CN102504842A

CN102504842A - 三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法

Info

Publication number: CN102504842A
Application number: CN2011103521454A
Authority: CN
Inventors: 王勤辉; 方梦祥; 骆仲泱; 杨玉坤; 程乐鸣; 施正伦; 余春江
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法。该方法以高温循环灰为固体热载体，煤在流化床热解炉中与高温循环灰混合，发生热解析出挥发分，挥发分经冷却分离得到焦油和热解煤气，而煤热解所产生的热解半焦则被送到流化床气化炉，以水蒸气和O₂为气化剂，发生气化反应，制取合成气，气化炉中未被完全气化的半焦再被送到循环流化床燃烧炉，鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧，加热固体热载体循环灰，同时燃烧产生的高温烟气用于生产气化炉所需的气化剂蒸汽。本发明的优点是通过煤的热解气化燃烧梯级利用实现了焦油、热解煤气和合成气的联产，并降低了半焦气化的条件，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法

技术领域

本发明涉及煤梯级转化利用领域，特别是涉及一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法。

背景技术

我国煤炭资源总量丰富。据统计，截至2007年底，我国煤炭保有探明资源储量为11800亿吨，其中基础储量3260亿吨，资源量8540亿吨。目前，我国煤炭资源基本能满足国内需求，但每年都需要从国外进口大量石油。2010年我国石油对外依存度已高达55%，而据中石油预测，“十二五”期间，我国石油的对外依存度将达到60%。另外，我国每年消费的石油里面，约有1/5是用来作化工原料生产化工产品。因此，利用储量比较丰富的煤炭资源生产替代液体燃料、高附加值的化工产品和煤气，缓解我国石油进口压力，具有重要的意义。

目前煤炭资源的利用方式仍旧是以直接燃烧为主，效率较低，污染也比较严重，而煤炭完全气化、液化则存在操作条件高、设备投资大、运行成本高以及对煤质的要求比较高等问题。现有煤的燃烧和气化技术都是将煤视为单一物质加以转化，燃烧是把煤中所含的各种组分作为燃料来利用，没有有效利用其中具有更高利用价值的组分，而气化虽然可以高效低污染的利用煤炭资源，但气化过程中固定碳反应速度随转化程度增加而减慢，如果要在单一气化过程中获得完全或很高的转化率，则需要采用高温、高压、长停留时间来获得，这样就导致气化系统复杂庞大，成本增加，而且对煤质要求很高。

根据煤中不同组分在不同转化阶段的反应性不同的特点，实施煤热解、气化、燃烧的梯级转化，则可以在煤炭利用过程中减少投资，降低成本，也有可能实现用最经济的方法解决煤中污染物的脱除问题。挥发分是煤组成中最活跃的组分，通常在较低的温度下就会析出，同时挥发分也是煤中比较容易进行利用的组分。另外有研究表明，流化床煤气化过程中由煤热解产生的挥发分气氛对半焦进一步的水蒸气气化有较大的抑制作用。因此，结合煤自身的结构特点及转化特性，把煤的热解、气化、燃烧等各过程有机结合，即利用高温循环灰为固体热载体，先在流化床热解炉中采用中低温温和热解方法将煤中容易热解的部分转化为热解煤气和焦油，同时将煤热解所产生的热解半焦送到流化床气化炉中，脱离开挥发分气氛进行水蒸气（气化剂另外还有O₂）气化制取合成气，可以有效提高气化效率。而热解半焦在气化炉中进行的只是条件比较温和的、较易实现的部分气化，未被完全气化的半焦则进一步送到循环流化床燃烧炉中燃烧放热，加热固体热载体循环灰和获取气化炉所需的气化剂蒸汽。采用该工艺制取的焦油可以从中提取高附加值的化学品以及加工成替代液体燃料供交通运输等行业使用，煤热解产生的中高热值煤气可作化工合成的原料生产具有高附加值的化工产品或作工业和民用的洁净燃料，半焦气化得到的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，提供一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法。

三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法是：煤在流化床热解炉中与由循环流化床燃烧炉产生的高温循环灰混合，发生热解，析出气态挥发分，并产生热解半焦。气态挥发分经冷却分离得到液态焦油和中高热值的热解煤气。得到的液态焦油，先通过加工提取芳香烃、酚类等高附加值的化学品，再通过加氢制取汽油、柴油等替代液体燃料；得到的中高热值的热解煤气，一部分再循环回流化床热解炉作流化气，另一部分经净化后作化工合成的原料或作工业和民用的洁净燃料。流化床热解炉中煤热解产生的热解半焦，则通过返料输送至流化床气化炉，与鼓入的水蒸气和O₂发生气化反应，生产合成气，合成气经净化后作化工合成原料。流化床气化炉中未被完全气化的半焦再进一步通过返料输送至循环流化床燃烧炉，在循环流化床燃烧炉中鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧。燃烧产生的高温烟气用于生产气化炉所需的气化剂蒸汽，而燃烧得到的高温灰中一部分通过返料输送至流化床热解炉作固体热载体，为流化床热解炉中煤热解提供所需热量，高温灰的另一部分则回送至循环流化床燃烧炉。这样，就通过煤利用过程的解耦和装置的集成，实现了焦油、热解煤气和合成气的联产。

