CN105861066A - 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法 - Google Patents

一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105861066A
CN105861066A CN201610444233.XA CN201610444233A CN105861066A CN 105861066 A CN105861066 A CN 105861066A CN 201610444233 A CN201610444233 A CN 201610444233A CN 105861066 A CN105861066 A CN 105861066A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gasification
fluidized bed
gasification furnace
cyclone
fast fluidized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610444233.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105861066B (zh
Inventor
孙锐
刑春礼
朱文堃
赵广播
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201610444233.XA priority Critical patent/CN105861066B/zh
Publication of CN105861066A publication Critical patent/CN105861066A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105861066B publication Critical patent/CN105861066B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/485—Entrained flow gasifiers
    • C10J3/487—Swirling or cyclonic gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0966—Hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0969—Carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法，涉及洁净能源技术领域。解决了现有的气化装置原料适应性差、特别对劣质煤难以实现经济、可靠、洁净、高效气化及与装置放大难以兼顾的问题。它包括加料装置、双涡快速流化床、循环泵、除尘装置、旋风气化炉和水冷套，所述的水冷套包裹在旋风气化炉的外壁上，旋风气化炉的底部设有碎渣机，碎渣机用于将落到旋风气化炉底部的炉渣打碎，并排出旋风气化炉；双涡快速流化床专用于对固体物料进行500℃～980℃流化、破碎、热解，生产荒煤气；旋风气化炉专用于对从双涡快速流化床引入的荒煤气进行1200℃～1300℃碳转化，最终实现对劣质煤的分段耦合气化。它主要用于对劣质煤进行气化。

Description

一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法
技术领域
本发明涉及洁净能源技术领域。
背景技术
煤气化技术是现代煤化工的基础，是通过煤间接液化制取油品或以合成气为原料制取甲醇、合成油、甲烷等及以甲醇为原料制得乙烯、丙烯等化工产品的核心技术。作为煤化工产业链中的“龙头”装置，煤气化装置具有投入大、可靠性要求高、对整个产业链经济效益影响大等特点。目前国内外气化技术众多，各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们工业化应用程度及可靠性存在差异。开发劣质煤及与下游产品相适宜的新型煤气化工艺技术是现代煤化工产业发展的重大挑战。
煤气化技术和产业的发展必须以煤资源的高效利用、环境友好为前提。因此，高效和洁净的煤气化技术是当今煤气化技术发展的主流。气流床技术具有大型化、洁净、碳转化率高、煤种适应性较强等特点，是当今煤气化发展的主要方向，但在劣质煤、特别是三高煤及其与生物质混合物的气化方面面临经济性和气化气H2/CO比例无法调节的挑战。
流化床气化使煤颗粒通过气化介质达到流态化，较高的气-固之间的传热、传质速率，使床内温度分布比较均匀，便于操作控制；直接利用碎粉煤，备煤加工费用最低；可在原料中加固硫剂，实现满意的床内脱硫效果；炉内运动部件少，维护工作量小，氧耗比气流床低。但流化床特别是鼓泡床气化存在碳转化率低、合成气中焦油含量高的固有缺点。
结合两种气化炉的各自优势，实现快速流化床专门热解和旋风气流床专门碳转化的分段耦合气化，既可以成功应对单段气流床所面临的劣质煤、特别是三高煤及其与生物质混合物的气化方面经济性和气化气H2/CO比例无法调节的挑战又可以克服单段流化床气化碳转化率低、合成气焦油含量高的固有缺点。
