[发明专利]复合式流化床煤气化的方法及装置

说明书

所属领域

本发明属于一种煤气化的方法及装置，具体涉及一种采用流化床、气流床复合集成的高效流化床煤气化的方法及装置。

背景技术

煤气化是煤炭高效、清洁利用的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基清洁燃料、工业燃气及多联产系统等过程工业的基础。

从当前国内外煤气化技术发展趋势上看，大型化、加压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化发展方向。国外现有加压气化炉型主要分为三类：加压固定床气化炉(如Lurgi炉)、加压流化床气化炉(HTW)和加压气流床气化炉(Texaco，Shell，DOW，GSP)。这三类气化炉各有其优缺点，加压固定床气化炉以弱粘结块煤为原料，技术成熟，煤气中甲烷含量高、冷煤气效率高，但净化系统复杂(焦油处理)；气流床气化炉高温操作，气化强度和气体品质高，但需以低灰、低灰熔点煤为原料，氧耗高、设备投资高；流化床气化炉煤种适应性广，投资低、氧耗低、规模灵活，但煤气夹带细粉量高，总的碳转化率低(90％左右)。

中科院山西煤炭化学研究所成功开发了“灰熔聚流化床粉煤气化”成套技术，煤种范围宽(从褐煤到无烟煤)，并适合高灰、高灰熔点、高硫煤的气化。目前已完成常压日处理100吨烟煤和0.6MPa加压日处理320吨高硫无烟煤的工业应用，同时在加压气化中试装置上已完成0.6-2.5MPa无烟煤加压灰熔聚气化试验。很好地解决了排灰碳含量问题，但煤气夹带细粉量高，总的碳转化率低(90％左右)。

由于流化床气化炉的操作温度在1000℃左右，在此温度条件下，煤焦需有20-30分钟停留时间才能完全转化，但细颗粒(＜0.1mm，占进煤总量的10％左右)在气化炉内的一次停留时间通常在十几至几十秒时间内，虽然增加了细粉循环，但总的反应时间短，碳转化率低。这部分未转化细粉带出系统，造成流化床碳利用率下降。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种可适合于各种煤种，碳转化率高的高效复合式流化床气化方法。

本发明的第二个目的在于设计一种将流化床与气流床复合的结构简单、成本低的复合式流化床气化装置。

本发明基于煤分级转化思路，以灰熔聚流化床气化实现大颗粒煤的气化，未完全转化的带出细粉通过气流床气化炉，采取短停留时间、高温气化方式进行二次气化，进而提高系统的总碳转化率和处理能力，降低能源消耗和运行成本，实现高的气化能力为目标。未反应完全的带出细粉为挥发份含量少、不含水的半焦细粉，其粒度与干煤粉气流床原料相近，可以通过浓相气力输送的方式进入气流床。细粉在气流床段高温条件下气化，产生的灰渣随高温煤气被携带进入流化床与气流床交汇段，并迅速与流化床中的“低温”大颗粒半焦和所产生的“低温”煤气混合，部分灰渣以固态形式有选择性地被排出气化炉。

本发明的复合式流化床煤气化的方法包括如下步骤：

(1)气化原料煤的制备

原料煤破碎后经过干燥和筛分，使煤水分＜5wt％，粒度小于6mm送入煤仓作为流化床气化原煤；细粉来自于气化过程中未反应完全的半焦细粉，二级旋风、辐射废热锅炉及高温陶瓷过滤器捕集的细粉；

(2)气化

a.首先对气化炉进行烘炉，待流化床气化炉下部温度大于900℃，上部温度大于600℃时，在流化床下部气体分布器通入空气、蒸汽，从气化炉下部进料口连续加入气化碎煤，并按空气煤比2.5～3.5Nm³/kg、蒸汽煤比0.3～0.6kg/kg进行操作，使煤在气化炉内燃烧，并得到半焦炉料，逐渐建立气化炉炉内物料，此时气流床仍处于烘炉阶段，并保持在850-900℃；

b.待流化床气化炉中半焦物料的床层压降达到5～10KPa，系统操作稳定后切换为氧气/蒸汽鼓风，切换过程中温度控制在800～900℃；

c.按氧气煤比0.4～0.5Nm³/kg、蒸汽煤比0.5～1.0kg/kg进行操作，流化床气化炉底部温度稳定在950～1050℃范围；

d.待流化床气化炉下部气化稳定后，将细粉由细粉输送罐输送至气流床燃烧喷嘴，再向燃烧喷嘴通入氧气和蒸汽，按氧气干煤粉比0.5～0.7Nm³/kg、蒸汽煤比0.1～0.3kg/kg进行操作，气流床操作温度在1100～1300℃范围，流化床内的流化床与气流床交汇段温度在1050～1150℃范围；

(3)气化炉的排渣