煤氣化爐的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的煤氣化爐具備：反應(yīng)容器(12)，其形成為向上方延伸的圓筒狀且在上端側(cè)設(shè)有排出口；筒狀的燒嘴部(17)，其在與水平面平行且位于排出口的下方的基準(zhǔn)平面(P1)上在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上沿圓周方向隔開(kāi)間隔地設(shè)置多個(gè)，并向反應(yīng)容器內(nèi)供給煤及氧化劑，在通過(guò)使煤在反應(yīng)容器內(nèi)燃燒來(lái)至少制造氫氣及一氧化碳?xì)怏w的煤氣化爐中，各個(gè)燒嘴部以從上方觀(guān)察時(shí)自身的軸線(xiàn)(C1)與直徑比反應(yīng)容器的內(nèi)徑更小且以中心軸線(xiàn)為中心的假想圓圍繞同一方向相切、并且自身的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向燒嘴部的前端越朝向下方的方式來(lái)配置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】煤氣化爐
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年4月11日、發(fā)明名稱(chēng)為“煤氣化爐”的中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01180019197.8的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及用氧氣、水蒸氣等氧化劑將煤氣化來(lái)生產(chǎn)可燃性氣體的煤氣化爐。
[0003]本申請(qǐng)基于2010年4月16日在日本提出申請(qǐng)的日本特愿2010-095496號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在此援引其內(nèi)容。

【背景技術(shù)】
[0004]以往，作為由粉煤等生產(chǎn)可燃性氣體的氣化爐(煤氣化爐)，例如已知有專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示的氣化爐。在該氣化爐中，在壓力容器(反應(yīng)容器)內(nèi)，俯視觀(guān)察時(shí)4個(gè)燃燒爐燒嘴(combustor burner)等距離地配置在規(guī)定的平面中的圓周上。并且，夾著圓周的中心軸而配置在對(duì)稱(chēng)的位置上的2組燃燒爐燒嘴以相互對(duì)置的方式來(lái)配置。
[0005]燃燒爐燒嘴由設(shè)置在中心部且用于啟動(dòng)氣化爐的輕油燒嘴、與輕油燒嘴呈同心圓狀地由內(nèi)側(cè)向外側(cè)依次配置的空氣噴嘴、煤焦噴嘴、燃料用煤噴嘴、二次空氣噴嘴來(lái)構(gòu)成。
[0006]空氣、煤焦(未氣化煤殘?jiān)驘峤鈿堅(jiān)?、燃料用煤在各自的噴嘴內(nèi)旋轉(zhuǎn)后，被輕油燒嘴點(diǎn)燃并向壓力容器內(nèi)噴射。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第3595404號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011]但是，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示的氣化爐中存在以下問(wèn)題:當(dāng)從各個(gè)燃燒爐燒嘴噴射旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的氣體等時(shí)，由于燃燒爐燒嘴配置在相互對(duì)置的位置上，因此從燃燒爐燒嘴噴射出的氣體等會(huì)相互碰撞，氣化爐內(nèi)的氣體等的流動(dòng)不穩(wěn)定。并且，氣化爐的內(nèi)周面因煤的部分氧化(以下稱(chēng)為“氣化”)而暴露于高溫環(huán)境下，如果不在氣化爐的內(nèi)周面上穩(wěn)定地附著一定厚度的爐渣，則存在以下的可能性:不僅熱損失變大導(dǎo)致性能降低，而且該內(nèi)周面還會(huì)受到熱的影響而產(chǎn)生損傷。
[0012]進(jìn)而，通過(guò)氣化產(chǎn)生的氣體等會(huì)在氣化爐內(nèi)上升，但當(dāng)氣化爐內(nèi)的氣體等的上升流動(dòng)產(chǎn)生不均時(shí)，有時(shí)會(huì)在煤中的碳(煤焦)充分地發(fā)生氣化反應(yīng)之前從氣化爐流出，使反應(yīng)率(煤中的碳向氣體轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率)降低。
[0013]本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種能夠使煤在緊湊的反應(yīng)容器內(nèi)充分地發(fā)生反應(yīng)、并且使?fàn)t渣穩(wěn)定地附著在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上的高效率的煤氣化爐。
