CN1057788C - 流化床焦载热煤气－蒸汽联产工艺及装置 - Google Patents

Abstract

流化床焦载热煤气-蒸汽联产工艺及装置，用于生产城市煤气和合成原料气。该装置包括产生蒸汽的流化床锅炉和煤气发生系统，其特点是以焦作热载体提供煤热解和气化所需的热量。煤气发生系统主要由流化床气化反应器，提升管，气固分离装置和相应的阀及管道组成。本发明不仅有效地解决了气化反应器内碳浓度过低的问题，保证了合理的床温，大大提高了煤气产率，产生的煤气质量好，焦油含量低。而且该装置工艺简单，投资和成本低。同时，由于煤气发生系统对锅炉系统依赖性小，从而大大提高了运行的可靠性和稳定性。

Description

流化床焦载热煤气—蒸汽联产工艺及装置

本发明涉及一种用煤制气的工艺及装置，尤其涉及一种循环床煤气—蒸汽联产工艺及设备。

现有技术中，采用煤制气的方法很多，如焦炉、直立炉、水煤气两段炉、加压鲁奇炉等就是常用的几种。焦炉煤气是目前城市煤气的主要来源，它可以生产中热值煤气，也易于大型化，但它的发展受焦煤来源和焦炭销路的限制。直立炉和水煤气两段炉产生的煤气热值低，制气效率也低，并且这种技术对煤种有特殊的要求。加压鲁奇炉采用加压气化工艺，技术难度大，工艺及后处理系统复杂，因此投资大，难于推广应用。

为克服上述问题，中国实用新型专利89213661采用循环流化床粉煤气化装置，即先将煤在循环流化床裂解炉中进行裂解，取得中热值煤气，煤裂解后生成的半焦再送入气化器气化产生低热值煤气。该装置工艺相对简单，气化强度大，产生的煤气品质好，但这种工艺需外供蒸汽和外加热源，因而造成结构不够紧凑，能源不能充分利用的缺陷。

为了合理的利用能源，中国发明专利91103896.5采用循环床煤气—蒸汽联产的一体化工艺方法及设备，既可产生中热值煤气供居民生活使用，同时可产生蒸汽供热和发电。该专利采用带三旋涡内分离器的循环流化床锅炉产生蒸汽，而在该锅炉之外紧邻布置一个流化床煤裂解炉产生煤气，采用经分离器分离下来的热灰作热载体提供煤热解所需的热源，而粉煤热解后产生的半焦和部分原煤作为锅炉的燃料。上述制气工艺和设备，采用循环灰作为热载体，从而使气化反应器中的焦炭的浓度很低，不利于水煤气反应，故煤气产率低；另一方面，作为热载体的循环灰由于只靠分离器分离，故而循环量小，这导致裂解炉内的温度偏低，结果相当多的挥发分将残留在半焦中，这也影响了制气产率。

中国专利申请(申请号95108875)提出了一种新的煤气—蒸汽联产技术方案，其主要特征是锅炉炉膛的下部由燃烧床、传热床和气化床三个并列的流化床组成，即煤的气化反应器放在锅炉的炉膛里。由于炉内上下不同的风速，造成了炉膛里的颗粒内循环。这样，靠内循环下来的回落灰和经分离器分离下来的物料一起被送到气化床作为热载体，为气化床内的煤气化反应提供热量。这一技术方案虽有效地解决了热载体灰的循环量不足问题，能保证气化床内的合理反应温度，但气化床里的碳浓度还是较低，这不利于气化床里的水煤气反应。所以，这种装置仍存在煤气产率低的问题。

针对上述情况，本发明的目的和任务是提供一种流化床焦载热煤气—蒸汽联产工艺及装置，该工艺及装置既能有效地解决气化反应器内碳的浓度过低的问题，保证气化反应器内合理的反应温度，进一步提高城市煤气或合成原料气的煤气产率；而且还兼有投资少，成本低，系统运行可靠等特点。

本发明的目的和任务是通过以下技术方案实现的：它包括生产蒸汽的流化床锅炉系统和生产煤气的煤气发生系统，其煤气发生系统采用焦作热载体，煤在流化床气化反应器内裂解和气化，生成的焦进入提升管燃烧并放热，大量的焦在提升管和流化床气化反应器之间循环，而另一部分焦被送入锅炉炉膛燃烧。

该系统生产城市煤气或一般合成原料气时，流化床气化反应器内的流化介质为蒸汽、煤气或蒸汽与煤气的混合物，提升管底部通入空气，焦在提升管内燃烧并放热，提升管中产生的热烟气被送入锅炉炉膛燃烬。