国外自上世纪80年代已经开始进行两段气化的实验研究，德国CGT(Carbon GasTeohnologie)公司开发了一种二段气化法。它把流化床和气流床结合在一个反应器内。煤和氧气/蒸汽一起加到流化床区域内，由于流化床的混合特性，煤在均匀的1000℃下进行干燥、脱挥发分和气化过程。从流化床上升气流夹带的颗粒,通过炉上部的出口进入旋风分离器而分离下来,通过锁斗系统贮在料斗中。这些粉尘用气化剂送到气流床上段,并在那里进一步气化,熔融的灰落入到流化床,固化后随干灰一起在气化炉底排出。炉体运行后，碳转化率95％，气化效率为85％。
此外,韩国首尔大学(University of Seoul)开发了一个耦合流化床气化炉和上吸式固定床焦油处理器的两段气化技术,原料颗粒首先在流化床内热解气化,产生的气化气体在流过安置有活性炭的上吸式固定床床层，当气体流过活性炭时，气体中的焦油被吸附，从而降低气化气中的焦油含量，达到净化气体的作用。
国内从上世纪90年代中期开始进行两段气化方面的研究,并取得了一定的进展。中国专利CN1583956A公开了一种联合循环流化床气化炉和下吸式固定床气化炉的生物质两段气化工艺。前段生成的气化气与后段供入的生物质燃料在下吸式固定床中共气化。首先生物质物料在循环流化床内进行热解气化，使在前气化阶段产生的气化气进入下吸式气化装置，与加入其中的原料一起进行共气化反应。
此外，中国专利CN101440307A公布了一种耦合上吸式固定床气化炉和流化床气化炉的两段气化工艺。首先原料在固定床内进行气化，气化反应产生的气化气通过喉管送入到流化床气化炉中,利用流化床气化炉内的较高炉温把在固定床气化炉产生的富含焦油的煤气进一步裂解反应，得到焦油含量较少的气化气。虽然装置在放大设计中有一定优势，但是在焦油脱除效率或操作稳定性方面还有待进一步改进。
现有商业化气流床多为平推直流式，这意味着气固混合差、物料停留时间短，为确保1～2s停留时间实现转化，要求煤粉小于100微米，既意味着增加磨煤能耗也意味着炉子要足够高(长)，炉膛充满度不好；另外，热解和气化均在高温下完成，会增加能耗。
目前，国内外在两段气化技术的研究上依然处于中试或工业示范阶段，大规模商业化应用的难题依然没有解决，在装置运行稳定程度、原料的适用性、装置能否放大等技术难题有待进一步突破。德国CGT气化炉，由于结构的特殊性，气流床气化炉内置在流化床气化炉中，导致每次煤气化的量有限，所以整体气化产率较低。韩国首尔大学开发的两段气化技术,虽然可以大规模对原料进行处理,然而由于反应中产生的大量半焦没有利用，直接排出后使用商业活性炭进行净化，大大增加生产成本，整体经济效益比较差。中国专利CN1583956A公开的生物质两段气化工艺,由于缺少前气化段所生产半焦的催化作用,导致焦油的脱除率较低，最终的气化产品焦油含量依然较高，致使碳转化率较低。中国专利CN101440307A公开的生物质两段气化工艺,由于流化床的高温热裂解对产品的焦油脱除作用有限,而且热裂解反应后气体中含有较高的炭黑,造成反应的碳转化率低,为后续气体的净化造成不小压力，无形中增加了经济成本。
发明内容
本发明是为了解决现有的气化装置原料适应性差、特别对劣质煤难以实现经济、可靠、洁净、高效气化及与装置放大难以兼顾的问题，本发明提供了一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法。
一种劣质煤分段耦合气化装置，它包括加料装置、双涡快速流化床、循环泵、除尘装置和旋风气化炉，双涡快速流化床用于对固体物料进行热解，使固体物料破碎并流化、破碎、热解，形成荒煤气；
分段耦合气化装置还包括水冷套，所述的水冷套包裹在旋风气化炉的外壁上，旋风气化炉的底部设有碎渣机，碎渣机用于将落到旋风气化炉底部的炉渣打碎，并排出旋风气化炉；
旋风气化炉上设有4个1号进料口，且4个1号进料口沿着旋风气化炉的周向均匀分布，该4个1号进料口设置在旋风气化炉侧壁的上半部，旋风气化炉的顶部中心设置有小火焰烧嘴，旋风气化炉侧壁的下半部设有2号气化剂入口和出气口；加料装置的出料口与双涡快速流化床的进料口连通，
双涡快速流化床底部设有1号气化剂入口，双涡快速流化床顶部的出料口同时与旋风气化炉的4个1号进料口和小火焰烧嘴连通；
旋风气化炉的出气口与除尘装置的进气口连通；
除尘装置输出的气化气分为两路，其中，一路气化气通过循环泵泵入到双涡快速流化床的1号气化剂入口内，另一路气化气用于化工合成或发电，
双涡快速流化床的1号气化剂入口还用于输入气化剂，
所述的双涡快速流化床的工作温度为500℃至980℃，旋风气化炉的工作温度为1200℃至1300℃；
从4个1号进料口引入来自双涡快速流化床的荒煤气，且引入的荒煤气在同一平面内射流进入旋风气化炉，并围绕旋风气化炉中心轴旋转，
从小火焰烧嘴引入来自双涡快速流化床的荒煤气，且引入的荒煤气以旋流或直流方式，从上至下喷射到旋风气化炉内，
从4个1号进料口引入的荒煤气的总流量为从小火焰烧嘴引入的荒煤气流量的二倍。
所述的旋风气化炉的最佳工作温度为1250℃。
所述的双涡快速流化床分为上部和下部两部分，且从下部至上部逐渐变窄，上部设有出料口，下部设有1号气化剂入口，双涡快速流化床的进料口与加料装置的出料口连通，双涡快速流化床底部中心设有锥形体。
双涡快速流化床的个数不超过9。
所述的除尘装置采用磁控高温除尘装置实现。
所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，它还包括加热器，且加热器位于加料装置和双涡快速流化床之间，用于对从加料装置送至双涡快速流化床的物料进行干燥。
