一种以炭质粉体和天然气/甲烷为原料生产合成气的方法
【专利说明】一种以炭质粉体和天然气/甲烷为原料生产合成气的方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于能源化工技术领域。更具体地，本发明涉及一种以炭质粉体和天然气 /甲烷为原料生产合成气的方法。 【【背景技术】】
[0002] 炭质资源是指煤炭、生物质、城市垃圾以及其它含碳物质的自然资源和生活垃 圾；
[0003] 炭质粉体是指由碳质资源加工而成的有一定粒度分布的工业生产用粉状原料，而 煤是最常见最易得的炭质粉体原料。世界范围内煤富油贫气缺的局面将长久存在。煤炭是 我国的主体能源，在一次能源结构中占70%左右，在未来相当长时期内，煤炭作为主体能源 的地位不会改变，煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要支柱产业，大力研发煤 化工技术及其衍生技术，从深度、全面的思路开发其应用技术，力求做到煤炭彻底、清洁、宽 领域利用，以期延长能源资源的使用年限。煤炭资源属于一次化石能源，未来50年甚至更 长时间，化石资源将会继续主导能源资源的市场需求，煤炭资源在化石资源消耗中的份额 将会继续加大，因此，开发适宜于未来社会发展的更加完美的新型煤化工技术是当前的当 务之急。
[0004] 天然气是除煤和油之外的另一种主要化石资源，主要存在于油田气、气田气、煤层 气、泥火山气和生物生成气中，也有少量出于煤层，具有单位热值高、污染小、供应可靠、价 格低等优点，已成为世界清洁燃料的主流发展方向。据最新的地质勘探结果，我国天然气探 明储量为54. 0万亿立方米，储量有限，因此，开发对其更加高效合理的利用技术成为行业 内研发的重中之重。
[0005] 随着我国城镇化率的提高和社会工业生产规模扩大，因之带来的城市垃圾、生物 质废弃物等高含碳废弃物排放量逐年上涨，远远超过了环境自我消毒能力的范围，因此，本 着废弃物资源化利用的原则，开发针对含碳废弃物的利用技术也在我国开展开来。废弃物 量大但能效低，需要和其它高能资源合力才能更好的对其利用。
[0006] 作为能源化工技术领域内的传统煤气化技术，为生产石油替代品的主要技术之 一，对填补近年因石油危机产生的能源缺口起了无可替代的作用，近10年左右，煤化工技 术和煤化工产业得到了高速发展，规模和产业推广达到了巅峰，但是，伴生的环境压力和能 源利用率不高而造成的浪费等问题日益严重，为解决我国能源消耗量日益增长与能源利用 效率低下之间的矛盾，开发能源资源综合利用和复式利用技术势在必行，尤其开发以煤炭 为主要原料的化工利用技术。根据天然气化工技术和煤气化技术的客观存在和能量利用的 实情，从高效利用的角度来看，二者在化工应用时存在能量和技术耦合的技术契合点，因此 依据先进气流床煤气化技术原理开发一种同炉煤等炭质资源和天然气/甲烷共气化制取 高浓度（C0+H2)产品气的气化技术，以实现天然气和煤炭资源的彻底高效利用。
[0007] 中科院过程工程研究所欧阳朝斌等人（《天然气-煤共气化制备合成气新工艺》） 对煤-甲烷在固定床气化炉中共气化进行了理论研究和试验研究，证实了煤-天然气共 气化机理合理可行；房倚天等人在CN1190475C，发明名称《流化床煤与富甲烷燃料气共气 化制合成气的方法》中对煤_甲烷流化床共气化技术方向进行了研究；另外安徽理工大学 (《煤与天然气共同气化制备合成气的工艺技术浅析》）也对煤-甲烷共气化工艺进行了不 同角度和层次的科学研究，取得了大量研究成果，但是，这些研究内容和专利技术只是局限 于固定床、流化床，固定床、流化床气化技术目前属于落后的煤气化技术，市场前景不佳。就 煤气化技术而言，气流床煤气化技术因其工艺、消耗等方面的明显优势代表着先进性煤气 化技术的未来发展方向，从能源彻底高效利用的角度充分考虑，树立资源精细化利用的技 术思想，开发气流床炭质粉体-天然气/甲烷共气化技术是新型煤气化技术发展的另一重 要途径。
