采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺.pdf

一种采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，其特征在于：在两段式加压气化炉中的第二段注入二氧化碳和煤粉或二氧化碳和水煤浆。本发明在两段式加压气化炉中的第二段采用二氧化碳气化或二氧化碳加水蒸气混合气化，不需要系统冷煤气回注以及喷水减温装置，系统设备相对简单，而且降低了生产过程的可用能损失，减少耗氧量，对煤化工以及清洁能源发电领域有重大意义。

1、  一种采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，其特征在于：在两段式加压气化炉中的第二段注入二氧化碳和煤粉或二氧化碳和水煤浆。

2、  根据权利要求1所述的采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，其特征在于：所说的两段式加压气化炉的第二段和第一段的投煤比为0.2-0.4。

3、  根据权利要求1所述的采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，其特征在于：所说的第二段注入的二氧化碳与煤粉的比例为1∶1.2-1.6。

4、  根据权利要求1所述的采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺，其特征在于：所说的第二段注入的二氧化碳与水煤浆的比例为1∶0.8-1.1。

采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺
技术领域
本发明涉及一种用于煤(或其它固体燃料，如石油焦和生物质)化工或整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统的加压气化工艺，具体涉及一种采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺。
背景技术
以煤气化为基础的能源及化工系统正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要的发展方向。石油焦和生物质气化技术的发展也同样受到人们的重视。目前，在大容量IGCC示范或商业电站中都采用气流床气化技术。世界上比较成熟的气化技术主要是壳牌(Shell)公司加压干煤粉气化技术和美国GE公司的水煤浆气化技术。他们都拥有各自的技术特点。例如，Shell气化技术的冷煤气效率以及碳转化率较高，为了降低气化炉合成气出口温度，将约50％的系统下游冷合成气回注。这样，不但加大了气化炉下游设备的尺寸和负担，还在很大的程度上提高了整个过程的可用能损失。西班牙Prenflo干煤粉气化技术也是基于此设计的，该技术的冷煤气回注比率更高。美国GE公司的水煤浆气化技术的优点在于炉体构造简单，水煤浆输送设备和操作过程相对干煤粉输送简单，但是，冷煤气效率及碳转化率较低，而且喷嘴寿命较短，可用率较低(Higman，C.and Burgt，M.，Gasification，ISBN 0-7506-7707-4，Elsevier，2003)。
迄今为止，世界上典型的两段式加压气化技术有：E-Gas两段式水煤浆气化技术、西安热工研究院的两段干煤粉气化技术和日本三菱公司的两段干煤粉空气气化技术。他们都有各自的技术特点。三菱公司的气化技术，由于采用空气气化，系统各设备庞大，而且空气中的氮气为将来的二氧化碳分离带来了很大的困难。E-Gas气化技术因为第二段采用水煤浆，一段的气化显热主要用于蒸发多余的水，所以系统可用能损失较高(许世森，张东亮，任永强.大规模煤气化技术.北京：化学工业出版社.2006)。西安热工院的两段气化炉，二段采用喷煤热解降温过程，另外，为了保证进入废热锅炉的合成气温度控制在900℃左右，在气化炉出口加装一个喷水减温装置。该装置内物理化学过程复杂，而且如何防止设备低温腐蚀是一个技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种不需要系统冷煤气回注以及喷水减温装置，不仅系统设备简单，而且降低了生产过程的可用能损失，减少耗氧量的采用二氧化碳气化的两段式加压气化工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在两段式加压气化炉中的第二段注入二氧化碳和煤粉或二氧化碳和水煤浆。
本发明的两段式加压气化炉的第二段和第一段的投煤比为0.2-0.4；第二段注入的二氧化碳与煤粉的比例为1∶1.2-1.6；第二段注入的二氧化碳与水煤浆的比例为1∶0.8-1.1。
本发明在两段式加压气化炉中的第二段采用二氧化碳气化或二氧化碳加水蒸气混合气化，不需要系统冷煤气回注以及喷水减温装置，系统设备相对简单，而且降低了生产过程的可用能损失，减少耗氧量，对煤化工以及清洁能源发电领域有重大意义。
附图说明
图1是两段式加压气化炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明的核心是利用两段式气化炉第二段2的二氧化碳气化或二氧化碳加水混合气化的反应吸热，降低气化炉第一段1反应生成的合成气温度(～1700℃)，以达到下游系统设备的进口温度要求(~900℃)。
两段加压干煤粉气化炉的第一段1(下段)的主要反应如下：
C+O₂＝CO₂-394MJ/Kmol        (1)
CO₂+C＝CO+172MJ/Kmol        (2)
H₂O+C＝CO+H₂+131MJ/Kmol     (3)
在以上反应(1)过程中，煤粉+O₂+H₂O经气化炉第一段1的入口3进行气化炉第一段1，在气化炉第一段1产生大量的反应热，该热量使气体温度达到1700℃以上，使得灰渣以熔融状态顺着炉膛内壁向下，流到气化炉底部的排渣设备5。高温气体向上进入气化炉第二段2。第二段2通过第二段入口4注入二氧化碳和煤粉或水煤浆，注入的二氧化碳与煤粉的比例为1∶1.2-1.6；注入的二氧化碳与水煤浆的比例为1∶0.8-1.1；其中第二段和第一段的投煤比约为0.2-0.4，利用第一段1反应热进行气化反应(2)和(3)(吸热反应)，同时，降低气体温度。气化炉出口气体6经气固分离器7后分离的飞灰经飞灰再循环9进行气化炉第一段1，除尘后的气化合成气8经下游的高压水变换反应器，进行部分水变换反应(4)：
H₂O+CO＝CO₂+H₂-41MJ/Kmol    (4)
反应器出口二氧化碳经过分离，部分或全部地注入气化炉第二段。如有二氧化碳源，也可将其中的二氧化碳注入气化炉的第二段。
本发明解决了目前气流床气化的一些主要技术缺点。由于气化炉第二段采用二氧化碳气化技术，第二段和第一段的投煤比较高(约0.2-0.4)，在不降低冷煤气效率的情况下，大大降低了整个气化过程的耗氧量，从而降低了空分装置的设备投资。二氧化碳气化反应是一个吸热过程，能够降低气化炉一段反应生成的合成气温度(～1700℃)，以达到下游系统设备的进口温度要求(~900℃)，不需要大量的冷合成气回注(如Shell气化技术)，也无需在气化炉下游加装喷水减温装置(如西安热工研究院的两段干煤粉气化技术)，这样，系统设备相对简单，同时降低了生产过程的可用能损失。