固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及固體燃料制取合成氣技術(shù)，旨在提供一種固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置及方法。該裝置由常壓或加壓流化床氣化爐和流化床燃燒爐組成，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.1?5MPa。該方法是以氧氣、水蒸氣或二氧化碳作為氣化劑，先將固體燃料在流化床氣化爐中進(jìn)行氣化，產(chǎn)生合成氣，再將氣化產(chǎn)生的半焦送至流化床燃燒爐中進(jìn)行燃燒。本發(fā)明采用雙流化床同時(shí)產(chǎn)生合成氣與高溫?zé)煔猓瑢?shí)現(xiàn)了固體燃料的分級(jí)轉(zhuǎn)化；具有更強(qiáng)的燃料適應(yīng)性，污染物排放低，操作簡(jiǎn)單，處理量大，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。產(chǎn)生的合成氣中焦油含量少，熱值較高。與完全氣化技術(shù)相比，不強(qiáng)調(diào)過(guò)高的碳轉(zhuǎn)化率，所需氧耗顯著降低，同時(shí)可以降低反應(yīng)，減少了設(shè)備造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)性上具有更大優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】
固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及固體燃料制取合成氣技術(shù)，特別涉及一種固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)為富煤、少油、缺氣。我國(guó)煤炭資源豐富，產(chǎn)量巨大，煤炭占我國(guó)能源消費(fèi)總量的70%;但是，煤炭的直接燃燒導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展及人民生活都造成了較大的影響。另外，作為清潔可再生能源之一的生物質(zhì)資源，在我國(guó)的儲(chǔ)量也十分豐富。因此，利用較為清潔的煤氣化技術(shù)，將相對(duì)比較豐富的煤、生物質(zhì)等固體燃料用于發(fā)電及合成氣生產(chǎn)，可以減少環(huán)境的污染，同時(shí)緩解了我國(guó)天然氣進(jìn)口的壓力，因此具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]然而，現(xiàn)有的氣化技術(shù)基本都采用完全氣化方式，需要在高溫高壓的條件下達(dá)到極高的碳轉(zhuǎn)化率，苛刻的反應(yīng)條件極大的提高了反應(yīng)裝備的制造成本及維護(hù)成本。同時(shí)，完全氣化技術(shù)的耗氧量大，需要配備大規(guī)模的空氣分離單元，建造成本大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置及方法。
[0005]為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置，包括流化床燃燒爐和流化床氣化爐；
[0007]所述流化床氣化爐的底部設(shè)氣化劑入口，中下部設(shè)固體燃料給料口，中部設(shè)溢流口，頂部設(shè)合成氣出口；所述流化床燃燒爐的底部設(shè)空氣入口，中下部設(shè)半焦物料入口，頂部設(shè)煙氣出口 ；所述溢流口通過(guò)管路經(jīng)第四返料器接至半焦物料入口 ；
[0008]在與合成氣出口相接的合成氣排放管路上，設(shè)有第一旋風(fēng)分離器;第一旋風(fēng)分離器的底部通過(guò)第一返料器接至半焦物料入口，或接至設(shè)于流化床氣化爐中下部的循環(huán)物料入口；
[0009]在與煙氣出口相接的管路上設(shè)有第二旋風(fēng)分離器;第二旋風(fēng)分離器的底部通過(guò)第二返料器接至半焦物料入口。
[0010]本發(fā)明中，還包括設(shè)于第一旋風(fēng)分離器頂部出口合成氣排放管路上的第三旋風(fēng)分離器;第三旋風(fēng)分離器的頂部接合成氣排放管路，其底部接至第一返料器出口的管路，或通過(guò)第三返料器接至半焦物料入口。
