一種渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn)料的氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤氣化和渣油氣化領(lǐng)域，具體地，涉及一種渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn) 料的氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求不斷擴(kuò)大化，使得石油自給度逐年 下降：2011年底，石油進(jìn)口比例已經(jīng)占到了 56%，這對(duì)我國(guó)的能源安全是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 而我國(guó)的一次能源儲(chǔ)量中，超過(guò)96%為煤炭資源，科研人員應(yīng)該利用巨大的煤炭?jī)?chǔ)量，大力 發(fā)展煤化工技術(shù)以緩解對(duì)能源日益增加的需求。煤化工的龍頭技術(shù)核心在于高效、靈活、原 料適用范圍廣的煤氣化技術(shù)，尤其是多原料共進(jìn)料的煤氣化方法可以有效提升多種原料的 利用效率而受到廣泛青睞。
[0003] 粉煤氣化是目前煤氣化技術(shù)領(lǐng)域的主流，包括干粉和水煤漿氣化兩種主要技術(shù)路 線，其工藝均屬于氣流床氣化。這指的是干粉或水煤漿在與氣化劑充分混合的條件下高速 噴入氣化爐膛內(nèi)，發(fā)生瞬間的燃燒和氣化反應(yīng)，生成產(chǎn)物氣體和熔融態(tài)的煤渣。其中，干粉 氣化以Shell氣化工藝為代表，氣化溫度高，有效氣體含量高，但是該工藝對(duì)煤種的灰分含 量和灰熔點(diǎn)要求較高，所以并非適合所有的煤種。水煤漿氣化以GE-Texaco氣化工藝為代 表，將原料煤濕磨成水煤漿，利用高壓泵增壓，通過(guò)噴嘴和〇 2噴入氣化爐。該爐的有效氣體 含量可達(dá)80%以上，且氣體中H2/C0高于干粉氣化。GE-Texaco氣化技術(shù)也可以用于渣油 氣化，其氣化溫度要低于水煤漿氣化。
[0004] 隨著目前原料劣質(zhì)化的嚴(yán)重，渣油、石油焦的有效利用成為需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題， 而渣油、石油焦與煤的性質(zhì)，如灰分含量、元素組成均有較大差別。如何在煤氣化中實(shí)現(xiàn)多 原料共進(jìn)料成為氣化研究的熱點(diǎn)。
[0005] CN102191087A公開了一種用于多種形態(tài)原料共氣化的氣流床氣化爐可以采用多 種形態(tài)原料，可以將煤、石油、天然氣、生物質(zhì)等共同氣化，不同類型的氣化原料（氣態(tài)、液 態(tài)、固態(tài)）與氣化劑獨(dú)自進(jìn)入特定的通道，形成一定速度成為射流進(jìn)入氣化爐。通過(guò)對(duì)置多 噴嘴和頂置噴嘴實(shí)現(xiàn)原料的混合，使得原料具有較強(qiáng)的靈活性。較小型氣化爐（50~1000 噸煤/天）采用頂置單噴嘴方案，較大型氣化爐（1000~6000噸煤/天）則采用多噴嘴方 案。
[0006] CN102268300A公開了一種煤液化殘?jiān)c水煤漿聯(lián)合氣化噴嘴及其應(yīng)用，在一個(gè)噴 嘴中設(shè)置環(huán)狀的煤液化殘?jiān)?、蒸汽環(huán)管、內(nèi)環(huán)氧氣管、水煤漿環(huán)管、外環(huán)氧氣管和水冷環(huán) 管同軸設(shè)置，在末端聯(lián)通，可實(shí)現(xiàn)熔融的煤液化殘?jiān)?、高溫液態(tài)的重油及渣油等粘稠的重質(zhì) 燃料與水煤漿的聯(lián)合氣化。
[0007] CN102643678A公開了一種煤粉/水煤漿氣化爐系統(tǒng)，煤粉與水煤漿可以通過(guò)頂部 噴嘴的環(huán)管實(shí)現(xiàn)共進(jìn)料。該發(fā)明不僅減輕了激冷室合成氣的帶水帶灰，延長(zhǎng)氣化爐的運(yùn)行 周期，也能達(dá)到煤粉和水煤漿的共同進(jìn)料。
[0008] CN102816605A公開了一種分級(jí)給氧兩段式多噴嘴氣化爐，二次給氧噴槍安裝在所 述二次給氧噴槍室內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)氧氣的分級(jí)燃燒，這使得爐內(nèi)溫度分布更加均勻合理，避免出 現(xiàn)氣化爐內(nèi)的局部高溫。該方法適用于煤、石油焦、渣油、浙青生物質(zhì)和污泥等含碳物質(zhì)的 氣化，可采用干粉或漿體燃料進(jìn)料方式，燃料適應(yīng)性廣。
