[发明专利]复合式分级气化反应装置及其方法

说明书

本发明涉及一种复合式分级气化反应装置及其方法，解决了现有流化床气化技术中存在的碳转化率和气化强度低、合成气成分复杂的问题。本发明由下方锥形流化床气化段和上方射流气化段组成，下方锥形流化床气化段在600～1000℃下实现大颗粒含碳固体物料的气化，上方射流气化段在1200～1500℃下将未完全转化的细粉颗粒以及有机物进一步转化为合成气，下方锥形流化床气化段使含碳固体颗粒分层气化，两个气化段采用多通道喷嘴相连接，将未完全转化的细粉颗粒以及有机物进一步高效快速转化为合成气的技术方案，可应用于含碳固体物料气化领域。

技术领域

本发明涉及一种复合式分级气化反应装置及其方法，具体涉及一种流化床和气流床复合分级气化反应装置及方法。

背景技术

我国“煤炭相对丰富，油气资源匮乏”的能源结构决定了长期以来煤炭是我国最主要的能源和化工原料，而且在今后较长时期内难以改变。煤炭粗放式的开发和使用造成了严重的环境污染，我国排放的硫化物、氮化物、二氧化碳和粉尘大多来源于煤炭燃烧。煤气化是煤炭高效清洁利用的基础核心技术之一，是发展煤制天然气、煤基化学品(氨、甲醇、二甲醚等)、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等行业的共性技术、关键技术和龙头技术。

煤气化技术的核心设备是气化炉，按照气化炉内物料运动方式可以分为固定床、流化床和气流床三种类型。在三类气化技术中，固定床气化相对简单，需要使用块煤或型煤，合成气中甲烷含量高，但副产物和废水量大，处理工序复杂，环保问题较多。流化床气化床层温度分布均匀，传热传质效率高，煤种选择范围广，可适用于褐煤、长焰煤等劣质，但由于流化床气化炉的操作温度在600～1000℃，在此温度条件下，煤焦需要几十分钟停留时间才能完全转化，但细颗粒在气化炉内的一次停留时间通常在几秒到几十秒内，总反应时间短，碳转化率低，虽然可以通过循环来提高转化率，但还是有部分未转化细粉被带出系统，造成流化床碳转化率低(90％左右)，会产生甲烷、焦油和酚类等副产物。专利CN1038846均公布了一种灰融聚流化床气化反应器，煤种范围宽，适合于高灰、高灰熔点、高硫煤的气化，但煤气夹带细粉量高，总的碳转化率低，且由于操作压力接近常压，气化强度低。气流床技术(如Texaco、Shell、OMB等)采用干煤粉或水煤浆进料，气化能力大，碳转化效率高，是当今先进煤气化技术，近年来发展较快，但在适用高水份、高灰份、高灰熔点等劣质煤时还存在诸多问题。

因而，可以考虑将高效的气流床气化炉和流化床气化炉相结合，研究一种原料选择范围广，碳转化率高，气化强度高，气化反应速率快，环境友好，运行稳定的新型复合式分级气化技术。

发明内容

本发明主要解决的技术问题之一是现有单一气化技术中原料选择范围窄、碳转化率和气化强度低、副产物复杂的问题，本发明提出了一种复合式分级气化反应装置，该装置由锥形流化床气化段和射流气化段组成，将含碳固体原料、气化剂、氧化剂通入锥形流化床气化段内在600～1000℃下进行气化生成一级合成气，一级合成气中夹带的未完全转化的细粉颗粒以及有机物在射流气化段中进一步转化为合成气。提高了原料选择范围、碳转化率和气化强度，并且产物简单，废水中无有机物存在，环境友好。

本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应的气化反应方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种复合式分级气化反应装置，包括锥形流化床气化段、原料进口管、气体分布器、气化剂入口管、氧化剂入口管、气体分布室、中心排渣管、射流气化段、多级旋风装置和多通道喷嘴；