CN104046392A - 用于煤气化器的预燃方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽化方法，使用由煤气化器产生的热解和/或吹扫气流作为燃烧器和燃烧室原料。燃烧器和燃烧室在存在煤粉和/或粉碎的焦炭的情形下与含氧气流一同燃烧热解和/或吹扫气体，由此得到的热的燃料气体流供入气化器并在那里提供热量和反应成份以帮助煤炭的气化。气化器产生热解和吹扫气体，该气体被回收并被供入燃烧器和燃烧室。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤气化器的预燃方法。
背景技术
可以气化无烟煤的间歇式煤气化器在小型化学工业中应用的相当广泛。尤其在中国，数千的间歇式煤气化器被用于将煤炭转化成氨的行业。然而，由于其效率低，产出低以及释放大量的污染物，传统间歇式气化器已经开始失去其在化学工业中作为原料发生器的优势。而且，这些型式的煤气化器热效率低，这就使得其运行费用更加昂贵。
间歇煤气化器也可以被用于生产应用于液体燃料、氢气、气体燃料以及冶金操作中的合成气或混合气。
这些较低的效率导致了较高的运行成本以及较低的碳转化率。这就致使通过转化过程产生的原料混合气中所需氢气和一氧化碳的燃气浓度低。这些较低的效率意味着具有较高碳排放的大量污染物被排向大气。
在气化过程中，气化器中煤床与空气以及水蒸汽相继接触。在氧化阶段，煤床温度升高并产生包括二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽、氢气、甲烷以及其他碳氢化合物在内的气态混合物，该气态混合物被称为吹扫气体。此后，向气化器内喷射水蒸汽并生成主要包括一氧化碳以及氢气的原料合成气。
所需的最终产物以混合气为代表但是所产生的气体也可以进一步反应以生成额外量的氢气。通过使合成气进行费托反应以进行又一些链烷的生产。或者，对煤气进行水-气变换反应以生产更多的氢气。
本发明对这些低效之处提供了一些改进，该改进是通过使吹扫气体以及附加有粉末状底部焦炭的煤粉由气化器向氧化燃料燃烧器/燃烧室再循环以产生蒸汽并在氧化阶段前向气化器中喷射高温的燃料气体来实现的。燃烧室的燃料气体用于煤床的除湿和除去挥发。由此通过使煤粉再循环和再燃烧来提高碳转化率以及减少排向大气的粉末颗粒。进一步会使原料混合气中所需的且有用的气体成份一氧化碳和氢气增加。
发明内容
本发明的第一个实施例中，揭露了一种包括以下步骤的气化方法：
a)向燃烧器供入含有煤粉(和/或来自气化器的粉碎的底部焦炭)的热解气；
b)向燃烧器中供入含氧气体以及低热值燃料气体；
c)从燃烧室向气化器中供入热的燃料气体以生产热解气；以及
d)回收热解气。
该气化方法为煤炭的气化但也可应用于使用其他反应材料的其他气化过程。该气化方法优选分批式操作，其中热解气被燃烧并被供入气化器，气化器于是将进行合成气的生产。然而，这整个过程应当连续进行，藉此当气化器产生合成气的同时从气化器中回收的热解气被供入燃烧器和燃烧室组件。
从气化器中回收并被供入燃烧器和燃烧室组件的热解气典型地由氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷以及其他碳氢化合物组成。
燃烧室与燃烧器以及气化单元流体连通。
含氧气体从包含氧气或富氧空气的组合中选出。
术语“低热值燃料”指的是可燃含量相对较低的燃料，例如氢气、一氧化碳、甲烷或其他碳氢化合物。
通过在燃烧室周围安装水膜壁可以产生水蒸汽。
流出燃烧室的热燃料气体温度在800-900℃之间并典型地含有飞灰，该飞灰在进入气化装置前通过传统装置从其中去除。该热燃料气体流出燃烧室并以10000-20000Nm3/h的速度被供入气化器。典型性的，该热燃料气体被供入气化器的顶部。
气化器生产主要包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气以及甲烷的热解气和作为其计划产物的合成气。合成气被回收并被供入存储或其他单元操作借以应用氢气以及一氧化碳。热解气基本上是废气流，该废气流在本发明方法中回收的并供入燃烧器借以燃烧并将燃烧的燃料气体供入气化单元。热解气是在气化器的高温热解阶段当从燃烧室中产生的高温燃料气体与煤床进行反应时产生的气体。热燃料气体典型性地由二氧化碳、氮气以及飞灰组成。
除了作为希望得到的气化最终产品以及热解气的合成气外，还会产生吹扫气体。该吹扫气体从气化器吹扫阶段产生，在吹扫阶段煤床与气化器内部的空气燃烧以提高煤床温度。本发明意于，该吹扫气体能够形成供入燃烧器的热解气的一部分并由此也能够从气化器中被回收。
这样，整个气化过程可被视为三步。第一步是热解，其中来自于燃烧室的燃料气体同煤床发生反应而生成热解气。第二步是吹扫，其中空气同煤床发生反应而生成吹扫气体。第三步是气化，其中蒸汽同煤床发生反应而产生合成气。
本发明的方法能够应用于处理无烟煤或煤球的多种固定床的间歇式气化器。这些煤炭典型性地以大的集合体或块的形式(尺寸：25-75mm)存在于气化器中。
气化器操作中，底部焦炭被收集、粉碎并随着气化器热解气和/或吹扫气体被运送至燃烧器，由此提供燃烧室的燃料。此种粉碎的焦炭源自于底部焦炭并在颗粒尺寸上通常大于煤粉并且在大约十毫米的量级上。指出的是，底部焦炭在随煤粉进入燃烧器前被粉碎。因此在本发明的实践中，粉碎的焦炭可以作为煤粉的附加而供入燃烧器。由燃烧室产生的热燃料气体进入气化器后与气化器中的煤床接触。已经被除湿以及除挥发的煤炭会反应产生热解气，接着进行传统的间歇式固定床气化器运行过程，包括氧化阶段(产生吹扫气体)和气化阶段(产生合成气混合物)。合成气可以被存储或直接送到需要氢气和/或一氧化碳的化学操作中，并且热解气/吹扫气体可以直接供入燃烧器和燃烧室组件中。
