[发明专利]两段煤气化工艺方法

说明书

本发明涉及含碳物质气化，更明确地说，本发明涉及将固体的含碳物质转化成燃值高的燃气产物。

对含碳物质（例如煤）来说，业已发展有三种基本的气化方法：1）固定床气化，2）流化床气化，和3）悬浮床或夹带床气化，本发明涉及第三类悬浮床或夹带床气化方法。

夹带床气化固有的缺点是产生热煤气，为了充分利用煤的热值，必须从煤气中回收热量。众所周知，按照US2957381，US3000711和US3723345，可用水或蒸汽直接骤冷部分氧化的气化反应，或如US3025149所述，用间接热交换的方法，部分冷却气体流出物。然而，大量高温热在骤冷气体流出物时损失掉，却没有提高产生的合成气的可燃值。

夹带床气化的另一个缺点是它产生的超温煤气需要用普通热辐射水管锅炉来骤冷或冷却，以回收热量。因而，煤气在导入热回收锅炉前必须基本冷却，这样，大量有用的高温热基本上损失，此外，热辐射锅炉投资费相当高，因此，选用另一种适于夹带床气化过程的热回收锅炉是节约的需要。

夹带床气化方法另一个缺点是粘性炉渣微粒通过部分气化反应器，会污结回收装置传热面。

在煤气化器中，有些反应是放热的，有些是吸热的。煤气化过程放热反应产生的热可提供吸热反应所需的热量，这种煤气化方法是非常合乎要求的和能效高的。因此，本发明目的是提供一种放热反应器，使含碳物质与含氧气体部分地氧化，它与不燃烧的第二段反应器相连接，该反应器借助另外的含碳物质和水的反应，使吸热反应有效地进行，并产生高质量的合成气。本目的和其它目的可按照本发明下面所述来实现。

大体上说，本发明提供无催化的两段上升气流含碳燃料气化工艺方法，该方法可生产适于火管废热回收装置的无污结可燃气体。该方法第一段或第一步包括：含氧气体流和初次供给的在液体载体中的微粒的含碳固体煤浆，在卧式燃烧成渣反应区，或第一段反应器中燃烧。该煤浆的固体浓度可以是30%-70%（重量）。使用卧式，面对的燃烧器喷嘴，可使卧式反应区内的燃烧温度达到2400°F（1300℃）-3000°F（1650℃）。卧式燃烧器喷嘴最好共轴，但不要求。氧，含碳固体和液体载体转化成蒸气，液体载体的气化物，炉渣，炭和可燃气体产物。反应器内形成的炉渣由于重力流到反应器底部，通过开孔，流出反应器。

在第二段或第二步中，来自卧式燃烧反应器的蒸汽，液体载体气化物，炭和燃气产物在第二段不燃烧的反应器中，与二次供给的液体载体中微粒含碳固体煤浆，进行接触，产生蒸汽，液体载体的气化物，合成气和气体流出物夹带的炭。这里所用的术语“不燃烧的”是指通过加入二次含氧气体流没有引起进一步燃烧，立式第二段反应器中没促进另外的燃烧，和诸如在卧式燃烧反应器中的放热反应。在立式第二段反应器中，吸热反应主要利用卧式燃烧反应器中，燃烧产生的热量。二次供给的液体载体中微粒含碳固体是通过喷嘴喷入立式第二段反应器中，用蒸汽或其他雾化气体可使微粒含碳固体煤浆雾化，并使反应更好地进行。喷射二次煤浆的位置在原喷射位置的下游，这样，可使卧式燃烧反应器排出的气体温度降低，并可更有效利用该过程产生的热量。因此，卧式燃烧反应器主要是氧化反应器，立式第二段反应器主要是提高燃气热值的骤冷反应器。二次供给的煤浆固体浓度是30-70%（重量）。立式第二段反应器的温度是1600°F（870℃）-2000°F（1100℃）。在本发明优选的实施方案中，立式第二段不燃烧的反应器直接与卧式燃烧反应器顶部连接，为了使热的反应物可直接从卧式反应器传送到第二段反应器，并使气态反应产物和夹带的固体热的损失减至最小值。直接连接的另一个优点是保持温度，防止形成的炉渣在第二段反应器中冷却和产生固体沉积物。

从立式第二段不燃烧的反应器顶部排出的合成气和气态流出物夹带的炭在旋风分离器中分离。从旋风分离器排出的炭与形成稀浆的液体载体混合。然后，稀浆在沉淀器浓缩成10-30%（重量）的固体浓缩物。此外，5-20%浓度的炭浆（以加到第一段的固体碳质燃料总量为基）最好与一个或多个微粒含碳固体流（包括初次供给卧式燃烧渣化反应器的）混合后，再加到卧式第一段燃烧渣化反应区，或再循环。

从分离器排出的气体产物进入高温热回收系统，通常，该设备应是热辐射锅炉或水管锅炉。但在这种情况下，上述锅炉的投资费非常高，因此，火管锅炉应具有能满足热回收操作要求的，必要的热交换能力，操作简便和投资费低，此外，附加蒸汽过热器可使效力增加。