一种高效煤气化与能源利用系统及煤气化与能源利用方法技术方案

本发明专利技术涉及煤气化与能源利用系统及煤气化与能源利用方法，具体说是一种由煤气化反应装置、煤气化剂发生装置、煤气净化处理装置、加料与闭锁装置、密闭排渣装置、氧化剂输入装置等构成的煤气化与能源利用系统及煤气化与能源利用方法。所述煤气化与能源利用系统和煤气化与能源利用方法的独特性包括，由产生乏氧高温气化剂和实现发生煤气化反应的两个装置：即煤气化剂发生装置，其产生煤料气化所需和温度可根据煤料和工艺要求有效控制的乏氧高温气化剂；煤气化反应装置，其为煤料直接与乏氧高温气化剂进行充分接触和作用而发生气化反应提供有效气化反应的空间结构和反应条件。而且，根据煤气化和能源利用需要，在维持一部分乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置与煤料直接接触而发生煤气化反应的同时，另一部分乏氧高温气化剂则作为高温热能输出，实现热能的洁净高效利用。煤气化反应产生的粗煤气经处理后成为可以维持煤气化系统稳定工作或可以外输的洁净煤气，并生产可输出和利用的高温热能。本发明专利技术所述由煤气化反应装置和煤气化剂发生装置等设备构成的煤气化与能源利用系统及煤气化与能源利用方法，气化效率高，能耗和水耗低，煤焦油等污染小，实现煤炭清洁高效气化和能源高效利用。

An Efficient Coal Gasification and Energy Utilization System and a Method of Coal Gasification and Energy Utilization

The invention relates to a coal gasification and energy utilization system and a coal gasification and energy utilization method, in particular to a coal gasification and energy utilization system and coal gas composed of a coal gasification reaction device, a coal gasification agent generating device, a gas purification treatment device, a feeding and locking device, a closed slag discharge device, an oxidant input device, etc. Chemical and energy utilization methods. The uniqueness of the coal gasification and energy utilization system and the method of coal gasification and energy utilization includes two devices, i.e. the coal gasification agent generating device, which produces the gasification of coal and the gasification temperature can be effectively controlled according to the coal and process requirements. Coal gasification reactor, which provides effective space structure and reaction conditions for gasification reaction by fully contacting and acting with anaerobic high temperature gasifier directly. In addition, according to the needs of coal gasification and energy utilization, while maintaining a part of high-temperature anaerobic gasifier entering the coal gasification reactor and directly contacting with coal, another part of high-temperature anaerobic gasifier is used as high-temperature heat energy output to achieve clean and efficient utilization of heat energy. Coal gas produced by coal gasification reaction can be treated as clean gas which can maintain stable operation of coal gasification system or be transported outside, and produce high temperature heat energy which can be exported and utilized. The coal gasification and energy utilization system and the coal gasification and energy utilization method comprising the coal gasification reaction device and the coal gasification agent generating device have the advantages of high gasification efficiency, low energy consumption and water consumption, low pollution of coal tar, etc., and realize clean and efficient coal gasification and energy efficient utilization.