附图说明
附图是附连有预燃烧组件的间歇式煤气化器的示意图。
具体实施方式
本发明提供了安装在固定床的间歇式煤气化器上游的预燃烧室的使用。
参见附图，附图描述了由反应器组成的固定床的间歇式气化器单元A，其中块煤煤床位于炉篦D上方以允许底部进入气体或蒸汽的分配。燃烧室C的燃料气体出口的温度通常大约为800-900℃。含氧气体通过线路1供入燃烧器B。燃烧器B设置为通过线路2接受来自于气化器A的排出气流。该气流由主要成份为氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气以及甲烷的热解气及吹扫气体组成。该热解及吹扫气流也可以包含来自于气化单元A的煤粉或粉碎的焦炭。燃料、含氧气体和热解气混合物从燃烧器供入燃烧室C。水蒸汽从安装在燃烧室C周围的水膜壁产生。
供入燃烧室C的混合物反应形成主要组成为二氧化碳、氮气、飞灰和一些水蒸汽的燃料气体流。即将流出燃烧室C的此种燃料气体温度在800-900℃。该燃料气体流通过线路3供入气化器A。
来自于燃烧室C的燃料气体流将通过线路3进入气化器A并为发生在气化器A中的除湿和除挥发过程提供热量。在燃烧室C中，氧气和热解/吹扫气体以及粉碎的焦炭(和/或煤粉)进行反应。反应物所有成份的相对百分含量为10-15％氢气、15-20％一氧化碳、3-8％二氧化碳、35-40％氮气、3-8％甲烷和25-30％的氧气，带有300-500千克/小时(Kg/hour)、含有大约20％重量百分比碳的气化器底部焦炭。这些反应物通常以10000-20000Nm3/h的速度供入。
从气化器A中除湿以及除挥发过程中产生的热解气体通过线路2收集并再循环至燃烧器B。此后，气化器的操作转入传统模式以生成吹扫气体(来自于氧化过程)和合成气(来自于气化过程)。吹扫气体通过线路2离开气化器A，返回燃烧器B。合成气通过线路6被送入下游装置。
本发明参考相关典型实施例来描述的同时，显然本发明具有很多对本领域技术人员显而易见的其他形式以及修改。本发明所附的权利要求通常被构造为覆盖所有这种在本申请真正精神和范围内的明显的形式及变型。
Claims (17)
1.一种气化方法，包括以下步骤：
a)从气化器向燃烧器供入含有煤粉的热解气；
b)向所述燃烧器中供入含氧气体以及低热值燃料气体；
c)从燃烧室向所述气化器中供入热的燃料气体以生产热解气；以及
d)回收所述热解气.
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化方法分批执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化方法为煤炭的气化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解气包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷以及其他碳氢化合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室与所述气化器流体连通。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体从包含氧气和富氧空气的组合中选择。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过安装在所述燃烧室周围的水膜壁产生水蒸汽。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离开所述燃烧室的热的燃料气体的温度为800-900℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)中的热解气被供入到所述燃烧器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热的燃料气体以10000-20000Nm3/h的速率从所述燃烧室供入所述气化器。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热的燃料气体被供入到所述气化器的顶部。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)中的热的燃料气体包括二氧化碳、氮气、飞灰以及水蒸汽。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧器和所述燃烧室流体连通。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含从所述气化器向所述燃烧器供入粉碎的焦炭的步骤。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低热值燃料从包括氢气、一氧化碳和甲烷的组合中选择。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述气化器中回收吹扫气体的步骤。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述气化器中回收合成气的步骤。
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