[0011 ]本發(fā)明中，所述流化床氣化爐的內(nèi)部由下至上分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，氣化劑入口與風(fēng)室相連，固體燃料給料口位于密相區(qū)中部，溢流口位于密相區(qū)頂部，合成氣出口位于稀相區(qū)頂部；所述流化床燃燒爐的內(nèi)部由下至上分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，空氣入口與風(fēng)室連接，半焦物料入口位于密相區(qū)中部，煙氣出口位于稀相區(qū)頂部。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步提供了基于前述裝置的固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化方法，包括:
[0013](I)將煤粉和/或生物質(zhì)干粉通過(guò)固體燃料給料口添加至流化床氣化爐，在密相區(qū)與來(lái)自底部的氣化劑混合并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生合成氣；
[0014]控制固體燃料和氣化劑的質(zhì)量比例，使固體燃料發(fā)生部分氣化;氣化劑是水蒸汽-氧氣混合物或二氧化碳-氧氣混合物;流化床氣化爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為
0.l-5MPa，運(yùn)行溫度為900-1000°C ;氣化劑中，水蒸汽與固體燃料的質(zhì)量比例為0.1-0.5，氧氣與固體燃料的質(zhì)量比例為0.3-1，二氧化碳與固體燃料的質(zhì)量比例為0.2-0.8；
[0015](2)流化床氣化爐排放的合成氣經(jīng)一級(jí)或兩級(jí)旋風(fēng)分離器除塵，然后送至排放管路;分離所得粉塵由返料器送至流化床燃燒爐的半焦物料入口，或送回流化床氣化爐的密相區(qū)重新進(jìn)行反應(yīng)；
[0016](3)氣化反應(yīng)所得半焦物料從流化床氣化爐密相區(qū)頂部的溢流口排出，并由返料器送至流化床燃燒爐的半焦物料入口；在流化床燃燒爐內(nèi)的密相區(qū)，半焦物料與來(lái)自底部的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成溫度為900-950 °C的高溫?zé)煔猓?br>[0017]控制底部空氣與半焦物料入口的物料的質(zhì)量比例為1-1.2，使半焦物料發(fā)生完全燃燒;流化床燃燒爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.l-5MPa;運(yùn)行溫度為900-950°C；
[0018](4)流化床燃燒爐排放的煙氣由旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵后再送至排放管路，分離所得粉塵由返料器送回至流化床燃燒爐的半焦物料入口，重新進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
[0019]本發(fā)明中，所述生物質(zhì)干粉是指農(nóng)作物秸桿的干粉，其粒度為1mm以下;所述煤粉的粒度為8mm以下。
[0020]發(fā)明原理描述:
[0021]本發(fā)明結(jié)合煤、生物質(zhì)等固體燃料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先將其中活性較好易于氣化的部分轉(zhuǎn)化為合成氣，然后將所產(chǎn)生的不易氣化的半焦作為原料進(jìn)行燃燒，生產(chǎn)高溫?zé)煔庖杂糜诤罄m(xù)工藝中生產(chǎn)高溫蒸汽用于發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)煤和生物質(zhì)等固體燃料的部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化。較于目前的完全氣化或直接燃燒相比，固體燃料部分氣化技術(shù)具有耗氧量低、設(shè)備造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。采用該方法獲得的合成氣不僅可用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，也可作為化工合成生產(chǎn)的原料。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:
[0023]1、采用流化床氣化爐和流化床燃燒爐相結(jié)合的雙流化床操作方法，同時(shí)產(chǎn)生合成氣與高溫?zé)煔猓瑢?shí)現(xiàn)了固體燃料的分級(jí)轉(zhuǎn)化。
