CN102212399B - 热解气化联合方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发开公开了一种热解气化联合方法及装置，涉及煤化工技术，燃料在低速床热解炉中热解，产生的半焦从热解炉底部排出，经半焦返料装置送入循环流化床气化炉中气化，气化炉产生的煤气夹带着固体颗粒进入旋风分离器；气化炉的气化温度为900～1200℃，热解炉内的燃料热解温度比气化炉温度低50～200℃；热解炉产生的热解气通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器；旋风分离器捕集的固体颗粒，经返料器，送入热解炉密相区上方，为燃料热解提供热量。本发明的方法和装置用于煤、生物质及其它含碳燃料的热解气化，产生的煤气热值高、焦油含量低，系统简单。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，特别是一种煤气化方法及装置。
背景技术
我国的现有煤炭资源中，挥发分较高的煤种所占比例较高，此外，一些生物质和部分含碳的废弃物的挥发分也较高。通过热解和气化的方法，将这些中、高挥发分的含碳燃料进行高值化利用，对我国能源供应具有重要的意义。
固体热载体热解方法是通过固体热载体在燃烧与热解回路中传递热量，提取燃料中的挥发分和易裂解部分，制取焦油，是一种适用程度很好的热解制油方法。中国专利申请200710120053.7“低速床热解方法及装置”公开了一种固体热载体热解方法，燃料在热解室中进行热解反应，产生热解气和半焦；半焦送入绝热燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温物料送入热解室，为热解反应提供热量；燃烧室为循环流化床式；燃料从热解室加入，燃烧室产生的高温物料为热解室提供热量，热解室下部为向下的移动床，中上部为低速流化床；半焦及低温物料进入燃烧室。
上述方法产生的热解气的热值较高，同时还含有焦油。对于不需要焦油，只需要煤气的工业场合，热解气中焦油难以处理。气化产生的煤气中不含焦油，但不采用富氧或纯氧以及加压手段时，热值又偏低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种热解气化联合方法及装置，用于含碳燃料的气化，生产热值较高且焦油含量低的煤气。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种热解气化联合方法，燃料在低速床热解炉中热解，产生的半焦从热解炉底部排出，经半焦返料装置送入循环流化床气化炉中气化，气化炉产生的煤气夹带着固体颗粒进入旋风分离器；；旋风分离器捕集的固体颗粒作为固体热载体送入热解炉，为燃料热解提供热量；其所述气化炉的气化温度为900～1200℃，热解炉内的燃料热解为高温热解，热解温度比气化炉温度低50～200℃；热解炉产生的热解气通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器；旋风分离器捕集的固体颗粒，经返料器，送入热解炉密相区上方。
所述的热解气化联合方法，其所述半焦返料装置为气动控制阀。
所述的热解气化联合方法，其所述半焦返料装置为一套机械阀与L阀的组合装置。
所述的热解气化联合方法，其所述半焦返料装置为包括一连续运转的气动控制阀，和一套间歇运转的机械阀和L阀。
所述的热解气化联合方法，其所述旋风分离器排出的气体流经煤气-空气预热器，经预热的空气通入气化炉。
所述的热解气化联合方法，其所述旋风分离器排出的气体流经煤气-空气预热器后，流经余热锅炉，产生蒸汽。
所述的热解气化联合方法，其所述余热锅炉产生的蒸汽为高温过热蒸汽。
所述的热解气化联合方法，其所述余热锅炉产生的蒸汽通入气化炉。
所述的热解气化联合方法，其所述热解炉产生的热解气通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器，为热解气首先通过一气固分离装置后，再通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器。
一种所述的热解气化联合方法使用的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉1、半焦返料装置2、气化炉3、旋风分离器4、返料器5，其中，热解炉1为低速床，气化炉3为循环流化床，半焦返料装置2连接热解炉1底部与气化炉3下部；其中：