所述的除尘装置与旋风气化炉之间连通的管路上设有阀门。
所述的通入至双涡快速流化床和旋风气化炉内的气化剂为纯氧、富氧空气、空气、水蒸汽、氢气、一氧化碳或二氧化碳中的一种或多种。
采用所述的一种劣质煤分段耦合气化装置实现的气化方法，该方法的具体过程为：
步骤一：将直径小于10mm劣质煤颗粒经过加料装置用N2或CO2加压到4MPa送入双涡快速流化床中，同时通过双涡快速流化床底部的1号气化剂入口切向送入气化剂，在双涡快速流化床内部的工作温度为500℃至980℃范围内，对劣质煤颗粒进行热解，生成的荒煤气在双涡快速流化床内呈螺旋状向上运动，喷射到旋风气化炉内；
步骤二：使旋风气化炉的工作温度在1200℃至1300℃范围内，从旋风气化炉的小火焰烧嘴送入荒煤气和气化剂，同时从旋风气化炉内的4个1号进料口送入荒煤气和气化剂，使旋风气化炉内由荒煤气和气化剂形成的混合气体呈螺旋状由上向下运动，同时小火焰烧嘴对荒煤气和气化剂进行引燃至稳燃，实现旋风气化炉内荒煤气的碳转化，碳转化产生的固态炉渣通过碎渣机进行打碎，并排出旋风气化炉；
碳转化产生的气化气经过除尘装置除尘后，产生的气化气一部分用于化工合成或发电，另一部分通过循环泵泵入到双涡快速流化床内，从而完成对劣质煤的分段耦合气化。
本发明带来的有益效果是，与现有的气流床相比，本发明将高温热解改为低温双涡快速流化床热解，旋风气化炉专注于碳转化，能够减少能耗，耦合了高温段反应器，使流化床气化适应了大型化。
本发明方法专注于低阶煤、特别是三高(高水分、高灰分、高灰熔点)煤、煤与生物质混合、生物质小、中、大规模的定向气化，更为灵活的适用多种原料的气化，体现其优良的经济适用性。
本发明耦合气化的核心目的是要充分发挥流化床气化优势。因为流化床不需要考虑焦油、飞灰、碳转化率等问题，可以调节炉内的反应温度等条件，得到预期的热解效果。
本发明的气化技术具有碳转化率高、耗氧量低、合成气无焦油、原料适应性强、与生物质混和气化时H2/CO比例可调、可靠性高等鲜明特点。
本发明主要用于三高煤、褐煤及其与生物质混合物的小、中、大规模气化，同时也可以应用于优质煤的气化。本发明方法利用流化床和气流床的各自优势，使用恰当的耦合方法，保证气化效率，改善原料的适用性，提高操作稳定性，使耦合气化装置更容易实现，使装置更容易放大使用。
通过有效耦合与独立控制，就会发挥各自的优点并且克服各自的缺点，使每个反应器各尽所能，彼此之间相得益彰。这为开发高效、低成本、环境友好、物料适应性强、可靠的新型多联产气化技术提供巨大空间和潜能。
将传统的煤燃料气化过程分为原料热解和碳转化两个子过程,并分别在上游的双涡快速流化床和下游的旋风气化炉内分别进行。充分发挥每个气化炉的优势，使本发明还具有以下突出的技术特点：
物料适应性强(粘结性煤除外)，从生物质到各阶煤、能适应配煤品质的波动、流化床气化不再限于高活性煤，兼具破碎性能，而且适于生物质与煤混和气化。既解决生物质因季节性和收集困难无法大规模化利用问题，又可发挥混和气化的协同作用以定向气化。
本发明在氢电联产的IGCC和Cl化工合成方面，混合物分段定向气化可灵活提高H2/CO比例，克服一段气流床无法根本调整H2/CO比例的弱点。结合固定床后,可对机械化采煤中(0～50mm)的粉煤直接气化实现焦炭、焦油、合成气多联产。
负荷适应性强。低负荷时旋风气流床因使用荒煤气(注：所谓荒煤气raw gas是指来自双涡快速床的热解气和大量小于100微米的飞灰)烧嘴能稳定运行；高负荷时流化床因低温运行也不会结渣。
双涡快速流化床和旋风气化炉独立控制，温度、压力、气化剂均可不同。低温段采用O2/H2O气化剂、高温段采用O2/H2O气化剂，与生物质混合气化可省去耗能的WGS工艺，提高带CCS的IGCC发电效率，使IGCC成为半封闭CCSU的IGCC。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的原理示意图；
图2为具体实施方式三所述的双涡快速流化床的结构示意图；
图3为具体实施方式四所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的原理示意图；附图标记A表示气化剂，附图标记D、E表示经除尘装置输出的气化气；
图4为旋风气化炉内部a-a断面切圆喷射示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，它包括加料装置1、双涡快速流化床2、循环泵3、除尘装置4和旋风气化炉5，双涡快速流化床2用于对固体物料进行热解，使固体物料破碎并流化、破碎、热解，形成荒煤气；
分段耦合气化装置还包括水冷套6，所述的水冷套6包裹在旋风气化炉5的外壁上，旋风气化炉5的底部设有碎渣机7，碎渣机7用于将落到旋风气化炉5底部的炉渣打碎，并排出旋风气化炉5；
旋风气化炉5上设有4个1号进料口5-1，且4个1号进料口5-1沿着旋风气化炉5的周向均匀分布，该4个1号进料口5-1设置在旋风气化炉5侧壁的上半部，旋风气化炉5的顶部中心设置有小火焰烧嘴5-4，旋风气化炉5侧壁的下半部设有2号气化剂入口5-2和出气口5-3；加料装置1的出料口与双涡快速流化床2的进料口连通，
双涡快速流化床2底部设有1号气化剂入口2-1，双涡快速流化床2顶部的出料口2-2同时与旋风气化炉5的4个1号进料口5-1和小火焰烧嘴5-4连通；
