CN101440307A - 一种固定床-流化床耦合气化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定床－流化床耦合气化方法及装置，其中方法包括以下步骤：1)将一流化床气化炉通过一喉管连接到固定床气化炉的顶部；2)将粒度为10～50mm的气化原料从固定床气化炉的上部加入固定床气化炉，同时将气化剂由固定床气化炉下部输入固定床气化炉；3)气化反应产生的煤气上升经过喉管进入流化床气化炉；4)将粒度＜10mm的气化原料，由流化床气化炉的密相区加入流化床气化炉，同时将水蒸气和纯氧或富氧从下部输入流化床气化炉；5)流化床气化炉内的高温煤气、气化原料、水蒸气以及纯氧或富氧混合气化产生的煤气从流化床气化炉的煤气出口排出。本发明具有制气工艺简化、流程短、设备紧凑、占地面积小、排污量减少、成本低等优点，可以广泛用于我国中小型煤化工企业。

Description

一种固定床-流化床耦合气化方法及装置

技术领域

本发明涉及一种气化方法及装置，特别是关于一种固定床-流化床耦合气化方法及装置。

背景技术

我国工业煤气与合成气用量随着经济发展，需求量与日递增，煤炭气化技术广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气。煤炭气化技术主要分为固定床、流化床及气流床气化，常压煤炭气化主要是采用固定床和流化床。

常压固定床气化技术以混合发生炉、UGI(常压固定床煤气化)、水煤气炉、两段混合发生炉、两段水煤气炉等为主，其优点是操作简单，投资少，颗粒尺寸较大，设备成本较低。但是固定床必须使用特定的原料种类，大部分在运行的固定床气化炉使用空气作为气化剂，主要产物是低热值煤气，能耗高，使用块煤作为原料成本也较高；特别是固定床气化炉产生的煤气焦油含量高，焦油、苯、氨等物质，需经过分离、净化处理，污水污染严重，技术落后。我国多数中小化肥厂目前仍采用这些技术生产合成氨原料气。但是，随着能源政策和对环境要求的提高，这些技术正在逐步被新的煤炭气化技术所取代。

流化床技术的特性是原料固体在气化床层内悬浮运动并气化，其具有较高的气—固之间的传热速率和传质速率，因而固体在床层中的混合接近于理想混合反应器中的状态，而且过程容易控制，有利于大规模生产。流化床产生的煤气中焦油含量较低，气体成分、热值也较稳定。但其适用的煤种一般是没有粘结性的或微粘结性的中、高挥发分的非炼焦煤如长焰煤、不粘煤、褐煤等。传统流化床气化方法的灰中含碳量高，造成碳转化率低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种焦油含量低，出气率高，成本低的固定床-流化床耦合气化方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种固定床-流化床耦合气化方法，其包括以下步骤：1)将一流化床气化炉通过一喉管连接到固定床气化炉的顶部；2)将粒度为10～50mm的气化原料，由固定床气化炉上部加入固定床气化炉，同时将气化剂由下部输入固定床气化炉，使气化原料与气化剂在正常运行的固定床气化炉内逆流接触，气化原料和气化剂发生反应产生煤气和灰分；3)在固定床气化炉中产生的煤气上升经过喉管进入流化床气化炉，灰分从固定床气化炉底部的固定床出灰口排出；4)将粒度<10mm的气化原料，由流化床气化炉进料口加入正常运行的流化床气化炉的密相区，同时将水蒸气和纯氧或富氧从下部输入流化床气化炉，使小颗粒的气化原料，在垂直上升的煤气、水蒸气和氧气的混合气流吹动下，呈悬浮分散流化状态气化，产生煤气和灰分，同时流化床气化炉内的高温使由固定床气化炉产生的煤气中富含的焦油在流化床气化炉内进一步气化；5)流化床气化炉中产生的煤气，从流化床气化炉的煤气出口排出，流化床气化炉中产生的灰分通过以下两种途径之一排出流化床气化炉：①通过喉管落入固定床气化炉，再次参与固定床气化炉内的气化反应，残渣从底部的固定床出灰口排出；②堆积在喉管处设置的带孔筛板上，通过排灰螺旋从喉管处设置的流化床排灰口排出。

进入所述固定床气化炉中的气化原料为生物质、煤、生物质与煤的混合物之一，进入所述硫化床气化炉中的气化原料为煤，进入所述固定床气化炉的气化剂为纯氧、富氧和水蒸气与纯氧或富氧的混合气体之一。

一种实现上方法的固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：它包括固定连接成一体的固定床气化炉和流化床气化炉，所述固定床气化炉的顶部与所述流化床气化炉的底部，通过一喉管连通。

所述固定床气化炉的上部设置进料口，所述固定床气化炉的下部锥体处设置有一炉箅，所述炉箅下方设置有一气化剂进口，所述固定床气化炉底部设置有一固定床出灰口。

所述流化床气化炉的下部锥体周向设置有水蒸气进口，所述流化床气化炉密相区设置有进料口，所述进料口与所述水蒸气进口之间设置有氧气进口，所述流化床气化炉顶部设置有一人孔，所述流化床气化炉顶部周向设置有一煤气出口。

所述流化床气化炉上的水蒸气进口和氧气进口的数量分别为均布的2～4个。

在所述喉管内设置有一筛板，所述筛板上设置有若干通气孔，所述喉管上设置有一流化床出灰口。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将固定床气化炉内产生的煤气，输入进流化床气化炉内，使煤气中90％左右的焦油发生裂解，生成H₂及CO，这样不但降低了煤气中的焦油含量，而且提高了煤气中的有效组分，同时也减少了CO₂的排放量，降低了污水处理成本。2、本发明将固定床气化炉内产生的煤气，输入进流化床气化炉内时，煤气中的H₂在流化床气化炉内可起到加氢气化的作用，达到提高煤气热值和有效气体含量的效果；同时利用固定床气化炉内产生的煤气中的CO₂中的碳，可部分减少流化床气化炉中水蒸气和煤炭消耗量。3、本发明流化床气化炉内产生的灰分，被富集、粘聚和团聚后，灰分的粒径加大、质量增加，当流化床气化炉内上升的气流达不到对灰分的夹带速度时，灰渣便会自动通过喉管进入到固定床气化炉内，使灰渣中的碳再一次参与固定床气化炉内的气化反应，进而可提高碳的转化率3％左右，提高气化效率。4、本发明设置的喉管可以提高从固定床气化炉进入流化床气化炉煤气流速和上冲力，使进入流化床气化炉内的物料不会轻易回到固定床气化炉。5、本发明从流化床气化炉的水蒸气进口进入的水蒸气，可以与从固定床气化炉进入流化床气化炉的煤气混合，避免发生爆炸。6、本发明可以采用煤炭、生物质原料和生活垃圾等作为气化原料，特别是使用煤炭时，原煤经过简单筛分就能满足本发明对气化原料粒度的要求，减少了破碎成本、能耗和投资，具有非常宽泛的适用性。本发明具有制气工艺简化、流程短、设备紧凑、占地面积小、排污量减少、成本低等优点，对提高我国中小型煤化工企业的经济效益并降低污水处理成本，具有十分重要的意义。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明的另一实施例

图3是图2中设置在喉管处的筛板结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1：

如图1所示，本发明装置包括一整体外壳1，整体外壳1内腔为一固定床气化炉2和一流化床气化炉3，固定床气化炉2的顶部与流化床气化炉3的底部通过一喉管4连通，整体外壳1与内腔之间设置有耐火、隔热材料。

固定床气化炉2的上部设置有一固定床进料口5，固定床气化炉2的下部设置有一固定床气化剂进口6，固定床气化炉2底部设置有一固定床出灰口7。

流化床气化炉3的下部锥体周向设置有水蒸气进口8，水蒸气进口8上方的流化床气化炉3设置有流化床氧气进口9，流化床氧气进口9上方的流化床气化炉3密相区设置有一流化床进料口10。流化床气化炉3顶部设置有一用于维护的人孔11，平时密封。流化床气化炉3顶部周向设置有一煤气出口12，本实施例中，流化床气化炉3不设出灰口，与固定床气化炉2共用一个固定床出灰口7。流化床气化炉3的内腔上部具有一过渡锥体13，使上部腔体直径加大，以降低流化床煤气出口12的流速，减少细颗粒的夹带。

上述实施例中，固定床气化剂进口6的数量为一个，在固定床气化剂进口6的上方的锥体处设置有一常规使用的旋转炉箅14，以均布进入固定床气化炉2的气化剂。流化床水蒸气进口8和氧气进口9的数量可以是根据实际情况均匀分布的两个、三个或四个；进入的气体可以相同，也可以不同。

上述实施例中，固定床气化炉2中使用的气化原料可以是生物质、煤、生物质与煤的混合物等含碳物料，生物质可以是木材、庄稼秸秆、枯树枝叶等块状的原材料或多种原材料混合后制作的颗粒；固定床气化剂进口6进入的气体可以是是纯氧或富氧，也可以是纯氧或富氧与水蒸气的混合。流化床气化炉3中使用的气化原料为煤；流化床氧气进口9进入的气体是纯氧或富氧。

实施例2：

如图2所示，本实施例与上述实施例的结构基本相同，不同之处是：在固定床气化炉2与流化床气化炉3之间连接的喉管4上，设置有一具有若干通气孔15的筛板16(如图3所示)，在筛板16上方的喉管4上单独设置有一流化床出灰口17(如图2所示)，灰分可以通过排灰螺旋从流化床出灰口17排出。具体的排灰螺旋等为已有技术，不再赘述。

实施例3：

本发明固定床-流化床一体化气化方法包括以下步骤：

1)将粒度为10～50mm的气化原料，由固定床气化炉2的固定床进料口5加入正常运行的固定床气化炉2，同时将水蒸气与纯氧或富氧的混合气体作为气化剂由下部的固定床气化剂进口6输入固定床气化炉2，使气化原料与气化剂在固定床气化炉2内逆流接触气化，气化原料和气化剂发生气化反应产生煤气和灰分。

2)固定床气化炉2内产生的灰分从底部的固定床出灰口7排出，固定床气化炉2内产生的煤气上升，经过喉管4进入流化床气化炉3；

3)将粒度<10mm的气化原料，由流化床气化炉3的流化床进料口10加入到正常运行的流化床气化炉3密相区，将水蒸气和氧气(纯氧或富氧)分别从流化床气化炉3的水蒸气进口8和氧气进口9送入流化床气化炉3，使小颗粒的气化原料，在垂直上升的煤气、水蒸气和氧气的混合气流吹动下，呈悬浮分散流化状态气化，产生煤气和灰分，同时流化床气化炉3内的高温使由固定床气化炉2产生的煤气中富含的焦油在流化床气化炉3进一步气化，从而在流化床气化炉3内得到基本不含焦油的煤气；

4)流化床气化炉3中产生的煤气，从流化床气化炉3的煤气出口12排出；流化床气化炉3中产生的灰分聚集成较大颗粒后，通过喉管4落入固定床气化炉2，再次参与固定床气化炉2内的气化反应，残渣从固定床气化炉2底部的固定床出灰口7排出。

上述操作过程中，如果是采用实施例2所述的装置，由于设置在喉管4处筛板16的作用，由固定床气化炉2产生的煤气可以照常从筛板16上的通气孔15进入流化床气化炉3，但是流化床气化炉3内产生的灰分会堆积在筛板15上，可以通过排灰螺旋从流化床出灰口17排出来。

上述操作过程中，固定床气化炉2与流化床气化炉3内的块状固体燃料及细颗粒状固体燃料的具体粒径、气化温度、气化压力、进入固定床气化炉和流化床气化炉中的水蒸气与纯氧或富氧的比例、以及其它操作参数等，都可以参照常规独立运行的固定床气化炉及流化床气化炉的操作参数设定，此非本发明独有特征，在此不再赘述。

Claims (9)

1、一种固定床-流化床耦合气化方法，其包括以下步骤：

1)将一流化床气化炉通过一喉管连接到固定床气化炉的顶部；

2)将粒度为10～50mm的气化原料，由固定床气化炉上部加入固定床气化炉，同时将气化剂由下部输入固定床气化炉，使气化原料与气化剂在正常运行的固定床气化炉内逆流接触，气化原料和气化剂发生反应产生煤气和灰分；

3)在固定床气化炉中产生的煤气上升经过喉管进入流化床气化炉，灰分从固定床气化炉底部的固定床出灰口排出；

4)将粒度<10mm的气化原料，由流化床气化炉进料口加入正常运行的流化床气化炉的密相区，同时将水蒸气和纯氧或富氧从下部输入流化床气化炉，使小颗粒的气化原料，在垂直上升的煤气、水蒸气和氧气的混合气流吹动下，呈悬浮分散流化状态气化，产生煤气和灰分，同时流化床气化炉内的高温使由固定床气化炉产生的煤气中富含的焦油在流化床气化炉内进一步气化；

5)流化床气化炉中产生的煤气，从流化床气化炉的煤气出口排出，流化床气化炉中产生的灰分通过以下两种途径之一排出流化床气化炉：

①通过喉管落入固定床气化炉，再次参与固定床气化炉内的气化反应，残渣从底部的固定床出灰口排出；

②堆积在喉管处设置的带孔筛板上，通过排灰螺旋从喉管处设置的流化床排灰口排出。

2、如权利要求1所述的一种固定床-流化床耦合气化方法，其特征在于：进入所述固定床气化炉中的气化原料为生物质、煤、生物质与煤的混合物之一，进入所述硫化床气化炉中的气化原料为煤，进入所述固定床气化炉的气化剂为纯氧、富氧和水蒸气与纯氧或富氧的混合气体之一。

3、一种实现如权利要求1或2所述方法的固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：它包括固定连接成一体的固定床气化炉和流化床气化炉，所述固定床气化炉的顶部与所述流化床气化炉的底部，通过一喉管连通。

4、如权利要求3所述的一种固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：所述固定床气化炉的上部设置进料口，所述固定床气化炉的下部锥体处设置有一炉箅，所述炉箅下方设置有一气化剂进口，所述固定床气化炉底部设置有一固定床出灰口。

5、如权利要求3或4所述的一种固定床-流化床一体化气化装置，其特征在于：所述流化床气化炉的下部锥体周向设置有水蒸气进口，所述流化床气化炉密相区设置有进料口，所述进料口与所述水蒸气进口之间设置有氧气进口，所述流化床气化炉顶部设置有一人孔，所述流化床气化炉顶部周向设置有一煤气出口。

6、如权利要求5所述的一种固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：所述流化床气化炉上的水蒸气进口和氧气进口的数量分别为均布的2～4个。

7、如权利要求3或4所述的一种固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：在所述喉管内设置有一筛板，所述筛板上设置有若干通气孔，所述喉管上设置有一流化床出灰口。

8、如权利要求5所述的一种固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：在所述喉管内设置有一筛板，所述筛板上设置有若干通气孔，所述喉管上设置有一流化床出灰口。

9、如权利要求6所述的一种固定床-流化床耦合气化装置，其特征在于：在所述喉管内设置有一筛板，所述筛板上设置有若干通气孔，所述喉管上设置有一流化床出灰口。

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