CN107760385B - 流化床和熔融床相组合的煤气化装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流化床和熔融床相组合的气化装置及方法，解决了现有技术中存在的碳转化率和气化强度偏低、有效气浓度偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本发明通过采用一种流化床和熔融床相组合的气化装置，由上方流化床气化段和下方熔融床气化段组成。其特征在于两个气化段采用喉口相连接，流化床气化段下部设有原料进口和回料进口，熔融床气化段侧面设有气化剂喷嘴。主要包括以下步骤：含碳原料和气化剂在流化床气化段内进行气化反应，未反应完全的飞灰通过旋风分离器和回料装置收集并循环通入流化床气化段内，产生的粗渣在熔融床气化段进一步燃烧的技术方案，较好地解决了上述问题，可应用于煤气化领域。

Description

流化床和熔融床相组合的煤气化装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种煤气化装置及方法，更具体地，本发明设计一种流化床和熔融床相组合的气化装置及方法，属于煤气化领域。
背景技术
我国拥有丰富的煤炭资源，随着我国经济发展，对煤炭的需求量也与日俱增。在我国的煤炭消费结构中，发电和供热行业占50％左右，然而煤燃烧排放的大量粉尘、二氧化硫和氮氧化物等有害物质严重影响着人体健康和自然环境。煤气化技术作为一种煤炭清洁高效利用的重要途径，已广泛应用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和工业燃气。现有的煤气化技术主要包括固定床、流化床和气流床。
流化床气化技术是原料固体在气化床层区域内悬浮运动并气化，原料固体与气化剂充分混合，有利于传热、传质和气化反应。流化床气化炉产生的煤气中焦油含量较低、气体组分和热值稳定，适用于粘结性低和高挥发分的煤种，是一种重要的煤气化技术。但是传统的流化床气化炉的灰渣中碳含量高，易造成碳转化率低。
美国专利USP4229289介绍了一种灰融聚流化床气化反应装置，在气化炉底部文丘里管中插入一个通入氧气或者空气的射流管，形成床内局部高温，使灰渣团聚成球，借助重量差异，达到灰球与含碳物料的分离，从而提高了原料碳的利用率。控制文丘里喉管的气速，可以控制下落灰球的大小或重量。但其文丘里喉管的结构复杂，加工制造困难。
专利CN200710018513.5提出了一种灰融聚流化床气化方法及气化装置，包括流化床气化单元、融聚灰分离单元、飞灰循环单元及废热回收单元组成，其排灰结构由垂直分离管与渐缩管直接相连，省去了结构复杂加工困难的文丘里管段，飞灰循环操作控制方便并带有废热回收的灰融聚流化床气化装置。中心射流管通入氧化剂，形成床内局部高温，使灰渣团聚成球，借助重量差异，达到灰球与含碳物料的分离，从而提高了原料碳的利用率。
综上所述，研究者已经进行了较多的工作开发新型的流化床气化技术，但是仍难以解决碳转化率低和运行不稳定的问题。灰的熔融团聚会导致煤灰颗粒变大，操作条件的波动易造成大块的熔渣，堵塞气化炉的出口，并且熔融态的球状颗粒与避免接触时容易粘附在排灰管中。排灰管内的气速调节范围有限，使得排灰量受到限制，并且排出的灰渣中的仍含有残炭，碳转化率一般在90～95％之间。而本发明通过流化床和熔融床的结合有针对性地解决了这些问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中碳转化率和气化强度低、有效气浓度偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本发明提出了一种流化床和熔融床相组合的气化装置，该装置由流化床气化段和熔融床气化段组成，将流化床气化段中未反应完全的残炭在熔融床气化段中进一步反应，实现了物料平衡，提高了碳转化率和有效气浓度，并且该装置运行稳定，易于放大。
本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应的气化反应方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，包括原料进口4、流化床气化段1、气体分布器5、喉口2、熔融床气化段3、气化剂喷嘴6、冷却夹套7、下渣口8、旋风分离器9、回料装置10和回料进口11。其特征在于气体分布器5位于流化床气化段1底部，原料进口4与流化床气化段1相连通，旋风分离器9与流化床气化段1出口相连通，旋风分离器9底部与回料装置10相连通，回料进口10与流化床气化段1相连通，熔融床气化段3通过喉口2与流化床气化段1相连通，熔融床气化段3周边至少设有一层气化剂喷嘴6，熔融床气化段1底部与下渣口8相连通。
所述的流化床气化段1分为上方的稀相段X和下方的密相段M，稀相段X的内径大于或等于密相段M的内径，为密相段M内径的1.0～5.0倍；所述的稀相段X高度大于等于密相段M，为所述密相段M高度的1.0倍至2.0倍。