旋风气化炉5的出气口5-3与除尘装置4的进气口连通；
除尘装置4输出的气化气分为两路，其中，一路气化气通过循环泵3泵入到双涡快速流化床2的1号气化剂入口2-1内，另一路气化气用于化工合成或发电，
双涡快速流化床2的1号气化剂入口2-1还用于输入气化剂，
所述的双涡快速流化床2的工作温度为500℃至980℃，旋风气化炉5的工作温度为1200℃至1300℃；
从4个1号进料口5-1引入来自双涡快速流化床2的荒煤气，且引入的荒煤气在同一平面内射流进入旋风气化炉5，并围绕旋风气化炉5中心轴旋转，
从小火焰烧嘴5-4引入来自双涡快速流化床2的荒煤气，且引入的荒煤气以旋流或直流方式，从上至下喷射到旋风气化炉5内，
从4个1号进料口5-1引入的荒煤气的总流量为从小火焰烧嘴5-4引入的荒煤气流量的二倍。
本实施方式，旋风气化炉5外设有水冷套6，旋风气化炉5工作温度大约在1250℃，炉体底部装有碎渣机，保证正常的排渣工作；为了防止出渣口堵塞，在下部通入气化剂，可以通入纯氧，以利正常排渣。
从4个1号进料口5-1引入的荒煤气在同一平面内射流进入旋风气化炉5，并围绕旋风气化炉5中心轴旋转，且每个1号进料口5-1射入的荒煤气形成的气流流向与旋风气化炉5中心轴相切。
本发明将煤特别是劣质煤及与生物质混合物单段气化分为低温双涡快速流化床2专门热解和高温旋风气化炉5专门碳转化的分段气化、及通过结构设计进行有效耦合。
从从4个1号进料口5-1引入的荒煤气在旋风气化炉5内的运动状态和从小火焰烧嘴5-4引入的荒煤气在旋风气化炉5内的运动状态综合，使旋风气化炉5内的荒煤气中的飞灰呈螺旋状由上向下运动，增加荒煤气中的飞灰在旋风气化炉5内运动的路程，使荒煤气在旋风气化炉5内充分碳转化，提高碳转化率。
本发明装置的原料主要是三高煤、褐煤及其与生物质混合物，同时也可以应用于优质煤，其中所述固体物料为原料颗粒，且其直径应该小于10毫米，为了保证在旋风气化炉5中实现充分碳转化，双涡快速流化床2产生的荒煤气中的固体颗粒需要小于100微米。
为增加物料在旋风气化炉5的停留时间、改善充满度和气固混合，采用切向进料、弱旋、切圆式布置。旋风气化炉5的任务是对来自于双涡快速流化床2的含尘荒煤气进行高温碳转化精加工，操作温度为1250℃左右。综合考虑后，旋风气化炉5的设计为热壁炉、固态排渣并设有水冷套6。
旋风气化炉5内a-a截面形成切圆式喷射，具体参见图4，增加物料在旋风气化炉5内停留时间，而且可以避免气化炉壁面的结渣和对冲式布置对旋风炉顶的热冲击。约1/3双涡快速流化床2的荒煤气由位于旋风气化炉5的顶部中心小火焰烧嘴5-4喷入，主要用于燃烧，提供碳转化所需的热量。
火焰烧嘴实为荒煤气小火焰烧嘴，着火与稳燃会改善，烧嘴耐磨损性能会改善，便于冷却的小火焰烧嘴会改善耐热冲击性能。切圆进入的荒煤气也可采用多股射流喷口适当浓淡分离喷入以进一步保护向火面。
本发明是利用解耦思想将单段的燃料干燥、热解、部分气化与半焦化和焦油重整及碳转化解耦为双涡快速流化床2热解和旋风气化炉5碳转化的分段气化工艺。
将气化原料由加料装置1加入到双涡快速流化床2内，热解气化剂由双涡快速流化床2底部的气化剂入口通入，使双涡快速流化床2内部的物料稳定流化并破碎，进行物料的低温热解；生成的热解产物为含焦油、半焦、水蒸汽、飞灰等荒煤气利用压力送入到旋风气化炉5进行高温碳转化；
碳转化所需的气化剂分三部分进入旋风气化炉5：一部分气化剂由旋风气化炉5顶部与来自双涡快速流化床2的约1/3荒煤气通过小火焰烧嘴5-4送入，第二部分随来自双涡快速流化床2的约2/3荒煤气一起由4个1号进料口5-1切向送入，第三部分气化剂从旋风气化炉5下部气化剂入口切向送入。
碳转化气化剂分三部分的目的是保护烧嘴、改善旋风气化炉5温度均匀性、防止出渣口堵塞以实现荒煤气高效充分的高温碳转化。气化产物最终由位于旋风气化炉5底部出口排出，经过高温除尘后，部分产物作为循环气以保证双涡快速流化床2稳定流化，主要气化产物用来化工合成或发电；反应后炉渣为固态炉渣，经过碎渣机7破碎后排出。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的旋风气化炉5的最佳工作温度为1250℃。
本实施方式，平衡分析表明，采用城市固体废弃物MSW为原料时，在双涡快速流化床工作温度为600℃时，旋风气化炉5的最佳工作温度为1253℃,碳转化率高达98.9％、氧耗约为0.287、冷煤气效率约为82％。
具体实施方式三:参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的双涡快速流化床2分为上部和下部两部分，且从下部至上部逐渐变窄，上部设有出料口2-2，下部设有1号气化剂入口2-1，双涡快速流化床2的进料口与加料装置1的出料口连通，双涡快速流化床2底部中心设有锥形体2-3。
本实施方式中，所述的双涡快速流化床2上部和下部两部分为流线过渡，使从双涡快速流化床2的进料口射入的物料沿着与锥形体2-3壁面平行的方向由下至上射入，物料在双涡快速流化床2内呈螺旋状向上运动。
本发明的设计考虑到气化时两个反应器双涡快速流化床2和旋风气化炉5需有效耦合，现有技术中沸腾床慢而循环流化床结构复杂，都不合适，湍流快速床较适合。然而，快速床意味着物料停留时间短、床温不稳，不能充分发挥流化床气化优势。为了增加物料停留时间和稳定流化并加强颗粒破碎，本发明通过扩大床层区截面并内置锥形体2-3便可为密相区构造一个环形流化空间。
