[发明专利]含碳有机物气化方法、及气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种含碳有机物的气化方法及用于上述含碳有机物的气化方法的气化炉。

背景技术

煤的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。以煤气化为基础的能源及化工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤的气化是使煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转变为燃料用煤气或合成用煤气。习惯上将气化反应分为3种类型：碳-氧间的反应、水蒸气分解反应和甲烷生成反应。

（1）碳-氧间的反应：

C+O₂→CO₂+CO

（2）水蒸气分解反应：

C+H₂O→CO+H₂

C+2H₂O→CO₂+2H₂

这两个反应是制造水煤气的主要反应，均为吸热反应。

反应生成的一氧化碳还可进一步和水蒸气发生一氧化碳变换反应：CO+H₂O→CO₂+H₂

（3）甲烷生成反应：

煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢气反应以及气体产物之间反应的结果。

C+2H₂→CH₄

CO+3H₂→CH₄+H₂O

2CO+2H₂→CH₄+CO₂

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O

水煤浆气流床气化是指煤或石油焦等固体碳氢化合物以水煤浆或水炭浆的形式与气化剂一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与料浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。具有代表性的工艺技术有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气化技术、道化学公司开发的两段式水煤浆气化技术、中国自主开发的多喷嘴煤浆气化技术，它们当中以德士古发展公司水煤浆加压气化技术开发最早、在世界范围内的工业化应用最为广泛。水煤浆气化反应是一个很复杂的物理和化学反应过程，水煤浆和氧气喷入气化炉后瞬间经历煤浆升温及水分蒸发、煤热解挥发、残炭气化和气体间的化学反应等过程，最终生成以CO、H₂为主要组分的煤气（或称合成气、工艺气），可以用于合成氨等工业生产中。灰渣采用液态排渣。水煤浆气化技术，相比干粉进料更安全且容易控制，流程简单，技术成熟。但是，水煤浆技术首先要制备出性能较好的高浓度水煤浆，用于气化过程，所以其对原料煤限制比较严格，气化用煤的灰熔点温度T3值在低于1350℃时才有利于气化，煤中灰分质量分数不宜超过13%～15%，煤内水分质量分数低于8%才能制成60%～65%浓度的水煤浆，装置运行才较为平稳和经济。很多经济适用的煤种都需要加入化学添加剂才能制得满足工艺要求的合格水煤浆。添加剂的种类和用量与煤种之间的匹配性都是水煤浆成浆性能方面需要研究的热点问题之一。对于灰熔点较高，灰量偏大的煤种，需要添加助熔剂，但是添加助熔剂之后又颇受某些设备及管道堵塞结垢的困扰；水煤浆中水分的质量分数为35%～40%，含水量太高，使冷煤气效率和煤气中的有效气体成分（CO+H₂）偏低，氧耗、煤耗均比干法气流床气化高一些；另外，其对炉内耐火砖冲刷侵蚀严重，喷嘴使用周期短。