[0014]用于解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0015]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了以下的手段。
[0016]本發(fā)明的煤氣化爐具備:
[0017]反應(yīng)容器，其形成為向上方延伸的圓筒狀且在上端側(cè)設(shè)有排出口 ；和
[0018]筒狀的燒嘴部，其在與水平面平行且位于上述排出口的下方的基準(zhǔn)平面上在所述反應(yīng)器的內(nèi)周面上沿圓周方向隔開(kāi)間隔地設(shè)置多個(gè)，并向上述反應(yīng)容器內(nèi)供給煤及氧化劑，
[0019]在所述煤氣化爐中，通過(guò)使上述煤在上述反應(yīng)容器內(nèi)氣化來(lái)至少制造氫氣及一氧化碳?xì)怏w，
[0020]其特征在于，各個(gè)上述燒嘴部以從上方觀(guān)察時(shí)自身的軸線(xiàn)與直徑比上述反應(yīng)容器的內(nèi)徑更小且以上述中心軸線(xiàn)為中心的假想圓圍繞同一方向相切、并且自身的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向上述燒嘴部的前端越朝向下方的方式來(lái)配置。
[0021]S卩，在本發(fā)明中，通過(guò)使煤在反應(yīng)容器內(nèi)氣化來(lái)至少制造氫氣及一氧化碳?xì)怏w的煤氣化爐的特征在于，其具有:
[0022]反應(yīng)容器，其形成為向上方延伸的圓筒狀；
[0023]排出口，其設(shè)置在上述反應(yīng)容器的上端側(cè)；和
[0024]多個(gè)筒狀的燒嘴部，其向上述反應(yīng)容器內(nèi)供給煤及氧化劑，
[0025]上述多個(gè)燒嘴部在位于上述排出口的下方的與水平面平行的基準(zhǔn)平面上朝向上述反應(yīng)容器的內(nèi)周面的圓周方向隔開(kāi)間隔地設(shè)置，
[0026]以從上述反應(yīng)容器的上方觀(guān)察時(shí)上述各燒嘴部的軸線(xiàn)與以上述反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)為中心且直徑比反應(yīng)容器的內(nèi)徑更小的假想圓圍繞同一方向相切的方式來(lái)配置上述各燒嘴部，
[0027]上述燒嘴部以上述燒嘴部的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向上述燒嘴部的前端越朝向下方的方式來(lái)配置。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)燒嘴部向圓筒狀的反應(yīng)容器內(nèi)供給煤及氧化劑時(shí)，能夠產(chǎn)生圍繞反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的流體的流動(dòng)。因此，反應(yīng)容器的內(nèi)周面附近的流體的流動(dòng)在圓周方向的任意位置均穩(wěn)定，能夠使附著在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上的因煤氣化而產(chǎn)生的熔融的爐渣的厚度大致均勻。
[0029]另外，燒嘴部以自身的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向燒嘴部的前端越朝向下方的方式來(lái)配置。通過(guò)使氣化膨脹并在反應(yīng)容器內(nèi)邊旋轉(zhuǎn)邊上升的煤從燒嘴部先向水平或者下方流動(dòng)，從而能夠增加煤在反應(yīng)容器中流動(dòng)的時(shí)間，使其從排出口排出之前在反應(yīng)容器內(nèi)充分地氣化。
[0030]另外，在上述煤氣化爐中，上述燒嘴部更優(yōu)選圍繞上述反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)等間隔地配置。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠使反應(yīng)容器內(nèi)的包含從燒嘴部供給的煤及氧化劑、以及因煤的燃燒而產(chǎn)生的氣體的流體的流動(dòng)更穩(wěn)定。
[0032]另外，在上述煤氣化爐中，上述假想圓的直徑相對(duì)于上述反應(yīng)容器的內(nèi)徑的比更優(yōu)選設(shè)定為1/10以上且1/3以下。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將假想圓的直徑相對(duì)于反應(yīng)容器的內(nèi)徑的比(以下也稱(chēng)為“直徑比”)設(shè)為1/3以下，能夠減少反應(yīng)容器的內(nèi)周面上的流體的速度梯度，抑制附著在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上的爐渣從內(nèi)周面剝落。因此，能夠防止反應(yīng)容器的內(nèi)周面被暴露于高溫下因熱損失的增加而導(dǎo)致性能降低或內(nèi)周面損傷。
