二氧化碳/煤焦氣化方法及其設(shè)備的制造方法
【專利摘要】二氧化碳/煤焦氣化方法及其設(shè)備，將水蒸汽、純氧和干煤粉噴入第一爐膛，生成溫度為1400～1600℃的第一爐膛粗煤氣；將該粗煤氣送入第二爐膛并噴入水蒸氣、二氧化碳和焦炭粉，生成煤氣成分和熱值升高而溫度下降的第二爐膛粗煤氣；同時(shí)將第二爐膛混有CO2的粗煤氣送入第三爐膛爐箅上方的回風(fēng)空間，上升的粗煤氣與下行的焦炭塊或型焦逆向而行發(fā)生反應(yīng)，最終獲得溫度為400～500℃的合成氣產(chǎn)品。因此，可從燃煤鍋爐尾氣中回收大量的溫室氣體CO2，變廢為寶，用于成倍生產(chǎn)以CO+H2為主的合成氣，并在催化劑的作用下大批量生產(chǎn)甲醇；或用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，滿足建設(shè)綠色零碳電站的需要。
【專利說明】
二氧化碳/煤焦氣化方法及其設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是一種二氧化碳/煤焦制氣方法，屬潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]申請?zhí)枮?11317809的中國專利文件公布了一種“兩段式干煤粉氣化爐”，該氣化爐具有上下兩段爐膛，在下爐膛段約80%的干煤粉與氧氣和蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，在上爐膛段噴入約20%的干煤粉和蒸汽，其與下爐膛段生成的高溫煤氣進(jìn)行熱解和氣化反應(yīng)后，可使煤氣的可燃成分增加，熱值提高，并使高溫煤氣得到冷卻，有助于煤氣中的熔融態(tài)灰渣凝固并從煤氣中分離出來。雖然該技術(shù)方案和以前的氣化爐相比，提高了碳轉(zhuǎn)化率和熱效率，但產(chǎn)出的煤氣溫度高，顯熱仍未得到充分利用，其效率還有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高效低碳的二氧化碳/煤焦氣化方法及其設(shè)備。
[0004]本發(fā)明方法按如下步驟:
[0005]1、將水蒸汽、純氧和干煤粉在壓力驅(qū)動下不斷地噴入第一爐膛，生成溫度為1400?1600°C、以O(shè)HH2為主的第一爐膛粗煤氣;所說干煤粉粒度優(yōu)選20?90μπι，所說壓力優(yōu)選
3.8—4Mpa0
[0006]2、將第一爐膛粗煤氣送入第二爐膛，并同時(shí)將水蒸氣、二氧化碳和焦炭粉在壓力下不斷噴入第二爐膛，發(fā)生氣化反應(yīng)生成雖混有CO2但與第一爐膛粗煤氣相比、其煤氣成分和熱值升高而溫度顯著下降的第二爐膛粗煤氣；所述焦炭粉粒度優(yōu)選50?90μπι，所說壓力優(yōu)選 3.8—4Mpa。
[0007]3、從頂部往第三爐膛內(nèi)不斷加入焦炭塊或由粉焦、催化劑、粘土沖壓制成的型焦，同時(shí)將第二爐膛粗煤氣經(jīng)輸氣管送入第三爐膛爐箅上方的回風(fēng)空間，上升的粗煤氣與下行的焦炭塊或型焦逆向而行，粗煤氣中混有的CO2全部轉(zhuǎn)化為以O(shè)HH2為主的合成氣，氣體上升到達(dá)出口，獲得溫度為400?500 0C的合成氣產(chǎn)品。所述焦炭塊或由粉焦、催化劑、粘土沖壓制成的型焦的粒度優(yōu)選12?50_。
[0008]以第一爐膛噴入的煤粉重量加上第二爐膛噴入的焦炭粉重量為煤粉焦炭粉的總重量，第一爐膛噴入的煤粉重量占煤粉焦炭粉總重量的75?85%。
[0009]本發(fā)明方法的原理:
