一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法。目前粉煤氣流床氣化技術中，沒有一種能夠很好地回收粗煤氣顯熱并將其用來提高氣化劑溫度的方法。本發(fā)明的氣化方法所用的系統(tǒng)包括氣化反應單元、A組蓄熱除雜單元和B組蓄熱除雜單元，A、B組蓄熱除雜單元均由依次連接的凝渣器、過濾器和蓄熱器組成；氣化反應單元內設有A、B兩組工藝噴嘴，分別與A組和B組蓄熱除雜單元中的凝渣器連接；氣化劑和含碳燃料從氣化反應器一端工藝噴嘴通入反應器后進行反應，反應完畢后的粗煤氣通過另一端工藝噴嘴排出氣化反應器，兩組工藝燒嘴功能在下一個工藝周期工藝互換。本發(fā)明有效回收了氣化爐出口粗煤氣的高溫顯熱，并且將氣化劑預熱到與粗煤氣相當?shù)母邷亍?br> 【專利說明】一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適用于粉煤或其他含碳燃料的高溫氣化劑氣化方法，尤其是一種對粗煤氣進行蓄熱并給氣化劑加溫的氣流床氣化方法。
【背景技術】
[0002]煤氣化技術是當今煤炭、生物質、石油焦等固態(tài)含碳燃料清潔高效利用的關鍵技術之一，也是將一次能源轉化為潔凈二次能源的主要途徑。氣流床煤氣化技術具備碳轉換率高、煤氣中不含焦油、煤種要求不高、全自動化操控等諸多優(yōu)勢，非常適應于大規(guī)模的煤氣化產(chǎn)業(yè)。然而，氣流床氣化爐出口煤氣溫度偏高，導致氣化爐冷煤氣效率偏低、煤氣顯熱得不到很好的利用，成為氣流床氣化爐推廣應用的最大障礙。
[0003]在煤化工行業(yè)，冷煤氣效率是氣化工藝最主要的經(jīng)濟技術指標，它用來衡量將煤炭資源轉化成合成氣的效率，該指標直接影響工廠的經(jīng)濟效益。在煤制工業(yè)燃氣行業(yè)，氣流床氣化爐出口煤氣溫度高，煤氣熱值低，高溫煤氣降溫后產(chǎn)生的蒸汽往往得不到很好的利用因此產(chǎn)生巨大的浪費，這些因素都限制了氣流床氣化技術在工業(yè)煤氣制備上的應用。如果能夠開發(fā)一種既能回收高溫煤氣的顯熱、又能將氣化劑預熱到與出口煤氣相當?shù)母邷?，就可以大幅度提高煤氣的熱值?并且無須對煤氣降溫，這樣才能使氣化床氣化技術得到更加廣泛的應用。
[0004]目前的一種提高冷煤氣效率方法是通常提高氣化劑溫度，首先利用余熱鍋爐回收粗煤氣中的顯熱，將煤氣顯熱變成高溫蒸汽，然后利用高溫蒸汽通過換熱器預熱氣化劑。然而這樣的方法，不僅是設備龐大、投資金額不菲，而且由于通過換熱器不能將氣化劑預熱到很高的溫度(一般小于300°C)，因此，有很多的蒸汽熱量在系統(tǒng)中得不到充分的利用，粗煤氣中的顯熱利用率不高，煤氣熱值、冷煤氣效率也得不到較大的提高。
[0005]另一種是采用粗煤氣與氣化劑直接換熱的方式，這樣的做法能夠提高氣化劑的溫度，但是由于高溫煤氣與氣化劑接觸后非常易燃，具備很大的安全隱患。一般情況下，不能設計這樣的流程。
[0006]目前的煤氣化行業(yè)中，沒有其它能夠很好回收粗煤氣顯熱來提高氣化劑溫度的方法，因此，開發(fā)一種能夠高效利用粗煤氣顯熱并最大限度提高氣化劑入爐溫度、降低粗煤氣出口溫度、提高煤氣中CO、H2, CH4含量的氣化方法，能夠提高能源利用率、降低污染，對經(jīng)濟、社會都具備很重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其能夠有效回收氣流床氣化爐出口粗煤氣的高溫顯熱、并且將氣化劑預熱到與出口粗煤氣相當?shù)母邷?