所述的原料进口4的位置低于流化床气化段1高度的1/3，优选的，回料进口4的位置处于密相段M中部，即流化床气化段1高度的1/5～1/4处，原料进口4的角度与水平轴线呈10～70°的夹角。
所述的气体分布器5位于流化床气化段1下方密相段M的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器5锥面上设置有气孔，沿圆周均匀布置5～50圈，开孔率1～5％。
所述的熔融床气化段3外部设有冷却夹套7，熔融床气化段3侧面设有1～3层气化剂喷嘴，每层2～4个喷嘴；所述的气化剂喷嘴6的位置低于熔融床气化段3高度的2/3，设置的方向由外向内，并且向熔融床气化段3底部倾斜，倾斜角的范围为10～60°。
所述的喉口2用于连接流化床气化段1和熔融床气化段3，其内径小于流化床气化段1密相段M的内径，为密相段M内径的0.1～0.5倍。
所述的熔融床气化段3底部设有下渣口8，下渣口8的内径为熔融床气化段3内径的0.1～0.6倍。
所述的回料进口11的位置低于流化床气化段1高度的1/2，回料进口11的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。
上述技术方案中，优选的技术方案为，回料进口11的位置处于密相段M，即流化床气化段1高度的1/6～1/3处。回料进口11的角度与水平轴线呈10～60°的夹角。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种流化床和熔融床相组合的煤气化反应-方法，其特征在于，包括以下步骤：含碳原料A通过原料进口4进入流化床气化段1内，气化剂IB从气体分布器5送入到流化床气化段1中，在流化床气化段1内进行燃烧气化反应，出口合成气中夹带了飞灰，进入旋风分离器9中在离心力的作用下，飞灰颗粒被分离下来收集于回料装置10中，在回料装置10底部设有返料气C，在返料气C的作用下，飞灰颗粒从回料进口11送入流化床气化段1的密相段M中，循环进行气化反应；在流化床气化段1中形成的粗渣，在重力的作用下通过喉口2落入下方的熔融床气化段3内。熔融床气化段3内为熔融态的渣与煤灰的混合物，气化剂II E由熔融床气化段3侧面的气化剂喷嘴6喷入，进行强烈的燃烧和气化反应，并形成高温，为整个熔融床气化段3提供热量。反应产生的大量混合气体由喉口2向上进入流化床气化段1内，为流化床气化段1内的气化反应补充了热量和气化剂。
所述的原料进口4中的含碳原料A包括：煤、石油焦、生物质或者其混合物。
所述的氧化剂IB和氧化剂IIE包括氧气、空气、富氧空气、水蒸气、二氧化碳或者其混合物。
所述的回料装置10底部设有返料气C，返料气C包括氮气、氩气、水蒸气或者二氧化碳。
所述的流化床气化段1的氧碳比为0.3～0.8mol/mol，操作温度600～1000℃；熔融床气化段3的氧碳比0.7～1.0mol/mol，操作温度900～1400℃，操作压力0～0.65MPa。
所述的流化床气化段1密相段M的线速度为1～10m/s，稀相段X的线速度0.1～1m/s。
使用本发明的设备所采用的工艺过程简述
通过给料机将含碳原料A经原料进口1进入流化床气化段1密相段M内，氧气和水蒸气等气化剂从流化床气化段1底部的气体分布器5的气孔送入到流化床气化段1中，在流化床气化段1内进行燃烧气化反应，氧碳比较低，控制在0.3～0.8mol/mol，操作温度范围600～1000℃，生成CO、H2、CO2、H2O等气体及少量的甲烷。流化床气化段1上部的稀相段X减少了煤颗粒的跑漏，延长了颗粒在炉内的停留时间，流化床气化段1上方出口合成气中夹带的未反应完全的煤颗粒进入旋风分离器9中，在离心力的作用下，飞灰颗粒被分离下来并落入回料装置10中。回料装置10中的飞灰颗粒在底部返料气C的作用下，经回料进口11循环通入流化床气化段1密相段M内进行气化反应。在流化床气化段1内形成的粒径较大的粗渣。在重力的作用下通过喉口2落入下方的熔融床气化段3。熔融床气化段3周边设有气化剂喷嘴6，喷入氧气和水蒸气，由于熔融气化段3中氧碳比较高在0.7～1.0mol/mol的范围内，在气化剂的喷射区域形成强烈的燃烧和气化反应，该区域的温度较高，操作温度达到900～1400℃，使整个渣层呈熔融状态，并持续为整个熔融床气化段3提供热量。熔融床气化段3外部的壁面采用冷却夹套7进行保护。反应产生的大量高温混合气体，主要为H2O、CO2、H2、CO等气体由喉口2向上进入流化床气化段1，为流化床气化段1内的气化反应补充了热量和气化剂。由于熔融床气化段3内的反应温度较高，停留时间较长，碳转化较为完全，反应产生的熔融态的灰渣通过底部的下渣口8排出。而旋风分离器9出口的合成气D将被送到后续的洗涤冷却室中，经脱硫脱氮处理后得到净化的合成气。
本发明的优点简述：
1)采用流化床气化段和熔融床气化段相组合的方式，将流化床气化段中未反应完全的粗渣和飞灰在高温熔融床气化段中进一步反应，提高了碳转化率和气化效率。
2)通过循环回料系统和流化床气化段的稀相段，延长了煤颗粒在炉内的停留时间，使得煤颗粒的反应较为完全。
