[发明专利]一种粗煤气中焦油组份及含碳颗粒的转化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤及生物质制粗合成气的深度净化处理技术，具体涉及一种粗煤气中焦油组份及含碳颗粒的转化装置及方法。

背景技术

洁净煤技术主要是指通过煤的热解、气化工艺，碳一化学与不同单元过程的优化集成组合，用于生产各种石油基替代燃料、高附加值化工产品的工艺技术体系。煤气化技术是洁净煤技术的核心及关键技术之一。煤的气化产物在电力生产、城市供暖、燃料电池、液体燃料及化工原料合成等方面有着极其广泛的应用。从这个意义上讲，煤气化是发展煤基多联产工艺系统（如IGCC）、煤基化工和清洁能源系统的重要基础。作为煤基化工合成工业体系的龙头的煤制合成气，不仅可以用于制取清洁汽油、柴油、醇醚等液体燃料，也可以将产业链拓展至合成氨及其后端产品甲醇、乙二醇、低碳烯烃等的生产。此外，以合成气为原料，还可以合成光气、二甲基甲酰胺、二甲醚、甲胺、甲酸、醋酸等重要的化工原料及产品。

迄今为止，煤气化技术已经发展了200多年，按照气化炉内物料的接触方式进行分类，已经实现工业化应用的气化炉分为固定床气化炉、流化床气化炉及气流床气化炉三种。按照操作压力区分，气化炉又可以分为常压气化炉及加压气化炉。常压气化炉主要有UGI固态排渣固定床气化炉、Winkler流化床气化炉和Koppers-Totzek气流床气化炉；加压气化炉主要有Lurgi液态排渣固定床气化炉(BGL)、HWT以及Texaco(水煤浆气化)、GSP、Shell、E-gas气流床气化炉等。固定床气化炉以Lurgi加压气化炉为代表，虽然具有生产能力大，煤种适应性广，出口煤气温度低，冷煤气效率高的优点，但同时其出口煤气中甲烷、焦油、酚等含量较高，煤气成份中CH₄含量高达16～18%，且会产生大量需要处理的冷凝水，冷凝水中含大量的焦油、酚、脂肪酸及氰化物等污染物。原料应为5～55mm的块煤，并且不能处理粘结煤。因此若用于制取合成气，存在原料和气体净化所需费用较高的不足之处。以Winkler气化炉及高温Winkler-HTW气化炉为代表的流化床气化炉工艺则具有处理量大、气化强度大(比固定床气化炉高2～3倍）炉内传热传质效果好、粗煤气中焦油及酚类物质含量低的优点。其不足之处在于为防止炉内结渣,保持正常流态化,操作温度较低(850～1000℃)。因此，要取得比较合理的碳转化率，入炉煤必须具有很好的反应活性，也就要求反应温度在1000℃左右，此时碳的转化率可达到95%以上。能够达到这种反应活性的煤种只有褐煤。如将低活性煤及其他低活性燃料加入气化炉中，则其相应的碳转化率会很低，同时，床内灰渣和飞灰中的碳含量较高(达煤量的20%)，煤气和过程利用效率低，必须另设锅炉燃烧。气流床气化炉是另一种气化装置。这种气化炉的操作温度在煤灰的熔融温度以上(或者煤渣的粘度小于250P)。虽然所得煤气不含焦油、酚类等，但气流床气化炉中气固并流流动，煤气出口温度过高(1400～1500℃)，因其床层温度高，导致氧耗增大，同时煤气出口温度偏高，使部分能量转化为热能，煤气显热损失增大。由于所有的煤灰都要被熔化到低于一定的粘度，这种气化炉很难适合高灰熔点的煤种。此外，气流床气化炉对耐火材料也有苛刻要求，废热回收的设备的投资也进一步提高了该气化工艺的运行费用和投资成本。

对于以生产合成气为目的的气化炉，最理想的气化炉应当是：所产煤气中不含任何焦油组份及甲烷，同时具有广泛的煤种适应性。还可以最大限度的将煤中的能量转化成煤气的化学能，而不是转化为显热。这就出现了所谓分段气化的概念。其中具有代表性的工艺就是日本的Ebara过程(US Patent6902711)。在此两段气化炉中，一段炉是一个流化床气化炉，二段炉是一个熔融床的气流床气化炉。虽然此气化炉具有一段容易进料、二段无甲烷和焦油产生的优点，但是由于所有的飞灰都要在二段炉熔化，氧耗较高，并且很难适用于高灰熔点的煤种等缺点。

综上所述，现有的煤气化技术都不同程度的存在着气化产生的煤气中粉尘、焦油含量超标的问题，现阶段，煤气化技术的发展趋势主要是围绕降低气化温度和能耗、减少煤气中焦油含量、改善气体品质和提高气化过程综合效率等问题，开发原料适应性广,尤其是适用于劣质煤和生物质等低能量密度原料且工艺简单、环境友好的新型气化工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决现有煤气化工艺中产生的煤气中焦油及含碳粉尘浓度较高，煤气品质较差的现实问题，在相对较低温度下运行，高效去除粗煤气中焦油、烃类组份及前段未完全转化的含碳颗粒的粗煤气中焦油组份及含碳颗粒的转化装置及方法。