，通過提高入爐氣化劑的溫度，提高粗煤氣中CO、H2等有效氣體的含量，大幅度提高冷煤氣效率、煤氣熱值；同時降低粗煤氣后續(xù)的出口溫度，凈化合成氣灰塵及雜質，省卻傳統(tǒng)氣流床氣化工藝中后續(xù)的廢熱鍋爐、除塵設備等裝備， 節(jié)約投資。[0008]為此，本發(fā)明通過以下技術方案來解決上述技術問題:一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，該氣化方法所用的系統(tǒng)包括氣化反應單元、A組蓄熱除雜單元和B組蓄熱除雜單元，A、B組蓄熱除雜單元均由依次連接的凝渣器、過濾器和蓄熱器組成；氣化反應單元內設有A、B兩組工藝噴嘴，分別與A組和B組蓄熱除雜單元中的凝渣器連接；所述氣化方法的具體步驟依次如下:
步驟I )，工作時，氣化劑進入A組蓄熱除雜單元中的蓄熱器并得到預熱，然后依次通過A組的過濾器、凝渣器進入氣化反應單元，此時氣化劑會反吹清洗之前殘留在A組過濾器、凝渣器內的灰分與含碳顆粒，并隨著氣化劑進入氣化反應單元，與噴入氣化反應單元的氣化燃料相遇發(fā)生氣化反應，熔渣從氣化反應單元的渣口排出，氣化后產(chǎn)生的合成氣經(jīng)B組工藝噴嘴噴入B組蓄熱除雜單元中的凝渣器，在B組凝渣器內合成氣所攜帶的熔融狀的熔渣得到冷卻，溫度降到灰分的變形溫度DT以下，然后進入B組過濾器，在B組過濾器中過濾合成氣中所含的灰分以及未反應完全的碳顆粒，清潔的合成氣經(jīng)過B組蓄熱器蓄熱、降低溫度后從B組蓄熱器的出口排出；
步驟2)，工作一段時間后，待B組蓄熱除雜單元中的蓄熱器蓄熱接近飽和，停止A組氣化劑的供應，氣化劑改為從B組蓄熱除雜單元進入，氣化劑進入B組的蓄熱器并得到預熱，然后依次通過B組的過濾器、凝渣器進入氣化反應單元，此時氣化劑會反吹清洗之前殘留在B組過濾器、凝渣器內的灰分與含碳顆粒，并隨著氣化劑進入氣化反應單元，與噴入氣化反應單元的氣化燃料相遇發(fā)生氣化反應，熔渣從氣化反應單元的渣口排出，氣化后產(chǎn)生的合成氣經(jīng)A組工藝噴嘴噴入A組蓄熱除雜單元中的凝渣器，在A組凝渣器內合成氣所攜帶的熔融狀的熔渣得到冷卻，溫度降到灰分的變形溫度DT以下，然后進入A組過濾器，在過濾器中過濾了合成氣中所含的灰分以及未反應完全的碳顆粒，清潔的合成氣經(jīng)過A組蓄熱器蓄熱、降低溫度后從A組蓄熱器的出口排出；
步驟3)，工作一段時間后，待A組蓄熱除雜單元中的蓄熱器蓄熱接近飽和，停止B組氣化劑的供應，氣化劑改為從A組蓄熱除雜單元進入，重復步驟I)和2)的操作，連續(xù)生產(chǎn)合成氣。
[0009]本發(fā)明設置氣化反應單元，氣化劑和氣化燃料在氣化反應單元進行氧化和氣化反應，生成粗煤氣；設置凝渣器，粉煤氣化后的液態(tài)殘渣在凝渣器進行收集和降溫，液態(tài)渣降至變形溫度以下；設置過濾器，粗煤氣中攜帶的灰塵和未收集的固態(tài)渣將被完全過濾，經(jīng)過過濾器后粗煤氣含塵量已經(jīng)達到后續(xù)工藝使用要求；設置蓄熱器，主要實現(xiàn)粗煤氣和氣化劑的熱交換，高溫粗煤氣流過蓄熱器溫度被降至300°C以下，熱量被儲存在蓄熱器內，常溫氣化劑流過蓄熱體器氣化劑被加熱至900°C以上，蓄熱器能量傳遞給氣化劑。
