[发明专利]煤的高温气化法

说明书

本发明属煤气化领域。

对比文献：1980年4期煤炭综合利用译丛第31页，“U-Gas工艺的开发”。70年代美国煤气工艺研究所（IGT）发展了煤末灰团聚沸腾气化（即流化床气化），使碳的利用率由30年代的70%提高到95%，但用常温空气一蒸汽气化所得到的煤气热值仍很低，只有1075千卡/标米³，仍停留在30年代的水平上（表1），其他用空气一蒸汽气化的沸腾气化炉如西德温克勒炉，美国KRW炉和苏联吉阿普炉煤气热值也都不超过1100千卡/标米³，都达不到燃料气1400千卡/标米³的要求，更达不到原料气的要求，其煤气热值之所以普遍较低的原因，是由于随气化剂中空气带入的大量氮气冲淡了煤气中可燃成份的浓度，煤气中的氮含量均高达50%以上（表1）。上述沸腾气化炉在改用氧气一蒸汽气化后，由于气化剂中不含氮气，生成的煤气中氮含量降至0～1%，煤气热值普遍提高到2000～2200千卡/标米³。鉴于空气一蒸汽气化均达不到工业生产要求，目前世界各国煤气化都纷纷转向了氧气一蒸汽气化。但氧气一蒸汽气化，投资大，成本高，难以普遍推广。

因此，如何以最经济的手段有效地减少或除掉煤气中的氮，浓缩煤气成份，以提高煤气热值，是煤气化的一个中心问题。

本发明“煤的高温气化法”的任务是：在不用氧气或少用氧气的条件下生产廉价的燃料气和原料气（包括工业燃料气、联合发电燃料气、城市煤气、合成氨原料气和化工合成原料气）。其特征是用800

～2300℃的高温空气一蒸汽混合气或800～2300℃的高温富氧空气一蒸汽混合气代替氧气一蒸汽作煤的气化剂，高温气化剂的最佳温度为1000～1600℃。高温气化剂中绝大部分是蒸汽，蒸汽体积比随气化剂预热温度不同而不同，其最佳蒸汽体积比为40～75%，以用在沸腾气化炉效果最佳。

提高气化剂预热温度的目的是为了促进炉内蒸汽气化，减少空气气化，以减少随空气带入的氮气，达到在不用氧气或少用氧气的情况下提高煤气热值的目的。

由水煤气反应式（1）可知：

蒸汽气化生成的水煤气中只含Co+H₂，同样不含惰性气体氮气，因此煤气浓度同样较大，其热值相当于氧气煤气。显然，在有碳存在的条件下，从水蒸汽分解获取纯氧（H₂O→H₂+ 1/2 O₂）（并产生对煤气有用的氢气），比利用制氧机获取纯氧要简单而且经济得多。但蒸汽气化是吸热反应，没有外供热量，反应将因温度的不断下降而中止进行，外供热量愈大，蒸汽气化所占比例愈大，煤气热值愈高。

现有技术中，水煤气发生炉就是利用块煤作热载体为蒸汽气化提供外供热量的。但这种以块煤作热载体的生产方式的缺点是：（1）间歇性生产，当红热块煤所积蓄的热量被水蒸汽吸热反应带走后，必须切换工序，重新把块煤加热后，才能再次气化，因此工艺复杂，气化强度低;（2）必须用块煤作原料（资源短缺）;（3）必须用固定床气化，有干馏物污染（环保差）。

本方法实际上是以高温空气一蒸汽混合气或高温富氧空气一蒸汽混合气作热载体代替以块煤作热载体的现有技术，为蒸汽气化提供热源。优点是可连续气化，可用资源丰富的劣质煤末代替优质块煤，并达到消除污染的目的。

虽然普通钢管预热器的预热温度只能达到350℃，耐热钢管预热器的最高预热温度也只有700～800℃，但随着现代科学技术的发展，以耐火材料为材质的高炉蓄热式热风炉的预热温度则已普遍达到了1000～1300℃，磁流体发电的蓄热式热风炉进一步达到了1600℃，最高达2000℃，从而为煤的高温气化法奠定了可靠的实施条件。

气化剂温度愈高，所含的热量愈多。当气化剂预热到2100～2300℃时，高温气化剂所带入的物理显热可满足100%蒸汽气化所需的外供热量要求，即可达到纯蒸汽气化，煤气热值可提高到2350千卡/标米³。但目前世界热风炉的预热温度一般情况下只能达到1000～1600℃，1600℃以上难度较大，尚不易达到。因此高温气化剂所能提供的显热只能满足部分蒸汽气化所需的热量，一部分气化仍需由不需外供热的空气气化来完成。这就是本方法提出的用高温空气一蒸汽混合气或高温富氧空气一蒸汽混合气而不是用单纯的高温蒸汽作煤的气化剂的理由。