CN104263419A - 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺及系统 - Google Patents

一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺及系统，从煤的反应性出发，高挥发分煤依次经历热解、气化和燃烧三个过程，热解或气化过程中颗粒破碎产生的低价值的粉状半焦或粉状活性半焦进入循环流化床燃烧，价值高的粒状半焦最终制成活性半焦，用作吸附剂、催化剂载体等领域，低挥发分煤、煤矸石、劣质煤直接进入循环流化床燃烧，合理地利用了优、劣煤炭资源，实现分级转化和利用，可以更好地解决资源和环境问题，是一种热解、气化、燃烧组合的煤炭分级利用工艺，能够实现热、电、焦油、煤气和活性焦联合生产。

Description

一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺及系统
技术领域
本发明涉及煤热解领域，尤其涉及一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺及系统。
背景技术
我国煤炭资源丰富，2012年我国煤炭产量达到36亿吨，其中约80%用于直接燃烧，煤直接燃烧存在燃烧效率低、污染严重等问题，因此开发煤炭高效综合利用和低污染排放的新技术迫在眉睫。
发明内容
本发明提供一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，是一种热解、气化、燃烧组合的煤炭分级利用工艺，能够实现热、电、焦油、煤气和活性焦联合生产。
提供适用于本发明工艺的系统是本发明的另一目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，由以下工艺步骤构成：
（1）利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对高挥发分煤在移动床热解反应器中进行热解，得到热解煤气；
（2）对移动床热解反应器出来的固相产物进行筛分处理，筛下的循环灰和粉状半焦进入循环流化床锅炉燃烧发电，筛上的粒状半焦进入移动床气化炉；
（3）进入移动床气化炉的粒状半焦与步骤1的高温热解煤气反应，得到洁净的混合煤气；
（4）步骤3得到的洁净煤气，再经冷却、电捕焦油工艺回收煤焦油，不凝性气体脱硫后作为燃气或合成气使用；
（5）步骤3排出的固体产物在进行筛分，筛上得到活性半焦，筛下的粉状半焦和粉尘送回循环流化床锅炉进行燃烧。
进一步的，步骤（2）所述的筛上的粒状半焦在进入移动床气化炉前，经过半焦分配器，一部分直接进入移动床气化炉，另一部分用于旋风除尘器对气化炉中产生的气体进行除尘。
本发明工艺从煤的反应性出发，高挥发分煤依次经历热解、气化和燃烧三个过程，热解或气化过程中颗粒破碎产生的低价值的粉状半焦或粉状活性半焦进入循环流化床燃烧，价值高的粒状半焦最终制成活性半焦，用作吸附剂、催化剂载体等领域，低挥发分煤、煤矸石、劣质煤直接进入循环流化床燃烧，合理地利用了优、劣煤炭资源，实现分级转化和利用，可以更好地解决资源和环境问题。
本发明巧妙地将移动床气化炉作为热解煤气的初级净化装置，使得热解气携带的大部分粉尘在气化炉内得以分离， 同时具有以下两点好处：1、由于气化炉内的温度高于热解炉，因此不存在焦油在气化炉内的二次冷凝问题，降低了能耗和净化成本；2、热解温度下（400-700℃）的半焦进入气化炉反应器，半焦温度接近气化炉温度，所以移动床气化炉的能耗和耗氧量很低。
更进一步的，发明工艺采用半焦分配器将半焦分成两部分，一部分直接用于气化炉，另一部分被应用于除尘材料后再进入气化炉，解决了实际过程中存在热解油气含尘量大，容易造成管路堵塞和含尘焦油难以利用的问题。而且本发明的热解反应器产生的粉状半焦和气化炉产生的粉状活性半焦及粉尘进入循环流化床锅炉燃烧，最终的固体产品活性半焦中无固体废物存在，避免了产品的二次分离过程。
与已有工艺相比，本发明工艺不仅能够副产活性半焦，而且所得煤气是焦炉气和合成气的混合气，与普通合成气相比提高了氢碳原子比，更适合于合成液体燃料，且产气组成可根据操作条件灵活控制。
 适用于本发明工艺的基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，包括：