a)返料器5入口与旋风分离器4的固体出口相连，返料器5出口与热解炉1上部或中部相连；
b)热解炉1的热解气出口与气化炉3的侧壁上部相连，或与旋风分离器4的入口相连；
c)热解炉1上设有燃料加入口，或者返料器5的返料段上设有燃料加入口。
所述的热解气化联合装置，其所述热解炉1的热解气出口与旋风分离器4的入口相连，为旋风分离器4设有一个入口，热解炉1的热解气出口和气化炉3的煤气出口均与该入口相连。
所述的热解气化联合装置，其所述热解炉1的热解气出口与旋风分离器4的入口相连，为旋风分离器4设有两个入口，热解炉1的热解气出口和气化炉3的煤气出口分别与该两个入口相连。
所述的热解气化联合装置，其所述半焦返料装置2为气动控制阀21。
所述的热解气化联合装置，其所述半焦返料装置2为串联的机械阀22和L阀23，机械阀22设置于热解炉1底部，L阀23设置于机械阀22下方；机械阀22与L阀23均连续运转。
所述的热解气化联合装置，其所述半焦返料装置2包括气动控制阀21、机械阀22与L阀23，其中，气动控制阀21和机械阀22均设置于热解炉1底部，L阀23设置于机械阀22下方，气动控制阀21连续运转，机械阀22与L阀23间歇运转。
所述的热解气化联合装置，其还包括煤气-空气预热器6，煤气-空气预热器6的煤气入口与旋风分离器4的气体出口相连，其热空气出口与气化炉3相连。
所述的热解气化联合装置，其还包括余热锅炉7，余热锅炉7的煤气入口与煤气-空气预热器6的煤气出口相连，其蒸汽出口与气化炉3相连。
所述的热解气化联合装置，其还包括气固分离装置8，气固分离装置8的入口与热解炉1的热解气出口相连，其气体出口与气化炉3的侧壁上部相连，或与旋风分离器4的入口相连。
本发明的方法和装置可用于煤、生物质及其它含碳燃料的热解气化，产生的煤气热值高、焦油含量低，系统简单。
附图说明
图1为本发明的热解气化联合方法及装置的实施例1的示意图；
图2为本发明的热解气化联合方法及装置的实施例2的示意图；
图3为本发明的热解气化联合方法及装置的实施例3的示意图；
图4为本发明的热解气化联合方法及装置的实施例4的示意图。
具体实施方式
本发明的原理是：
先将燃料加入热解炉中进行热解，获得热值较高的热解气，再将热解半焦送入气化炉中进一步气化，以提高碳转化率、并获得气化煤气。燃料可从热解炉顶部、侧壁上部、或返料器的返料段加入热解炉；特别是从返料器的返料段加入，可使燃料与固体热载体充分掺混，有利于燃料升温和发生热解反应。
为了减少焦油含量，采用高温热解，将热解炉的温度控制在只低于气化炉温度50～200℃，使焦油的产生量较少。具体的，燃料的含水率越高、燃料的挥发份越高、热解反应的吸热量越大，则热解炉与气化炉的温差越大。
同时，利用在高温和碳粉的作用下焦油会裂解的特性，将热解气通入气化炉上部，或者与气化炉排出的煤气一起通入旋风分离器中，使热解气与气化炉排出的高温煤气和含有大量碳粉的固体颗粒混合、被加热，热解气中的焦油裂解，从而大大降低热解气中的焦油含量。还可以在热解炉的热解气出口设置一气固分离装置，如惯性分离器或旋风筒，用于捕集热解气中的固体颗粒。
将热解气通入气化炉上部或者旋风分离器，还起到非常重要的压力平衡作用。本发明中高浓度物流的返料和输运，是通过返料器和半焦返料装置作为两级返料装置来实现的。将热解气通入气化炉上部或者旋风分离器入口后，即实现了返料器平衡旋风分离器的压差、热解炉和半焦返料装置平衡气化炉下部与上部的压差。由于实现了两级返料，气化炉中的半焦和灰浓度可设计得比单级返料时高，这样有利于提高气化强度；同时也可降低气化炉的流化速度，提高半焦在气化炉中的停留时间，从而增加了气化反应时间。
旋风分离器分离出来的固体颗粒，从热解炉密相区上方，也就是热解炉的上部或中部送入热解炉，由于热解炉中为低速床，下部是向下的移动床，中上部为低速流化床，因此将固体热载体从热解炉的中部或上部加入热解炉，即使固体热载体从热解炉密相区上方加入，可以与新加入的燃料充分掺混，有利于传热。