3)高温熔融床气化炉产生的高温混合气体直接通入流化床气化炉中，为流化床气化炉内的气化反应补充了热量和气化剂，从而降低了流化床气化段中氧气的消耗量。
采用本发明的技术方案通过流化床和熔融床的耦合，流化床气化段内未反应完全的灰渣进入熔融床气化段内进行剧烈的燃烧气化反应，可使气化装置出口碳转化率达到98％，有效气含量达到75％，同时具有气化强度大、能量利用率高、结构简单紧凑、装置运行稳定可靠的特点，较大程度上降低了设备投资，降低了生产成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为流化床和熔融床相组合的气化反应装置的流程示意图：
图1中，1为流化床气化段；2为喉口；3为熔融床气化段；4为原料进口；5为气体分布器；6为气化剂喷嘴；7为冷却夹套；8为下渣口；9为旋风分离器；10为回料装置；11为回料进口；A为含碳原料；B为气化剂I；C为返料气；D为合成气；E为气化剂II；F为灰渣。
含碳原料A自原料入口4进入流化床气化段1中，与来自气体分布器5的气化剂I B接触，进行燃烧和气化反应，流化床气化段1上方出口的合成气中含有飞灰，进入旋风分离器9中，在离心力的作用下，飞灰颗粒被分离出来落入回料装置10中，合成气由旋风分离器9顶部出口流出气化系统，进入后续的合成气净化。被分离下来的飞灰在返料装置10底部返料风C的作用下，通过回料进口11进入流化床气化段1的密相段继续反应。流化床气化段1中部分燃烧后产生的熔融灰渣团聚，形成粒径较大的粗渣从流化床气化段1下方的喉口2处落入熔融床气化段3内。熔融床气化段3侧面装有多个气化剂喷嘴6，气化剂喷嘴6设置的方向由外向内并向下倾斜。为保证熔融床气化段3处于高温，气化剂喷嘴6中通入的气化剂中含氧量较高，与煤渣和煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，形成液态熔渣。熔融床气化段3外部的壁面采用冷却夹套7保护，反应后产生的燃尽的灰渣F从熔融床气化段3底部的下渣口8排出。反应产生的高温混合气体向上通过喉口2进入流化床气化段1中，为流化床气化段内的气化反应提供了热量和气化剂。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，流化床密相段内径0.2m，高度5m，稀相段内径0.3m，高度6m，气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有10圈气孔，开孔率1.5％。喉口内径0.1m，下部熔融床气化段内径0.8m，高度1.5m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴由外向内并向下倾斜，倾斜角度10°，下渣口直径0.3m，回料进口的位置位于流化床气化段高度1/4，即流化床气化段的密相段。
实验选用内蒙褐煤从原料进口加入，在来自气体分布器的氧气和水蒸气以及高温混合气体的作用下，进行燃烧气化反应，操作压力3.5MPa，氧碳比控制在0.5mol/mol，流化床气化段操作温度900℃，生成富含CO和H2的合成气，其中CO+H2的含量达到78％(干基)。合成气中未反应完全的煤灰颗粒通过旋风分离器和回料装置收集并循环送入流化床气化段内，再次进行燃烧气化反应。部分熔融形成的较大粒径的煤灰颗粒从喉口直接落入下方的熔融床气化段中，熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧，氧碳比控制在0.9mol/mol，与煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1300℃，整个气化装置出口的碳转化率达到99％。
【实施例2】
一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，流化床密相段内径0.2m，高度5m，稀相段内径0.3m，高度6m，气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有10圈气孔，开孔率1.5％。喉口内径0.1m，下部熔融床气化段内径0.8m，高度1.5m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴由外向内并向下倾斜，倾斜角度10°，下渣口直径0.3m，回料进口的位置位于流化床气化段高度1/4，即流化床气化段的密相段。
实验选用内蒙褐煤从原料进口加入，在来自气体分布器的氧气和水蒸气以及高温混合气体的作用下，进行燃烧气化反应，操作压力3.5MPa，氧碳比控制在0.5mol/mol，流化床气化段操作温度900℃，生成富含CO和H2的合成气，其中CO+H2的含量达到83％(干基)。合成气中未反应完全的煤灰颗粒通过旋风分离器和回料装置收集并循环送入流化床气化段内，再次进行燃烧气化反应。部分熔融形成的较大粒径的煤灰颗粒从喉口直接落入下方的熔融床气化段中，熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧，氧碳比控制在1.0mol/mol，与煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1400℃，整个气化装置出口的碳转化率达到100％。