[0010]氣化反應單元(即氣化反應器)設置兩組工藝燒嘴，一組為氣化介質噴入燒嘴，另外一組為氣化產(chǎn)物排出燒嘴，兩組燒嘴根據(jù)工藝流程交替運行，在本反應階段為氣化介質噴入燒嘴，下一反應階段為氣化產(chǎn)物排出燒嘴。同時凝渣器、過濾器和蓄熱器都設置兩組，通過兩組裝置的交替運行，來實現(xiàn)一蓄熱器粗煤氣流過時蓄熱、另一蓄熱器氣化劑通過時放熱的過程。這樣保證通入氣化反應單元的氣化劑都為900°c以上高溫，合成氣出口溫度在300°C以下，從而提高了氣化反應的粗煤氣中CO、H2, CH4的含量，不僅大幅度提高了冷煤氣效率與煤氣熱值，具備很高的碳轉化率，而且出口煤氣是低溫的、潔凈無塵的煤氣，省去了傳統(tǒng)煤氣化工藝后續(xù)的廢熱鍋爐以及煤氣除塵凈化設備。[0011]本發(fā)明所述的氣化劑為空氣、含氧量21~90%以上的富氧、含氧量100%的純氧、水蒸汽、二氧化碳中的一種或者任幾種的混合物；所述的氣化燃料為煤粉、石油焦粉、生物質顆粒、污泥等所有含碳物質中的任一種或幾種的混合物。
[0012]所述的凝渣器可以采用蓄熱材料制成，也可以采用鍋爐行業(yè)的凝渣管制成；所述的過濾器可以是顆粒層過濾器、金屬氈或者燒結金屬絲網(wǎng)制成的過濾器等高溫氣體過濾器的一種或者幾種的組合體，所述的蓄熱器可以是蜂窩陶瓷蓄熱體，也可以是其他蓄熱材料做成的蓄熱體。
[0013]本發(fā)明所述的煤粉中摻有生物質顆粒。
[0014]本發(fā)明氣化劑進入氣化反應單元中的溫度優(yōu)選在900°C以上；清潔的合成氣經(jīng)過蓄熱器蓄熱、降低溫度后從蓄熱器的出口排出的溫度優(yōu)選在150°C以下。
[0015]綜上所述，本發(fā)明具有的有益效果在于:首次，本發(fā)明通過氣化反應單元設置兩組工藝噴嘴，每組噴嘴分別連接凝渣器、過濾器和蓄熱器，兩組工藝燒嘴交替噴入氣化劑和氣化燃料，噴出粗煤氣。流過高溫粗煤氣的一組蓄熱器在蓄熱使粗煤氣降溫，流過氣化劑的一組蓄熱器在放熱使氣化劑升溫。通過以上方式來提高氣化劑溫度、降低粗煤氣溫度，從而大幅度提高粗煤氣的冷煤氣 效率，并且提高了合成氣中有效氣體(一氧化碳、氫氣)的成分。
[0016]其次，利用本發(fā)明的氣化方法所生產(chǎn)的合成氣為經(jīng)過除塵的、潔凈的煤氣，也是經(jīng)過蓄熱、降溫后的煤氣，因此本發(fā)明氣化反應單元所排出的合成氣為高熱值的、低溫的、潔凈的合成氣，可以省卻常規(guī)粉煤氣化工藝中后續(xù)的余熱鍋爐、合成氣凈化裝置，大幅度地簡化了工藝流程，降低設備的造價，具備十分明顯的經(jīng)濟效益。
[0017]再次，利用本發(fā)明的氣化方法生產(chǎn)合成氣，具備十分高的碳轉化率。由于合成氣的飛灰在出口經(jīng)過過濾器過濾，未反應完全的碳顆粒被過濾下來，并在下次循環(huán)中，這些碳顆粒被再次吹入氣化反應單元得到充分的反應，殘渣通過其渣口落入渣池內。另外，由于采用了高溫氣化劑氣化，在氣化爐內反應初期溫度很高，也非常有利于將活性較低部分的碳顆粒轉化完全。因此，本發(fā)明的氣化方法具備非常高的碳轉化率(>99.9%)。
[0018]此外，本發(fā)明可以得到干凈的粗煤氣、低溫或常溫粗煤氣；同時，過濾器、凝渣器也有一定蓄熱功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合說明書附圖給出本發(fā)明較佳的實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。
[0021]實施例1
如圖1所示的蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其所用的系統(tǒng)由氣化反應單元，兩組凝渣器、過濾器和蓄熱器組成。氣化反應單元的兩端分別依次連接一組凝渣器、過濾器和蓄熱器。