在双涡快速流化床2底部四周采用水平切向布风并使射流相互交叉，可实现切向稳定流化四周物料和加强颗粒相互破碎；利用自身重力和切向流化的向上携带，中心部物料沿锥形体2-3切向向下移动形成床层区内漩涡；荒煤气会含带“大量”飞灰旋转流向快速的稀相区(双涡快速流化床顶部)，离心力会使大颗粒重新回到密相区，也会加强物料在稀相区外循环，形成稀相区的外漩涡，双漩涡的作用是增加物料停留时间、改善温度均匀性、颗粒自动破碎与分选、强化热解性能。双涡快速流化床2专门完成热解、颗粒破碎、稀相气力输送，为旋风气化炉生产荒煤气原料。
双涡快速流化床2的操作温度500℃至980℃，原则上不需要排渣，但是也可以采用间歇式排渣方式。
根据本发明的一种分段耦合气化方法，其中，双涡快速流化床在床层底部四周采用水平切向布风并使射流相互交叉，可实现切向稳定流化四周物料和加强颗粒相互破碎；利用自身重力和切向流化的向上携带，中心部物料沿锥体切向向下移动；通过调节流化床达到控制物料的破碎和热解的程度。
采用所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，在双涡快速流化床2内可以利用旋风气化炉出口高温合成气对原料进行稳定流化、干燥及预热，通过调节气量的大小，控制热解反应速率。
所述的旋风气化炉5由于采用固态排渣，从里到外采用耐磨耐压铸衬、保温、水冷套传统结构。
具体实施方式四：参见图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的双涡快速流化床2的个数不超过9。
本实施方式中，3个双涡快速流化床2和1个旋风气化炉5构成的一种劣质煤分段耦合气化装置，气化效果最佳。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的除尘装置4采用磁控高温除尘装置实现。
本实施方式，磁控高温除尘装置可进行高温除尘，改善除尘器性能。对于化工合成，采用合成气化气激冷；对于IGCC,采用气化气激冷配合废锅回收显热方式调控气化温度，气化气激冷方式分激冷或循环气化气激冷。
具体实施方式六：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，它还包括加热器8，且加热器8位于加料装置1和双涡快速流化床2之间，用于对从加料装置1送至双涡快速流化床2的物料进行干燥。
本实施方式，加热器8位于加料装置1和双涡快速流化床2之间，促进物料的干燥、热解。
具体实施方式七：参见图1说明本实施方式，本实施方式1与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的除尘装置4与旋风气化炉5之间连通的管路上设有阀门9。
具体实施方式八：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置的区别在于，所述的通入至双涡快速流化床2和旋风气化炉5内的气化剂为纯氧、富氧空气、空气、水蒸汽、氢气、一氧化碳或二氧化碳中的一种或多种。
具体实施方式九：采用具体实施方式一所述的一种劣质煤分段耦合气化装置实现的气化方法，该方法的具体过程为：
步骤一：将直径小于10mm劣质煤颗粒经过加料装置1用N2或CO2加压到4MPa送入双涡快速流化床2中，同时通过双涡快速流化床2底部的1号气化剂入口2-1切向送入气化剂，在双涡快速流化床2内部的工作温度为500℃至980℃范围内，对劣质煤颗粒进行热解，生成的荒煤气在双涡快速流化床2内呈螺旋状向上运动，喷射到旋风气化炉5内；
步骤二：使旋风气化炉5的工作温度在1200℃至1300℃范围内，从旋风气化炉5的小火焰烧嘴5-4送入荒煤气和气化剂，同时从旋风气化炉5内的4个1号进料口5-1送入荒煤气和气化剂，使旋风气化炉5内由荒煤气和气化剂形成的混合气体呈螺旋状由上向下运动，同时小火焰烧嘴5-4对荒煤气和气化剂进行引燃至稳燃，实现旋风气化炉5内荒煤气的碳转化，碳转化产生的固态炉渣通过碎渣机7进行打碎，并排出旋风气化炉5；
碳转化产生的气化气经过除尘装置4除尘后，产生的气化气一部分用于化工合成或发电，另一部分通过循环泵3泵入到双涡快速流化床2内，从而完成对劣质煤的分段耦合气化。
本实施方式中，碳转化产生的气体经过除尘装置4除尘后，产生的气化气大部分用于化工合成或发电，小部分通过循环泵3泵入到双涡快速流化床2内。

Claims (9)

1.一种劣质煤分段耦合气化装置，它包括加料装置(1)、双涡快速流化床(2)、循环泵(3)、除尘装置(4)和旋风气化炉(5)，双涡快速流化床(2)用于对固体物料进行热解，使固体物料破碎并流化、破碎、热解，形成荒煤气；
其特征在于，还包括水冷套(6)，所述的水冷套(6)包裹在旋风气化炉(5)的外壁上，旋风气化炉(5)的底部设有碎渣机(7)，碎渣机(7)用于将落到旋风气化炉(5)底部的炉渣打碎，并排出旋风气化炉(5)；
旋风气化炉(5)上设有4个1号进料口(5-1)，且4个1号进料口(5-1)沿着旋风气化炉(5)的周向均匀分布，该4个1号进料口(5-1)设置在旋风气化炉(5)侧壁的上半部，旋风气化炉(5)的顶部中心设置有小火焰烧嘴(5-4)，旋风气化炉(5)侧壁的下半部设有2号气化剂入口(5-2)和出气口(5-3)；加料装置(1)的出料口与双涡快速流化床(2)的进料口连通，