【实施例3】
一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，流化床密相段内径0.2m，高度5m，稀相段内径0.3m，高度6m，气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有10圈气孔，开孔率1.5％。喉口内径0.1m，下部熔融床气化段内径0.8m，高度1.5m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴由外向内并向下倾斜，倾斜角度10°，下渣口直径0.3m，回料进口的位置位于流化床气化段高度1/2，即流化床气化段的稀相段。
实验选用内蒙褐煤，将其破碎制1mm以下得到粉煤，从原料进口加入，在来自气体分布器的氧气和水蒸气以及高温混合气体的作用下，进行燃烧气化反应，操作压力3.5MPa，氧碳比控制在0.5mol/mol，流化床气化段操作温度900℃，生成富含CO和H2的合成气，其中CO+H2的含量达到76％(干基)。合成气中未反应完全的煤灰颗粒通过旋风分离器和回料装置收集并循环送入流化床气化段内，再次进行燃烧气化反应。部分熔融形成的较大粒径的煤灰颗粒从喉口直接落入下方的熔融床气化段中，熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧，氧碳比控制在0.9mol/mol，与煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1300℃，整个气化装置出口的碳转化率达到98％。
【实施例4】
一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，流化床密相段内径0.2m，高度5m，稀相段内径0.3m，高度6m，气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有10圈气孔，开孔率1.5％。喉口内径0.1m，下部熔融床气化段内径0.8m，高度1.5m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴由外向内并向下倾斜，倾斜角度10°，下渣口直径0.3m，回料进口的位置位于流化床气化段高度1/6，即流化床气化段的密相段。
实验选用内蒙褐煤从原料进口加入，在来自气体分布器的氧气和水蒸气以及高温混合气体的作用下，进行燃烧气化反应，操作压力3.5MPa，氧碳比控制在0.5mol/mol，流化床气化段操作温度900℃，生成富含CO和H2的合成气，其中CO+H2的含量达到81％(干基)。合成气中未反应完全的煤灰颗粒通过旋风分离器和回料装置收集并循环送入流化床气化段内，再次进行燃烧气化反应。部分熔融形成的较大粒径的煤灰颗粒从喉口直接落入下方的熔融床气化段中，熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧，氧碳比控制在0.9mol/mol，与煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1300℃，整个气化装置出口的碳转化率达到100％。
【实施例5】
一种流化床和熔融床相组合的气化反应装置，流化床密相段内径0.2m，高度5m，稀相段内径0.3m，高度6m，气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有10圈气孔，开孔率1.5％。喉口内径0.1m，下部熔融床气化段内径0.8m，高度1.5m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，气化剂喷嘴由外向内并向下倾斜，倾斜角度10°，下渣口直径0.3m，回料进口的位置位于流化床气化段高度1/3，即流化床气化段的密相段。
实验选用内蒙褐煤从原料进口加入，在来自气体分布器的氧气和水蒸气以及高温混合气体的作用下，进行燃烧气化反应，操作压力3.5MPa，氧碳比控制在0.5mol/mol，流化床气化段操作温度900℃，生成富含CO和H2的合成气，其中CO+H2的含量达到80％(干基)。合成气中未反应完全的煤灰颗粒通过旋风分离器和回料装置收集并循环送入流化床气化段内，再次进行燃烧气化反应。部分熔融形成的较大粒径的煤灰颗粒从喉口直接落入下方的熔融床气化段中，熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧，氧碳比控制在0.9mol/mol，与煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1300℃，整个气化装置出口的碳转化率达到99.5％。
【比较例1】