[0022]氣化反應單元為高溫空氣氣化反應的主反應器，氣化劑和含碳燃料從氣化反應器一端工藝噴嘴通入反應器后進行反應，反應完畢后通過另一端工藝噴嘴排出氣化反應器，兩組工藝燒嘴功能在下一個工藝周期工藝互換。[0023]凝渣器為含碳燃料液態(tài)渣渣收集器，并把渣從液態(tài)降至變形溫度以下。過濾器為把所有雜質、灰塵過濾掉，其可以采用金屬絲網(wǎng)或金屬氈等材料做成。蓄熱器為把高溫粗煤氣氣熱量傳遞給常溫空氣，高溫粗煤氣經(jīng)過時，蓄熱器吸熱降低粗煤氣溫度，待經(jīng)過一段時間流程切換，常溫氣化劑經(jīng)過蓄熱器時，蓄熱器釋放熱量來加熱氣化劑。
[0024]實施例2
下面的實施例將結合粉煤氣化制備高熱值粗煤氣的具體工藝過程，對本發(fā)明予以進一步說明。
[0025]步驟1:氣化反應單元的氣化反應器經(jīng)過點火、升溫到合適溫度。
[0026]步驟2:氣化劑依次經(jīng)過A組蓄熱器、過濾器和凝渣器后進入氣化反應器，煤粉也從A組工藝燒嘴噴入氣化反應器，氣化反應器內氣化劑和煤粉開始進行粉煤氣化反應。生成的1100~1300°C的高溫粗煤氣從B組工藝噴嘴中排出，依次經(jīng)過B組凝渣器、過濾器和蓄熱器，在蓄熱器單元經(jīng)過蓄熱器的換熱后排出的粗煤氣溫度在150°C以下。
[0027]步驟3:停止從A組工藝燒嘴噴入氣化劑和煤粉，從B組煤氣出口通入水蒸汽或惰性氣體，置換B組管道及設備內的粗煤氣。
[0028]步驟4:氣化劑從B組蓄熱器、過濾器和凝渣器后溫度上升為900~1300°C，進入氣化反應器，煤粉也從B組工藝燒嘴噴入氣化反應器，氣化反應器內氣化劑和煤粉開始進行粉煤氣化反應。生成的1100~1300°C的高溫粗煤氣從A組工藝噴嘴中排出，依次經(jīng)過A組凝渣器、過濾器和蓄熱器，經(jīng)過蓄熱器的換熱后排出的粗煤氣溫度在150°C以下。
[0029]步驟5:停止從B組工藝燒嘴噴入氣化劑和煤粉，從A組煤氣出口通入水蒸汽或惰性氣體，置換A組管道及設備內的粗煤氣。
[0030]步驟6:重復步驟2到步驟5,系統(tǒng)正常運行。
[0031]實施例3
下面的實施例將結合粉煤氣化制備高熱值粗煤氣的另一種方法具體工藝過程，對本發(fā)明予以進一步說明。
[0032]步驟1:氣化反應單元的氣化反應器經(jīng)過點火、升溫到合適溫度。
[0033]步驟2:空氣依次經(jīng)過A組蓄熱器、過濾器和凝渣器后進入氣化反應器，煤粉也從A組工藝燒嘴噴入氣化反應器，氣化反應器內空氣和煤粉開始進行粉煤氧化燃燒反應。生成的1100~1300°C的高溫煙氣從B組工藝噴嘴中排出，依次經(jīng)過B組凝渣器、過濾器和蓄熱器，經(jīng)過蓄熱器的換熱后排出的粗煤氣溫度在120°C以下，本過程主要作用是加熱B組蓄熱器，煙氣排空。
[0034]步驟3:停止從A組工藝燒嘴噴入氣化劑和煤粉，從B組煤氣出口通入水蒸汽，水蒸氣經(jīng)過蓄熱器、過濾器和凝渣器后溫度上升為900~130(TC，進入氣化反應器，煤粉也從B組工藝燒嘴噴入氣化反應器，氣化反應器內水蒸氣和煤粉開始進行粉煤氣化反應。生成的1100~1300°C的高溫粗煤氣從A組工藝噴嘴中排出，依次經(jīng)過A組凝渣器、過濾器和蓄熱器，經(jīng)過蓄熱器的換熱后排出的粗煤氣溫度在120°C以下。
[0035]步驟4:停止從B組工藝燒嘴噴入水蒸氣和煤粉，從A組煤氣出口通入水蒸汽或惰性氣體，置換A組管道及設備內的粗煤氣。
[0036]步驟5:重復步驟2到步驟4,系統(tǒng)正常運行。
【權利要求】
