CN103517968A

CN103517968A - 煤气化系统

Info

Publication number: CN103517968A
Application number: CN201280022421.3A
Authority: CN
Inventors: 小菅克志; 并木泰树; 糸永真须美; 武田卓; 小水流广行
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2032-05-15
Also published as: AU2012256839B2; WO2012157640A1; JP5639955B2; CN103517968B; JP2012241105A

Abstract

本发明涉及一种将煤气化的煤气化系统（1），其具备：具有部分氧化部（21）及热分解部（22）的煤气化反应炉（13），将在煤气化反应炉中产生的生成气体分离成二氧化碳气体浓度低的稀薄气体和二氧化碳气体浓度高于稀薄气体的浓厚气体的二氧化碳回收装置（18），搬送稀薄气体的稀薄气体流路（25），搬送浓厚气体的浓厚气体流路（26），将稀薄气体作为搬送气体对煤进行气流搬送并供给至部分氧化部的第一搬送装置（11），和将浓厚气体作为搬送气体对煤进行气流搬送并供给至热分解部的第二搬送装置（12）。

Description

煤气化系统

技术领域

本发明涉及以煤为原料制造一氧化碳气体等的煤气化系统。

本申请基于2011年5月19日于日本申请的日本特愿2011-112514号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

一直以来，为了将煤气化、高效地制造可燃性气体等，探讨了固定床型、流化床型及气流床型（气流床型）等具有各种构成的煤气化反应炉的煤气化系统。

作为其中之一，有专利文献1公开的合成系统（煤气化系统）。该合成系统中，当向煤气化反应炉的燃烧器供给碳质燃料及含氧气体时，代替在之前的合成系统中作为搬送气体使用的氮气，使用含有二氧化碳气体的气体。

作为该搬送气体，使用利用合成系统内的二氧化碳回收系统（二氧化碳回收装置）、消耗能量而分离回收的二氧化碳气体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特表2009-511692号公报

发明内容

发明预解决的技术问题

但是，专利文献1所记载的合成系统中，仅将一直作为搬送气体使用的氮气替换成二氧化碳气体。因此，存在对应于用作搬送气体的部分、需要利用二氧化碳回收系统、消耗能量来进行回收的二氧化碳气体的量增加的问题。

本发明鉴于这种问题而完成，其目的在于提供能够减少利用二氧化碳回收装置回收的二氧化碳气体的量的煤气化系统。

用于解决技术问题的方法

本发明的煤气化系统是通过使煤气化来至少制造氢气及一氧化碳气体的煤气化系统，其具备：两段结构的煤气化反应炉，其具有配置在下段、将所述煤部分氧化的部分氧化部、及与所述部分氧化部连通并且配置在上段、将所述煤热分解的热分解部；二氧化碳回收装置，其将含有在所述煤气化反应炉中产生的二氧化碳气体、以一氧化碳气体或氢气为主成分的生成气体分离成二氧化碳气体浓度低且具有燃烧性的稀薄气体、和二氧化碳气体浓度高于所述稀薄气体的浓厚气体；稀薄气体流路，其与所述二氧化碳回收装置连接、搬送所述稀薄气体；浓厚气体流路，其与所述二氧化碳回收装置连接、搬送所述浓厚气体；第一搬送装置，其与所述稀薄气体流路连接、将所述稀薄气体作为搬送气体对所述煤进行气流搬送并供给至所述部分氧化部；和第二搬送装置，其与所述浓厚气体流路连接、将所述浓厚气体作为搬送气体对所述煤进行气流搬送并供给至所述热分解部。

通过该发明，由于生成气体中含有氢气、一氧化碳气体及二氧化碳气体等，因此稀薄气体成为主要含有氢气及一氧化碳气体的燃烧性的气体。

另外，在上述煤气化系统中，还可以具备：焦炭回收装置，其将在所述热分解部中产生的焦炭（char）回收；和焦炭搬送装置，其将由所述焦炭回收装置回收的所述焦炭通过气流搬送供给至所述部分氧化部；其中，所述焦炭搬送装置与所述浓厚气体流路连接，可以将所述浓厚气体作为搬送气体。

通过本发明，在部分氧化部内当焦炭中的碳与浓厚气体中的二氧化碳气体发生反应时，所述二氧化碳气体可以作为氧化剂发挥作用，促进向一氧化碳气体转化的反应，从而高效地制造一氧化碳气体。

另外，在上述煤气化系统中还具备将所述热分解部中产生的焦炭回收的焦炭回收装置，通过将由所述焦炭回收装置回收的所述焦炭供给至所述第一搬送装置，可以将所述焦炭与被所述第一搬送装置气流搬送的所述煤一起供给至所述部分氧化部。

