[发明专利]非熔融和部分熔融型气流床气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种非熔融和部分熔融型气流床气化炉，更具体地，涉及这样一种非熔融和部分熔融型气流床气化炉，其用于通过以下方式生产主要成分为一氧化碳（CO）和氢气（H2）的合成气：经设置在所述气化炉顶部的燃烧器供应煤或者诸如重渣油的低品级烃原料，并允许供应的原料与独立于所述原料供应提供的氧化剂反应以气化供应的原料。

背景技术

众所周知，在本领域中气化技术是一种通过将煤、生物质或者诸如重渣油的低品级烃馏分气化生产合成气的清洁能源生产技术。所生产的合成气用于IGCC（整体气化联合循环）、用于生产化工原料，如甲醇或DME（二甲醚）、合成石油和合成天然气等。

传统煤气化炉的典型例子包括在1400℃或更高温度下工作的液态排渣气化炉以及非排渣模式下工作的流化床或固定床气化炉。

有机物，如煤或重渣油能够在1300℃温度下转化成合成气，液态排渣气化炉在1400℃到1600℃温度范围内工作以熔融灰分。与这些气化炉不同，为了避免灰分在熔渣上粘附，流化床或固定床气化炉在低于灰分结渣温度的1000℃或更低温度下工作。

大部分设计为气化诸如煤的固体颗粒物料或者诸如重渣油的含有灰分的液体物料生产清洁能源的气化技术是基于以下的气流床气化技术，其中尺寸很小的煤粉颗粒被携带入氧化剂流（氧气或氧气和蒸汽的混合气体）以促进气化反应。

在大多数气化技术中，因为供应了相对大量的氧化剂，气化炉的工作温度高达1400-1600℃，气化反应在该高温环境中进行。因此具有反应所需时间较短的优点。

此外，气流床气化技术在该高温环境中使用结渣灰分的技术，以形成熔渣。

因此，气流床气化技术具有碳转化率高的优点，因为在大部分的煤粉以熔融状态沿所述气化炉的内壁流动的过程中，煤粉的碳几乎全部被转化成气态。

另一方面，在这种气流床气化炉情况中，以如下方式制造的反应器被频繁使用：在压力容器的内壁上内衬厚的耐火材料以保护气化炉不被高温熔融灰分损坏。

因为高温熔融灰分熔渣沿所述气化炉的壁表面流动，耐火材料会在相对较短的时间内被腐蚀破坏。进一步地，引起原料的气化反应，并以一氧化碳（CO）和氢气（H₂）为主要成分的合成气还包含含硫气体，如腐蚀性硫化氢（H₂S），它会增加高温合成气的腐蚀性，大大缩短耐火材料的使用寿命。

在许多工业气化设备中，耐火材料的使用寿命的确很短，因此需要在更换新的耐火材料过程中花费大量的成本和时间，从而降低了工业设备的利用率。

结果是，由于较短的耐火材料使用寿命，在将煤粉气化以操作联合动力装置的整体气化联合循环（IGCC）系统中，年度营运天数减少，由此带来经济方面的问题。此外，在利用由煤粉气化产生的合成气生产合成石油或化工原料的设备中，产品的年产量下降，由此带来经济方面的问题。

与这种排渣型气化炉相反的技术包括非排渣型气化技术，这种非排渣型气化技术的典型例子包括流化床气化技术。

在所有流化床气化技术中，额外提供了固态流体介质（通常为沙或煤灰），以便氧化剂和压碎的煤颗粒与所述固体流体介质在反应器中直接接触和混合，促进气化反应。

然而，在这种流化床气化技术中，所述流体介质不能熔融，为此，与气流床气化炉情况相比，仅提供相对较小量的氧化剂，因此流化床气化炉的工作温度大体约为950℃或更低且不能超过1000℃。因此，流化床气化技术具有耐火材料的使用寿命较长的优点。

然而，流化床气化技术具有以下缺点：由于比气流床气化技术更低的工作温度，气化反应很费时；碳的转化率比气流床气化技术低。

此外，它还具有以下缺陷：为了补偿低工作温度，反应器的尺寸需要增加，随着反应器尺寸增加，与大气接触的反应器的外壁面积也会增加，导致热量流失增加。而且，由于相对较低的工作温度，原料没有完全转化为合成气，产生一些液体焦油，引起操作失败或产量较少。

在一些情况下会出现污垢，导致操作失败。