采用传统的高温温克勒煤气化反应装置，实验选用内蒙褐煤为原料，氧气和水蒸气为气化剂，以沸腾床的方式进行气化反应，气化压力3.5MPa，反应温度900℃，出口合成气中CO+H2的含量70.5％，甲烷含量4.1％，碳转化率90％。
【比较例2】
采用灰融聚流化床粉煤气化装置，采用内蒙褐煤为原料，以空气或者氧气为氧化剂，水蒸气为气化剂，在床层中沸腾返混，进行燃烧气化反应产生900℃左右的高温合成气，实验得到的出口气体组分中CO+H2含量68.4％，甲烷含量2.5％，碳转化率达到95％。
Figure BDA0001087619230000081

Claims (6)

1.一种流化床和熔融床相组合的煤气化反应装置，包括原料进口(4)、流化床气化段(1)、气体分布器(5)、喉口(2)、熔融床气化段(3)、气化剂喷嘴(6)、冷却夹套(7)、下渣口(8)、旋风分离器(9)、回料装置(10)和回料进口(11)；其特征在于，所述气体分布器(5)位于所述流化床气化段(1)底部，所述原料进口(4)与所述流化床气化段(1)相连通，所述旋风分离器(9)与所述流化床气化段(1)出口相连通，所述旋风分离器(9)底部与所述回料装置(10)相连通，所述回料进口(11)与所述流化床气化段(1)相连通，所述熔融床气化段(3)通过所述喉口(2)与所述流化床气化段(1)相连通，所述熔融床气化段(3)周边至少设有一层所述气化剂喷嘴(6)，所述熔融床气化段(1)底部与所述下渣口(8)相连通，所述的流化床气化段(1)分为上方的稀相段(X)和下方的密相段(M)，所述稀相段(X)的高度大于等于所述密相段(M)，为所述密相段(M)高度的1.0倍至2.0倍，所述回料进口(11)的位置低于所述流化床气化段(1)高度的1/2；所述稀相段(X)的内径大于或等于所述密相段(M)的内径，为所述密相段(M)内径的1.0～5.0倍，所述喉口内径小于所述流化床密相段(M)的内径，为所述密相段(M)内径的0.1～0.5倍。
2.根据权利要求1所述的流化床和熔融床相组合的煤气化反应装置，其特征在于，所述气体分布器(5)位于所述流化床气化段(1)下方所述密相段(M)的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，所述气体分布器(5)锥面上设置有气孔，所述气孔沿圆周均匀布置5～50圈，开孔率1～5％。
3.根据权利要求1所述的流化床和熔融床相组合的煤气化反应装置，其特征在于，所述熔融床气化段(3)外部设有所述冷却夹套(7)，所述熔融床气化段(3)侧面设有1～3层所述气化剂喷嘴(6)，每层2～4个喷嘴，所述气化剂喷嘴(6)的位置低于所述熔融床气化段(3)高度的2/3，设置的方向由外向内，并且向所述熔融床气化段(3)底部倾斜，倾斜角的范围为10～60°。
4.根据权利要求1所述的流化床和熔融床相组合的煤气化反应装置，其特征在于，所述回料进口(11)的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。
5.一种流化床和熔融床相组合的煤气化反应方法，采用如权利要求1～4所述的流化床和熔融床相组合的煤气化反应装置，其特征在于，主要步骤为：含碳原料(A)通过所述原料进口(4)进入所述流化床气化段(1)内，气化剂I(B)从所述气体分布器(5)送入到所述流化床气化段(1)中，在所述流化床气化段(1)内进行燃烧气化反应，出口合成气中夹带了飞灰，进入所述旋风分离器(9)中在离心力的作用下，飞灰颗粒被分离下来收集于所述回料装置(10)中，所述回料装置(10)底部设有返料气(C)，在返料气(C)的作用下，飞灰颗粒从所述回料进口(11)送入所述流化床气化段(1)的所述密相段(M)中，循环进行气化反应；在所述流化床气化段(1)中形成的粗渣，在重力的作用下通过所述喉口(2)落入下方的所述熔融床气化段(3)内；所述熔融床气化段(3)内为熔融态的渣与煤灰的混合物，气化剂II(E)由所述熔融床气化段(3)侧面的所述气化剂喷嘴(6)喷入，进行强烈的燃烧和气化反应，并形成高温，为整个所述熔融床气化段(3)提供热量；反应产生的大量混合气体由所述喉口(2)向上进入所述流化床气化段(1)参与热解气化反应；其中，所述流化床气化段(1)内的氧碳比为0.3～0.8mol/mol，操作温度600～1000℃；所述熔融床气化段(3)内的氧碳比为1.0mol/mol，操作温度1400℃，操作压力0～6.5MPa，所述流化床气化段(1)的所述密相段(M)的线速度为1～10m/s，所述稀相段(X)的线速度0.1～1m/s。
6.根据权利要求5所述的流化床和熔融床相组合的煤气化反应方法，其特征在于所述气化剂I(B)和气化剂II(E)选自氧气、空气、富氧空气、水蒸气、二氧化碳中的至少一种；所述返料气包括氮气、氩气、水蒸气或者二氧化碳中的至少一种。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108373934A (zh) * 2018-05-18 2018-08-07 华北电力大学（保定） 多种类生物质循环流化床气化反应器及其气化方法