[0008] 为此，本发明人在总结现有技术的基础上，通过大量实验研究与分析探讨，终于完 成了本发明。 【
【发明内容】
】
[0009][要解决的技术问题]
[0010] 本发明的目的是提供一种以炭质粉体和天然气/甲烷为原料生产合成气的方法。
[0011] [技术方案]
[0012] 本发明是通过下述技术方案实现的。
[0013] 本发明涉及一种以炭质粉体和天然气/甲烷为原料生产合成气的方法。
[0014] 该方法的步骤如下：
[0015] 让炭质粉体3与天然气/甲烷4分别通过位于反应炉1顶部多通道喷嘴2的炭质 粉体通道15与天然气/甲烷通道16送到多通道喷嘴2球状内置预混舱20中充分预混，得 到的预混物在多通道喷嘴2出口处与由气化剂通道17送来的气化剂5汇合，接着送到反 应炉1的反应室22中，所述的预混物与所述的气化剂在温度1200~1500°C与压力1. 0~ 10.OMPa的条件下进行共气化反应；气化反应生成物接着依次连续通过箱式激冷筒24、筒 状水幕墙28和激冷水浴槽27三级冷却换热，再通过安装在筒状水幕墙28底部的外旋式切 灰器29进行气固分离，得到灰渣与含有少量飞灰的合成气；
[0016] 所述的灰渣进入激冷水浴槽27,在激冷水中沉降并从激冷水浴槽27底部渣口 7 排出，送到渣处理系统进行处理；滞留在激冷水浴槽27中的激冷水为含有细粒灰渣的炭黑 水，从激冷水浴槽27下部通过激冷水浴槽炭黑水管道9排出；
[0017] 所述的含有少量飞灰的合成气上行冲破激冷水浴槽27激冷水层，从位于激冷水 浴槽27拱顶部的合成气出口 30排出，通过合成气管道8进入文氏管洗涤器10中，与由洗 气水管道12送来的加压洗气水交汇，进行水气间换热与浸润飞灰，混匀的气液固混合物进 入湿式除灰塔11 ;
[0018] 来自文氏管洗涤器10的合成气与飞灰在湿式除灰塔11内继续与由洗气水管道12 送来的加压洗气水进行换热与浸润；从湿式除灰塔11顶部合成气管道8排出含有水蒸气的 合成气，而被水充分浸润的飞灰沉降到湿式除灰塔11底部的水浴中，得到的湿式除灰塔炭 黑水通过湿式除灰塔炭黑水管道13与来自激冷水浴槽炭黑水管道9排出的炭黑水汇流后 一起经黑水总管道14排往后续黑水处理工段进行处理。
[0019] 根据本发明的一种优选实施方式,所述的反应炉1由反应炉体23、箱式激冷筒24、 激冷水浴槽27与筒状水幕墙28组成；反应炉体23的内部空间构成反应室22,所述的反应 室是一种直径与高之比为1:2~5的圆筒体，所述反应室的壁衬为由耐火材料制成的预制 品或砲筑品。
[0020] 根据本发明的另一种优选实施方式，所述的多通道喷嘴2由炭质粉体通道15、天 然气/甲烷通道16、气化剂通道17、设置冷却液入口 18和冷却液出口 19的冷却液通道与 球状内置预混舱20组成，这些通道由里向外顺序地按照套筒方式同轴装配；所述的球状内 置预混舱20的外径与天然气/甲烷通道16的内径相同，并且它的中心线与炭质粉体通道 15中心线重合；在球状内置预混舱20壁上均匀分布预混舱天然气/甲烷入孔21 ;天然气/ 甲烷与炭质粉体在球状内置预混舱20中预混后沿中心线方向离开球状内置预混舱20,进 入反应室22中。
[0021] 根据本发明的另一种优选实施方式，所述箱式激冷筒24是一种夹套式环形箱体， 它由内圆筒、外圆筒与位于它们两端的法兰组成，所述内圆筒与反应室22的直径相同，并 且它们的中心线重合，其中一端法兰与反应炉1的下端连接，另一端法兰与激冷水浴槽27 上端连接；在外圆筒壁上对称分布箱式激冷筒入水孔25,在内圆筒形壁上对称分布若干碗 口面积为S的碗型凹面塌陷，在所述碗型凹面塌陷底部开有横截面积为s的出水孔26,出水 孔26带压水流沿俯角0方向喷出，且S= 5s，2°兰0兰6°。
[0022] 所述筒状水幕墙28由管筒与位于管筒两段的法兰构成，所述的管筒与所述的箱 式激冷筒