[0024]2、采用流化床氣化爐及燃燒爐作為反應(yīng)器，具有更強(qiáng)的燃料適應(yīng)性，污染物排放低，操作簡(jiǎn)單，處理量大，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
[0025]3、采用流化床氣化爐進(jìn)行固體燃料與氧氣/水蒸汽或水蒸汽/ 二氧化碳的氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的合成氣中焦油含量少，熱值較高，可用做工業(yè)或民用燃料;半焦物料在流化床燃燒爐中進(jìn)行燃燒，形成高溫?zé)煔猓捎糜谏a(chǎn)高溫高壓蒸氣以實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
[0026]4、采用流化床部分氣化技術(shù)處理固體燃料，與完全氣化技術(shù)相比，不強(qiáng)調(diào)過(guò)高的碳轉(zhuǎn)化率，所需氧耗顯著降低，同時(shí)可以降低反應(yīng)，減少了設(shè)備造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)性上具有更大優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明所述裝置的第一種實(shí)現(xiàn)方案的示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明所述裝置的另一種實(shí)現(xiàn)方案的示意圖(在圖1裝置中增加了一個(gè)返料器)。
[0029]圖中:固體燃料給料口I，氣化劑入口 2，流化床氣化爐3，第一返料器4，第一旋風(fēng)分離器5，第三旋風(fēng)分離器6，合成氣排放管路7，第二旋風(fēng)分離器8，第二返料器9，流化床燃燒爐10，空氣入口 11，煙氣排放管路12，溢流口 13，第三返料器14，半焦物料入口 15，循環(huán)物料入口 16，第四返料器17。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行描述。
[0031]本發(fā)明所述固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置，包括流化床燃燒爐10和流化床氣化爐3。流化床氣化爐3的底部設(shè)氣化劑入口 2，中下部設(shè)固體燃料給料口 I，中部設(shè)溢流口 13，頂部設(shè)合成氣出口。流化床燃燒爐10的底部設(shè)空氣入口 11，中下部設(shè)半焦物料入口15，頂部設(shè)煙氣出口；所述溢流口 13通過(guò)管路經(jīng)第四返料器14接至半焦物料入口 15。
[0032]在與合成氣出口相接的合成氣排放管路上，設(shè)有第一旋風(fēng)分離器5;第一旋風(fēng)分離器5的底部通過(guò)第一返料器4接至半焦物料入口 15(如圖1中所示)，或接至設(shè)于流化床氣化爐3中下部的循環(huán)物料入口 16(如圖2中所示)；
[0033]在與煙氣出口相接的管路上設(shè)有第二旋風(fēng)分離器8;第二旋風(fēng)分離器8的底部通過(guò)第二返料器9接至半焦物料入口 15，頂部接煙氣排放管路12。
[0034]為了進(jìn)一步分離粉塵，還在可以在第一旋風(fēng)分離器5頂部出口合成氣排放管路上設(shè)置第三旋風(fēng)分離器6。第三旋風(fēng)分離器6的頂部接合成氣排放管路7，其底部接至第一返料器4出口的管路，將收集的粉塵送至半焦物料入口 15(如圖1中所示)，或送至循環(huán)物料入口
16。在第一返料器4連接至循環(huán)物料入口 16的情況下，也可以在第三旋風(fēng)分離器6的底部單獨(dú)設(shè)置第四返料器17，直接將粉塵送至半焦物料入口 15 (如圖2中所示)。
[0035]流化床氣化爐3的內(nèi)部由下至上分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，氣化劑入口2與風(fēng)室相連，固體燃料給料口 I位于密相區(qū)中部，溢流口 13位于密相區(qū)頂部，合成氣出口位于稀相區(qū)頂部。流化床燃燒爐10的內(nèi)部由下至上也分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，空氣入口 11與風(fēng)室連接，半焦物料入口 15位于密相區(qū)中部，煙氣出口位于稀相區(qū)頂部。
[0036]利用上述裝置實(shí)現(xiàn)固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化的方法，具體包括:
[0037](I)將煤粉和/或生物質(zhì)干粉通過(guò)固體燃料給料口 I添加至流化床氣化爐3，在密相區(qū)與來(lái)自底部的氣化劑混合并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生合成氣；
[0038]控制固體燃料和氣化劑的質(zhì)量比例，使固體燃料發(fā)生部分氣化;氣化劑是水蒸汽-氧氣混合物或二氧化碳-氧氣混合物;流化床氣化爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為
0.l-5MPa，運(yùn)行溫度為900-1000°C ;氣化劑中，水蒸汽與固體燃料的質(zhì)量比例為0.1-0.5，氧氣與固體燃料的質(zhì)量比例為0.3-1，二氧化碳與固體燃料的質(zhì)量比例為0.2-0.8；
[0039](2)流化床氣化爐3排放的合成氣經(jīng)一級(jí)或兩級(jí)旋風(fēng)分離器5、6除塵，然后送至排放管路;分離所得粉塵由第一返料器4或第四返料器17送至流化床燃燒爐的半焦物料入口，或送回流化床氣化爐3的密相區(qū)重新進(jìn)行反應(yīng)；
[0040](3)氣化反應(yīng)所得半焦物料從流化床氣化爐3密相區(qū)頂部的溢流口排出，并由返料器14送至流化床燃燒爐的半焦物料入口 ；在流化床燃燒爐內(nèi)的密相區(qū)，半焦物料與來(lái)自底部的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成溫度為900-950 °C的高溫?zé)煔猓?br>[0041]控制底部空氣與半焦物料入口的物料的質(zhì)量比例為1-1.2，使半焦物料發(fā)生完全燃燒;流化床燃燒爐10為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.l_5MPa;運(yùn)行溫度為900-950 °C；
[0042](4)流化床燃燒爐10排放的煙氣由旋風(fēng)分離器8進(jìn)行除塵后再送至排放管路，分離所得粉塵由返料器9送回至流化床燃燒爐1的半焦物料入口 15，重新進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
[0043]本發(fā)明中，作為固體燃料的可以是生物質(zhì)干粉或煤粉。生物質(zhì)干粉是指農(nóng)作物秸桿的干粉，其粒度為1mm以下;煤粉的粒度為8mm以下。
[0044]具體應(yīng)用實(shí)例:
[0045]將煤粉通過(guò)固體燃料給料口I加至流化床氣化爐3的密相區(qū)，給煤量為4320t/d，與來(lái)自底部的水蒸氣/氧氣混合，氧煤比為0.46，蒸汽煤比為0.15。為了控制氣化產(chǎn)生的焦油量，流化床氣化爐3溫度控制在980°C左右。流化床氣化爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.l_5MPa。在流化床氣化爐3中，煤粉與水蒸氣、氧氣發(fā)生氣化反應(yīng)，生成合成氣。合成氣流量為286955.26m3/h，經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋風(fēng)分離器離開(kāi)流化床氣化爐。合成氣可用于發(fā)電、民用煤氣等用途，而經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的半焦及飛灰則經(jīng)過(guò)第一返料器4輸送至流化床燃燒爐10進(jìn)行燃燒。流化床燃燒爐10的主要進(jìn)料是來(lái)自于流化床氣化爐3的半焦物料。流化床氣化爐3中，固體燃料部分氣化產(chǎn)生的半焦物料從密相區(qū)頂部的溢流口 13溢出，并經(jīng)第三返料器14直接輸送至流化床燃燒爐10，半焦物料進(jìn)料量為17804.9kg/h。在流化床燃燒爐10中，半焦物料與空氣進(jìn)行燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓諝饬髁繛?7804.9-21365.9kg/h，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈹y帶著高溫物料進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器8，分離得到的高溫物料經(jīng)第二返料器9送回至流化床燃燒爐10。