循环流化床锅炉，与移动床热解反应器管道连接，用于向移动床热解反应器提供高温循环灰；
热解煤斗，与移动床热解反应器连接，用于向移动床热解反应器输送煤；
移动床热解反应器，设有固相产物排出口和热解煤气排出口，用于煤与高温循环灰热解，得到热解煤气，热解煤气排出口通过管道与移动床气化炉连接，将热解煤气送入移动床气化炉；
筛选器，与移动床热解反应器的固相产物排出口连接，对固相产物进行筛分，设有筛下排出口和筛上排出口，所述的筛下排出口通过管道与循环流化床锅炉连接，用于将筛下的循环灰和粉状半焦送入循环流化床锅炉继续燃烧，筛上排出口与半焦分配器管道连接，用于将筛上的粒状半焦送入半焦分配器；
半焦分配器，用于对粒状半焦进行分配，半焦分配器分别与移动床气化炉和旋风分离器的中心管管道连接，用于将半焦分配到移动床气化炉和旋风分离器；
移动床气化炉，用于半焦和热解煤气反应，净化热解煤气；
旋风分离器，与移动床气化炉管道连接，用于净化移动床气化炉产生的气体，所述的旋风分离器中心管上部连通有半焦仓，用于通过半焦，半焦仓下端连接有返料管，所述的返料管与移动床气化炉连接，用于将通过的半焦仓的半焦送入移动床气化炉；
活性半焦筛分器，与移动床气化炉的固体产物排出口管道连接，用于分配移动床气化炉固体产物，活性半焦筛分器将筛上的活性半焦通过管路导出，筛下的粉状半焦和粉尘通过管道送回循环流化床锅炉进行燃烧。
所述的筛选器的筛板孔径1-10mm；所述的活性半焦筛分器的筛板孔径1-10mm；移动床热解反应器温度400-700℃，移动床气化炉温度700-1000℃，循环流化床锅炉燃烧温度800-1100℃。
本发明克服现有工艺存在的问题，将循环流化床锅炉与移动床煤热解反应器和移动床煤气化反应器有机耦合，本质是将热解产生的半焦分离出热解反应器，进入气化装置，同时移动床气化炉作为热解煤气的净化装置，起到对热解煤气在线除尘的作用。气化后的活性焦作为副产物到出反应系统。这样，通过热解-气化-燃烧三个阶段的有机组合，实现了煤炭资源的分级优化利用，同时解决了气化煤气、热解煤气高效净化的目的，实现热、电、焦油、煤气、活性焦的联合生产，同时该工艺可根据煤质特性、市场需求等因素，灵活调整产品的产量，最大限度实现经济效益，适合在使用循环流化床锅炉发电的火电厂使用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，劣质煤或低挥发分煤从煤斗3通过输煤管11直接进入循环流化床锅炉1燃烧，利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对来自热解煤斗2的挥发分15%-45%的高挥发分煤在移动床热解反应器4中进行热解，得到热解煤气，其中，通过调节循环灰和进料煤的比例来控制热解温度，热解温度的变化范围在400-700℃。热解反应器排出的固相产物进入筛分器5中进行筛分处理，筛板开孔大小可在1-10mm范围内调整，筛下的循环灰和粉状半焦通过管路21进入循环流化床锅炉1燃烧发电，燃烧温度800-1100℃，筛上的粒状半焦进入半焦分配器6后其中一部分通过管路15进入移动床气化炉7，另一部分经管路14从气化炉旋风分离器9顶部进入该旋风分离器供除尘使用，并通过旋风分离器下的返料管送入移动床气化炉7，移动床气化炉7通过管路19和20分别通入空气（氧气）和水蒸气进行气化反应，可以根据空气（氧气）和水蒸气的进入量，可将气化反应温度在700-1000℃调整。移动床热解反应器4产出的煤气在高温状态下通过管路10进入移动床气化炉7，利用移动床气化炉7内的半焦颗粒实现热解煤气净化，初步净化后的煤热解气（含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、焦油蒸汽等）和气化炉产生的合成气（主要是氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳）共同进入旋风分离器9进行深度净化，旋风分离器9其即具有普通旋风分离器的特点，同时在中心管上引入堆积状态的半焦颗粒，从而具备了颗粒床过滤的特点，是一个净化作用突出的双功能旋风分离器，从而得到洁净的混合煤气，再经冷却、电捕焦油工艺回收煤焦油，不凝性气体可脱硫后作为燃气或合成气使用，从移动床气化炉7排出的固体产物进入活性半焦筛分器8进行筛分处理，筛上得到活性半焦，通过管路18导出系统，筛下的粉状半焦和粉尘经管路22送回循环流化床锅炉1进行燃烧。

