[发明专利]一种固定床煤气化炉、固定床煤气化及煤气化制氢系统与工艺方法

说明书

本发明涉及煤气化与煤气化制氢设备系统及工艺，具体说是一种固定床气化炉、煤气化与煤气化制氢系统及工艺方法。所述气化炉包括炉体，炉体设有若干并排的气化室，从气化剂发生装置产生的气化剂，经气化室左右两侧墙壁内的气化剂通道和内侧墙体上均匀设有的布气孔直接送入气化室，使气化室内的煤料与高温气化剂接触实现气化。由多煤气化室组成的固定床气化炉与双集气管网构成煤气化系统，通过协调和分时段煤气化工艺过程控制，实现高效煤气化及有效分离和提高煤气中氢气等主要成分的相对比例和纯度，完成煤气化和煤气化制氢等产品生产。本发明所述的固定床气化炉、煤气化与煤气化制氢系统及工艺方法，效率高，能耗低，实现高效煤气化和煤气化制氢。

技术领域

本发明涉及煤气化设备及工艺，具体说是一种固定床煤气化炉、固定床煤气化及煤气化制氢系统与工艺方法。

背景技术

我国缺油、少气、煤炭资源相对而言比较丰富的自然资源结构，决定了我国能源结构和煤炭长期在工业和经济中的重要地位。如何清洁利用我国相对丰富的煤炭资源，提升我国能源与工业技术水平和发展煤化工已成为国家能源和资源利用的重大发展方向。各种规模的高能耗工业生产和煤化工过程离不开煤气化与合成气的制备，煤气化是实现煤炭清洁和高效利用的主要途径和必要手段。

现有煤气化及其装置和技术，已从最初的常压固定床鲁奇炉技术原理和基本装置结构发展和衍生出种类繁多且不同规模的煤气化技术和装置。一般以气化装置压力可分类为，常压气化和加压气化；以气化温度可分类为，低温气化、中温气化、高温气化；以煤料在气化炉内的移动状态可分类为，固定床、流化床、气流床；以气化煤料的材料状态可分类为，粉煤、块煤、水煤浆；以煤气化采用的氧化剂可分类为，空气、富氧、纯氧；以气化装置煤气产出位置可分类为，一段式、二段式、多段式等等。其中以常压固定床煤气化技术和装置最简单和成本最低。

现有煤气化技术和装置往往是以上多种分类特点的组合和发展，比如常压固定层间歇式无烟煤气化技术、常压固定层无烟煤富氧连续气化技术、鲁奇固定层煤加压气化技术、灰熔聚流化床粉煤气化技术、恩德沸腾层(温克勒)粉煤气化技术、GE德士古(Texaco)水煤浆加压气化技术、多元料浆加压气化技术、多喷嘴(四烧嘴)水煤浆加压气化技术、壳牌(Shell)干煤粉加压气化技术、GSP干煤粉加压气化技术、两段式干煤粉加压气化技术、四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术等等。这些煤气化工艺技术和系统，各有其优缺点和适用范围，完成煤炭气化产生混合煤气。但由于设备系统和技术方法的复杂化，其普及和应用受到设备系统规模和投资规模，以及原料与运行成本等方面的严重限制和制约。

现有固定床煤气化技术及特点

固定床气化炉是最早开发出的煤气化炉，其下部为炉排，用以支撑上面的固定煤层。通常，煤料为块煤，从气化炉的顶部加入；而气化剂(氧或空气和水蒸汽)则从炉子的下部供入，形成气固间的逆向流动。气化剂进入煤气化炉(煤气化装置)，其中的氧与底部的煤料发生燃烧，产生煤气化所需要的热能；通过控制气化剂进入煤气化炉的量，在底部形成和维持一个燃烧-半燃烧层，实现其上方煤层的持续煤干馏和气化反应。这种煤气化技术的特点是技术和炉体结构简单，可为常压或加压气化，但单位容积的煤处理量小、效率低、气化温度低、污染严重、大型化困难。

现有固定床煤气化技术，无论是现有常压还是加压固定床煤气化技术，虽然在规模、效率和设备系统有很大改进，但依然是基于传统固定床煤气化炉结构和原理；其气化剂由氧化剂(空气、富氧或纯氧)和水蒸汽构成，其中氧化剂与煤料在煤气化空间内发生燃烧反应，产生煤料气化所需要的热能；通过控制氧化剂量维持煤料的燃烧-半燃烧状态，生产维持煤气化反应所需要的热能。因而，依然存在设备和生产规模小、效率低、气化温度低和污染严重等问题。

因此，现有固定床煤气化技术和煤气化装置存在以下四个主要缺点：

1)气化剂中的氧与煤气化炉内的部分煤料燃烧生产局部高温；煤气化炉内存在的过高和过低非均匀气化温度分布，导致有效气化温度低、气化与能源效率低和污染排放高，特别是以空气为氧化剂的常压固定床煤气化技术；