CN112500892B (zh) * 2019-09-16 2021-10-08 中国科学院工程热物理研究所 循环流化床气化和飞灰熔融一体化处理装置和方法
CN112920853B (zh) * 2021-02-04 2022-08-12 新奥科技发展有限公司 一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3782913A (en) * 1972-03-23 1974-01-01 Us Interior Two-stage gasification of coal with forced reactant mixing and steam treatment of recycled char
CN201010630Y (zh) * 2006-11-24 2008-01-23 太原海力丰科技发展有限公司 流化床粉煤气化反应器
CN101691501A (zh) * 2009-09-30 2010-04-07 浙江大学 循环流化床煤分级转化煤气焦油半焦多联产装置及方法
CN102120936A (zh) * 2010-01-07 2011-07-13 中国科学院过程工程研究所 射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及装置
CN102911740A (zh) * 2012-09-28 2013-02-06 上海锅炉厂有限公司 一种两段式气流床气化装置及其气化方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR1005536B (el) * 2006-03-07 2007-06-07 Λαμπρος Ελευσινιωτης Διβαθμιος συνδυασμενος αεριοποιητης ομορροης -αντιρροης
CN100596326C (zh) * 2007-05-25 2010-03-31 东南大学 秸秆低温气化熔融燃烧方法
US20090064580A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-12 Nicoll David H Venturi inserts, interchangeable venturis, and methods of fluidizing
CN101294708A (zh) * 2008-04-25 2008-10-29 东南大学 城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法
CN104053753B (zh) * 2011-06-24 2016-01-20 综合能源有限公司 捕捉和回收利用微粒的系统及方法
CN103423738B (zh) * 2013-07-01 2016-05-04 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种燃用高钠煤的紧凑型循环流化床锅炉
CN103450946B (zh) * 2013-09-02 2015-10-21 张荣光 一种有独立燃烧室的流化床气化反应方法及装置
CN103773507B (zh) * 2014-01-23 2015-08-19 上海锅炉厂有限公司 双床燃烧与气化多联产装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3782913A (en) * 1972-03-23 1974-01-01 Us Interior Two-stage gasification of coal with forced reactant mixing and steam treatment of recycled char
CN201010630Y (zh) * 2006-11-24 2008-01-23 太原海力丰科技发展有限公司 流化床粉煤气化反应器
CN101691501A (zh) * 2009-09-30 2010-04-07 浙江大学 循环流化床煤分级转化煤气焦油半焦多联产装置及方法
CN102120936A (zh) * 2010-01-07 2011-07-13 中国科学院过程工程研究所 射流预氧化热解流化床气化含碳固体燃料的方法及装置
CN102911740A (zh) * 2012-09-28 2013-02-06 上海锅炉厂有限公司 一种两段式气流床气化装置及其气化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
循环流化床气固流动行为的数值模拟;高攀等;《能源化工》;20150630;第36卷(第3期);第66-70页 *
流化床气化炉稀相段反应模拟(1)——模型建立;汤忠等;《燃烧科学与技术》;19980530;第4卷(第2期);第3-5页 *

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