[发明专利]碳质粉料循环流化床气化转化方法

说明书

碳质粉料循环流化床气化转化方法，可用于加工非常规气化物料如污水蒸汽、污水、煤加氢直接液化残渣粉；可构成分级固体燃烧、分级供热的循环流化床气化方法，以提高气化反应空间温度、同时降低对有效合成气的烧失量、提高蒸汽分解率，在气化炉炉膛的底部燃烧区设置至少2个子燃烧区，第1子燃烧区上升燃烧产物与相遇碳质粉料混合气化转化所得第1气化过程产物与第2子燃烧区上升燃烧产物混合升温气化转化得到第2气化过程产物，最后的气化过程产物排出循环流化床气化炉炉膛；或者设置气化炉炉膛辅助燃烧室向炉膛不同高度位置的气化空间输入高温气固物料；通常含碳粉料包含粉焦；污水蒸汽的蒸发过程可回收煤加氢直接液化过程的中温热。

技术领域

本发明碳质粉料循环流化床气化转化方法，可用于加工非常规气化物料如污水蒸汽、污水、煤加氢直接液化残渣粉；可构成分级固体燃烧、分级供热的循环流化床气化方法，以提高气化反应空间温度、同时降低对有效合成气的烧失量、提高蒸汽分解率，在气化炉炉膛的底部燃烧区设置至少2个子燃烧区，第1子燃烧区上升燃烧产物与相遇碳质粉料混合气化转化所得第1气化过程产物与第2子燃烧区上升燃烧产物混合升温气化转化得到第2气化过程产物，最后的气化过程产物排出循环流化床气化炉炉膛；或者设置气化炉炉膛辅助燃烧室向炉膛不同高度位置的气化空间输入高温气固物料；通常含碳粉料包含粉焦；污水蒸汽的蒸发过程可回收煤加氢直接液化过程的中温热。

背景技术

以下描述高挥发分粉煤的热解分质利用工艺路线，包括粉煤热解过程、热解半焦制氢反应过程、粉煤加氢直接液化过程、污水转化利用以及煤液化残渣转化利用；其中液化残渣可以用作制氢原料，也可以作为燃料进入循环流化床锅炉配煤燃烧。

中国是一个富煤少油缺天然气的国家，长远而言，石油必须实现自给或大部分自给，因此，选择合适煤种(高挥发分、低灰分、高含氢煤种)为原料，经过经济性煤加氢直接液化工艺生产合成油是历史必然，是中国工程技术人员必须完成的历史任务。由于当前中国石油储备已经很少，石油耗量约4.5～6.0亿吨/年，要求上述工程技术快速大规模工业化，也就是说，煤加氢直接液化制油是一个市场巨大足以构成中国中远期经济的一个增长极的大型产业。

根据国家煤制油煤种的评选、普查公开数据，中国存在上千亿吨的适合加氢直接液化的煤炭，它们是高挥发分、较低灰分、氢含量高的低阶煤种，如长焰煤，如内蒙古鄂尔多斯地区、陕西北部的神府煤田的长焰煤煤炭，如新疆哈密地区的长焰煤煤炭，它们的挥发分Vad高达32～53％，灰分含量仅2～9％，分煤热解焦油收率可达15～23％重量(对干基热解粉煤)。

现代化大型煤矿比如低变质煤矿通常采用机械化综采技术以提高采煤效率、降低成本，其煤炭采出品中的粉煤产率约为60～70％，成为主体产品，因此粉煤的深度转化和综合利用技术必将占据现代低变质煤炭利用技术的主体地位，粉煤加工的一个分支领域是“粉煤分质分级利用”，其中粉煤低温热解被视为有经济竞争力的技术途径。本发明所述粉煤低温热解过程，指的是以多产煤焦油为工艺目标的在适宜低温范围内操作的粉煤热解过程。粉煤低温热解过程的主要产品是焦油、煤气、半焦，其中焦油被认为是潜在经济价值最大的产品，通常期望提高其产率或和氢含量，富油煤的粉煤经过中温热解可以得到12～23％(对干粉煤原料重量)的热解焦油，焦油和煤气的价值基本抵消了粉煤热解过程的全部成本，得到的40～65％(对干粉煤原料重量)的热解粉焦是价格及其低廉的低挥发分碳质料，由于热解粉焦数量巨大，必须考虑就地转化问题，比如用于制氢、燃烧发电和产汽，基于煤加氢直接液化全场动力锅炉的燃料平衡和液化残渣配烧试验的比例数据，通常剩余部分液化残渣需要就地转化，很明显，一个主要的加工方向是气化制氢，这是要结合煤加氢直接液化工厂全厂工艺过程进行水、碳、氢的综合平衡的通常推论。

煤加氢直接液化反应、液化粗油后续加氢过程需要消耗大量氢气，按照坑口供煤、就近转化制氢的原则，必然使用基本相同的煤种或其洗选过程富灰煤配套煤制氢过程，为了避免高挥发分煤中的富油高氢结构，经历“富油基团碎裂制氢气、氢气再次与煤液化煤沥青合成油品”的“油制氢、氢气再合成油”的不合理过程，富油粉煤应该先经过粉煤热解过程提取焦油，然后热解粉状半焦作为气化碳料制取氢气，这也是国家确定的合理的煤炭分质利用工艺路线。