【技术实现步骤摘要】
一种高效煤气化与能源利用系统及煤气化与能源利用方法
本专利技术涉及煤炭高效气化系统和方法，以及煤清洁能源利用系统和方法，具体说是一种煤气化系统、一种能源利用系统、以及煤气化方法与能源利用方法。
技术介绍
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优势，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基础和必要手段。经过近百年的发展，现有煤气化及其装置和技术已从最初的卢奇炉技术原理和基本装置结构发展和繁衍出种类繁多的煤气化技术和装置。一般以气化装置压力可分类为，常用气化和加压气化(中压气化、高压气化)；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。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。现有各种煤气化工艺技术和系统都有其特点和优缺点，及适用范围。而且，现有各种煤气化工艺技术和系统都只完成煤炭气化生产，而不能直接利用所产出煤气产生可供不同应用的热能或二次能源，实现煤气的清洁高效利用。现有煤气化技术及特点现有煤气化技术的核心特征是其气化剂由氧化剂(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；通过控制氧化剂量使煤料处于燃烧-半燃烧状态，生产维持煤气化反应所需要的热能。其具体特征可以从煤料在煤气化装置内的三种运动方式进行归纳，并综合对比煤气化装置的功能和作用，特别是气化剂的构成与功能和作用。1.固定床：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)，其中的氧与低部的煤发生燃烧，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、污染严重、大型化困难。2.流化床：流化床以传动输送方式将煤料加入气化炉，在流化床分散板上供给粉煤，气化剂(氧和水蒸汽)从分散板下送入，使煤粉在悬浮状下与气化剂中的氧发生燃烧，产生煤气化所需要的热能而实现煤干馏和气化；通过控制气化剂进入煤气化炉的量，控制和维持产生气化所需要的热能，实现气化炉内煤粉的持续煤干馏和气化反应。与固定床气化炉相比，流化床气化炉煤处理量大、可大型化，可为常压或加压气化，但仍有效率低和污染严重问题。另外，其不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。3.气流床：气流床气化炉是将粉煤与气化剂(氧和水蒸汽)一起从喷嘴高速吹入炉内，使煤粉与气化剂中的氧发生燃烧，产生煤气化所需要的热能而实现快速煤干馏和气化；通过控制气化剂进入煤气化炉的量，控制和维持产生气化所需要的热能，实现气化炉内煤粉的持续煤干馏和气化反应。气流床按照进料方式又可分为湿法进料(水煤浆)气流床和干法进料(煤粉)气流床。气流床气化均为加压气化，是目前主要大型煤气化技术；其特点是煤处理量大、可大型化，但存在能源效率等问题。其产生的煤气特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。以上现有煤气化技术及其工作原理的综合对比和分析可以归纳出，无论是现有常压还是加压煤气化技术，都是通过将由空气、富氧、或氧气和水蒸汽构成的气化剂直接加入到煤气化炉(煤气化反应器)内，并利用气化剂中的氧与煤气化炉内的一部分煤料(煤粉或煤块)进行燃烧，生产余下煤料进行裂解和气化所需要的温度和热量。通过控制进入煤气化炉内氧化剂量，控制煤料的燃烧-半燃烧状态，从而实现和完成煤料气化。因此，现有煤气化技术和煤气化装置存在以下三个主要缺点：1)气化剂中的氧与煤气化炉内的部分煤料的燃烧生产局部高温；煤气化炉内存在的过高和过低非均匀气化温度分布，导致气化与能源效率低和污染排放问题，特别是以空气为氧化剂的常压固定床煤气化技术；2)气化剂中的氧与煤气化炉内的部分煤料燃烧生产的局部高温，直接造成煤气化炉内壁出现局部高温，从而导致局部腐蚀或粘结，严重影响煤气化炉的寿命和运行安全；3)煤气化炉的运行状态和气化效率是通过控制进入炉内的氧化剂量来实现，具体是通过煤料的燃烧-半燃烧状态和气化温度的调节和控制。然而，其难以实现有效控制，导致煤气化炉的气化效率和能源效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气化效率和能源效率高、污染排放小、有效实现煤气化过程控制的煤气化系统及煤气化方法，有效解决现有煤气化技术的效率、污染、和气化控制等问题；并在本专利技术中煤气化系统及煤气化方法的基础上，形成能源高效利用系统和能源利用方法，实现煤炭清洁高效气化和高效能源利用。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种煤气化与能源利用系统和煤气化与能源利用方法，其特征在于，气化剂为主要组分为二氧化碳、水(水蒸汽)、和氮气(取决于氧化剂中氮气比例)的乏氧高温气化剂；煤气化剂发生装置(2)与煤气化反应装置(1)相连，为其提供乏氧高温气化剂；加料与闭锁装置(3)与煤气化反应装置(1)相连，为其提供气化煤料；煤气处理装置(4)与煤气化反应装置(1)相连，对其产生的粗煤气进行处理；煤气处理装置(4)与煤气化剂发生装置(2)相连，为其提供洁净煤气；密闭出渣装置(5)与煤气化反应装置(1)相连，将灰渣排出；氧化剂输入设备(6)与煤气化剂发生装置(2)相连，为其提供空气、富氧气、或纯氧气。在上述煤气化与能源利用系统的基础上，煤气化剂发生装置(2)通过煤气与氧化剂(空气、富氧、或纯氧)的氧化反应，产生温度可有效控制和主要组分为二氧化碳、水(水蒸汽)、和氮气(取决于氧化剂中氮气比例)的乏氧高温气化剂。在上述煤气化与能源利用系统的基础上，通过调节和控制从煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求有效控制的乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)与煤料直接接触，实现煤料气化，产生并输出洁净煤气；整个系统工作在煤气化状态，实现煤炭的清洁和高效气化；系统输出洁净煤气。在上述煤气化与能源利用系统的基础上，通过调节和控制从煤气化剂发生装置(2)产生的一部分温度可根据气化和能源利用工艺要求有效控制的乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)，实现和维持煤料气化并产生煤气输出，并将其余部分乏氧高温气化剂作为热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效煤气化与能源利用系统，其特征在于：所述煤气化与能源利用系统设有煤气化反应装置(1)、煤气化剂发生装置(2)、加料与闭锁装置(3)、煤气处理装置(4)、密闭出渣装置(5)、氧化剂输入装置(6)。煤气化反应装置(1)用于接收和布置进入反应装置的煤料和来自煤气化剂发生装置(2)的乏氧高温气化剂，并提供煤料与乏氧高温气化剂发生煤气化反应所需要的空间结构和条件。煤气化反应是通过从煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂，其主要成分为二氧化碳(CO2)、水(H2O)、和氮气(N2，其含量由氧化剂中氮气含量决定。)；在压力差的作用下，乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)与煤料直接接触，与煤料发生煤气化反应，产生并输出煤气。煤气化是在煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)用于实现煤料气化，产生并输出煤气；整个系统工作在煤气化状态，实现煤炭的清洁和高效气化。煤气化与能源利用是通过煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂除进入煤气化反应装置(1)用于实现煤料气化，产生并输出煤气外，还向系统外输出数量可控的乏氧高温气化剂作为热能输出；整个系统工作在煤气化和能源利用状态，实现煤炭的清洁和高效气化和灵活能源利用。能源利用是通过煤气化剂发生装置(2)将系统的全部煤气用于产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂，除将部分乏氧高温气化剂输入煤气化反应装置(1)用于实现和持续煤料气化外，其余全部乏氧高温气化剂作为系统的热能输出；整个系统工作在能源利用状态，实现煤炭能源的清洁和高效利用。...