通过本发明，即使不具备与上述煤不同的另外的搬送焦炭的焦炭搬送装置，煤及焦炭的反应率也不会降低。由此，能够减少焦炭供给用的气流搬送气体（浓厚气体）。此外，由于没有焦炭供给器及焦炭供给喷嘴，因此还能够使煤气化系统小型化。

发明效果

根据本发明的煤气化系统，通过在由第一搬送装置将煤气流搬送至部分氧化部时使用二氧化碳稀薄气体作为搬送气体，能够减少煤气化系统整体的运行所需要的二氧化碳气体的量。

而且，可以稳定被供给至部分氧化部内的煤进行气化时的火焰，提高煤的反应率。

附图说明

图1为本发明实施方式的煤气化系统的框图。

具体实施方式

以下一边参照图1一边说明本发明的煤气化系统的实施方式。

本煤气化系统是将煤用作原料通过将煤气化来制造氢气及一氧化碳气体等的机械设备。

本实施方式的煤气化系统1具备第一煤供给器（第一搬送装置）11、第二煤供给器（第二搬送装置）12、气化反应器（煤气化反应炉）13、热回收器14、除尘器（焦炭回收装置）15、变换反应器16、气体冷却、气体精制器17、CO₂回收器（二氧化碳回收装置）18和焦炭供给器（焦炭搬送装置）19。

可以将烟煤、次烟煤或褐煤等各种煤供给至本实施方式的煤气化系统1。一般来说，煤的粒径不均匀，并且烟煤、次烟煤或褐煤中含有例如10～60%左右的大量水分。因此，通过在未图示的粉碎、干燥器中将煤粉碎及加热，干燥至含有水分达到2%～20%。然后，将煤粉碎成平均粒径达到例如10μm～100μm左右的微粉状。将经粉碎的煤供给至第一煤供给器11及第二煤供给器12。其中，本说明书中的“平均粒径”是指利用激光衍射/散射法求得的粒度分布中的累积值为50%处的粒径。

第一煤供给器11将在CO₂回收器18中分离了二氧化碳后的后述稀薄气体作为搬送气体，通过气流搬送将微粉状的煤供给至气化反应器13的后述部分氧化部21。同样地，第二煤供给器12将在CO₂回收器18中分离的的后述浓厚气体作为搬送气体，通过气流搬送将煤供给至气化反应器13的后述热分解部22。

其中，稀薄气体是主要含有氢气及一氧化碳气体的燃烧性的气体，浓厚气体是以二氧化碳气体为主成分的气体。

气化反应器13具有配置在下段的部分氧化部21及以与部分氧化部21连通的状态配置于上段的热分解部22而构成为二室两段结构。在部分氧化部21的下方，设有与部分氧化部21连通的未图示的炉渣冷却水槽。部分氧化部21及热分解部22是内部设有规定大小空间的反应容器，和炉渣冷却水槽一起由具有耐热性的耐火材料等形成。

部分氧化部21中设有气化燃烧器21a及焦炭供给喷嘴21b。通过气化燃烧器21a，由第一煤供给器11将煤、在未图示的空气分离器中分离的氧气及在热回收器14中产生的水蒸气分别供给至部分氧化部21内。通过焦炭供给喷嘴21b，将焦炭（未气化煤渣或热分解渣）由焦炭供给器19供给至部分氧化部21内。

供给至部分氧化部21内的微粉状的煤、焦炭、氧气及水蒸气一边在部分氧化部21内盘旋一边上升。此时，部分氧化部21内为高温且高压（例如温度为1300℃～1800℃、压力为2MPa～5MPa）。在此环境下，煤及焦炭发生气化，通过下述的化学反应式（1）～（4）产生高温的一氧化碳气体、二氧化碳气体、氢气及炉渣（灰分）。

2C＋O₂→2CO （1）

C＋O₂→CO₂ （2）

C＋H₂O→CO＋H₂ （3）

C＋CO₂→2CO （4）

在部分氧化部21内产生的气体、焦炭及炉渣等一边盘旋一边在部分氧化部21内上升，并向热分解部22内移动。

部分氧化部21内产生的炉渣变成熔融的状态。炉渣的一部分在部分氧化部21的内表面被冷却而附着在该内表面上，其他部分落入炉渣冷却水槽内的水中被冷却、回收。

热分解部22中设有供给喷嘴22a。通过供给喷嘴22a，将煤由第二煤供给器12供给至热分解部22内。其中，可以与煤同时，供给规定量的通过热回收器14产生的水蒸气。

在本实施方式中，按照热分解部22内的温度达到950℃～1200℃（优选1000℃～1150℃）的方式进行调节。热分解部22内的温度低于950℃时，焦油的产生量急剧增加，并且热分解部22内的焦油的分解反应难以发生。