若生产合成氨原料气时，流化床气化反应器内的流化介质为蒸汽，此时提升管底部既通空气又通蒸汽，即焦在提升管内既燃烧升温，又发生水煤气反应，产生的混合气可与流化床气化反应器内生产的煤气共用于制成合成氨原料气。

上述工艺装置是这样实现的：它主要由生产蒸汽的流化床锅炉和生产煤气的煤气发生系统组成。煤气发生系统包括一个流化床气化反应器和一个提升管，提升管顶部装有气固分离装置，该装置与流化床气化反应器之间装有连通阀，流化床气化反应器底部与提升管底部通过下料管和调节阀相连通。

系统运行时，用于生产煤气的煤直接加入到由蒸汽或蒸汽与煤气混合物作流化介质的流化床气化反应器中，煤在其中裂解，完成挥发份释放过程，同时也与蒸汽发生水煤气反应，生成的粗煤气由气化反应器顶部流出；而经过裂解和气化反应的焦随作为热载体的循环焦一起从流化床气化反应器底部排出，经下料管及调节阀流入提升管。从提升管底部通入的空气或空气与蒸汽的混合物携带着焦以一定速度上升，并同时燃烧、放热或发生燃烧及水煤气反应。在这里焦被加热并被提升到顶部的一个气固分离装置。被分离下来的焦分成两路，其中大部分返回气化反应器，并向气化反应器提供由于煤的裂解和气化反应所需的热量，而另一部分则流到流化床锅炉，作为锅炉的燃料。同时由提升管顶部排出的热烟气或混合气则可根据所制煤气的用途而分别送入流化床锅炉或与气化反应器内生成的煤气产物相混合。

在上述情况下，为了进一步降低焦油产量，提高煤气产率，可将流化床气化反应器分为上气化室和下气化室两部分，上气化室和下气化室之间设有连接口， 下气化室底部通过下料管和调节阀与提升管底部相连，上气化室与提升管顶部的气固分离装置之间设有连通阀，上气化室顶部设有煤气与热物料的出口。原煤直接加入下气化室。来自下气化室的粗煤气和流化介质通过连接口高速进入上气化室，而来自提升管的循环焦先进入上气化室，上气化室中的大量热物料与煤气一起进入位于其出口处的旋风分离器，经分离后的物料返回上气化室或下气化室。煤气及流化介质从分离器出口导出。部分物料会由两气化室之间的连接口塌落入下气化室。这样，固体物料由上向下流动，而气体由下向上流动，形成了气固物料的逆流流动。由于上气化室内的较高的温度，粗煤气中携带的焦油有相当一部分被裂解，从而进一步降低了焦油含量，提高了煤气产率。

附图1为生产城市煤气和一般合成原料气时本发明的工艺流程及结构原理示意图。

附图2为生成合成氨原料气时本发明的工艺流程及结构原理示意图。

附图3为流化床气化反应器分为上气化室和下气化室的流化床焦载热煤气—蒸汽联产装置的结构原理示意图。

下面结合附图详细描述本发明的工作原理，具体结构及实施方式：

本发明主要包括生产蒸汽的流化床锅炉系统和生产煤气的煤气发生系统。生产蒸汽的锅炉系统1采用燃料适应性好的流化床锅炉，该锅炉应设有接受来自煤气发生系统的焦炭入口或焦炭和热烟气的入口。煤气发生系统主要由流化床气化反应器2，提升管3，气固分离装置4以及相应的阀及管道组成。气化反应器应设有给煤口8和煤气出口9以及流化介质的进口10。当流化床气化反应器为一个气化室时(图2)，需气化的原煤由给煤口8进入气化反应器2，其床温控制在850℃～950℃。其流化介质视生成的煤气用途不同而有所区别。当生产城市煤气时，其流化介质应采用蒸汽或蒸汽和煤气的混合物，而生产合成原料气时，只采用蒸汽作流化介质即可。煤裂解和气化后生成的焦随作为热载体的循环焦一起落入气化反应器2底部的下料管7，下料管与一个L型调节阀6相连通，焦经此阀流入燃烧提升管3的下部。若流化床气化反应器采用上气化室和下气化室两部分构成时(图3)，上气化室2a采用一个快速流化床。原煤直接加入到下气化室2b(850℃～950℃)，煤在这里热解放出挥发份，同时已释放出挥发份的焦也在这里与水蒸汽发生水煤气反应而部分气化，生成的粗煤气和流化介质从下气化室2a经连接口13高速进入上气化室2a，煤气和热物料一起从上气化室顶部的出口9进入旋风分离器11。从分离器分离下来的物料返回上气化室2a或下气化室2b。而上气化室的部分物料会经连接口13塌落入下气化室。经过热解和气化反应的焦从下气化室的底部排出，通过下料管7经调节阀6进入提升管底部。