流化床燃燒爐10的運(yùn)行溫度為900-950 °C，為常壓或者加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.l_5MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化裝置，包括設(shè)有排渣口的流化床燃燒爐，其特征在于，還包括流化床氣化爐； 所述流化床氣化爐的底部設(shè)氣化劑入口，中下部設(shè)固體燃料給料口，中部設(shè)溢流口，頂部設(shè)合成氣出口；所述流化床燃燒爐的底部設(shè)空氣入口，中下部設(shè)半焦物料入口，頂部設(shè)煙氣出口；所述溢流口通過(guò)管路經(jīng)第四返料器接至半焦物料入口 ； 在與合成氣出口相接的合成氣排放管路上，設(shè)有第一旋風(fēng)分離器;第一旋風(fēng)分離器的底部通過(guò)第一返料器接至半焦物料入口，或接至設(shè)于流化床氣化爐中下部的循環(huán)物料入P； 在與煙氣出口相接的管路上設(shè)有第二旋風(fēng)分離器;第二旋風(fēng)分離器的底部通過(guò)第二返料器接至半焦物料入口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)于第一旋風(fēng)分離器頂部出口合成氣排放管路上的第三旋風(fēng)分離器;第三旋風(fēng)分離器的頂部接合成氣排放管路，其底部接至第一返料器出口的管路，或通過(guò)第三返料器接至半焦物料入口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流化床氣化爐的內(nèi)部由下至上分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，氣化劑入口與風(fēng)室相連，固體燃料給料口位于密相區(qū)中部，溢流口位于密相區(qū)頂部，合成氣出口位于稀相區(qū)頂部;所述流化床燃燒爐的內(nèi)部由下至上分為風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)；其中，空氣入口與風(fēng)室連接，半焦物料入口位于密相區(qū)中部，煙氣出口位于稀相區(qū)頂部。4.基于權(quán)利要求1所述裝置的固體燃料雙流化床部分氣化分級(jí)轉(zhuǎn)化方法，其特征在于，包括: (1)將煤粉或生物質(zhì)干粉通過(guò)固體燃料給料口添加至流化床氣化爐，在密相區(qū)與來(lái)自底部的氣化劑混合并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生合成氣； 控制固體燃料和氣化劑的質(zhì)量比例，使固體燃料發(fā)生部分氣化;氣化劑是水蒸汽-氧氣混合物或二氧化碳-氧氣混合物;流化床氣化爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.1-5MPa，運(yùn)行溫度為900-1000°C ;氣化劑中，水蒸汽與固體燃料的質(zhì)量比例為0.1-0.5，氧氣與固體燃料的質(zhì)量比例為0.3-1，二氧化碳與固體燃料的質(zhì)量比例為0.2-0.8； (2)流化床氣化爐排放的合成氣經(jīng)一級(jí)或兩級(jí)旋風(fēng)分離器除塵，然后送至排放管路;分離所得粉塵由返料器送至流化床燃燒爐的半焦物料入口，或送回流化床氣化爐的密相區(qū)重新進(jìn)行反應(yīng)； (3)氣化反應(yīng)所得半焦物料從流化床氣化爐密相區(qū)頂部的溢流口排出，并由返料器送至流化床燃燒爐的半焦物料入口；在流化床燃燒爐內(nèi)的密相區(qū)，半焦物料與來(lái)自底部的空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成溫度為900-950 0C的高溫?zé)煔猓? 控制底部空氣與半焦物料入口的物料的質(zhì)量比例為1-1.2，使半焦物料發(fā)生完全燃燒；流化床燃燒爐為常壓或加壓運(yùn)行，加壓運(yùn)行時(shí)壓力為0.l_5MPa;運(yùn)行溫度為900-950°C ; (4)流化床燃燒爐排放的煙氣由旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵后再送至排放管路，分離所得粉塵由返料器送回至流化床燃燒爐的半焦物料入口，重新進(jìn)行燃燒反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)干粉是指農(nóng)作物秸桿的干粉，其粒度為1mm以下;所述煤粉的粒度為8mm以下。
【文檔編號(hào)】C10J3/84GK105861069SQ201610355483
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】王勤輝, 駱仲泱, 方夢(mèng)祥, 程樂(lè)鳴, 余春江, 葉超, 岑可法
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)