所述的流化床热解炉的运行温度为450～750℃，运行压力为0.1～10MPa。所述的流化床气化炉的运行温度为800～1000℃，运行压力为0.1～10MPa。所述的循环流化床燃烧炉的运行温度为800～1200℃，运行压力为0.1～10MPa。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）本工艺采用三个流化床反应器，通过热解、气化、燃烧三者的解耦，利用高温循环灰为固体热载体，对煤进行热解气化燃烧梯级利用，实现了焦油、热解煤气和合成气的联产。通过调节系统中各产品的比例，提高了煤转化效率和利用效率，减少了投资，降低了成本。

（2）流化床气化炉中不追求对半焦进行条件较为严苛的完全气化，而是将反应活性较低、未被完全气化的那部分半焦送入循环流化床燃烧炉进行燃烧，并将燃烧产生的高温循环灰作为固体热载体，为流化床热解炉中煤热解提供所需要的热量，这样就有效地降低了投资和运行成本，具有很好的经济效益。

（3）本系统采用煤热解、气化、燃烧梯级转化，实现了硫、氮污染物的耦合抑制和有效脱除，从而用最经济的方法解决了煤利用过程中污染物的控制问题，实现了系统整体效益最优化。

附图说明

附图是三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用工艺的示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明所介绍的工艺的具体实施方式予以说明。

如附图所示，在三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用工艺中，先将煤在流化床热解炉中与由循环流化床燃烧炉产生的高温循环灰混合，煤受热发生热解，析出挥发分，并产生热解半焦。然后将析出的气态挥发分依次进行除尘和冷却，冷却后得到的可冷凝部分即为液态焦油，不可冷凝部分即为中高热值的热解煤气，焦油和热解煤气从而得以分离。热解得到的焦油，先通过加工提取芳香烃、酚类等高附加值的化学品，再通过加氢制取汽油、柴油等替代液体燃料；热解得到的中高热值煤气，一部分再循环回流化床热解炉作流化气体，另一部分则经净化后输出作化工合成的原料或作工业和民用的洁净燃料。流化床热解炉中煤热解产生的热解半焦，则通过返料将其输送至流化床气化炉，在这里热解半焦与鼓入的气化剂水蒸气和O₂发生气化反应，生产合成气，合成气经净化后输出作化工合成的原料生产具有高附加值的化工产品。流化床气化炉中未被完全气化的半焦，则进一步通过返料输送至循环流化床燃烧炉，在循环流化床燃烧炉中鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧。燃烧产生的高温烟气用于生产流化床气化炉中半焦气化所需的气化剂蒸汽，而得到的高温循环灰则通过返料一部分输送至流化床热解炉，为流化床热解炉中煤热解提供所需热量，另一部分则回送至循环流化床燃烧炉。这样，就在一套装置中通过对煤进行梯级转化利用，实现了焦油、热解煤气和合成气的联产。

流化床热解炉采用再循环热解煤气作为流化气，并利用循环流化床燃烧炉产生的高温循环灰作为固体热载体，提供热解炉中煤热解所需要的热量。流化床热解炉运行温度为450～750℃，运行压力为0.1～10MPa。

流化床气化炉采用水蒸气和O₂为气化剂对热解半焦进行部分气化，而不追求条件比较严苛的完全气化。流化床气化炉运行温度为800～1000℃，运行压力为0.1～10MPa。

循环流化床燃烧炉中鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧。循环流化床燃烧炉运行温度为800～1200℃，运行压力为0.1～10MPa。

三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用工艺中，通过将煤利用过程中热解、气化、燃烧三者解耦，利用三个流化床反应器之间的物料交流和热量交换，在一套装置中实现了焦油、热解煤气和合成气的联产。

Claims

1.一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法，其特征在于，煤在流化床热解炉中与由循环流化床燃烧炉产生的高温循环灰混合，发生热解，析出气态挥发分，并产生热解半焦；其中，气态挥发分经冷却分离得到液态焦油和中高热值的热解煤气，液态焦油先通过加工提取芳香烃、酚类等高附加值的化学品，再通过加氢制取汽油、柴油等替代液体燃料，中高热值的热解煤气中一部分再循环回流化床热解炉作流化气，另一部分经净化后作化工合成的原料或作工业和民用的洁净燃料，流化床热解炉中煤热解产生的热解半焦，则通过返料输送至流化床气化炉，与鼓入的水蒸气和O₂发生气化反应，生产合成气，合成气经净化后作化工合成原料，流化床气化炉中未被完全气化的半焦再进一步通过返料输送至循环流化床燃烧炉，在循环流化床燃烧炉中鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧，燃烧产生的高温烟气用于生产气化炉所需的气化剂蒸汽，而燃烧得到的高温灰中一部分通过返料输送至流化床热解炉作固体热载体，为流化床热解炉中煤热解提供所需热量，高温灰的另一部分则回送至循环流化床燃烧炉，从而实现焦油、热解煤气和合成气的联产。

2.如权利要求1所述的一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法，其特征在于，所述的流化床热解炉的运行温度为450～750℃，运行压力为0.1～10MPa。

3.如权利要求1所述的一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法，其特征在于，所述的流化床气化炉的运行温度为800～1000℃，运行压力为0.1～10MPa。

4.如权利要求1所述的一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法，其特征在于，所述的循环流化床燃烧炉的运行温度为800～1200℃，运行压力为0.1～10MPa。