当燃料粒径较小时，热解炉底部设置气动控制阀即可将半焦从热解炉送入气化炉中。当入炉燃料中含有粒径较大的大颗粒时，热解反应不足以使所有大颗粒都破碎成为小颗粒，普通的气动控制阀难以将大颗粒从热解炉送入气化炉，大颗粒将沉积在热解炉底部。本发明采用机械阀来排放大颗粒。一种方案是直接采用连续运转的机械阀和与之串联的L阀，将大颗粒和小颗粒的半焦一起送入气化炉；另一种方案是采用连续运转的气动控制阀将小颗粒半焦送入气化炉，沉积在热解炉底部的大颗粒半焦，采用间歇运转的机械阀和与之串联的L阀送入气化炉。
热解气与煤气经过旋风分离器净化和除焦油后，通入煤气-空气预热器和余热锅炉中，回收煤气的显热，用于预热空气、提高气化炉煤气热值，并产生蒸汽、通入气化炉用于进一步提高气化炉的煤气热值和调节气化炉温度、还可作为返料器、气动控制阀和L阀的流化气体。利用余热锅炉产生高温过热蒸汽并通入气化炉作为气化剂，可以更多的回收煤气显热，提高气化炉的煤气热值。
以下列举四个实施例对本发明的方法进行详细说明。
实施例1
如图1所示的本发明的热解气化联合方法及装置，将煤送入低速床热解炉中热解，产生的半焦送入循环流化床气化室中气化；旋风分离器捕集的固体颗粒，作为固体热载体送入热解炉，为煤热解提供热量；气化炉的气化温度为900℃，热解炉的热解温度为800℃，热解炉产生的热解气通入气化炉上部，使热解气中的焦油裂解，并使热解气和煤气中的固体颗粒被捕集；固体热载体经返料器、从热解炉侧壁中部送入热解炉密相区上方；热解炉产生的半焦从热解炉底部送入气化炉下部。
如图1所示的本发明的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉1、半焦返料装置2、气化炉3、旋风分离器4和返料器5，其中热解炉1为低速床，气化炉3为循环流化床，热解炉1侧壁上部设有加煤口，半焦返料装置2连接热解炉1底部与气化炉3下部，返料器5入口与旋风分离器4固体出口相连，返料器5出口与热解炉1侧壁中部相连；气化炉3的气化温度为900℃，热解炉1的温度为800℃；热解炉1的热解气出口与气化炉3的侧壁上部相通；半焦返料装置2为设于热解炉底部的连续运转的气动控制阀21。
实施例2
如图2所示的本发明的热解气化联合方法，将生物质送入低速床热解炉中热解，产生的半焦送入循环流化床气化室中气化；旋风分离器捕集的固体颗粒，作为固体热载体送入热解炉，为生物质热解提供热量；气化炉的气化温度为1000℃，热解炉的热解温度为900℃，热解炉产生的热解气与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器，使热解气中的焦油裂解，并使热解气和煤气中的固体颗粒被捕集；固体热载体经返料器、从热解炉侧壁中部送入热解炉密相区上方；热解炉产生的半焦从热解炉底部送入气化炉下部；热解炉产生的半焦从热解炉底部送入气化炉下部；从旋风分离器引出的热解气和煤气，进入煤气-空气预热器中，预热气化所需的空气。
如图2所示的本发明的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉1、半焦返料装置2、气化炉3、旋风分离器4、返料器5，其中热解炉1为低速床，气化炉3为循环流化床，热解炉1顶部设有生物质加料口，半焦返料装置2连接热解炉1底部与气化炉3下部，返料器5入口与旋风分离器4固体出口相连，返料器5出口与热解炉1侧壁中部相连；热解炉1的热解温度为900℃，气化炉3的气化温度为1000℃；此外还包括煤气-空气预热器6，煤气-空气预热器6的煤气入口与旋风分离器4的气体出口相连，热空气出口与气化炉3相通。
旋风分离器4设有两个入口，热解炉1的热解气出口和气化炉3的煤气出口分别与这两个入口相连。半焦返料装置2为串联的机械阀22与L阀23，机械阀22设于热解炉底部，L阀23设于机械阀22下方，二者均连续运转。
实施例3
如图3所示的本发明的热解气化联合方法，将煤送入低速床热解炉中热解，产生的半焦送入循环流化床气化室中气化；旋风分离器捕集的固体颗粒，作为固体热载体送入热解炉，为煤热解提供热量；气化炉的气化温度为1200℃，热解炉的热解温度为1000℃，热解炉产生的热解气与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器，使热解气中的焦油裂解，并使热解气和煤气中的固体颗粒被捕集；固体热载体经返料器、从热解炉侧壁中部送入热解炉密相区上方；热解炉产生的半焦从热解炉底部送入气化炉下部；从旋风分离器引出的热解气和煤气，进入煤气-空气预热器中，预热气化所需的空气，再进入余热锅炉中，产生高温过热蒸汽；经过预热的空气和产生的高温过热蒸汽均通入气化炉。
如图3所示的本发明的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉1、半焦返料装置2、气化炉3、旋风分离器4、返料器5，其中热解炉1为低速床，气化炉3为循环流化床，返料器5的返料段上设有加煤口，半焦返料装置2连接热解炉1底部与气化炉3下部，返料器5入口与旋风分离器4固体出口相连，返料器5出口与热解炉1侧壁中上部相连；热解炉1的热解温度为1000℃，气化炉的气化温度为1200℃；此外还包括煤气-空气预热器6和余热锅炉7，煤气-空气预热器6的煤气入口与旋风分离器4的气体出口相连，热空气出口与气化炉3相通；余热锅炉7的煤气入口与煤气-空气预热器6的煤气出口相连。
旋风分离器4设有一个入口，热解炉1的热解气出口和气化炉3的煤气出口均与这个入口相连。半焦返料装置2包括气动控制阀21、机械阀22与L阀23，其中，气动控制阀21和机械阀22均设置与热解炉1底部，L阀23设置于机械阀22下方，气动控制阀21连续运转，机械阀22与L阀23间歇运转，仅用于定期将热解炉1中沉积的大颗粒送入气化炉3。
实施例4
如图4所示的本发明的热解气化联合方法，将秸秆送入低速床热解炉中热解，产生的半焦送入循环流化床气化室中气化；旋风分离器捕集的固体颗粒，作为固体热载体送入热解炉，为秸秆热解提供热量；气化炉的气化温度为900℃，热解炉的热解温度为850℃，热解炉产生的热解气先经一气固分离装置分离出固体颗粒后，再与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器，热解气中的焦油裂解，热解气和煤气中的固体颗粒被捕集，并作为固体热载体，经返料器、从热解炉中部送入热解炉密相区上方；热解炉产生的半焦从热解炉底部送入气化炉下部。从旋风分离器引出的热解气和煤气，进入煤气-空气预热器中，预热气化所需的空气，再进入余热锅炉中，产生蒸汽，蒸汽部分外供，其余作为返料器、气动控制阀和L阀的流化气体。
如图4所示的本发明的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉1、半焦返料装置2、气化炉3、旋风分离器4、返料器5，其中热解炉1为低速床，气化炉3为循环流化床，热解炉1顶部设有燃料加入装置，半焦返料装置2连接热解炉1底部与气化炉3下部，返料器5入口与旋风分离器4固体出口相连，返料器5出口与热解炉1侧壁中部相连；还包括一气固分离装置8，该气固分离装置8的入口与热解炉1的热解气出口相连，其气体出口与气化炉3的煤气出口一起，与旋风分离器4的入口相连；此外，还包括煤气-空气预热器6和余热锅炉7，煤气-空气预热器6的煤气入口与旋风分离器4的气体出口相连，热空气出口与气化炉3相通；余热锅炉7的煤气入口与煤气-空气预热器6的煤气出口相连。热解炉1的热解温度为850℃，气化炉的气化温度为900℃。
半焦返料装置2包括气动控制阀21、机械阀22与L阀23，其中，气动控制阀21和机械阀22均设置与热解炉1底部，L阀23设置于机械阀22下方，气动控制阀21连续运转，机械阀22与L阀23间歇运转，仅用于定期将热解炉1中沉积的大颗粒送入气化炉3。
Claims (18)
1.一种热解气化联合方法，燃料在低速床热解炉中热解，产生的半焦从热解炉底部排出，经半焦返料装置送入循环流化床气化炉中气化，气化炉产生的煤气夹带着固体颗粒进入旋风分离器；旋风分离器捕集的固体颗粒作为固体热载体送入热解炉，为燃料热解提供热量；其特征在于：所述气化炉的气化温度为900～1200℃，热解炉内的燃料热解为高温热解，热解温度比气化炉温度低50～200℃；热解炉产生的热解气通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器；旋风分离器捕集的固体颗粒，经返料器，送入热解炉密相区上方。
2.按权利要求1所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述半焦返料装置为气动控制阀。
3.按权利要求1所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述半焦返料装置为一套机械阀与L阀的组合装置。