[0034]另外，通過(guò)將直徑比設(shè)為1/10以上，能夠防止從燒嘴部供給的煤及氧化劑等相互發(fā)生正面碰撞，確實(shí)地產(chǎn)生圍繞反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，使氣化反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，提尚反應(yīng)率。
[0035]另外，在上述煤氣化爐中，當(dāng)將從各個(gè)上述燒嘴部向上述反應(yīng)容器內(nèi)供給的上述煤、上述氧化劑的質(zhì)量流量設(shè)為ml (kg/s)、m2 (kg/s)，將各個(gè)上述燒嘴部?jī)?nèi)的上述煤、上述氧化劑的流速設(shè)為Vl (m/s)、V2 (m/s)時(shí)，由(I)式得到的平均流速Va (m/s)更優(yōu)選設(shè)定為10 (m/s)以上且50(m/s)以下。
[0036]Va = (ml X Vl+m2 X V2) / (ml+m2) (I)
[0037]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將平均流速Va設(shè)為50(m/s)以下，能夠抑制附著在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上的爐渣從內(nèi)周面剝落，從而能夠降低從反應(yīng)容器向外部傳導(dǎo)的熱損失。另外，通過(guò)將平均流速Va設(shè)為10 (m/s)以上，能夠在燒嘴部利用氧化劑來(lái)穩(wěn)定地傳送煤。
[0038]另外，在上述煤氣化爐中，各個(gè)上述燒嘴部的軸線(xiàn)相對(duì)于水平面的角度更優(yōu)選設(shè)定為0°以上且10°以下。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將該角度設(shè)為0°以上且10°以下，能夠使從燒嘴部吹入的煤粒子在燒嘴部附近的高溫處長(zhǎng)時(shí)間存在，從而使煤焦的氣化反應(yīng)得到促進(jìn)，能夠提高反應(yīng)率。
[0040]另外，在上述煤氣化爐中，更優(yōu)選在上述反應(yīng)容器中的上述燒嘴部最近的上方且與上述基準(zhǔn)平面平行的第二基準(zhǔn)平面上與上述燒嘴部同樣地設(shè)置煤焦燒嘴。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)利用反應(yīng)容器的煤焦燒嘴將未反應(yīng)而被回收的煤焦再利用于煤氣化爐并使其發(fā)生氣化反應(yīng)，能夠使煤中的碳的氣化反應(yīng)率為99%以上。
[0042]發(fā)明效果
[0043]根據(jù)本發(fā)明的煤氣化爐，能夠使煤在緊湊的反應(yīng)容器內(nèi)充分地發(fā)生反應(yīng)，并且能夠使?fàn)t渣穩(wěn)定地附著在反應(yīng)容器的內(nèi)周面上。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1是使用了本發(fā)明實(shí)施方式的煤氣化爐的煤氣化合成氣體制造系統(tǒng)的框圖。
[0045]圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的煤氣化爐的主要部分的縱剖面圖。
[0046]圖3是沿圖2中的切割線(xiàn)A-A的俯視剖面圖。
[0047]圖4是表示圖3中的基準(zhǔn)平面的流速分布的圖。
[0048]圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式的煤氣化爐的部分氧化部中熱損失比和反應(yīng)率比與直徑比之間的關(guān)系的圖。
[0049]圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式的煤氣化爐中熱損失比與煤和氧化劑的平均流速之間的關(guān)系的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0050]以下，邊參照?qǐng)D1至圖6邊對(duì)本發(fā)明的煤氣化爐的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。煤氣化爐是組裝到煤氣化系統(tǒng)的一部分中來(lái)使用、并通過(guò)使煤在內(nèi)部燃燒來(lái)至少制造氫氣和一氧化碳?xì)怏w的裝置。
[0051]如圖1所示，煤氣化合成氣體制造系統(tǒng)I是將煤作為原料來(lái)制造以氫氣和一氧化碳?xì)怏w作為主成分的合成氣體的成套設(shè)備。通過(guò)將該產(chǎn)品合成氣體作為化學(xué)合成設(shè)備等的原料進(jìn)行供給，最終能夠制造甲烷、甲醇及氨等。
[0052]煤氣化合成氣體制造系統(tǒng)I具備煤粉碎及干燥設(shè)備2、煤供給設(shè)備3、本實(shí)施方式的煤氣化爐4、熱回收設(shè)備5、煤焦回收設(shè)備6、變換反應(yīng)設(shè)備7、氣體精制設(shè)備8和空氣分離設(shè)備9。