1.一種蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，該氣化方法所用的系統(tǒng)包括氣化反應單元、A組蓄熱除雜單元和B組蓄熱除雜單元，A、B組蓄熱除雜單元均由依次連接的凝渣器、過濾器和蓄熱器組成；氣化反應單元內設有A、B兩組工藝噴嘴，分別與A組和B組蓄熱除雜單元中的凝渣器連接；所述氣化方法的具體步驟依次如下: 步驟I )，工作時，氣化劑進入A組蓄熱除雜單元中的蓄熱器并得到預熱，然后依次通過A組的過濾器、凝渣器進入氣化反應單元，此時氣化劑會反吹清洗之前殘留在A組過濾器、凝渣器內的灰分與含碳顆粒，并隨著氣化劑進入氣化反應單元，與噴入氣化反應單元的氣化燃料相遇發(fā)生氣化反應，熔渣從氣化反應單元的渣口排出，氣化后產(chǎn)生的合成氣經(jīng)B組工藝噴嘴噴入B組蓄熱除雜單元中的凝渣器，在B組凝渣器內合成氣所攜帶的熔融狀的熔渣得到冷卻，溫度降到灰分的變形溫度DT以下，然后進入B組過濾器，在B組過濾器中過濾合成氣中所含的灰分以及未反應完全的碳顆粒，清潔的合成氣經(jīng)過B組蓄熱器蓄熱、降低溫度后從B組蓄熱器的出口排出； 步驟2)，工作一段時間后，待B組蓄熱除雜單元中的蓄熱器蓄熱接近飽和，停止A組氣化劑的供應，氣化劑改為從B組蓄熱除雜單元進入，氣化劑進入B組的蓄熱器并得到預熱，然后依次通過B組的過濾器、凝渣器進入氣化反應單元，此時氣化劑會反吹清洗之前殘留在B組過濾器、凝渣器內的灰分與含碳顆粒，并隨著氣化劑進入氣化反應單元，與噴入氣化反應單元的氣化燃料相遇發(fā)生氣化反應，熔渣從氣化反應單元的渣口排出，氣化后產(chǎn)生的合成氣經(jīng)A組工藝噴嘴噴入A組蓄熱除雜單元中的凝渣器，在A組凝渣器內合成氣所攜帶的熔融狀的熔渣得到冷卻，溫度降到灰分的變形溫度DT以下，然后進入A組過濾器，在過濾器中過濾了合成氣中所含的灰分以及未反應完全的碳顆粒，清潔的合成氣經(jīng)過A組蓄熱器蓄熱、降低溫度后從A組蓄熱器的出口排出； 步驟3)，工作一段時間后，待A組蓄熱除雜單元中的蓄熱器蓄熱接近飽和，停止B組氣化劑的供應，氣化劑改為從A組蓄熱除雜單元進入，重復步驟I)和2)的操作，連續(xù)生產(chǎn)合成氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，所述的氣化劑為空氣、含氧量21~90%以上的富氧、含氧量100%的純氧、水蒸汽、二氧化碳中的一種或者任幾種的混合物；所述的氣化燃料為煤粉、石油焦粉、生物質顆粒、污泥中的任一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，所述的凝渣器采用蓄熱材料制成或采用鍋爐行業(yè)的凝渣管制成；所述的過濾器為顆粒層過濾器、金屬氈或者燒結金屬絲網(wǎng)制成的過濾器中一種或者幾種的組合體，所述的蓄熱器為蜂窩陶瓷蓄熱體。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，所述的煤粉中慘有生物質顆粒。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的蓄熱式粉煤氣流床氣化方法，其特征在于，氣化劑進入氣化反應單元中的溫度在900°C以上；清潔的合成氣經(jīng)過蓄熱器蓄熱、降低溫度后從蓄熱器的出口排出的溫度在 150°C以下。
【文檔編號】C10J3/72GK103756730SQ201410028175
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權日:2014年1月22日
【發(fā)明者】徐頌, 李季偉, 曹小旭, 葛淑軍, 朱延伍, 王劍峰, 楊曄, 程良燦, 曹迪歐 申請人:杭州全合科技有限公司