一種以炭質(zhì)粉體和天然氣/甲烷為原料生產(chǎn)合成氣的方法
【專利說明】一種以炭質(zhì)粉體和天然氣/甲烷為原料生產(chǎn)合成氣的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源化工技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種以炭質(zhì)粉體和天然氣 /甲烷為原料生產(chǎn)合成氣的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 炭質(zhì)資源是指煤炭、生物質(zhì)、城市垃圾以及其它含碳物質(zhì)的自然資源和生活垃 圾；
[0003] 炭質(zhì)粉體是指由碳質(zhì)資源加工而成的有一定粒度分布的工業(yè)生產(chǎn)用粉狀原料，而 煤是最常見最易得的炭質(zhì)粉體原料。世界范圍內(nèi)煤富油貧氣缺的局面將長(zhǎng)久存在。煤炭是 我國的主體能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%左右，在未來相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，煤炭作為主體能源 的地位不會(huì)改變，煤炭工業(yè)是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)命脈和能源安全的重要支柱產(chǎn)業(yè)，大力研發(fā)煤 化工技術(shù)及其衍生技術(shù)，從深度、全面的思路開發(fā)其應(yīng)用技術(shù)，力求做到煤炭徹底、清潔、寬 領(lǐng)域利用，以期延長(zhǎng)能源資源的使用年限。煤炭資源屬于一次化石能源，未來50年甚至更 長(zhǎng)時(shí)間，化石資源將會(huì)繼續(xù)主導(dǎo)能源資源的市場(chǎng)需求，煤炭資源在化石資源消耗中的份額 將會(huì)繼續(xù)加大，因此，開發(fā)適宜于未來社會(huì)發(fā)展的更加完美的新型煤化工技術(shù)是當(dāng)前的當(dāng) 務(wù)之急。
[0004] 天然氣是除煤和油之外的另一種主要化石資源，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層 氣、泥火山氣和生物生成氣中，也有少量出于煤層，具有單位熱值高、污染小、供應(yīng)可靠、價(jià) 格低等優(yōu)點(diǎn)，已成為世界清潔燃料的主流發(fā)展方向。據(jù)最新的地質(zhì)勘探結(jié)果，我國天然氣探 明儲(chǔ)量為54. 0萬億立方米，儲(chǔ)量有限，因此，開發(fā)對(duì)其更加高效合理的利用技術(shù)成為行業(yè) 內(nèi)研發(fā)的重中之重。
[0005] 隨著我國城鎮(zhèn)化率的提高和社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，因之帶來的城市垃圾、生物 質(zhì)廢棄物等高含碳廢棄物排放量逐年上漲，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境自我消毒能力的范圍，因此，本 著廢棄物資源化利用的原則，開發(fā)針對(duì)含碳廢棄物的利用技術(shù)也在我國開展開來。廢棄物 量大但能效低，需要和其它高能資源合力才能更好的對(duì)其利用。
[0006] 作為能源化工技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)，為生產(chǎn)石油替代品的主要技術(shù)之 一，對(duì)填補(bǔ)近年因石油危機(jī)產(chǎn)生的能源缺口起了無可替代的作用，近10年左右，煤化工技 術(shù)和煤化工產(chǎn)業(yè)得到了高速發(fā)展，規(guī)模和產(chǎn)業(yè)推廣達(dá)到了巔峰，但是，伴生的環(huán)境壓力和能 源利用率不高而造成的浪費(fèi)等問題日益嚴(yán)重，為解決我國能源消耗量日益增長(zhǎng)與能源利用 效率低下之間的矛盾，開發(fā)能源資源綜合利用和復(fù)式利用技術(shù)勢(shì)在必行，尤其開發(fā)以煤炭 為主要原料的化工利用技術(shù)。根據(jù)天然氣化工技術(shù)和煤氣化技術(shù)的客觀存在和能量利用的 實(shí)情，從高效利用的角度來看，二者在化工應(yīng)用時(shí)存在能量和技術(shù)耦合的技術(shù)契合點(diǎn)，因此 依據(jù)先進(jìn)氣流床煤氣化技術(shù)原理開發(fā)一種同爐煤等炭質(zhì)資源和天然氣/甲烷共氣化制取 高濃度（C0+H2)產(chǎn)品氣的氣化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)天然氣和煤炭資源的徹底高效利用。
[0007] 中科院過程工程研究所歐陽朝斌等人（《天然氣-煤共氣化制備合成氣新工藝》） 對(duì)煤-甲烷在固定床氣化爐中共氣化進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)研究，證實(shí)了煤-天然氣共 氣化機(jī)理合理可行；房倚天等人在CN1190475C，發(fā)明名稱《流化床煤與富甲烷燃料氣共氣 化制合成氣的方法》中對(duì)煤_甲烷流化床共氣化技術(shù)方向進(jìn)行了研究；另外安徽理工大學(xué) (《煤與天然氣共同氣化制備合成氣的工藝技術(shù)淺析》）也對(duì)煤-甲烷共氣化工藝進(jìn)行了不 同角度和層次的科學(xué)研究，取得了大量研究成果，但是，這些研究?jī)?nèi)容和專利技術(shù)只是局限 于固定床、流化床，固定床、流化床氣化技術(shù)目前屬于落后的煤氣化技術(shù)，市場(chǎng)前景不佳。就 煤氣化技術(shù)而言，氣流床煤氣化技術(shù)因其工藝、消耗等方面的明顯優(yōu)勢(shì)代表著先進(jìn)性煤氣 化技術(shù)的未來發(fā)展方向，從能源徹底高效利用的角度充分考慮，樹立資源精細(xì)化利用的技 術(shù)思想，開發(fā)氣流床炭質(zhì)粉體-天然氣/甲烷共氣化技術(shù)是新型煤氣化技術(shù)發(fā)展的另一重 要途徑。