[0053]通常，煤的外徑不均勻，根據(jù)其種類(lèi)有時(shí)含有多于所期望的值的水分。為此，首先在煤粉碎及干燥設(shè)備2中，對(duì)煤進(jìn)行粉碎，以形成200目以下為75%左右、平均粒徑為30?60(ym)左右的粉煤，然后進(jìn)行干燥，以達(dá)到規(guī)定的水分含量、優(yōu)選以總水分量計(jì)達(dá)到10%以下，然后供給至煤供給設(shè)備3。另外，從煤粉碎及干燥設(shè)備2之后到煤氣化爐4為止，為了使干燥后的煤中的水分量不發(fā)生變化，煤在密閉的空間內(nèi)移動(dòng)。
[0054]接著，為了向煤氣化爐4內(nèi)供給煤，在煤供給設(shè)備3內(nèi)利用載氣等升壓至規(guī)定的壓力后，通過(guò)氣流傳送向煤氣化爐4定量供給規(guī)定重量的煤。煤氣化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力沒(méi)有特別限定，但從氣化爐緊湊化帶來(lái)的反應(yīng)效率的提高、設(shè)備費(fèi)及水電費(fèi)降低的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為2MPaG以上且5MPaG以下。
[0055]另一方面，空氣分離設(shè)備9將空氣壓縮而使其液化、并利用沸點(diǎn)的不同從成為液體后的空氣中分離干燥的氧氣和氮?dú)獾?。由空氣分離設(shè)備9分離出的氧氣以規(guī)定流量向煤氣化爐4供給。
[0056]如圖2所示，煤氣化爐4在上方Dl至少具有部分氧化部(反應(yīng)容器)12，在部分氧化部12的下方D2設(shè)有預(yù)熱部15。部分氧化部12及預(yù)熱部15在上下方向D上連通。
[0057]如圖2及圖3所示，部分氧化部12通過(guò)使用耐熱性的耐火物等形成沿上下方向D延伸的圓筒狀，在部分氧化部12的內(nèi)周面上，設(shè)有形成為沿軸線(xiàn)Cl延伸的圓筒狀的8個(gè)燒嘴部17a?17h(以下，當(dāng)沒(méi)有特殊區(qū)別地表示這些燒嘴部17a?17h時(shí)，將它們統(tǒng)稱(chēng)為“燒嘴部17”)。
[0058]另外，對(duì)設(shè)置在部分氧化部12上的燒嘴部17的數(shù)量沒(méi)有限制，只要是2個(gè)以上多少個(gè)都可以。其中，優(yōu)選隨著部分氧化部12的大小變大以4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)、…這樣的方式來(lái)增加數(shù)量地設(shè)置為偶數(shù)個(gè)，但即使是奇數(shù)個(gè)也完全沒(méi)有問(wèn)題。
[0059]8個(gè)燒嘴部17設(shè)置在與水平面平行的基準(zhǔn)平面Pl上，并圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2等間隔地配置。
[0060]關(guān)于燒嘴部17，如圖3所示，以從上方Dl觀(guān)察時(shí)燒嘴部17的軸線(xiàn)Cl與直徑比部分氧化部12的內(nèi)徑Rl更小且以中心軸線(xiàn)C2為中心的假想圓E圍繞同一方向Fl相切的方式來(lái)配置。這里，圍繞同一方向Fl相切是指，當(dāng)將各個(gè)燒嘴部17的軸線(xiàn)Cl視為從燒嘴部17的前端延伸的線(xiàn)時(shí)，軸線(xiàn)Cl相對(duì)于假想圓E圍繞方向Fl相切。另外，也可以以各個(gè)燒嘴部17的軸線(xiàn)Cl與假想圓E圍繞與方向Fl相反的方向即方向F2相切的方式來(lái)配置。
[0061]并且，以假想圓的直徑R2相對(duì)于部分氧化部12的內(nèi)徑Rl的比(假想圓的直徑R2/反應(yīng)容器的內(nèi)徑Rl)即直徑比達(dá)到1/10以上且1/3以下的方式進(jìn)行設(shè)定。直徑比更優(yōu)選為1/5以上且3/10以下。
[0062]進(jìn)而，如圖2所示，以燒嘴部17的軸線(xiàn)Cl相對(duì)于水平面的角度Θ達(dá)到0°以上且10°以下的方式進(jìn)行設(shè)定。
[0063]S卩，燒嘴部17的前端優(yōu)選向部分氧化部12的下方傾斜且相對(duì)于水平面為0°以上且10°以下、更優(yōu)選為0°以上且2°以下。
[0064]煤粉碎及干燥設(shè)備2中被粉碎和干燥后的微粉狀的煤通過(guò)煤供給部20以規(guī)定的流量供至各燒嘴部17。由空氣分離設(shè)備9分離出的氧氣、以及如后述那樣由熱回收設(shè)備5供給的水蒸氣通過(guò)氧化劑供給部21以規(guī)定的流量供至各燒嘴部17。
[0065]更詳細(xì)而言，將從燒嘴部17供至部分氧化部12內(nèi)的煤、氧化劑(氧氣及水蒸氣)的質(zhì)量流量設(shè)為ml (kg/s)、m2 (kg/s)，將燒嘴部17內(nèi)的煤、氧化劑的流速設(shè)為Vl (m/s)、V2(m/s)。此時(shí)，以由下述的(2)式得到的平均流速Va(m/s)達(dá)到10(m/s)以上且50(m/s)以下的方式，通過(guò)煤供給部20及氧化劑供給部21來(lái)調(diào)節(jié)煤及氧化劑的流量。
[0066]Va = (ml X Vl+m2 X V2) / (ml+m2) (2)
[0067]即，平均流速Va是指從燒嘴部17的原料噴射口射出的流體的平均流速。
