[发明专利]一种粉煤-天然气共混加压气化制备合成气的方法及设备

说明书

本发明涉及氮肥厂合成气制备技术领域，具体地涉及一种粉煤‑天然气共混加压气化制备合成气的方法及设备，主要包括反应物料粉煤、天然气和气化剂的制备和输送，在高温高压下进行气化反应，生成以H₂、CO等为主的粗合成气，粗合成气和熔渣的激冷和洗涤等过程。本发明实现了加压粉煤气化工艺和天然气转化工艺的有机耦合，利用加压粉煤气化高温反应热为天然气转化提高热能，不仅有效利用了反应热能，也促进天然气的高效转化，提高了天然气的利用率，达到元素互补、能量充分利用、CO₂超低排放的目的。

技术领域

本发明涉及氮肥厂合成气制备技术领域，具体地涉及一种粉煤-天然气共混加压气化制备合成气的方法及设备。

背景技术

我国有400多家氮肥厂，合成氨产量7000万吨，在国民经济中占有十分重要的地位。合成气的制备主要有煤气化和天然气转化两种工艺，近十年来，国内外积极研发和推广粉煤气化技术，逐步淘汰了传统的固定床气化工艺，煤的转化率提高了36%以上。但仍存在如下的缺陷，气化反应产生的热量利用率低，合成气中H₂/CO小于0.8，需要进行CO的变换CO+H₂O→CO₂+H₂，耗大量水蒸气，还要经低温甲醇洗或液氮洗等工艺脱除CO₂，增加大量动力消耗。与其相反天然气转化工艺需燃烧部分天然气为转化反应提供热量，生成的合成气H₂/CO高达2.0以上，用于生产尿素和甲醇等还必须另外补充碳元素。因此，如何设计一种不仅能使产生的合成气既符合生产尿素或甲醇所适宜的H₂/CO，又能减少CO的变换量和CO₂的排放量，以达到节能减排的目的的工艺，是十分必要的。

发明内容

本发明的发明目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种粉煤-天然气共混加压气化制备合成气的方法，实现加压粉煤气化工艺和天然气转化工艺的有机耦合，达到元素互补、能量充分利用、CO₂超低排放的目的。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种粉煤-天然气共混加压气化制备合成气的方法，包括以下工艺步骤：

（1）制备反应物料粉煤、天然气、气化剂；

（2）物料输送：将制备的气化剂输送至气化炉上部的喷射器内部的气化剂通道，粉煤由氮气输送至所述喷射器内部的粉煤通道，天然气加压后经天然气储罐送至所述喷射器内部的天然气通道；

（3）气化反应：将粉煤、气化剂、天然气由所述喷射器按设定的比例同时从喷射器底部的喷出口以雾状喷入气化炉中部的气化室，发生气化反应，生成粗合成气和熔渣；

（4）粗合成气和熔渣水浴激冷：粗合成气和熔渣通过气化室底部渣口进入气化炉下部的激冷室，粗合成气经水浴激冷洗涤后，从激冷室上部气体出口排入洗涤塔，进一步洗涤净化后进入氨合成系统，熔渣经水浴激冷洗涤后从激冷室底部排入废渣处理系统。

进一步的，在步骤（1）中，所述气化剂和粉煤的制备过程为：利用空分装置从空气中分离出氧气和氮气，氧气进入气化剂混合器按比例与水蒸汽混合成气化剂；氮气加压后送至磨煤机，原料煤输送至磨煤机在氮气保护下研磨成粉煤。

具体的，所述空分装置分离出来的氧气加压至1-8.5MPa，进入气化剂混合器，同时向气化剂混合器送入1.5-9.81MPa压力的水蒸汽，所述氧气与水蒸气的体积比为3-10。

具体的，所述空分装置分离出来的氮气加压至0.004-0.01MPa，送至磨煤机；原料煤在氮气保护下研磨成细度为9-20μm的粉煤。

进一步的，在步骤（3）中，所述粉煤、天然气和气化剂的体积比为0.75-2：1：5.5-7。

进一步的，在步骤（3）中，所述粗合成气主要成分为H₂和CO。