提升管底部12通入空气或空气与蒸汽的混合物，即当生产城市煤气和一般合成原料气时，其底部12通入空气；若生产合成氨原料气时，可采用既通空气又通蒸汽的方法。空气或空气与蒸汽的混合物以一定的速度进入提升管后，携带着焦向上运动，并且与焦发生燃烧反应，或既燃烧又发生水煤气反应。因此，提升管实际上是一个快速流化床，焦在其内燃烧、升温或燃烧气化。当循环焦到达提升管顶部的气固分离装置4时，燃烧放出的热量把气固混合物加热到950℃～1100℃。被气固分离器分离下来的焦，一部分经连通阀6流入气化反应器2，作为再循环的热载体向气化器提供煤裂解和气化的热量；对于气化器分为上气化室和下气化室的情况，被气固分离器分离下来的一部分焦流入上气化室2b，作为热裁体加热上气化室中的床料，使上气化室中的温度平均比下气化室高出50～100℃，即达到900～1000℃。这样，由下气化室流入上气化室的粗煤气流经上气化室的床料时，由于这里较高的温度，粗煤气中携带的焦油有相当一部分被裂解。而上气化室中的床料经其底部落入下气化室，作为热载体为下气化室提供裂解和气化所需的热量，并成为床料的一部分参与气化反应。而另一部分焦被送入锅炉燃烧。从气固分离装置分离出来的热烟气或热烟气与煤气的混合气应根据生产煤气的不同用途，分别送入锅炉燃烧或与气化反应器内生成的煤气产物相混合。

从气化反应器出来的粗煤气由气化器顶部的出气口9流出，先进入一个旋风分离器11，将其夹带的固体颗粒分离下来，然后进行进一步清洗处理。由旋风分离器分离下来的焦粉也可送入锅炉燃烧。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明与一般煤的全气化工艺及装置相比，不仅工艺简单，投资和成本较低，而且能合理的利用能源；与循环灰作热载体的煤气—蒸汽联产工艺相比，由于采用了以焦作热载体，有效地解决了气化反应器内碳的浓度过低的问题，保证了足够的载热量和较高的反应温度，从而大大提高了煤气产率。另外，在本发明中，锅炉实际上只起到了把煤气发生器中产生的热烟气和部分焦烧掉并产气的作用，煤气发生系统与生产蒸汽的锅炉之间的联系并不紧密，两部分可以独立工作，单位煤气产量的锅炉容量也可相对减小。这就使得本工艺流程运行的可靠性和稳定性大大提高，也使煤气发生系统对锅炉的依赖性大为降低，提高了本项技术的适用性。

Claims (6)

1、一种流化床焦载热煤气一蒸汽联产工艺，包括生产蒸汽的流化床锅炉系统和生产煤气的煤气发生系统，其特征是煤气发生系统采用以焦作热载体，煤在流化床气化反应器2内裂解和气化，其床温控制在850～950℃，生成的焦进入提升管3燃烧并放热，大量的焦在提升管和流化床气化反应器之间循环，而另一部分焦被送入锅炉炉膛燃烧。

2、按照权利要求1所述的流化床焦载热煤气一蒸汽联产工艺，其特征是流化床气化反应器内的流化介质采用蒸汽、煤气或蒸汽与煤气的混合物，提升管底部通空气，提升管产生的热烟气被送入锅炉炉膛燃烧。

3、按照权利要求1所述的流化床焦载热煤气一蒸汽联产工艺，其特征是流化床气化反应器内的流化介质采用蒸汽，提升管底部既通空气又通蒸汽，提升管内生成的混合气与流化床气化反应器内生成的煤气产品混合。

4、一种流化床焦载热煤气一蒸汽联产装置，主要由生产蒸汽的流化床锅炉[1]和生产煤气的煤气发生系统组成，其特征是煤气发生系统包括一个流化床气化反应器[2]和一个提升管[3]，提升管顶部装有气固分离装置[4]，该装置与气化反应器之间装有连通阀[5]，气化反应器底部与提升管底部通过下料管[7]和调节阀[6]相连通。

5、按照权利要求4所述的流化床焦载热煤气一蒸汽联产装置，其特征是所述流化床气化反应器分为上气化室和下气化室两部分，上气化室[2a]和下气化室[2b]之间设有连接口[13]，下气化室底部通过下料管和调接阀与提升管底部相连， 上气化室与提升管顶部的分离器之间设有连通阀，上气化室顶部设有煤气与热物料的出口[9]。

6、按照权利要求4所述的流化床焦载热煤气一蒸汽联产装置，其特征是产生蒸汽的流化床锅炉设有来自气固分离装置的热烟气和焦炭入口。

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