CN102191088B - 固体燃料双流化床热解气化分级转化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体燃料双流化床热解气化分级转化的装置及方法。该装置由常压或加压流化床热解炉和流化床气化炉组成，加压运行时压力为1～5MPa。该方法是先将固体燃料在流化床热解炉中进行中低温热解，以焦油和热解煤气的形式提取固体燃料中所含的挥发分，再将热解产生的半焦送至流化床气化炉，以水蒸气和氧气为气化剂进行气化，生产合成气，同时产生高温循环物料，高温循环物料作为热载体被输送到热解炉，为固体燃料热解提供所需的热量，从而实现焦油、热解煤气和合成气的联产。本发明的优点是通过分级转化实现了固体燃料的多联产，对固体燃料的利用更加充分，经济效益更好。
Description
技术领域
本发明涉及固体燃料热解气化制取油、气领域，特别涉及一种固体燃料双流化床热解气化分级转化装置及方法。
背景技术
我国的能源结构为富煤、少油、缺气。我国煤炭资源储量丰富，产量巨大，煤炭占我国能源消费总量的70%；而石油则需要大量进口，目前我国石油对外依存度已高达55%，对国家能源安全和人民生活都造成了较大影响。另外，作为清洁可再生能源之一的生物质资源，在我国的储量也十分丰富。因此，利用储量相对比较丰富的煤、生物质等固体燃料，从中提取部分液体燃料，同时生产燃料气、合成气等，替代日益匮乏的油气资源，可以缓解我国石油和天然气进口的压力，因此具有重要的现实意义。
结合煤、生物质等固体燃料的化学结构特点，首先采用中低温热解方法析出固体燃料中所含活性较好的富氢的挥发分并获得焦油和热解煤气，然后将所产生的半焦作为原料经气化制取合成气，从而实现煤和生物质等固体燃料的热解气化分级转化。与目前常规的完全气化或直接液化相比，通过热解气化分级转化方法从固体燃料中获得气体、精细化工产品和替代液体燃料会更容易一些。采用该方法获取的焦油可进一步分馏出各种芳香烃、酚类等精细化工品，也可经加氢制取替代油品，热解煤气可以用作工业或民用燃料，合成气可以用作化工合成的原料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种涉及固体燃料双流化床热解气化分级转化装置及方法。
固体燃料双流化床热解气化分级转化装置包括常压或加压流化床热解炉和流化床气化炉，流化床热解炉底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床热解炉底部风室布置有再循环热解煤气入口，密相区设有固体燃料给料口和高温循环物料入口，密相区顶部设有溢流口，溢流口经三号返料器与流化床气化炉的半焦以及其他循环物料入口相连，稀相区出口连接有一级旋风分离器，一级旋风分离器下部出口经一号返料器与流化床气化炉的半焦以及其他循环物料入口相连接，一级旋风分离器上部出口连接有二级旋风分离器，二级旋风分离器下部出口与流化床气化炉的半焦以及其他循环物料入口相连接，二级旋风分离器上部出口与煤气冷却装置相连，煤气冷却装置设有热解煤气出口和焦油出口，热解煤气出口分成两路，其中一路连接到流化床热解炉密相区的再循环热解气入口，流化床气化炉底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床气化炉底部风室布置有气化剂水蒸气和氧气的入口，密相区设有半焦以及其他循环物料入口，稀相区出口连接有旋风分离器，旋风分离器下部出口连接有二号返料器，旋风分离器上部设有合成气出口，二号返料器的一个出口连接到流化床气化炉密相区的半焦以及其他循环物料入口， 二号返料器侧面设有高温机械控制阀，高温机械控制阀的排料口与流化床热解炉密相区的高温循环物料入口相连接。
固体燃料双流化床热解气化分级转化方法：固体燃料通过给料口加至流化床热解炉的密相区，与来自流化床气化炉的高温循环物料混合、升温，发生热解，析出挥发分，气态挥发分经流化床热解炉的一级旋风分离器和二级旋风分离器的两级除尘后进入煤气冷却装置，在这里进行气液分离，获得焦油和具有较高热值的热解煤气，冷凝得到的焦油可以进一步提取精细化工品或者加工成油品，获得的热解煤气一部分再循环回流化床热解炉作流化介质，另一部分经冷却后输出作工业或民用燃料，而经过两级旋风分离器分离下来的粉尘则通过一号返料器输送至流化床气化炉进行进一步的气化，流化床热解炉中固体燃料热解产生的半焦和来自气化炉的在热解炉中作为热载体放热而温度有所降低的循环物料一起从热解炉密相区顶部的溢流口溢出并经三号返料器直接输送至流化床气化炉，在气化炉中与氧气和水蒸气作用发生气化反应制取合成气，同时将流化床热解炉输送过来的温度较低的循环物料加热成高温物料，合成气携带着高温物料进入流化床气化炉的旋风分离器，分离得到的一部分高温循环物料输送至流化床热解炉密相区与固体燃料混合，为固体燃料在热解炉中的热解提供所需热量，其余部分高温循环物料则返送回流化床气化炉，而旋风分离器分离得到的合成气经冷却后输出作为化工合成的原料，从而实现焦油、热解煤气和合成气联产；流化床热解炉运行温度为450～850℃，流化床气化炉运行温度为850～1200℃，装置为常压或加压运行，加压运行时压力为1～5MPa。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
（1）采用流化床热解炉和流化床气化炉相结合的双流化床操作方法，利用固体热载体，实现了固体燃料的中低温温和热解与半焦气化的有机结合，从而通过对固体燃料的分级转化实现了在一套装置中焦油、热解煤气和合成气的联产；
（2）采用流化床热解炉进行固体燃料的中低温热解生产的焦油和热解热解煤气，焦油产率较高，获得的焦油可通过进一步加工分馏出各种芳香烃、酚类等，也可经加氢制得替代油品；所生产的热解热解煤气，热值较高，可用作工业或民用燃料。热解产生的半焦在流化床气化炉中气化所产生的合成气，满足化学合成的要求；
（3）流化床热解炉中固体燃料热解产生的半焦在流化床气化炉中进行自热气化，不仅满足气化炉自身气化反应对热量的需求，同时能将较低温度的循环物料加热成高温循环物料，以固体热载体的形式为热解炉中固体燃料的热解反应提供所需热量，从而使整个装置得以简化，运行方便；
（4）采用流化床反应器进行固体燃料热解气化，对固体燃料的种类的适应性高，污染物排放低，操作简单，处理量大，易于实现规模生产。
附图说明
附图是固体燃料双流化床热解气化分级转化装置的结构示意图，图中：固体燃料给料口1、再循环热解气入口2、高温循环物料入口3、流化床热解炉4、溢流口5、一级旋风分离器6、二级旋风分离器7、煤气冷却装置8、热解煤气出口9、焦油出口10、一号返料器11、合成气出口12、旋风分离器13、高温机械控制阀14、二号返料器15、半焦以及其他循环物料入口16、水蒸气和氧气入口17、流化床气化炉18、三号返料器19。
具体实施方式
如附图所示，固体燃料双流化床热解气化分级转化装置包括固体燃料给料口1、再循环热解气入口2、高温循环物料入口3、流化床热解炉4、溢流口5、一级旋风分离器6、二级旋风分离器7、煤气冷却装置8、热解煤气出口9、焦油出口10、一号返料器11、合成气出口12、旋风分离器13、高温机械控制阀14、二号返料器15、半焦以及其他循环物料入口16、水蒸气和氧气入口17、流化床气化炉18和三号返料器19；流化床热解炉4底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床热解炉4底部风室布置有再循环热解煤气入口2，密相区设有固体燃料给料口1和高温循环物料入口3，密相区顶部设有溢流口5，溢流口5经三号返料器19与流化床气化炉的半焦以及其他循环物料入口16相连，稀相区出口连接有一级旋风分离器6，一级旋风分离器6下部出口经一号返料器11与流化床气化炉18的半焦以及其他循环物料入口16相连接，一级旋风分离器6上部出口连接有二级旋风分离器7，二级旋风分离器7下部出口与流化床气化炉18的半焦以及其他循环物料入口16相连接，二级旋风分离器7上部出口与煤气冷却装置8入口相连，煤气冷却装置8设有热解煤气出口9和焦油出口10，热解煤气出口9分成两路，其中一路连接到流化床热解炉4密相区的再循环热解气入口2，流化床气化炉18底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床气化炉18底部风室布置有气化剂水蒸气和氧气的入口17，密相区设有半焦以及其他循环物料入口16，稀相区出口连接有旋风分离器13，旋风分离器13下部出口连接有二号返料器15，旋风分离器13上部设有合成气出口12，二号返料器15的一个出口连接到流化床气化炉18密相区的半焦以及其他循环物料入口16， 二号返料器15侧面设有高温机械控制阀14，高温机械控制阀14的排料口与流化床热解炉4密相区的高温循环物料入口3相连接。
采用双流化床进行固体燃料热解气化分级转化方法中，固体燃料通过给料口1加至流化床热解炉4，与从流化床气化炉18的旋风分离器13分离下来的一部分高温循环物料混合、升温，发生热解，析出挥发分，经流化床热解炉4的一级旋风分离器6和二级旋风分离器7的两级分离除尘后的气态挥发分进入煤气冷却装置8进行气液分离，获得焦油和具有较高热值的热解煤气，两级旋风分离器分离下来的粉尘通过一号返料器11送至流化床气化炉18进行进一步的气化，流化床热解炉4以热解煤气为流化介质，流化床热解炉4中固体燃料热解产生的半焦和来自气化炉的已在热解炉中放热而温度有所降低的循环物料从热解炉溢流口5溢出并经三号返料器19直接送至流化床气化炉18，在气化炉中与氧气和水蒸气作用发生气化反应制取合成气，合成气携带着高温物料进入流化床气化炉18的旋风分离器13，分离得到的高温循环物料通过二号返料器15和高温机械控制阀14将一部分高温循环物料输送至流化床热解炉4作为热载体，其余部分高温循环物料则返送回流化床气化炉18，而旋风分离器13分离后的合成气经冷却作为化工合成的原料，实现焦油、热解煤气和合成气联产。
采用双流化床进行固体燃料热解气化分级转化方法中，二号返料器15侧面设有高温机械控制阀14，高温机械控制阀14可以调节输送至流化床热解炉4的高温循环物料的流量，从而控制流化床热解炉4中固体燃料的热解在适当条件下进行。
采用双流化床进行固体燃料热解气化分级转化方法中，流化床热解炉4中固体燃料热解所产生的半焦，全部送至流化床气化炉18进行气化，生产合成气，同时为流化床热解炉4中固体燃料的热解提供高温循环物料。
采用双流化床进行固体燃料热解气化分级转化方法中，流化床热解炉4采用热解炉自身所产生的再循环热解气作为流化气，流化床气化炉18采用水蒸气和氧气作为流化气和气化剂。
采用双流化床进行固体燃料热解气化分级转化方法中，流化床热解炉运行温度为450～850℃，流化床气化炉运行温度为850～1200℃。整套装置常压或加压条件下运行，加压运行时压力为1～5MPa。通过这两个流化床反应器之间的联动，来实现彼此间的物料交流和热量交换，从而通过对固体燃料的分级转化利用，实现了在一套装置中焦油、热解煤气和合成气的联产。
Claims (2)
1.一种固体燃料双流化床热解气化分级转化装置，其特征在于包括固体燃料给料口（1）、再循环热解煤气入口（2）、高温循环物料入口（3）、流化床热解炉（4）、溢流口（5）、第一级旋风分离器（6）、第二级旋风分离器（7）、煤气冷却装置（8）、热解煤气出口（9）、焦油出口（10）、一号返料器（11）、合成气出口（12）、第三旋风分离器（13）、高温机械控制阀（14）、二号返料器（15）、半焦以及其他循环物料入口（16）、水蒸气和氧气入口（17）、流化床气化炉（18）和三号返料器（19）；流化床热解炉（4）底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床热解炉（4）底部风室布置有再循环热解煤气入口（2），密相区设有固体燃料给料口（1）和高温循环物料入口（3），密相区顶部设有溢流口（5），溢流口（5）经三号返料器（19）与半焦以及其他循环物料入口（16）相连，稀相区出口连接有第一级旋风分离器（6），第一级旋风分离器（6）下部出口经一号返料器（11）与流化床气化炉（18）的半焦以及其他循环物料入口（16）相连接，第一级旋风分离器（6）上部出口连接到第二级旋风分离器（7），第二级旋风分离器（7）下部出口与流化床气化炉（18）的半焦以及其他循环物料入口（16）相连接，第二级旋风分离器（7）上部出口连接到煤气冷却装置（8），煤气冷却装置（8）设有热解煤气出口（9）和焦油出口（10），热解煤气出口（9）分成两路，其中一路连接到流化床热解炉（4）密相区的再循环热解煤气入口（2），流化床气化炉（18）底部为风室，下部为密相区，上部为稀相区，流化床气化炉（18）底部风室布置有气化剂水蒸气和氧气的入口（17），密相区设有半焦以及其他循环物料入口（16），稀相区出口连接有第三旋风分离器（13），第三旋风分离器（13）下部出口连接有二号返料器（15），第三旋风分离器（13）上部设有合成气出口（12），二号返料器（15）的一个出口连接到流化床气化炉（18）密相区的半焦以及其他循环物料入口（16）， 二号返料器（15）侧面设有高温机械控制阀（14），高温机械控制阀（14）的排料口与流化床热解炉（4）密相区的高温循环物料入口（3）相连接。
2.一种使用如权利要求1所述装置的固体燃料双流化床热解气化分级转化方法，其特征在于固体燃料通过给料口（1）加至流化床热解炉（4）的密相区，与来自流化床气化炉（18）的高温循环物料混合、升温，发生热解，析出挥发分，气态挥发分经流化床热解炉（4）的第一级旋风分离器（6）和第二级旋风分离器（7）的两级除尘后进入煤气冷却装置（8），进行气液分离，获得焦油和具有较高热值的热解煤气，热解煤气的一部分再循环回流化床热解炉（4）作流化介质，另一部分经冷却后输出作工业或民用燃料，而经过两级旋风分离器分离下来的粉尘则通过一号返料器（11）输送至流化床气化炉（18）进行进一步的气化，流化床热解炉（4）中固体燃料热解产生的半焦和来自气化炉（18）的在热解炉（4）中作为热载体已放热而温度有所降低的循环物料一起从热解炉（4）的溢流口（5）溢出并经三号返料器（19）直接送至流化床气化炉（18），在气化炉（18）中与氧气和水蒸气作用发生气化反应制取合成气，合成气携带着高温物料进入流化床气化炉（18）的第三旋风分离器（13），分离得到的一部分高温循环物料通过二号返料器（15）和高温机械控制阀（14）输送至流化床热解炉（4）作为热载体，其余部分高温循环物料则返送回流化床气化炉（18），而第三旋风分离器（13）分离后的合成气经过冷却后作为化工合成的原料，从而在一套装置中实现焦油、热解煤气和合成气联产；流化床热解炉（4）运行温度为450～850℃，流化床气化炉（18）运行温度为850～1200℃，装置为常压或加压运行，加压运行时压力为1～5MPa。
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