[发明专利]煤气化的方法及其设备

说明书

发明领域

本发明涉及动力工程，特别是涉及煤的热加工，以及本发明可在热电厂中用于改进低等级煤和生产生态上清洁的合成气。

现有技术说明

煤气化法——Luhrgie法是已知的，该法包括将炔煤和气化剂送入气化装置的气化室。水蒸汽或氧气用作气化剂。该法称为自热气化法，因为由一部分燃料燃烧得到所需的能量。工艺温度为900-1400K；煤炔的大小为5-50mm(H.Firrat“发电厂基于煤气化的组合循环的设备”，Metallgesellschaft，1991)[1]。

但是，由于得到的合成气中有高的CO含量，所以这一已知的方法得到低质量的合成气。此外，所述的炔煤加工，使反应表面减小，从因使该法的效率下降。

在本专业中已知的实施Luhrgie法的气化装置包括竖直的气化室、安装在所述气化室顶部的炔煤进料设备以及安装在气化室底部提供气化剂的喷枪。合成气从气化室的顶部排出，而熔渣从气化室的底部排出[1]。

但是，已知的气化装置不能得到高质量的合成气，其效率也不高。

一种根据Koppers-Tohtzeck法在粉状物流中煤气化的方法是在技术实质上最接近本发明的方法，前者包括将粉状煤与水蒸汽和氧一起通过鼓风喷嘴送入气化装置的气化室。生成的气体从气体发生器顶部排出，而液体熔渣从底部排出。由于粉煤用水蒸汽一氧气化，得到高的碳转化率，没有不希望有的半焦状煤产物，并且有可能加工任何类型的煤(“由煤得到的化学物质”，Yu Falbe编辑，莫斯科，化学出版社，1980，615页)[2]。

但是，对于已知的气化法来说，在得到的气体中，通常含有大量的二氧化碳(大约10％)是由于通过部分煤的燃烧来补偿反应的吸热作用。此外，已知的方法需要使用相当大量的氧，从而使制得的合成气的费用大幅度增加。

Koppers-Tthtzeck气化装置[2]是最接近本发明设备的气化装置，该气化装置包括装有反应物进料喷嘴的水平气化室，喷嘴彼此相对排列。生成的气体从气体发生器顶部排出，而液体熔渣从其底部排出。

为了维持燃烧和提高气体热值，氧气用于已知的气化装置，并需要大尺寸的燃烧室。此外，通过吹氧和空气难以优化燃烧过程，从而得到较高的二氧化碳含量和不完全的煤转化。

发明概述

本发明要解决的问题在于实现燃料部分的电热化学预加工，以致在气化过程中提供了吸热反应进程以及提供了稳定的燃烧，随后将燃烧产物送入气化装置的气化室。电热化学预加工使燃料的反应性提高，并能进行受控的燃烧过程，从而提高了生成的合成气的质量及其产率。

根据本发明，为了达到本发明得到的技术结果，在包括将粉状燃料和气化剂用鼓风的方法送入反应室的煤气化方法中，通过将空气—粉煤混合物通过预加工室来进行部分燃料的电热化学预加工；在预加工室中产生低温等离子体流，并与粉状燃料混合，粉状燃料被加热和点燃；然后燃烧过程在预热的膛式炉中维持，此后将燃烧产物送入反应室，将主要的粉状燃料和气化剂流按切线方向送入反应室，从而进行燃料的完全气化。

使用空气作为氧化剂，使用过热水蒸汽作为气化剂。

由于这样的煤气化设备的实施，使本发明得到的技术成就变成可能，该设备包括一圆筒反应室、反应物进料设备和反应产物卸料设备；根据本发明，煤气化设备至少装有两个在直径方向上彼此相对安装的预加工室，并与反应室的下部相连；所述的每一个预加工室都由装有等离子体发生器的膛式炉形式构成；所述的膛式炉以切线方向与反应室相连，并在直径方向上彼此相对安装；所述的反应物进料设备在所述的预加工室之间在直径方向彼此相对安装，并以切线方向与反应室相连。

根据这一方法，提供了多种设计特点的组合：所述的燃料的电热化学预加工，在预热的膛式炉中的燃烧以及部分在反应室中的后燃烧，以便提高主要部分被加工的燃料的反应性。

部分燃料的电热化学预加工(ETCP)可明显加速化学反应的进程，这是由于气化的等离子体过程的优点，即由于提供了大量活性中心(激活的原子、分子、离子、电子、光子)。在预加工室中，进入高温段的煤颗粒受到热的作用，使煤粉化，以致使煤变成细分散煤，从而提高了煤的反应性。膛式炉得到的高温(1600℃)燃烧产物进入反应器空间，提高了反应器空间的温度，在那里燃烧产物与煤中的碳按Bondoir反应进行反应，还原成CO，因此提高了燃料气体的热值。在反应室中高的能量密度可使气化装置的尺寸减小。