[0009] 然而，以上公開的氣化方法主要提到了在一個(gè)噴嘴內(nèi)實(shí)現(xiàn)多原料的混合進(jìn)入、以 及對(duì)噴嘴的設(shè)計(jì)，但并不涉及不同噴嘴分別進(jìn)料不同原料。而且，以上方法并不涉及如何提 高水煤漿固含量和氣化效率。由于煤種性質(zhì)的不同，有些煤種制備的水煤漿濃度難以提高， 使得煤氣化的效率降低，關(guān)于如何提高水煤漿氣化效率現(xiàn)有技術(shù)中并未教導(dǎo)。雖然現(xiàn)有技 術(shù)中提到了氣化原料可以是煤、渣油、石油焦等多種原料，但從公開的內(nèi)容來(lái)看，其進(jìn)料為 單一原料，并沒有指出可以同時(shí)進(jìn)入多種原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn)料的氣化方法。 [0011] 本發(fā)明提供了一種渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn)料的氣化方法，該方法包括：將渣油 和水煤漿分別通過(guò)氣化爐側(cè)上壁的對(duì)置噴嘴注入氣化爐內(nèi)，同時(shí)將干粉通過(guò)氣化爐頂部的 加料管注入氣化爐內(nèi)，對(duì)渣油、水煤漿和干粉進(jìn)行共同氣化。
[0012] 在本發(fā)明提供的所述氣化方法中，分為頂部進(jìn)料和側(cè)部進(jìn)料兩個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)，其中 頂部為加料管進(jìn)料，進(jìn)料干粉；側(cè)部為噴嘴進(jìn)料，進(jìn)料水煤漿和渣油。這樣不僅通過(guò)加入干 粉實(shí)現(xiàn)了水煤漿濃度難以提高的煤種的氣化，也解決了渣油（如石油煉制副產(chǎn)的渣油或者 煤液化或油煤共煉副產(chǎn)的高灰分渣油）的回收利用問(wèn)題，使渣油在高溫下氣化完全，為煉 油行業(yè)的劣質(zhì)渣油的加工處理提供了一種可行途徑。
[0013] 而且，干粉通過(guò)加料管加料，降低了流速，從而降低了噴嘴加料所帶來(lái)的磨損，對(duì) 延長(zhǎng)操作周期有很大幫助。水煤漿進(jìn)料和渣油進(jìn)料的進(jìn)料速度相同或接近。頂部加料管加 入的干粉改變了氣化爐內(nèi)的流場(chǎng)分布。頂部物流不加氧或者加入少量氧氣都會(huì)使頂部溫度 有所降低，從而避免了以噴嘴加料的方式所帶來(lái)的溫度過(guò)高的缺點(diǎn)，避免了對(duì)側(cè)部噴嘴造 成不利影響。
[0014] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0016] 圖1是實(shí)施本發(fā)明提供的渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn)料的氣化方法的氣化爐的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是氣化爐側(cè)上壁的噴嘴的中心軸與氣化爐的徑向橫截面的夾角的示意圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0019] 1頂置加料管 2側(cè)壁水煤漿噴嘴
[0020] 3側(cè)壁渣油噴嘴 4上段氣化室
[0021] 5下段氣化室 6爐殼
[0022] 7錐形渣口 8粗合成氣出口
[0023] 9 漁池
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0025] 本發(fā)明提供的所述渣油、干粉和水煤漿共同進(jìn)料的氣化方法包括：將渣油和水煤 漿分別通過(guò)氣化爐側(cè)上壁的對(duì)置噴嘴注入氣化爐內(nèi)，同時(shí)將干粉通過(guò)氣化爐頂部的加料管 注入氣化爐內(nèi)，對(duì)渣油、水煤漿和干粉進(jìn)行共同氣化。
[0026] 在優(yōu)選情況下，所述氣化爐的側(cè)上壁設(shè)置有至少兩對(duì)對(duì)置噴嘴，所述水煤漿通過(guò) 至少一對(duì)對(duì)置噴嘴注入，所述渣油通過(guò)至少一對(duì)對(duì)置噴嘴注入。更優(yōu)選地，所述氣化爐的側(cè) 上壁設(shè)置有兩對(duì)或三對(duì)對(duì)置噴嘴（也即四噴嘴進(jìn)料或六噴嘴進(jìn)料），所述水煤漿通過(guò)1-2對(duì) 對(duì)置噴嘴注入，所述渣油通過(guò)1對(duì)對(duì)置噴嘴注入。在本發(fā)明中，對(duì)置噴嘴是指沿著所述氣化 爐的中心軸相互對(duì)稱的噴嘴。當(dāng)所述氣化爐的側(cè)上壁設(shè)置有至少兩對(duì)對(duì)置噴嘴時(shí)，優(yōu)選這 些噴嘴沿著所述氣化爐的周向均勻分布，并且沿著同一平面設(shè)置。