双涡快速流化床(2)底部设有1号气化剂入口(2-1)，双涡快速流化床(2)顶部的出料口(2-2)同时与旋风气化炉(5)的4个1号进料口(5-1)和小火焰烧嘴(5-4)连通；
旋风气化炉(5)的出气口(5-3)与除尘装置(4)的进气口连通；
除尘装置(4)输出的气化气分为两路，其中，一路气化气通过循环泵(3)泵入到双涡快速流化床(2)的1号气化剂入口(2-1)内，另一路气化气用于化工合成或发电，
双涡快速流化床(2)的1号气化剂入口(2-1)还用于输入气化剂，
所述的双涡快速流化床(2)的工作温度为500℃至980℃，旋风气化炉(5)的工作温度为1200℃至1300℃；
从4个1号进料口(5-1)引入来自双涡快速流化床(2)的荒煤气，且引入的荒煤气在同一平面内射流进入旋风气化炉(5)，并围绕旋风气化炉(5)中心轴旋转，
从小火焰烧嘴(5-4)引入来自双涡快速流化床(2)的荒煤气，且引入的荒煤气以旋流或直流方式，从上至下喷射到旋风气化炉(5)内，
从4个1号进料口(5-1)引入的荒煤气的总流量为从小火焰烧嘴(5-4)引入的荒煤气流量的二倍。
2.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，所述的旋风气化炉(5)的最佳工作温度为1250℃。
3.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，所述的双涡快速流化床(2)分为上部和下部两部分，且从下部至上部逐渐变窄，上部设有出料口(2-2)，下部设有1号气化剂入口(2-1)，双涡快速流化床(2)的进料口与加料装置(1)的出料口连通，双涡快速流化床(2)底部中心设有锥形体(2-3)。
4.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，双涡快速流化床(2)的个数不超过9。
5.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，所述的除尘装置(4)采用磁控高温除尘装置实现。
6.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，它还包括加热器(8)，且加热器(8)位于加料装置(1)和双涡快速流化床(2)之间，用于对从加料装置(1)送至双涡快速流化床(2)的物料进行干燥。
7.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，所述的除尘装置(4)与旋风气化炉(5)之间连通的管路上设有阀门(9)。
8.根据权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置，其特征在于，所述的通入至双涡快速流化床(2)和旋风气化炉(5)内的气化剂为纯氧、富氧空气、空气、水蒸汽、氢气、一氧化碳或二氧化碳中的一种或多种。
9.采用权利要求1所述的一种劣质煤分段耦合气化装置实现的气化方法，其特征在于，该方法的具体过程为：
步骤一：将直径小于10mm劣质煤颗粒经过加料装置(1)用N2或CO2加压到4MPa送入双涡快速流化床(2)中，同时通过双涡快速流化床(2)底部的1号气化剂入口(2-1)切向送入气化剂，在双涡快速流化床(2)内部的工作温度为500℃至980℃范围内，对劣质煤颗粒进行热解，生成的荒煤气在双涡快速流化床(2)内呈螺旋状向上运动，喷射到旋风气化炉(5)内；
步骤二：使旋风气化炉(5)的工作温度在1200℃至1300℃范围内，从旋风气化炉(5)的小火焰烧嘴(5-4)送入荒煤气和气化剂，同时从旋风气化炉(5)内的4个1号进料口(5-1)送入荒煤气和气化剂，使旋风气化炉(5)内由荒煤气和气化剂形成的混合气体呈螺旋状由上向下运动，同时小火焰烧嘴(5-4)对荒煤气和气化剂进行引燃至稳燃，实现旋风气化炉(5)内荒煤气的碳转化，碳转化产生的固态炉渣通过碎渣机(7)进行打碎，并排出旋风气化炉(5)；
碳转化产生的气化气经过除尘装置(4)除尘后，产生的气化气一部分用于化工合成或发电，另一部分通过循环泵(3)泵入到双涡快速流化床(2)内，从而完成对劣质煤的分段耦合气化。
CN201610444233.XA 2016-06-20 2016-06-20 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法 Active CN105861066B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610444233.XA CN105861066B (zh) 2016-06-20 2016-06-20 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610444233.XA CN105861066B (zh) 2016-06-20 2016-06-20 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105861066A true CN105861066A (zh) 2016-08-17
CN105861066B CN105861066B (zh) 2018-07-03

Family