Claims (6)

1.一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，其特征在于：由以下工艺步骤构成：
（1）利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对高挥发分煤在移动床热解反应器中进行热解，得到热解煤气；
（2）对移动床热解反应器出来的固相产物进行筛分处理，筛下的循环灰和粉状半焦进入循环流化床锅炉燃烧发电，筛上的粒状半焦进入移动床气化炉；
（3）进入移动床气化炉的粒状半焦与步骤1的高温热解煤气反应，得到洁净的混合煤气；
（4）步骤3得到的洁净煤气，再经冷却、电捕焦油工艺回收煤焦油，不凝性气体脱硫后作为燃气或合成气使用；
（5）步骤3排出的固体产物在进行筛分，筛上得到活性半焦，筛下的粉状半焦和粉尘送回循环流化床锅炉进行燃烧。
2.根据权利要求1所述的基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，其特征在于:步骤（2）所述的筛上的粒状半焦在进入移动床气化炉前，经过半焦分配器，一部分直接进入移动床气化炉，另一部分用于旋风除尘器对气化炉中产生的气体进行除尘。
3.一种基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，包括：
循环流化床锅炉，与移动床热解反应器管道连接，用于向移动床热解反应器提供高温循环灰；
热解煤斗，与移动床热解反应器连接，用于向移动床热解反应器输送煤；
移动床热解反应器，设有固相产物排出口和热解煤气排出口，用于煤与高温循环灰热解，得到热解煤气，热解煤气排出口通过管道与移动床气化炉连接，将热解煤气送入移动床气化炉；
筛选器，与移动床热解反应器的固相产物排出口连接，对固相产物进行筛分，设有筛下排出口和筛上排出口，所述的筛下排出口通过管道与循环流化床锅炉连接，用于将筛下的循环灰和粉状半焦送入循环流化床锅炉继续燃烧，筛上排出口与半焦分配器管道连接，用于将筛上的粒状半焦送入半焦分配器；
半焦分配器，用于对粒状半焦进行分配，半焦分配器分别与移动床气化炉和旋风分离器的中心管管道连接，用于将半焦分配到移动床气化炉和旋风分离器；
移动床气化炉，用于半焦和热解煤气反应，净化热解煤气；
旋风分离器，与移动床气化炉管道连接，用于净化移动床气化炉产生的气体，所述的旋风分离器中心管上部连通有半焦仓，用于通过半焦，半焦仓下端连接有返料管，所述的返料管与移动床气化炉连接，用于将通过的半焦仓的半焦送入移动床气化炉；
活性半焦筛分器，与移动床气化炉的固体产物排出口管道连接，用于分配移动床气化炉固体产物，活性半焦筛分器将筛上的活性半焦通过管路导出，筛下的粉状半焦和粉尘通过管道送回循环流化床锅炉进行燃烧。
4.根据权利要求3所述的基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，其特征在于：所述的筛选器的筛板孔径1-10mm。
5.根据权利要求3所述的基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，其特征在于：所述的活性半焦筛分器的筛板孔径1-10mm。
6. 根据权利要求3所述的基于循环流化床的煤热解气化多联产系统，其特征在于：移动床热解反应器温度400-700℃，移动床气化炉温度700-1000℃，循环流化床锅炉燃烧温度800-1100℃。
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