[0010]1、第一爐膛內(nèi)發(fā)生高溫高壓氣化反應(yīng)，溫度為1400?1600°C，生成以C0+H2為主的粗煤氣。
[0011]2、第二爐膛內(nèi)發(fā)生如下氣化反應(yīng):C+⑶2 = 2C0(吸熱)，C+H20 = C0+H2(吸熱)，從而生成煤氣成分增加和熱值升高了的粗煤氣，其溫度顯著下降。
[0012]3、對于第三爐膛，通過回風(fēng)空間的粗煤氣，在旋風(fēng)強(qiáng)烈的攪動下，粗煤氣和已經(jīng)混入的二氧化碳?xì)饬髦g的熱量得到交換平衡，溫度下降為900?1100°C，并使粗煤氣的灰渣在強(qiáng)烈的旋風(fēng)中分離，并與爐膛中下落的焦粉灰渣混合沉降，通過爐箅落入渣池。與此同時(shí)，在壓差的驅(qū)動下螺旋上升，進(jìn)入爐膛直達(dá)爐頂，與爐中下行的焦炭相混合，形成氣固相容逆向而行的狀態(tài)。交流中進(jìn)行CO2/焦炭的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)中將粗煤氣中混有的CO2全部轉(zhuǎn)化為以C0+H2為主的合成氣。而反應(yīng)中所必須的熱量(850 °C?1040 °C)全部由第一爐膛中生產(chǎn)粗煤氣的顯熱提供。通過電腦控制、可調(diào)整噴人第一爐膛中的耗氧量，使在第三爐膛中進(jìn)行C+C02 = 2C0，C+H2O = OHH2化學(xué)反應(yīng)所需的溫度達(dá)到最佳狀態(tài)。通過氣化反應(yīng)后的合成氣(包括三個(gè)爐膛中生產(chǎn)的煤氣)繼續(xù)上升與焦炭相混合，并對焦炭逐級進(jìn)行干燥干餾等熱交換過程，使煤氣的溫度繼續(xù)下降，到達(dá)爐上方的出口時(shí)，所產(chǎn)以出+⑶為主的合成氣的溫度為400 ?500°C。
[0013]由于整個(gè)運(yùn)行反應(yīng)過程所必須的熱量均由第一爐膛中所產(chǎn)的粗煤氣顯熱提供，使能耗、氧耗大幅度下降，又可將溫室氣體CO2中的碳能釋放轉(zhuǎn)化為以O(shè)HH2為主的煤氣。平均I公斤焦炭可生產(chǎn)出3.72m3的CO。這當(dāng)中尚未計(jì)入在爐中化學(xué)反應(yīng)C+H20 =⑶+H2產(chǎn)生的合成氣產(chǎn)量。而現(xiàn)代燃煤汽化爐的生產(chǎn)率，I公斤煤僅可生產(chǎn)出1.5?1.92m3的煤氣。相比之下，生產(chǎn)率提高I倍以上;生產(chǎn)成本大幅度下降。并使其出爐的溫度不高于400?500°C，便于簡化煤氣凈化的下一工序。因此，通過CO2/焦炭的化學(xué)反應(yīng)，使粗煤氣顯熱得到充分的回收和利用，熱效率較高，并使自從爐外引入的大量的CO2(與焦炭的質(zhì)量比為3.67:1)轉(zhuǎn)化為以CO+H2為主的合成氣，變廢為寶，所以是一種高效低碳、節(jié)能減排的煤焦氣化方法。
[0014]本發(fā)明設(shè)備的特征在于包括有第一立式爐和第二立式爐:
[0015]第一立式爐的下部為第一爐膛，上部為第二爐膛，第一爐膛與第二爐膛相通，第一爐膛設(shè)煤粉、水蒸氣和純氧噴入口，第一爐膛底部為灰渣水池，第二爐膛設(shè)焦炭粉、二氧化碳和水蒸氣噴入口以及粗煤氣出口 ；
[0016]第二立式爐的中部為第三爐膛，第三爐膛上部設(shè)煤氣出口、頂部設(shè)焦炭或型焦入口、第三爐膛下方設(shè)爐箅、爐箅上方外圍設(shè)與第三爐膛相通的回風(fēng)空間，下方設(shè)灰渣水池，第二爐膛的粗煤氣出口由管道與回風(fēng)空間連通。