[0008] 為此，本發(fā)明人在總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大量實(shí)驗(yàn)研究與分析探討，終于完 成了本發(fā)明。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009][要解決的技術(shù)問題]
[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種以炭質(zhì)粉體和天然氣/甲烷為原料生產(chǎn)合成氣的方法。
[0011] [技術(shù)方案]
[0012] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0013] 本發(fā)明涉及一種以炭質(zhì)粉體和天然氣/甲烷為原料生產(chǎn)合成氣的方法。
[0014] 該方法的步驟如下：
[0015] 讓炭質(zhì)粉體3與天然氣/甲烷4分別通過位于反應(yīng)爐1頂部多通道噴嘴2的炭質(zhì) 粉體通道15與天然氣/甲烷通道16送到多通道噴嘴2球狀內(nèi)置預(yù)混艙20中充分預(yù)混，得 到的預(yù)混物在多通道噴嘴2出口處與由氣化劑通道17送來的氣化劑5匯合，接著送到反 應(yīng)爐1的反應(yīng)室22中，所述的預(yù)混物與所述的氣化劑在溫度1200~1500°C與壓力1. 0~ 10.OMPa的條件下進(jìn)行共氣化反應(yīng)；氣化反應(yīng)生成物接著依次連續(xù)通過箱式激冷筒24、筒 狀水幕墻28和激冷水浴槽27三級(jí)冷卻換熱，再通過安裝在筒狀水幕墻28底部的外旋式切 灰器29進(jìn)行氣固分離，得到灰渣與含有少量飛灰的合成氣；
[0016] 所述的灰渣進(jìn)入激冷水浴槽27,在激冷水中沉降并從激冷水浴槽27底部渣口 7 排出，送到渣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；滯留在激冷水浴槽27中的激冷水為含有細(xì)?；以奶亢?水，從激冷水浴槽27下部通過激冷水浴槽炭黑水管道9排出；
[0017] 所述的含有少量飛灰的合成氣上行沖破激冷水浴槽27激冷水層，從位于激冷水 浴槽27拱頂部的合成氣出口 30排出，通過合成氣管道8進(jìn)入文氏管洗滌器10中，與由洗 氣水管道12送來的加壓洗氣水交匯，進(jìn)行水氣間換熱與浸潤(rùn)飛灰，混勻的氣液固混合物進(jìn) 入濕式除灰塔11 ;
[0018] 來自文氏管洗滌器10的合成氣與飛灰在濕式除灰塔11內(nèi)繼續(xù)與由洗氣水管道12 送來的加壓洗氣水進(jìn)行換熱與浸潤(rùn)；從濕式除灰塔11頂部合成氣管道8排出含有水蒸氣的 合成氣，而被水充分浸潤(rùn)的飛灰沉降到濕式除灰塔11底部的水浴中，得到的濕式除灰塔炭 黑水通過濕式除灰塔炭黑水管道13與來自激冷水浴槽炭黑水管道9排出的炭黑水匯流后 一起經(jīng)黑水總管道14排往后續(xù)黑水處理工段進(jìn)行處理。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式,所述的反應(yīng)爐1由反應(yīng)爐體23、箱式激冷筒24、 激冷水浴槽27與筒狀水幕墻28組成；反應(yīng)爐體23的內(nèi)部空間構(gòu)成反應(yīng)室22,所述的反應(yīng) 室是一種直徑與高之比為1:2~5的圓筒體，所述反應(yīng)室的壁襯為由耐火材料制成的預(yù)制 品或砲筑品。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的多通道噴嘴2由炭質(zhì)粉體通道15、天 然氣/甲烷通道16、氣化劑通道17、設(shè)置冷卻液入口 18和冷卻液出口 19的冷卻液通道與 球狀內(nèi)置預(yù)混艙20組成，這些通道由里向外順序地按照套筒方式同軸裝配；所述的球狀內(nèi) 置預(yù)混艙20的外徑與天然氣/甲烷通道16的內(nèi)徑相同，并且它的中心線與炭質(zhì)粉體通道 15中心線重合；在球狀內(nèi)置預(yù)混艙20壁上均勻分布預(yù)混艙天然氣/甲烷入孔21 ;天然氣/ 甲烷與炭質(zhì)粉體在球狀內(nèi)置預(yù)混艙20中預(yù)混后沿中心線方向離開球狀內(nèi)置預(yù)混艙20,進(jìn) 入反應(yīng)室22中。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述箱式激冷筒24是一種夾套式環(huán)形箱體， 它由內(nèi)圓筒、外圓筒與位于它們兩端的法蘭組成，所述內(nèi)圓筒與反應(yīng)室22的直徑相同，并 且它們的中心線重合，其中一端法蘭與反應(yīng)爐1的下端連接，另一端法蘭與激冷水浴槽27 上端連接；在外圓筒壁上對(duì)稱分布箱式激冷筒入水孔25,在內(nèi)圓筒形壁上對(duì)稱分布若干碗 口面積為S的碗型凹面塌陷，在所述碗型凹面塌陷底部開有橫截面積為s的出水孔26,出水 孔26帶壓水流沿俯角0方向噴出，且S= 5s，2°蘭0蘭6°。
[0022] 所述筒狀水幕墻28由管筒與位于管筒兩段的法蘭構(gòu)成，所述的管筒與所述的箱 式激冷筒