[0068]其中，氧化劑中的氧氣在以氧與煤的重量比(氧/煤)計(jì)為0.7?0.9的范圍內(nèi)、水蒸氣在以水蒸氣與煤的重量比(水蒸氣/煤)計(jì)為0.05?0.3的范圍內(nèi)、根據(jù)煤品種和運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)劃溫度來(lái)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。另外，燒嘴部17內(nèi)的氧化劑的流速Vl (m/s)設(shè)為氧氣及水蒸氣混合后的狀態(tài)下的流速。關(guān)于煤品種的不同，可以用煤的工業(yè)分析值及元素分析值、灰組成等來(lái)表示。
[0069]另外，平均流速Va更優(yōu)選為10 (m/s)以上且30 (m/s)以下。
[0070]在部分氧化部12的外周面上，配設(shè)有用于冷卻部分氧化部12的冷卻壁管路22，在冷卻壁管路22上連接有用于向其內(nèi)部流入水或飽和水(鍋爐水)的泵23。在該冷卻壁管路22內(nèi)流動(dòng)的水或飽和水可以在冷卻壁管路22內(nèi)循環(huán)，也可以將部分氧化部12用作鍋爐來(lái)進(jìn)行加熱，形成高溫的水蒸氣后作為蒸氣回收和利用。
[0071]被粉碎并升壓后的煤及氧化劑以平均流速Va從上述的燒嘴部17供至部分氧化部12內(nèi)。8個(gè)燒嘴部17由于如圖3所示那樣配置，因此從燒嘴部17供給的煤及氧化劑如圖2所示那樣，首先以邊圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2旋轉(zhuǎn)邊向下或者在同一水平面上流動(dòng)的方式噴射。部分氧化部12內(nèi)變?yōu)楦邷睾透邏?例如溫度為1200°C以上且1800°C以下、壓力為2MPa以上)。在該環(huán)境下，煤變成高溫并發(fā)生熱解，煤焦與包含焦油及水蒸氣等的揮發(fā)性氣體發(fā)生分離，與此同時(shí)煤發(fā)生氣化，從而產(chǎn)生基于下述化學(xué)反應(yīng)式(I)?(3)的高溫的一氧化碳?xì)怏w、二氧化碳?xì)怏w及氫氣、和爐澄(灰分)。
[0072]2C+02— 2CO (I)
[0073]C+02— CO 2 (2)
[0074]C+H20 — CO+H2 (3)
[0075]此時(shí)部分氧化部12內(nèi)的各部位中氫氣和一氧化碳?xì)怏w等的流速分布示于圖4。圖4是表示在圖3所示的包含部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2的基準(zhǔn)平面P2上從中心軸線(xiàn)C2向r方向的位置的流速V的圖。這里，基準(zhǔn)平面P2是相對(duì)于與水平面平行的基準(zhǔn)平面Pl垂直的面。在部分氧化部12中，氫氣和一氧化碳?xì)怏w等流體從中心軸線(xiàn)C2向半徑方向(r方向)邊圍繞同一方向(例如方向Fl)旋轉(zhuǎn)邊上升。圖4示出了該基準(zhǔn)平面P2的某個(gè)高度的位置上r方向的流體的流速V的變化(分布)。這里，某個(gè)高度的位置是指沿部分氧化部12的高度方向的任意位置，只要在燒嘴部17a之上即可。在圖4中，橫軸表示相對(duì)于中心軸線(xiàn)C2的r方向的位置，縱軸表示流速V。另外，實(shí)際上r方向的位置在正側(cè)(圖3中相對(duì)于中心軸線(xiàn)C2為燒嘴部17a側(cè))時(shí)與r方向的位置在負(fù)側(cè)(圖3中相對(duì)于中心軸線(xiàn)C2為燒嘴部17e側(cè))時(shí)流速V的方向是不同的，但圖4僅示出了流速V的大小而不考慮其方向。此外，圖4并未考慮附著在部分氧化部12的內(nèi)周面上的后述爐渣的厚度。
[0076]在圖4中，用實(shí)線(xiàn)表示以假想圓的直徑相對(duì)于部分氧化部(反應(yīng)容器)12的內(nèi)徑之比達(dá)到1/5以上且3/10以下的方式在部分氧化部12上設(shè)置燒嘴部17、并將平均流速Va設(shè)為10(m/s)以上且30(m/s)以下時(shí)的流速v的模型。
[0077]在圖4中，如實(shí)線(xiàn)所示，在燒嘴部17c的軸線(xiàn)Cl上的位置即r方向的位置為R2/2的位置附近、及燒嘴部17g的軸線(xiàn)Cl上的位置即r方向的位置為-R2/2的位置附近，流速v最大。并且，在部分氧化部12的內(nèi)周面的位置即r方向的位置為R1/2的位置、及為-R1/2的位置，流速V接近0，且流速V的曲線(xiàn)的斜率(速度梯度)的絕對(duì)值變?yōu)檩^小的值。
[0078]將氫氣和一氧化碳?xì)怏w等假設(shè)為牛頓流體時(shí)，流體試圖剝離爐渣的力(剪切力)為流體的流速V的速度梯度乘以流體的粘性系數(shù)μ而得的值(μ (dv/dr))，因此可知此時(shí)的剪切力較小。
[0079]與此相對(duì)，在由⑵式得到的平均流速Va超過(guò)了 50 (m/s)的比較例中，如圖4中虛線(xiàn)所示，流速V為最大值的位置不變，但流速V的最大值增加。因此，流速V的曲線(xiàn)的斜率的絕對(duì)值增加，作用于爐渣的剪切力增加，爐渣變得容易剝落。
