[发明专利]将含碳固体颗粒从常压环境输送到高压环境中的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种将含碳固体颗粒从常压环境输送到高压环境中的方法及其装置。

背景技术

人类社会发展对能源的需求日益增长，在今后相当长的时间内化石能源将一直扮演主要角色，是人类生产生活最常用的能源。应运而生的洁净煤技术，可以将煤等固体含碳颗粒进行大规模高效气化。大规模高效气化技术是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产系统、制氢以及燃料电池等工业过程的基础。煤的大规模高效气化，并不是简单的设备尺寸的大型化，而应是在有限设备尺寸的基础上，通过提高气化强度来实现。因此对煤气化技术提出的新的、更高的要求。目前煤气化技术主要有两种技术路线，一种是水煤浆气化技术，一种是粉煤加压气化技术。在粉煤加压气化技术的诸多环节中，粉煤输送系统是关键技术之一。为了达到煤的高效气化，粉煤的输送方式从最初的稀相气力输送发展到密相气力输送，乃至高压超浓相气力输送。

然而，气力输送粉煤具有诸多的缺陷。这一方面体现在粉煤输送系统的载气用量大，当使用氮气做载气时，合成气氮含量高，对甲醇和煤制油等过程效率影响巨大，不得不使用CO₂做载气，致使CO₂压缩功耗巨大，在一定程度上抵消了干粉煤气化带来的氧耗和煤耗的降低，不能充分发挥干粉煤气化技术原料能量密度高带来的优势。另一方面，气力输送粉煤在实际运行过程中，存在诸多影响粉煤流动性的因素。研究表明（谢晓旭，煤粉流动特性试验研究[D]，东南大学，2007，33-45.），同一煤种、不同粒径分布的粉煤，其流动能力随着粉煤中细粉含量的增加而变差；即使是相同的煤种、相似粒径分布的粉煤，其流动能力也会随着粉煤中水含率的增加而变差；另外，在其他条件类似的情况下，粉煤表面结构的差异对粉煤的流动性也有非常显著的影响。而高压超浓相气力输送过程中由于速度较低，固相浓度很高，流动形态复杂，流动稳定性下降，粉煤中的水分可导致粉煤颗粒之间形成液桥，颗粒表面粘结力增强，摩擦力、粘性力及粘度均改变，出现造粒现象，造成流动的不稳定甚至堵管。因此对气力输送粉煤而言，不论是稀相气力输送还是密相气力输送，以上问题都是无法忽视的。

而且显而易见的是，对于粉煤与其他含碳固体颗粒共混后作为气化原料时，由于粉煤与其他含碳固体颗粒之间的密度及其他性质的差异，通过气力输送无法有效完成上述共混原料的输送。因此研发一种不用气力输送的输送方法是非常必要的。

US3994418公开了一种用于输送固体颗粒的横卧式圆柱体装置，该装置设置一个进料口和一个出料口，在装置内部有一对可以独立往复的活塞，在进料入口处，固体颗粒物料进入两个活塞之间的空间，物料装满后经活塞推动移动至出料口，在出料口，装载固体颗粒物料的空间和气化反应装置的空间相连通，二者压力达到平衡状态，固体物料进入气化反应装置中，卸完物料后，两个活塞之间的空间闭合，共同返回进料口的位置时再分开进行进料。该装置和方法可以不通过气力而将含碳固体颗粒如粉煤等输送至加压气化反应装置中。然而该装置的缺陷在于其运行过程中必定有一个活塞推动杆完全暴露在高压气化反应装置的环境中，这样势必会影响装置的整体使用寿命；另外，该装置内部处于进料口一侧的活塞在推向出料口时，如何能有效避免固体颗粒物料从进料口流入到活塞后面的腔室内，也是需要解决的问题。

US4400125公开了一种将固体含碳颗粒输送到气化反应器的方法和装置。该装置为立式圆柱体活塞结构，在圆柱体的中上部侧位有一固体含碳颗粒进料口，该进料口与物料存储仓相连接，该物料存储仓和圆柱体输送通道之间通过密封闸门相隔离，该圆柱体的下端为固体含碳颗粒的出料口，该出料口通过自复位盖板式封闭装置将气化反应器和圆柱体输送通道相隔开。固体含碳颗粒通过物料存储仓通过自身重力进入圆柱体输送通道后，再由圆柱体内的活塞将圆柱体输送通道的固体含碳颗粒压入气化反应器中，如此循环往复，从而达到将固体含碳颗粒由常压环境输送到加压气化反应器中的目的。该装置和方法主要的缺陷在于，其下端的自复位盖板式封闭装置完全置于气化反应器内的高温高压环境中，在这样严苛的环境下频繁开闭很容易发生故障，可操作性较差，其使用寿命也将大打折扣，而且维修难度和成本很高。另外，固体含碳颗粒在进入气化反应器的过程中，很容易粘到自复位盖板上，会影响其闭合时的密封性，也因此该专利中还设计了吹气孔用于清理粘到自复位盖板上的固体含碳颗粒，整个装置的设计非常复杂，不具备大规模工业化的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种将含碳固体颗粒从常压环境输送到高压环境中的方法及装置。