[发明专利]一种CO2富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的方法

说明书

本发明公开了一种CO₂富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的方法，主要包括：Ⅰ、煤样的采集与制备：采集目标煤层的煤样，干燥、水润、粉碎、制备不同需求的样品；Ⅱ、激光加热：采用CO₂激光束急速加热装置对气化反应釜进行加热升温；Ⅲ、控制反应釜内的气体环境：反应釜内构筑CO₂富集环境，通过调节CO₂的注入量来控制反应釜内的氧气体积浓度为1%~20.8%；Ⅳ、监测与分析合成气产量：对实验过程中的煤样失重率与合成气的生成量进行研究分析。本发明利用CO₂激光急速加热装置对气化反应釜进行加热，在很短时间内就上升到目标温度，避免了煤炭的缓慢氧化，强化了煤炭的失重率与合成气的产量，提高了气化转化效率。

技术领域

本发明涉及一种CO₂富集高压环境下的煤炭急速加热气化燃烧的方法，属于煤气化联合循环发电技术领域。

背景技术

据国际能源数据统计，中国拥有丰富的煤炭资源，可采煤炭储量位居世界第三位，而在二氧化碳排放量中，中国约占全球的19%，其中煤炭火力发电产生的二氧化碳排放量占中国排放总量的30%左右。国际能源机构提议煤作为长期燃料的继续利用应该在有效的碳管理下采用清洁高效的方式。就备受关注的发电技术而言，提高能源效率是二氧化碳减排的杠杆作用之一。当前燃煤发电的科技先进技术面临着两方面的技术挑战：较高的热效率和碳捕集技术。近年来，氧燃料(oxy-fuel)燃烧技术在二氧化碳捕集和低排放的发展上取得了重大的突破。煤气化联合循环(IGCC)发电技术结合碳捕集和封存被认为是未来火力发电厂最理想的选择之一。煤气化是一项已经确立了的技术，煤与氧气结合的气化是一种放热反应并生成由一氧化碳(CO)、氢气(H₂)、碳氢化合物(HCs)组成的可燃性气体以及二氧化碳 (CO₂)。进一步，通过燃烧炉中燃料气与压缩的空气或氧气燃烧产生的高温高压气体联合气体蒸汽涡轮机发电以获取比当前煤炭火力发电厂更高的热效率。一般来说，煤的高温气化是一个非常复杂的过程，其气化化学反应受煤阶、气化最高温度、升温速率、反应时间、气体环境、气体压强等因素的影响。

通常，煤的气化反应依赖于从煤热解中获得的碳含量的反应性。并且，气化炉中合成气（主要是CO、H₂和HCs）产量随碳含量增加而提高。因此，烟煤的气化反应性要好于褐煤的由于碳含量的差异，进而烟煤在气化反应过程中会产生较高的热值。研究发现通过使用电加热的流化床分析了煤的气化反应特性，结果表明煤的气化反应随着温度升高而增强，而且较高的气化温度缩短了气化完成的时间。此外，在标准大气压下研究者在自制的热平衡条件下，以10°C·min^-1的升温速率在1000~1300°C范围内研究了温度对三种煤烧成的炭气化反应特性的影响。结果表明在相同的反应时间内，碳转化随着气化温度的提高而增强，然而，产自低灰分熔点煤中的炭在气化过程中的反应性没有显示过多的依赖温度。特别地，炭的气化速率随着温度升高而增加，而随着碳转化加强而降低。这一研究结果和我们先前的实验结果相吻合。并且，热重-差热分析仪的实验数据显示，在99.99%CO₂气体环境中当温度超过1100°C时残余碳的气化反应特性进一步增强，并在1300°C时达到了最高点。