【技术特征摘要】
1.一种高效煤气化与能源利用系统，其特征在于：所述煤气化与能源利用系统设有煤气化反应装置(1)、煤气化剂发生装置(2)、加料与闭锁装置(3)、煤气处理装置(4)、密闭出渣装置(5)、氧化剂输入装置(6)。煤气化反应装置(1)用于接收和布置进入反应装置的煤料和来自煤气化剂发生装置(2)的乏氧高温气化剂，并提供煤料与乏氧高温气化剂发生煤气化反应所需要的空间结构和条件。煤气化反应是通过从煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂，其主要成分为二氧化碳(CO2)、水(H2O)、和氮气(N2，其含量由氧化剂中氮气含量决定。)；在压力差的作用下，乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)与煤料直接接触，与煤料发生煤气化反应，产生并输出煤气。煤气化是在煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂进入煤气化反应装置(1)用于实现煤料气化，产生并输出煤气；整个系统工作在煤气化状态，实现煤炭的清洁和高效气化。煤气化与能源利用是通过煤气化剂发生装置(2)产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂除进入煤气化反应装置(1)用于实现煤料气化，产生并输出煤气外，还向系统外输出数量可控的乏氧高温气化剂作为热能输出；整个系统工作在煤气化和能源利用状态，实现煤炭的清洁和高效气化和灵活能源利用。能源利用是通过煤气化剂发生装置(2)将系统的全部煤气用于产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的乏氧高温气化剂，除将部分乏氧高温气化剂输入煤气化反应装置(1)用于实现和持续煤料气化外，其余全部乏氧高温气化剂作为系统的热能输出；整个系统工作在能源利用状态，实现煤炭能源的清洁和高效利用。2.如权利要求1所述的煤气化与能源利用系统，其特征在于：煤气化反应装置(1)，其提供煤料与由煤气化剂发生装置(2)产生的乏氧高温气化剂进行有效和充分接触的煤气化反应空间结构和反应条件，实现煤料在乏氧高温气化剂作用下的高效煤气化反应。3.如权利要求2所述的煤气化反应装置(1)，其特征在于：其为包括由粉煤、块煤或水煤浆构成的煤料提供与由煤气化剂发生装置(2)产生的乏氧高温气化剂进行有效和充分接触的空间结构和反应条件与反应时间，实现并完成高效煤气化反应。4.如权利要求2所述的煤气化反应装置(1)，其特征在于：其提供使由煤气化剂发生装置(2)产生的乏氧高温气化剂有效进入煤气化反应装置(1)内的空间结构，形成乏氧高温气化剂与煤料充分接触并发生煤气化反应的气化条件，使煤料发生高效煤气化反应。5.如权利要求1所述的煤气化与能源利用系统，其特征在于：煤气处理装置(4)，将煤气化反应装置(1)生产的粗煤气进行净化处理和热量回收处理，输出洁净煤气。煤气化剂发生装置(2)，其为利用煤气化系统生产的洁净煤气或外部能源产生温度可根据气化工艺要求而有效控制的高温乏氧烟气作为乏氧高温气化剂的燃烧器。加料与闭锁装置(3)，其有效实现使包括粉煤、块煤、或水煤浆构成的煤料在与空气隔绝的条件下进入煤气化反应装置(1)。密闭出渣装置(6)，其有效实现煤料气化后产生的灰渣在与空气隔绝的条件下排出...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：陈晓辉，
类型：发明
国别省市：北京,11