供给至热分解部22内的煤中的碳及水蒸气通过所述的化学反应式（3）进行反应，从而分解成一氧化碳气体和氢气。

另外，供给至热分解部22内的煤中的碳的一部分与热分解部22内的二氧化碳气体进行反应，从而通过上述的化学反应式（4）转化成一氧化碳气体。

进而，在热分解部22内产生的由氢气、一氧化碳气体及二氧化碳气体等构成的高温的生成气体与焦炭一起被搬送，供给至热回收器14。其中，生成气体的主成分是一氧化碳气体及氢气。

在热回收器14中，生成气体及焦炭通过与冷却水进行热交换而被冷却，同时冷却水转化成水蒸气。将规定量的在热回收器14中产生的水蒸气供给至部分氧化部21及热分解部22。

在热回收器14中被冷却的生成气体及焦炭被供给至除尘器15。在除尘器15中内置有未图示的分尘器（Cyclone）或过滤器，使用稀薄气体将挂在过滤器上的焦炭由过滤器上拂落，随着通过分尘器回收的焦炭一起被回收。通过除尘器15回收的焦炭被供给至焦炭供给器19中。

通过除尘器15的生成气体被供给至变换反应器16。进而，为了使生成气体中的氢气与一氧化碳气体的比例提高至特定的值，在进入变换反应器16中之前，将规定量的水蒸气供给至生成气体。通过下述化学反应式（5）所示的变换反应，生成气体中的一氧化碳气体与水蒸气进行反应，从而产生氢气和二氧化碳气体。

CO＋H₂O→CO₂＋H₂ （5）

通过变换反应器16调节了成分的生成气体被供给至气体冷却、气体精制器17中。以生成气体中所含的硫化合物为代表的杂质成分气体等被气体冷却、气体精制器17回收。

通过气体冷却、气体精制器17的生成气体被搬送至CO₂回收器18中。该生成气体在CO₂回收器18中通过公知的方法被分离成二氧化碳气体的浓度低的稀薄气体和二氧化碳的浓度高于稀薄气体的浓厚气体。其中，通过将同时分离硫化氢气体和二氧化碳气体的公知方法应用于CO₂回收器18，还可省略前段的气体精制的脱硫功能。

将稀薄气体中的二氧化碳气体的浓度调节至例如以重量比计20%以下。另外，如上所述，稀薄气体中主要含有氢气及一氧化碳气体。

另一方面，将浓厚气体中的二氧化碳气体的浓度调节至例如90%以上。

CO₂回收器18与搬送经分离的稀薄气体的稀薄气体流路25的一端和搬送浓厚气体的浓厚气体流路26的一端连接。

在稀薄气体流路25上设有压缩机27。压缩机27提高了从稀薄气体流路25内流过的稀薄气体的压力。同样地，在浓厚气体流路26上设有压缩机28。压缩机28提高从浓厚气体流路26内流过的浓厚气体的压力。

稀薄气体流路25的另一端分别与第一煤供给器11及部分氧化部21的气化燃烧器21a连接。另外，浓厚气体流路26的另一端分别与第二煤供给器12、热分解部22的供给喷嘴22a及焦炭供给器19连接。

由CO₂回收器18分离的稀薄气体的一部分被搬送进入下游侧的工序，制造甲烷或甲醇等合成气体。由CO₂回收器18分离的浓厚气体的一部分也被搬送进入下游侧的工序。

稀薄气体流路25的中间部与热回收器14及除尘器15连接。由稀薄气体流路25供给的稀薄气体被用于热回收器14冷却管的附着物的吹拂或各部分的喷吹（purge）以及从附着有焦炭的过滤器上拂落焦炭。

焦炭供给器19通过气流搬送将由除尘器15回收的焦炭通过焦炭供给喷嘴21b供给至部分氧化部21。

作为焦炭供给器19的搬送气体，使用从浓厚气体流路26流过的浓厚气体。

如上所说明的那样，通过本实施方式的煤气化系统1，作为用于从第一煤供给器11将煤气流搬送至部分氧化部21的搬送气体，使用了稀薄气体。由此，能够减少煤气化系统1整体的运行所需要的二氧化碳气体的量，进而能够控制在CO₂回收器18中需要的二氧化碳气体的回收能量。由于稀薄气体中的氢气等燃烧性成分起到着火剂的作用，因此供给至部分氧化部21内的煤在进行气化时的火焰（flame）稳定，能够稳定且高效地使气化反应器13运转。

另外，还将浓厚气体作为第二煤供给器12的搬送气体供给至热分解部22，因此煤以与浓厚气体混存的状态被供给至热分解部22。因而，二氧化碳气体作为氧化剂发挥作用，从而煤中的碳与浓厚气体中的二氧化碳气体进行反应，从而促进向一氧化碳气体转化的反应，能够在热分解部22内高效地制造一氧化碳气体。