[0080]另外，相對(duì)于示出實(shí)線(xiàn)所示的流體的流速分布的部分氧化部12的構(gòu)成，在使燒嘴部17b的軸線(xiàn)Cl從部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2離開(kāi)而使直徑比超過(guò)了 1/3的比較例中，流體的流速分布變?yōu)閳D4中雙點(diǎn)劃線(xiàn)所示的分布。即，在這樣的情況下，也由于部分氧化部12的內(nèi)周面的位置即r方向的位置為R1/2及-R1/2的位置處的流速v的曲線(xiàn)的斜率的絕對(duì)值增加而使作用于爐渣的剪切力增加，因此爐渣也變得容易剝落。
[0081]如圖2所示，在部分氧化部12內(nèi)產(chǎn)生的氣體和爐渣等邊圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2旋轉(zhuǎn)邊向徑方向外側(cè)移動(dòng)，并且變?yōu)楦邷囟l(fā)生膨脹從而在浮力的作用下受到向上的力而在部分氧化部12的內(nèi)周面?zhèn)壬仙?。在部分氧化?2內(nèi)產(chǎn)生的爐渣雖然是熔融的狀態(tài)，但一部分的爐渣S在部分氧化部12的內(nèi)周面被冷卻后附著，其他部分則落到設(shè)在部分氧化部12的下方D2的出渣口 24并流出到預(yù)熱部15內(nèi)而被回收。
[0082]另外，部分氧化部12的內(nèi)周面上附著的爐渣S越厚，爐渣S產(chǎn)生的隔熱效果越大，不僅能保護(hù)部分氧化部12免受高熱的影響，還能減少?gòu)牟糠盅趸?2向冷卻壁管路22內(nèi)的水等傳導(dǎo)的熱量(以下稱(chēng)為“熱損失”)。
[0083]這里，用圖5對(duì)熱損失進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)將直徑比為1/3時(shí)的熱損失量設(shè)為I (基準(zhǔn))而將其與其他條件的熱損失量的比率設(shè)為熱損失比時(shí)，直徑比的值超過(guò)1/3時(shí)熱損失比(LI)急劇變大。這是因?yàn)闊觳?7的軸線(xiàn)Cl與部分氧化部12的內(nèi)周面的距離變短。S卩，從燒嘴部17射出的流體變得容易朝向內(nèi)周面而不朝向部分氧化部12的中心部。因此，附著在部分氧化部12的內(nèi)周面上的爐渣變得容易剝落。另外，當(dāng)直徑比低于1/10時(shí)，部分氧化部12的內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流的直徑急劇變小，因此無(wú)法確保必要的反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)率比(L2)急劇減小。這里所說(shuō)的反應(yīng)率比是指將直徑比為1/3時(shí)的反應(yīng)率設(shè)為I (基準(zhǔn))時(shí)其與其他條件的反應(yīng)率的比率。
[0084]并且，如圖6所示，當(dāng)上述平均流速Va的值超過(guò)50 (m/s)時(shí)，如上述那樣爐渣變得容易剝落，熱損失比急劇變大。另外，當(dāng)平均流速Va低于10(m/s)時(shí)，從煤供給設(shè)備3經(jīng)由燒嘴部17向煤氣化爐4內(nèi)的煤的氣流傳送變得不穩(wěn)定或者因堵塞而變得不能進(jìn)行，向部分氧化部12的煤供給量會(huì)發(fā)生波動(dòng)。
[0085]并且，如圖1所示，從煤氣化爐4的上方向熱回收設(shè)備5供給伴隨著煤焦的以氫氣及一氧化碳?xì)怏w作為主成分的高溫的合成氣體。
[0086]在熱回收設(shè)備5中，通過(guò)使從煤氣化爐4傳送來(lái)的合成氣體與鍋爐水進(jìn)行熱交換來(lái)制造水蒸氣。該水蒸氣被供至上述煤粉碎及干燥設(shè)備2等以用于煤的干燥等目的。
[0087]在熱回收設(shè)備5中被冷卻的合成氣體從熱回收設(shè)備5供至煤焦回收設(shè)備6，在煤焦回收設(shè)備6中回收包含在合成氣體中的煤焦。這里，回收后的煤焦也可以作為燃料等用于外部利用，還可以使該煤焦在煤氣化爐4中再利用而進(jìn)行氣化。
[0088]通過(guò)煤焦回收設(shè)備6后的合成氣體供至變換反應(yīng)設(shè)備7。并且，為了將合成氣體中氫氣相對(duì)于一氧化碳?xì)怏w的比率提高到一定的值，向變換反應(yīng)設(shè)備7中供給水蒸氣，使其發(fā)生如下述化學(xué)反應(yīng)式(4)所示的使用了催化劑的變換反應(yīng)。通過(guò)該變換反應(yīng)，一氧化碳?xì)怏w被消耗，取而代之產(chǎn)生氫氣。
[0089]CCHH2O — C02+H2 (4)
[0090]在變換反應(yīng)設(shè)備7中調(diào)節(jié)了成分后的合成氣體供至氣體精制設(shè)備8，回收合成氣體中所含的二氧化碳?xì)怏w、包含硫作為成分的氣體等。
[0091]在氣體精制設(shè)備8中精制后的產(chǎn)品合成氣體供至化學(xué)合成設(shè)備等，制造甲烷、甲醇及氨等。
[0092]如以上所說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施方式的煤氣化爐4中，通過(guò)燒嘴部17向圓筒狀的反應(yīng)容器12內(nèi)供給煤及氧化劑，能夠產(chǎn)生圍繞反應(yīng)容器12的中心軸線(xiàn)C2旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)。因此，反應(yīng)容器12的內(nèi)周面附近的流體的流動(dòng)穩(wěn)定而無(wú)論圓周方向的位置如何，能夠使附著在反應(yīng)容器12的內(nèi)周面上的因煤氣化而產(chǎn)生的熔融的爐渣的厚度大致均勻。
[0093]另外，燒嘴部17以自身的軸線(xiàn)Cl與水平面平行或者越朝向燒嘴部的前端越朝向下方D2的方式來(lái)配置。根據(jù)該構(gòu)成，能夠使氣化膨脹并在部分氧化部12內(nèi)邊旋轉(zhuǎn)邊上升的燃燒的煤在移動(dòng)到熱回收設(shè)備5之前從燒嘴部17先向水平或者下方D2流動(dòng)。因此，能夠使從燒嘴部17吹入的煤粒子在燒嘴部17附近的高溫處長(zhǎng)時(shí)間存在，進(jìn)而能夠增加煤中的碳(煤焦)在部分氧化部12中流動(dòng)的時(shí)間，因而能夠使其在部分氧化部12內(nèi)充分地氣化。
[0094]并且，由于燒嘴部17圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2等間隔地配置，因此能夠使包含從燒嘴部17供給的煤及氧化劑、以及因煤的氣化而生成的氣體的流體在部分氧化部12內(nèi)的流動(dòng)更穩(wěn)定。
[0095]另外，燒嘴部17以假想圓的直徑相對(duì)于反應(yīng)容器的內(nèi)徑的比為1/10以上且1/3以下的方式來(lái)配置。通過(guò)使直徑比為1/3以下，可以減小部分氧化部12的內(nèi)周面上的流體的速度梯度，抑制附著在部分氧化部12的內(nèi)周面上的熔融的爐渣等從內(nèi)周面剝落。因此，能夠防止部分氧化部12的內(nèi)周面被暴露于高溫下而引起損傷。進(jìn)而，通過(guò)使直徑比為1/10以上，能夠防止從燒嘴部17供給的煤及氧化劑等相互發(fā)生正面碰撞，確實(shí)地產(chǎn)生圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，從而能夠防止反應(yīng)率比降低。
[0096]并且，通過(guò)使平均流速Va為50 (m/s)以下，能夠抑制附著在部分氧化部12的內(nèi)周面上的爐渣從內(nèi)周面剝落，從而能夠降低從部分氧化部12向外部傳導(dǎo)的熱損失。另一方面，通過(guò)使平均流速Va為10 (m/s)以上，能夠在燒嘴部17中利用氧化劑來(lái)穩(wěn)定地傳送煤。
[0097]另外，通過(guò)將燒嘴部17的軸線(xiàn)Cl相對(duì)于水平面的角度Θ設(shè)為0°以上且10°以下，能夠使從燒嘴部17吹入的煤粒子在燒嘴部17附近的高溫處長(zhǎng)時(shí)間存在，從而使煤中的碳的氣化反應(yīng)得到促進(jìn)，能夠提高反應(yīng)率。
[0098]以上，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，但具體的構(gòu)成并不限于該實(shí)施方式，還包括不脫離本發(fā)明主旨的范圍的構(gòu)成變更等。
[0099]例如，在上述實(shí)施方式中，將燒嘴部17的形狀設(shè)為圓筒狀，但只要是沿規(guī)定的軸線(xiàn)延伸的形狀即可，可以是扁平的圓筒狀或方筒狀等。
[0100]另外，在上述實(shí)施方式中，燒嘴部17即使不圍繞部分氧化部12的中心軸線(xiàn)C2等間隔地配置，部分氧化部12內(nèi)的流體的流動(dòng)也可以形成旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)，因此燒嘴部17也可以不圍繞中心軸線(xiàn)C2等間隔地配置。
[0101]另外，在上述煤氣化爐中，還可以在部分氧化部12中的燒嘴部17的最近的上方且與基準(zhǔn)平面Pl平行的第二基準(zhǔn)平面上與燒嘴部17同樣地配置煤焦燒嘴。即，煤焦燒嘴可以以從上方Dl觀(guān)察時(shí)煤焦燒嘴的軸線(xiàn)與直徑比部分氧化部12的內(nèi)徑Rl更小且與以中心軸線(xiàn)C2為中心的假想圓圍繞同一方向相切的方式來(lái)配置。進(jìn)而，還可以以煤焦燒嘴的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向煤焦燒嘴的前端越朝向下方的方式來(lái)配置煤焦燒嘴。
[0102]另外，關(guān)于上述再利用，可以不使用煤焦燒嘴而將煤焦與煤均勻混合而成的混合物供至燒嘴部17。
[0103]進(jìn)而，在上述實(shí)施方式中，在部分氧化部12的上部可以具備熱解部，向來(lái)自部分氧化部12的以高溫的氫氣及一氧化碳?xì)怏w為主成分的合成氣體中吹入煤，將上述合成氣體的熱量用于熱解。
[0104]實(shí)施例
[0105]在上述煤氣化爐4的部分氧化部12中，將內(nèi)周面的直徑設(shè)為0.65 (m)、內(nèi)部的高度設(shè)為1.0(m)，在部分氧化部12上等間隔地設(shè)有4個(gè)燒嘴部17。并且，使用灰分為5%的煙煤作為煤進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0106]將燒嘴部17的平均流速Va設(shè)為30 (m/s)，將直徑比從1/3變?yōu)?/5進(jìn)行了運(yùn)轉(zhuǎn)后，可知相對(duì)于直徑比設(shè)為1/3時(shí)的情況，直徑比設(shè)為1/5時(shí)從部分氧化部12向冷卻壁管路22內(nèi)的水等傳導(dǎo)的上述熱損失減少約20%。
[0107]另外，將部分氧化部12的直徑比固定為1/3，將燒嘴部17的平均流速Va從50 (m/s)變?yōu)?0 (m/s)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)后，可知相對(duì)于平均流速Va為50 (m/s)時(shí)的情況，平均流速Va為30 (m/s)時(shí)的熱損失減少約10%。
[0108]并且，在將直徑比從1/3變?yōu)?/5的同時(shí)將平均流速Va從50 (m/s)變?yōu)?0 (m/s)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)后，熱損失減少約20%。
[0109]另外，在上述實(shí)施例的形狀的煤氣化爐4中，將直徑比設(shè)為1/4、平均流速Va設(shè)為10 (m/s)并將灰分為I %的煤氣化而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)后，可知附著在部分氧化部12的內(nèi)周面上的爐渣厚度能夠維持一定的厚度。
[0110]其中，可知對(duì)于上述熱損失，當(dāng)灰分為3%以上時(shí)與灰分為5%的情況相同，而灰分為5%的情況比灰分為I %的情況減少約30%。
[0111]4煤氣化爐
[0112]12部分氧化部(反應(yīng)容器)
[0113]17a?17h 燒嘴部
[0114]Cl軸線(xiàn)
[0115]C2中心軸線(xiàn)
[0116]E假想圓
[0117]Pl基準(zhǔn)平面
[0118]Θ角度
【權(quán)利要求】
1.一種合成氣體的制造方法，其是利用煤氣化爐、通過(guò)使煤在反應(yīng)容器內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)而氣化來(lái)制造至少以氫氣及一氧化碳?xì)怏w為主成分的合成氣體的方法，其特征在于， 所述煤氣化爐具備: 所述反應(yīng)容器，其形成為向上方延伸的圓筒狀； 排出口，其設(shè)置在所述反應(yīng)容器的上端側(cè)；和 多個(gè)筒狀的燒嘴部，其向所述反應(yīng)容器內(nèi)供給煤及作為氧化劑的氧氣和水蒸氣，所述煤通過(guò)第I管路供給，所述氧化劑通過(guò)與所述第I管路不同的第2管路供給， 所述多個(gè)燒嘴部在位于所述排出口的下方的與水平面平行的基準(zhǔn)平面上沿所述反應(yīng)容器的內(nèi)周面的圓周方向隔開(kāi)間隔地設(shè)置， 以從所述反應(yīng)容器的上方觀(guān)察時(shí)所述各燒嘴部的軸線(xiàn)與以所述反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)為中心且直徑比反應(yīng)容器的內(nèi)徑更小的假想圓圍繞同一方向相切的方式來(lái)配置所述各燒嘴部， 所述假想圓的直徑相對(duì)于所述反應(yīng)容器的內(nèi)徑的比被設(shè)定為1/10以上且1/3以下，所述燒嘴部以所述燒嘴部的軸線(xiàn)與水平面平行或者越朝向所述燒嘴部的前端越朝向下方的方式來(lái)配置，并且所述軸線(xiàn)相對(duì)于水平面的角度被設(shè)定為0°以上且10°以下，所述方法具備按照下述方式通過(guò)所述燒嘴部向所述反應(yīng)容器內(nèi)分別供給所述煤和所述氧化劑的工序， 所述方式為:當(dāng)將從所述燒嘴部向所述反應(yīng)容器內(nèi)供給的所述煤、所述氧化劑的質(zhì)量流量設(shè)為ml、m2，將所述燒嘴部?jī)?nèi)的所述煤、所述氧化劑的流速設(shè)為V1、V2時(shí)，由(I)式得到的平均流速Va被設(shè)定為10m/s以上且50m/s以下， Va= (mlXVl+m2XV2)/(ml+m2) (I) 其中，ml及m2的單位為kg/s，V1、V2及Va的單位為m/s， 并且，在通過(guò)所述燒嘴部向所述反應(yīng)容器內(nèi)分別供給所述煤和所述氧化劑時(shí)，所述氧化劑中的所述氧氣在以與所述煤的重量比計(jì)為0.7?0.9的范圍內(nèi)供給，所述氧化劑中的所述水蒸氣在以與所述煤的重量比計(jì)為0.05?0.3的范圍內(nèi)供給。
2.如權(quán)利要求1所述的合成氣體的制造方法，其中，所述燒嘴部圍繞所述反應(yīng)容器的中心軸線(xiàn)等間隔地配置。
【文檔編號(hào)】C10J3/46GK104479748SQ201410557701
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2010年4月16日
【發(fā)明者】小菅克志, 并木泰樹(shù), 糸永真須美, 幸良之, 武田卓, 小水流廣行, 矢部英昭 申請(qǐng)人:新日鐵住金工程技術(shù)株式會(huì)社