[发明专利]改善的煤气化

说明书

发明背景

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℃。这会极大地降低气化过程的热效率。

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。

发明概述

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。

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。

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。

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：

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)将合成气从气流床气化区域供给至流化气化区域；和

d)从流化气化区域回收合成气。

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。

流化气化区域的温度为约1000℃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℃或者高于煤灰流体温度。

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℃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。

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。

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。

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

附图为根据本发明的两段式煤气化器的示意图。

发明详述

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。

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。

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℃，高于煤灰流体温度。运行压力为约3.0至4.0MPa。

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。

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。