[0017]根據(jù)不同的用戶(如燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、煤化工甲醇生產(chǎn)等用戶)，對合成氣的凈化有不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求，現(xiàn)代煤化工有成熟的凈化手段和相應(yīng)的技術(shù)裝置完全可以滿足需要。只要OHH2凈化了，在催化劑的作用下可以直接合成甲醇，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn);而作為燃煤電廠的氣體燃料，將建成名副其實(shí)的高效率、低成本的零碳發(fā)電站。
[0018]換言之，本發(fā)明可從燃煤鍋爐尾氣中回收大量的溫室氣體C02，變廢為寶，用于成倍生產(chǎn)以C0+H2為主的合成氣，并在催化劑的作用下大批量生產(chǎn)甲醇；或用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，滿足建設(shè)綠色零碳電站的需要。
[0019]本發(fā)明的積極效果:和現(xiàn)有技術(shù)相比，可將回收的溫室氣體二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹猱a(chǎn)品中的可燃成分，使以O(shè)HH2為主的合成氣產(chǎn)量成倍增加，在第一爐膛中產(chǎn)生的粗煤氣高溫顯熱能得到充分的回收和利用，燃耗、氧耗降低，提高了熱效率、減少了有害物的排放。本發(fā)明方法和設(shè)備可廣泛用于煤氣、燃煤發(fā)電、化工合成冶金和建材等系統(tǒng)。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例設(shè)備的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0021]見圖1的實(shí)施例設(shè)備:第一立式爐I的下部為第一爐膛2，上部為第二爐膛3。第一爐膛2與第二爐膛3相通，第一爐膛2設(shè)四個(gè)均勻分布的煤粉、水蒸氣和純氧噴入口 4，20為灰渣水池。第二爐膛3設(shè)一個(gè)焦炭粉、二氧化碳和水蒸氣噴入口 5和一個(gè)粗煤氣出口 6。
[0022]第二立式爐7的中部為第三爐膛8，第三爐膛8上部側(cè)壁設(shè)煤氣出口9、頂部設(shè)焦炭入口 10、下部設(shè)爐箅11及灰渣水池12，由下部爐壁14與爐箅11緊鄰上方的回風(fēng)圈21圍成回風(fēng)空間，回風(fēng)空間與第三爐膛8相通。第二爐膛3的粗煤氣出口6由管道13與第二立式爐7的回風(fēng)空間相連通，本實(shí)施例中，第三爐膛8上部的煤氣出口9通過管道15與旋風(fēng)除塵器16連通，旋風(fēng)除塵器16下端的儲雜罐17通過管道18將落下的煤灰、焦粉微細(xì)顆粒等雜質(zhì)通過絞龍送入第二爐膛3下部的高溫處，便于回收再利用，22為送入口。19為初步清潔以O(shè)HH2為主的合成氣出口。
[0023]本實(shí)施例設(shè)備的使用:
[0024]1、將水蒸汽、純氧和粒度為60μπι的干煤粉在4MPa高壓驅(qū)動下不斷地噴入第一爐膛，生成溫度為1500°C左右、以CXHH2為主的第一爐膛粗煤氣；
[0025]2、將第一爐膛粗煤氣送入第二爐膛，并同時(shí)將水蒸氣、二氧化碳和粒度為80μπι的焦炭粉在3.8高壓下不斷噴入第二爐膛，發(fā)生氣化反應(yīng)生成雖混有CO2但與第一爐膛粗煤氣相比、其煤氣成分和熱值升高而溫度顯著下降的第二爐膛粗煤氣；