ID=56649913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610444233.XA Active CN105861066B (zh) 2016-06-20 2016-06-20 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105861066B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106621672A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 哈尔滨工业大学 一种磁控高温气体分段耦合除尘方法
CN106642115A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 哈尔滨工业大学 一种综合冷却式多重小火焰烧嘴的工作方法
CN108504396A (zh) * 2018-03-08 2018-09-07 东南大学 一种生物质分段式气化方法及其专用设备
CN110003928A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及液体分离回收的方法
CN110003956A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法
CN110003955A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原和三相分离及制活性炭的方法
CN110003930A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及气体分离利用的方法
CN110003929A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及提质煤分离回收的方法
CN111704931A (zh) * 2020-05-28 2020-09-25 西安交通大学 一种可燃固废分段富氧气化协同处理系统
CN113025385A (zh) * 2021-04-21 2021-06-25 昆明理工大学 一种旋转式生物质流化床气化装置
CN115181590A (zh) * 2022-07-29 2022-10-14 重庆科技学院 一种分级解耦模式下的生物质双循环气化脱碳反应系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4773917A (en) * 1983-03-28 1988-09-27 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Coal gasifier
JP2001336720A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Nkk Corp 廃棄物ガス化溶融処理設備
JP2012251169A (ja) * 2012-09-24 2012-12-20 Electric Power Dev Co Ltd ガス化炉
CN203360399U (zh) * 2013-08-01 2013-12-25 陕西煤业化工集团(上海)胜帮化工技术有限公司 粉煤流化床热解与气化耦合系统
CN103894413B (zh) * 2014-03-26 2015-09-16 东南大学 一种土壤修复提质设备
CN103881761B (zh) * 2014-03-05 2015-11-18 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺
CN105087074A (zh) * 2015-09-11 2015-11-25 哈尔滨工业大学 一种气化剂从顶部烧嘴及炉体分层同时供入强旋转煤粉气化炉装置及气化方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4773917A (en) * 1983-03-28 1988-09-27 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Coal gasifier
JP2001336720A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Nkk Corp 廃棄物ガス化溶融処理設備
JP2012251169A (ja) * 2012-09-24 2012-12-20 Electric Power Dev Co Ltd ガス化炉
CN203360399U (zh) * 2013-08-01 2013-12-25 陕西煤业化工集团(上海)胜帮化工技术有限公司 粉煤流化床热解与气化耦合系统
CN103881761B (zh) * 2014-03-05 2015-11-18 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺
CN103894413B (zh) * 2014-03-26 2015-09-16 东南大学 一种土壤修复提质设备