4.按权利要求1所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述半焦返料装置为包括一连续运转的气动控制阀，和一套间歇运转的机械阀和L阀。
5.按权利要求1所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述旋风分离器排出的气体流经煤气-空气预热器，经预热的空气通入气化炉。
6.按权利要求5所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述旋风分离器排出的气体流经煤气-空气预热器后，流经余热锅炉，产生蒸汽。
7.按权利要求6所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述余热锅炉产生的蒸汽为高温过热蒸汽。
8.按权利要求6或7所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述余热锅炉产生的蒸汽通入气化炉。
9.按权利要求1所述的热解气化联合方法，其特征在于，所述热解炉产生的热解气通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器，为热解气首先通过一气固分离装置后，再通入气化炉上部或与气化炉产生的煤气一起通入旋风分离器。
10.一种按权利要求1所述的热解气化联合方法使用的热解气化联合装置，包括依次相连的热解炉(1)、半焦返料装置(2)、气化炉(3)、旋风分离器(4)、返料器(5)，其中，热解炉(1)为低速床，气化炉(3)为循环流化床，半焦返料装置(2)连接热解炉(1)底部与气化炉(3)下部；其特征在于：
a)返料器(5)入口与旋风分离器(4)的固体出口相连，返料器(5)出口与热解炉(1)上部或中部相连；
b)热解炉(1)的热解气出口与气化炉(3)的侧壁上部相连，或与旋风分离器(4)的入口相连；
c)热解炉(1)上设有燃料加入口，或者返料器(5)的返料段上设有燃料加入口。
11.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于：所述热解炉(1)的热解气出口与旋风分离器(4)的入口相连，为旋风分离器(4)设有一个入口，热解炉(1)的热解气出口和气化炉(3)的煤气出口均与该入口相连。
12.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于，所述热解炉(1)的热解气出口与旋风分离器(4)的入口相连，为旋风分离器(4)设有两个入口，热解炉(1)的热解气出口和气化炉(3)的煤气出口分别与该两个入口相连。
13.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于，所述半焦返料装置(2)为气动控制阀(21)。
14.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于，所述半焦返料装置(2)为串联的机械阀(22)和L阀(23)，机械阀(22)设置于热解炉(1)底部，L阀(23)设置于机械阀(22)下方；机械阀(22)与L阀(23)均连续运转。
15.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于，所述半焦返料装置(2)包括气动控制阀(21)、机械阀(22)与L阀(23)，其中，气动控制阀(21)和机械阀(22)均设置于热解炉(1)底部，L阀(23)设置于机械阀(22)下方，气动控制阀(21)连续运转，机械阀(22)与L阀(23)间歇运转。
16.按权利要求13、14或15所述的热解气化联合装置，其特征在于，还包括煤气-空气预热器(6)，煤气-空气预热器(6)的煤气入口与旋风分离器(4)的气体出口相连，其热空气出口与气化炉(3)相连。
17.按权利要求16所述的热解气化联合装置，其特征在于，还包括余热锅炉(7)，余热锅炉(7)的煤气入口与煤气-空气预热器(6)的煤气出口相连，其蒸汽出口与气化炉(3)相连。
18.按权利要求10所述的热解气化联合装置，其特征在于，还包括气固分离装置(8)，气固分离装置(8)的入口与热解炉(1)的热解气出口相连，其气体出口与气化炉(3)的侧壁上部相连，或与旋风分离器(4)的入口相连。
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