[0026]3、從頂部往第三爐膛內(nèi)不斷加入粒度為30mm的焦炭塊，同時(shí)將第二爐膛粗煤氣經(jīng)輸氣管送入第三爐膛爐箅上方的回風(fēng)空間，上升的粗煤氣與下行的焦炭塊或型焦逆向而行，粗煤氣中混有的CO2全部轉(zhuǎn)化為以C0+H2為主的合成氣，氣體上升到達(dá)出口，獲得溫度為450°C左右的合成氣產(chǎn)品。
[0027]以第一爐膛噴入的煤粉重量加上第二爐膛噴入的焦炭粉重量為煤粉焦炭粉的總重量，第一爐膛噴入的煤粉重量占煤粉焦炭粉總重量的80%左右。
[0028]以上實(shí)施例只是對實(shí)施本發(fā)明技術(shù)方案舉一個(gè)例子，因此本發(fā)明的范圍不受該具體實(shí)施例的局限。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化碳/煤焦氣化方法，其特征在于按如下步驟: (1)將水蒸汽、純氧和干煤粉在壓力驅(qū)動下不斷地噴入第一爐膛，生成溫度為1400?16000C、以CO+H2為主的第一爐膛粗煤氣； (2)將第一爐膛粗煤氣送入第二爐膛，并同時(shí)將水蒸氣、二氧化碳和焦炭粉在壓力下不斷噴入第二爐膛，發(fā)生氣化反應(yīng)生成雖混有CO2,但與第一爐膛粗煤氣相比，其煤氣成分和熱值升高而溫度顯著下降的第二爐膛粗煤氣； (3)從頂部往第三爐膛內(nèi)不斷加入焦炭塊或由粉焦、催化劑、粘土沖壓制成的型焦，同時(shí)將第二爐膛粗煤氣經(jīng)輸氣管送入第三爐膛爐箅上方的回風(fēng)空間，上升的粗煤氣與下行的焦炭塊或型焦逆向而行，粗煤氣中混有的CO2全部轉(zhuǎn)化為以O(shè)HH2為主的合成氣，氣體上升到達(dá)出口，獲得溫度為400?500°C的合成氣產(chǎn)品； 以第一爐膛噴入的煤粉重量加上第二爐膛噴入的焦炭粉重量為煤粉焦炭粉的總重量，第一爐膛噴入的煤粉重量占煤粉焦炭粉總重量的75?85%。2.如權(quán)利要求1所述的二氧化碳/煤焦氣化方法，其特征在于:步驟(I)中所述焦炭粉粒度為20?90μπι，所說壓力為3.8—4Mpa;步驟(2)中所述焦炭粉粒度為50?90μπι，所述壓力為3.8—4Mpa ；步驟(3)中所述焦炭塊或由粉焦、催化劑、粘土沖壓制成的型焦的粒度為12?50mm ο3.一種二氧化碳/煤焦氣化設(shè)備，其特征在于包括有第一立式爐和第二立式爐: 第一立式爐的下部為第一爐膛，上部為第二爐膛，第一爐膛與第二爐膛相通，第一爐膛設(shè)煤粉、水蒸氣和純氧噴入口，第一爐膛底部為灰渣水池，第二爐膛設(shè)焦炭粉、二氧化碳和水蒸氣噴入口以及粗煤氣出口 ； 第二立式爐的中部為第三爐膛，第三爐膛上部設(shè)煤氣出口、頂部設(shè)焦炭或型焦入口、第三爐膛下方設(shè)爐箅、爐箅上方外圍設(shè)與第三爐膛相通的回風(fēng)空間，下方設(shè)灰渣水池，第二爐膛的粗煤氣出口由管道與回風(fēng)空間連通。4.如權(quán)利要求3所述的二氧化碳/煤焦氣化設(shè)備，其特征在于:第三爐膛上部的煤氣出口通過管道與旋風(fēng)除塵器連通，旋風(fēng)除塵器下端的儲雜罐通過管道與第二爐膛下部的高溫處連通。
【文檔編號】C10J3/72GK105925313SQ201610561674
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月17日
【發(fā)明人】董銀談, 董寶蓮, 董榮, 徐澤濤
【申請人】昆明新能源發(fā)展有限公司