CN105087074A (zh) * 2015-09-11 2015-11-25 哈尔滨工业大学 一种气化剂从顶部烧嘴及炉体分层同时供入强旋转煤粉气化炉装置及气化方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106621672B (zh) * 2017-01-17 2018-12-11 哈尔滨工业大学 一种磁控高温气体分段耦合除尘方法
CN106642115A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 哈尔滨工业大学 一种综合冷却式多重小火焰烧嘴的工作方法
CN106621672A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 哈尔滨工业大学 一种磁控高温气体分段耦合除尘方法
CN108504396B (zh) * 2018-03-08 2020-01-07 东南大学 一种生物质分段式气化方法及其专用设备
CN108504396A (zh) * 2018-03-08 2018-09-07 东南大学 一种生物质分段式气化方法及其专用设备
CN110003928A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及液体分离回收的方法
CN110003956A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法
CN110003955A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原和三相分离及制活性炭的方法
CN110003930A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及气体分离利用的方法
CN110003929A (zh) * 2019-02-01 2019-07-12 浙江天禄环境科技有限公司 一种粉煤气化还原及提质煤分离回收的方法
CN111704931A (zh) * 2020-05-28 2020-09-25 西安交通大学 一种可燃固废分段富氧气化协同处理系统
CN113025385A (zh) * 2021-04-21 2021-06-25 昆明理工大学 一种旋转式生物质流化床气化装置
CN113025385B (zh) * 2021-04-21 2022-05-27 昆明理工大学 一种旋转式生物质流化床气化装置
CN115181590A (zh) * 2022-07-29 2022-10-14 重庆科技学院 一种分级解耦模式下的生物质双循环气化脱碳反应系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105861066B (zh) 2018-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105861066B (zh) 一种劣质煤分段耦合气化装置及气化方法
CN106221814B (zh) 一种劣质煤水冷壁炉分段耦合气化装置及气化方法
CN100577775C (zh) 一种循环流化床煤气化装置及使用该装置生成煤气的方法
CN102533345B (zh) 复合式流化床煤气化的方法及装置
CN108753368B (zh) 一种循环流化床煤气化系统及方法
CN101108986B (zh) 一种灰融聚流化床粉煤气化方法
CN104498103B (zh) 一种复合式循环流化床气化反应装置
US8377387B2 (en) Fluidization device for solid fuel particles
US9296962B2 (en) System and process for gasifying biomass products
CN111763535B (zh) 一种生物质流化床气化制备燃料气或合成气的方法及装置
CN106753582A (zh) 低焦油生物质气化系统
CN106675658A (zh) 一种高通量循环流化床低阶煤气化装置及方法
CN104560207B (zh) 一种煤制工业燃气的气化装置
CN110791326B (zh) 带气化辅床的循环流化床气化装置以及气化方法
CN201046952Y (zh) 一种循环流化床煤气化装置
CN206033675U (zh) 一种联合气化干馏制备低焦油燃气装置
CN107760385B (zh) 流化床和熔融床相组合的煤气化装置及其方法
CN204455026U (zh) 复合式循环流化床气化反应装置
CN107760379A (zh) 流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法
CN105925289A (zh) 一种联合气化干馏制备低焦油燃气装置
CN208949207U (zh) 一种分级燃烧的流化床气化炉
CN107760378A (zh) 固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法
CN113136230A (zh) 一种垃圾热解工艺系统
RU202426U1 (ru) Мультизонный газификатор кипящего слоя
CN113801701B (zh) 一种适合于宽筛分原料的气化反应器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant