴嘴和所述至少兩個細煤及氣化劑燒嘴的噴口水平或向下設(shè)置，與水平 方向的角度范圍為0-45°，優(yōu)選0-30°，更優(yōu)選0-20°。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分級氣化移動床氣化裝置(100)，其特征在于延伸入所述洗 氣罐(45)的接近底部處的所述第二煤氣管道(459)進一步包括氣體分布器。
13.一種煤的分級氣化方法，包括通過位于氣化爐頂部的加煤斗(1)將塊煤或型煤 氣化原料加入爐內(nèi)，同時將第一氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的至少兩個氣化劑噴嘴 (10)、第二氣化原料和第二氣化劑通過在氣化爐底部側(cè)面設(shè)置的由至少兩層環(huán)形管道構(gòu)成 的至少兩個細煤及氣化劑燒嘴(7)送入所述氣化爐內(nèi)部，其中所述第一氣化劑選自氧氣和水蒸氣、或氧氣和CO2，所述第二氣化劑選自氧氣、空 氣、富氧空氣、二氧化碳或水蒸氣中的一種或兩種以上的混合物，所述第二氣化原料選自含 碳粉料、含碳漿料或含碳可燃氣體，所述含碳粉料選自煤粉、煤液化殘渣粉料、生物質(zhì)粉料 和含碳有機粉料中的一種或兩種以上的混合物，所述含碳漿料選自水煤漿、熔融的煤液化 殘渣、液化殘渣料漿、油煤漿、甲醇煤漿、生物質(zhì)料漿、輕油和重油中的一種或兩種以上的混 合物，所述第二氣化原料及所述第二氣化劑分別通過所述細煤及氣化劑燒嘴(7)的不同層 的管道輸送，由所述細煤及氣化劑燒嘴(7)噴入氣化爐的所述第二氣化原料占總?cè)霠t煤 量，即(塊煤+第二氣化原料)量的10% -50%，所述氣化爐的操作壓力范圍為0. I-IOMPa, 底部燃燒區(qū)溫度為1300-1600°C，出口溫度為400-600°C。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的煤的分級氣化方法，其特征在于所述第二氣化原料選自干 煤粉、水煤漿或油煤漿，由所述細煤及氣化劑燒嘴(7)噴入氣化爐的所述第二氣化原料占 總?cè)霠t煤量，即(塊煤+細煤)的量的10%-50%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的煤的分級氣化方法，其特征在于所述第二氣化原料為干煤 粉，且每立方米輸送固體量大于400kg。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的煤的分級氣化方法，其特征在于所述第二氣化原料為水煤 漿或油煤漿，所述水煤漿或油煤漿的濃度大于60wt%。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的煤的分級氣化方法，其特征在于使用氮氣或二氧化碳作為所述干煤粉的輸送介質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1 12任一項所述的分級氣化移動床氣化裝置以及根據(jù)權(quán)利要求 13 17任一項所述的煤的分級氣化方法在制備水煤氣、半水煤氣、含氮煤氣、合成氣、還原 氣或燃料氣方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分級氣化移動床氣化裝置、及煤的分級氣化方法及用途，該裝置包括受壓外殼，在其頂部和底部分別具有第一開口和第二開口，在其上部側(cè)面設(shè)置第一煤氣出口，在其下部的同一水平面均勻設(shè)置至少兩個氣化劑噴嘴；加煤斗，設(shè)置于受壓外殼頂部第一開口之上；煤分布器，設(shè)置于受壓外殼內(nèi)部的上部，還包括攪拌器；軸向?qū)ΨQ水夾套，設(shè)置在受壓外殼的第一煤氣出口下方的內(nèi)側(cè)，其內(nèi)部構(gòu)成氣化室；熔渣激冷室，設(shè)置在受壓外殼底部第二開口之下，還包括循環(huán)激冷水入口和出口；及密封渣斗，設(shè)置在熔渣激冷室的下方；特征在于，在該移動床氣化裝置的受壓外殼下部與至少兩個氣化劑噴嘴所處的同一水平面還交替均勻設(shè)置至少兩個細煤及氣化劑燒嘴。
文檔編號C10J3/20GK101982528SQ20101055736
公開日2011年3月2日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者任相坤, 單賢根, 崔永君, 張琪, 朱豫飛, 步學(xué)朋, 索婭, 陳強 申請人:神華集團有限責(zé)任公司;中國神華煤制油化工有限公司;中國神華煤制油化工有限公司北京研究院