[0027] 在優(yōu)選情況下，噴嘴的中心軸與所述氣化爐的徑向橫截面的夾角α (如圖2所示） 滿足：0° < α <20°。在實(shí)際操作中，優(yōu)選噴嘴霧化所形成的旋轉(zhuǎn)區(qū)域截面積大于頂部 加料管加料的干粉下落橫截面的面積。理想的操作模式為這兩個(gè)截面的圓心處于氣化爐中 心軸上。
[0028] 在優(yōu)選情況下，氣化爐頂部的加料管與所述噴嘴的垂直距離占所述氣化爐總高度 的 10-50%，優(yōu)選為 15-45%。
[0029] 在本發(fā)明提供的所述方法中，所述水煤漿與所述渣油的進(jìn)料量的重量比可以為 0. 8-2 :1，優(yōu)選為1. 0-1. 5 :1。所述干粉的進(jìn)料量與所述渣油和所述水煤漿的總進(jìn)料量的重 量比可以為0. 1-2 :1，優(yōu)選為0. 3-1. 2 :1。
[0030] 在本發(fā)明提供的所述方法中，優(yōu)選地，所述水煤漿與氧氣一起從噴嘴注入氣化爐。 進(jìn)一步優(yōu)選地，與水煤漿一起注入的氧氣的量為400-700m 3氧氣/t干煤（也稱為氧煤比）， 此處，干煤是指水煤漿中煤的干基。在本發(fā)明中，與水煤漿一起注入的氧氣可以為純氧或氧 氣含量為95體積％以上的混合氣體。
[0031] 在本發(fā)明提供的所述方法中，所述水煤漿沒有特別的限定，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的 水煤漿。優(yōu)選地，所述水煤漿的固含量為40-70重量％，優(yōu)選為50-65重量％。所述水煤 漿中的固體顆粒粒度可以為150 μ m以下，優(yōu)選地，平均粒度為60-80 μ m，且最大粒徑小于 120 μ m。在本發(fā)明中，顆粒粒度是指該顆粒上的兩個(gè)不同點(diǎn)之間的最大直線距離，當(dāng)所述顆 粒為球形時(shí)，則所述顆粒的粒度是指該顆粒的直徑。
[0032] 在本發(fā)明提供的所述方法中，所述渣油沒有特別的限定，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的渣 油，例如石油煉制副產(chǎn)的渣油或者煤液化或油煤共煉副產(chǎn)的高灰分渣油。所述渣油可以 為高灰分渣油，也可以為低灰分渣油。優(yōu)選地，所述渣油的灰分含量可以為0.01-60重 量％。在較優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述渣油通過(guò)水蒸汽輸送，使所述渣油以流體形式、溫度在 120-220°C之間注入氣化爐。水蒸汽與所述渣油的重量比可以為0. 3-0. 6(也稱為蒸汽油 比）。
[0033] 在本發(fā)明提供的所述方法中，優(yōu)選地，所述渣油與氧氣一起從噴嘴注入氣化爐。進(jìn) 一步優(yōu)選地，與渣油一起注入的氧氣的量為600-900m 3氧氣/t渣油（也稱為氧油比）。在 本發(fā)明中，與渣油一起注入的氧氣可以為純氧或氧氣含量為95體積％以上的混合氣體。
[0034] 在本發(fā)明提供的所述方法中，優(yōu)選地，所述干粉通過(guò)隊(duì)或0)2輸送，輸送密度為 300-500kg/m3。在將所述干粉注入氣化爐之前，所述干粉中可以混入02，也可以不混入0 2， 優(yōu)選情況下，在干粉進(jìn)料中不混入氧氣，也即通過(guò)加料管注入的干粉進(jìn)料基本上不含氧氣。
[0035] 在本發(fā)明中，所述干粉可以為本領(lǐng)域常規(guī)使用的干粉，例如可以為干煤粉和/或 石油焦粉。當(dāng)采用干煤粉作為干粉時(shí)，所述干煤粉的煤種優(yōu)選與所述水煤漿的煤種相同，這 樣所述干煤粉的加入可以提高水煤漿的濃度，進(jìn)而能夠提高煤種的氣化。當(dāng)采用石油焦粉 作為干粉時(shí)，本發(fā)明的方法可以為煉油行業(yè)的石油焦的加工處理提供一種可行途徑。在一 種實(shí)施方式中，采用干煤粉和石油焦粉的混合物作為干粉，且二者的混合比例可以為任意 的比例，例如可以為0. 1-10 :1。
[0036] 在本發(fā)明中，所述干粉的顆粒粒度可以為lOOym以下，優(yōu)選地，平均粒徑為 60-80 μ m〇
[0037] 在本發(fā)明提