[发明专利]多区共气化器、其操作方法和改造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是题目为″多区共气化″、申请日为2008年12月11 日的美国临时专利申请No.61/121560的部分继续，其结合在本文中作 为参考。

背景技术

本发明通常涉及一种气化系统，更具体地说，一种多燃料、 多区气化系统。

由于提高的原油价格，和煤的较长期的可用性，煤正被视 为今后的一次燃料中的一种。煤的气化是一种这样的选择，相比于其 它由煤产生能量的方法，如粉煤燃烧，其在环境上是更有利的。煤气 化系统能够被设计以便在作为气化结果产生的合成气的燃烧前除去 CO₂。然而，CO₂的埋存(sequestration)是一种目前正在开发的技术并 且还没有在工业规模上示范。

生物质的气化是另一能量产生选择。它使用了可再生的原 料-生物质。生物质的一些实例包括木材及其他源于植物的原料。植物 在其生长期间消耗来自环境的二氧化碳。如果在气化中利用生物质， 由于气化在环境中释放的CO₂的量，相应于在植物生长期间所消耗的 CO₂的量。因而植物生物质的气化或燃烧没有向环境中增加额外的 CO₂。因此，生物质的使用被看作是碳中性的。与其它含碳原料相比， 植物生物质能够较快地生长。利用生物质原料有助于降低对化石燃料 的依赖，因为它们是可再生的并且能够较快地生长。因而，生物质用 于发电的用途从可持续和环境影响的观点来看是有吸引力的。

然而，与煤相比，生物质包含大量的氧和水分。灰分含量 还可能是显著更高的；灰分的确切数量取决于所使用的生物质的来 源。由于上述这些本身不具有任何热值的组分，生物质的卡值相比于 煤来说是低得多的。由于较低的热含量，在与煤燃烧可比的规模上的 生物质的气化，如为产生100MW的电量，需要大量的生物质，数量 级为每年数十万吨。确保这样大量的生物质的稳定供应变得困难。因 而，由于在获得大量原料中的供应链问题，仅仅基于生物质作为原料 的大系统往往变得几乎不可行。因此，专用生物质转化设备如燃烧生 物质的锅炉或气化器一般地在尺寸上受到限制，至多25MW的热当 量。

使用煤和生物质两者的气化系统具有明显的优点。这样的 系统早先地已经被提出并且被开发，但是这些已经面临许多的操作问 题。最简单的共气化系统使用现有的煤气化系统并且向煤中添加生物 质。一些技术开发者试图开发一种用于生物质与煤的共喷射系统，但 是这样的系统一般地被限于小于5-10％的生物质，按能量含量计。例 如由于因为煤和生物质颗粒的不同密度、尺寸和形状造成的进料和存 储系统中的层形成，这样的共喷射方法不能容易地被延伸到较大量的 生物质。

这些系统面临多种问题，不仅与气化器有关，而且与辅助 系统如进料处理系统有关。例如，许多类型的生物质具有纤维状特征， 与较脆的煤相比，这使得研磨困难。常用的尺寸减小设备不能处理煤 和生物质的混合物，或不能产生令人满意的成果。

令人期望的是在没有不得不面临上述问题的情况下，具有 能够气化煤和生物质两者的气化系统。还令人期望的是开发操作气化 器的方法，所述气化器能够气化多种燃料而没有操作问题。还令人期 望的是具有这样的方法，其能够改造现有的煤气化器以便获得燃料柔 性。

发明内容

简要地，根据本发明的一种实施方案，提供了一种气化器。 该气化器包括第一气化区，其用于使用氧化剂气化高卡值原料。氧化 剂基本上在所述第一气化区中被消耗。该气化器还包括第二气化区， 其用于气化低卡值、高氧含量原料。

在另一实施方案中，提供了一种多燃料气化器，其包括用 于煤的气化的第一气化区。第一气化区具有至少一个煤喷射器 (injector)、至少一个蒸汽喷射器和至少一个氧化剂喷射器。第一气化 区被配置成在气化期间基本上消耗通过所述至少一个氧化剂喷射器 喷射(injected)的氧化剂。气化器还包括第二气化区，其用于使用来自 所述生物质的氧含量来气化生物质。