煤气化系统1具备回收焦炭的除尘器15和将浓厚气体作为搬送气体对焦炭进行气流搬送的焦炭供给器19。因而，由于二氧化碳气体作为氧化剂发挥作用，在部分氧化部21内焦炭中的碳与浓厚气体中的二氧化碳气体发生反应，从而促进向一氧化碳气体转化的反应。由此，能够高效地制造一氧化碳气体。

以上，参照附图详细地说明了实施方式，但具体的构成并不限定于本实施方式，也包含不脱离本发明要旨的范围的构成的变更等。

例如，在所述实施方式中使用了由CO₂回收器18分离的气体作为稀薄气体，但代替该气体，还可使用从气体冷却、气体精制器17供给至CO₂回收器18的生成气体的一部分作为稀薄气体。

另外，所述实施方式中，作为焦炭供给器19的搬送气体使用了浓厚气体，但也可使用稀薄气体。

此外，煤气化系统1中也可不具备焦炭供给器19及焦炭供给喷嘴21b，将由除尘器15回收的焦炭与第一煤供给器11所搬送的微粉状的煤混合，从而供给至部分氧化部21。

通过如此构成，即使不具备与上述煤不同的另外的对焦炭进行搬送及供给的焦炭供给器19及焦炭供给喷嘴21b，煤及焦炭的反应率也不会下降。由此，还能够减少焦炭供给用的气流搬送气体（浓厚气体）。此外，由于没有焦炭供给器19及焦炭供给喷嘴21b，因此还能够使煤气化系统1小型化。

（实施例）

在所述煤气化系统1中进行试验的同时，在使用了氮气作为所述煤气化系统1的第一煤供给器11及第二煤供给器12的搬送气体的比较例的煤气化系统中也进行了试验。

其结果，关于部分氧化部21中的C转化率（用气体中的碳的质量除以原料中的碳的质量的值再乘以100而得到的值），比较例的煤气化系统为95%。本实施方式的煤气化系统1的C转化率为97%，与比较例相比可知提高了约2%。

与供给至热分解部22的碳分相对，在比较例的煤气化系统中，40%的碳分不会以焦炭形式被气化、而是被搬送至下游侧的工序中而被回收。通过本实施方式的煤气化系统1，将被搬送至下游侧的工序的焦炭的碳分减少至30～35%。由此可知，通过本实施方式的煤气化系统1可以高效地将供给至热分解部22的碳分气化。

产业实用性

根据本发明的煤气化系统，通过在利用第一搬送装置将煤气流搬送至部分氧化部时使用二氧化碳稀薄气体作为搬送气体，能够减少煤气化系统整体的运行所需要的二氧化碳气体的量。

符号说明

Claims

1.一种煤气化系统，其为通过使煤气化来至少制造氢气及一氧化碳气体的煤气化系统，其具备：

两段结构的煤气化反应炉，其具有配置在下段、将所述煤部分氧化的部分氧化部及与所述部分氧化部连通并且配置在上段、将所述煤热分解的热分解部；

二氧化碳回收装置，其将含有在所述煤气化反应炉中产生的二氧化碳气体且以一氧化碳气体或氢气为主成分的生成气体分离成二氧化碳气体浓度低且具有燃烧性的稀薄气体、和二氧化碳气体浓度高于所述稀薄气体的浓厚气体；

稀薄气体流路，其与所述二氧化碳回收装置连接、搬送所述稀薄气体；

浓厚气体流路，其与所述二氧化碳回收装置连接、搬送所述浓厚气体；

第一搬送装置，其与所述稀薄气体流路连接、将所述稀薄气体作为搬送气体对所述煤进行气流搬送并供给至所述部分氧化部；和，

第二搬送装置，其与所述浓厚气体流路连接、将所述浓厚气体作为搬送气体对所述煤进行气流搬送并供给至所述热分解部。

2.根据权利要求1所述的煤气化系统，其具备：

焦炭回收装置，其将在所述热分解部中产生的焦炭回收，和

焦炭搬送装置，其利用气流搬送将由所述焦炭回收装置回收的所述焦炭供给至所述部分氧化部，

其中，所述焦炭搬送装置与所述浓厚气体流路连接，并且将所述浓厚气体作为搬送气体。

3.根据权利要求1所述的煤气化系统，其具备：

焦炭回收装置，其将在所述热分解部中产生的焦炭回收，

其中，通过将由所述焦炭回收装置回收的所述焦炭供给至所述第一搬送装置，从而将所述焦炭与利用所述第一搬送装置进行气流搬送的所述煤一起供给至所述部分氧化部。