CN112029540A - 化学链煤气化系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学链煤气化技术领域，具体涉及化学链煤气化系统和方法；所述化学链煤气化系统包括：反应器和气体切换装置，所述反应器具有进气口和排气口，所述进气口处设有进气管路，所述排气口处设有排气管路；所述气体切换装置设置于所述进气管路上，用于控制至少两种反应气体以预设循环顺序依次进入到所述反应器内；和/或，所述气体切换装置设置于所述排气管路上，用于控制从所述反应器内排出的不同种类的废气按照预设路径排出。与传统的化学链煤气化系统相对，本发明的化学链煤气化系统的氧载体在同一空间不同时间进行得氧和失氧的过程，氧载体无需在在两个反应器之间循环，从而可以减轻机械磨损，延长氧载体使用寿命。

Description

化学链煤气化系统和方法

技术领域

本发明涉及化学链煤气化技术领域，尤其涉及一种化学链煤气化系统和方法。

背景技术

化学链燃烧技术基本原理是将传统的燃料与氧气直接接触反应借助于氧载体的作用分解为两个反应过程：氧载体先结合氧化剂气体(例如空气)中的氧，燃料再与氧载体结合的氧反应。通过氧载体供氧能实现燃料无需与氧化剂气体混合接触也能燃烧。当使用空气作为氧化剂时，可以避免燃烧的气体产物中存在大量氮气，不会稀释产物中的二氧化碳，从而可以富集二氧化碳以加以利用。化学链燃烧技术应用时，氧载体需要在不同的反应器间循环，循环过程中会发生磨损，从而造成氧载体的损耗。

发明内容

本发明内容的技术方案是为了解决传统的化学链煤气化过程中，氧载体需要在不同反应器循环发生磨损，进而影响后续化学链煤气化效果的问题。

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种化学链煤气化系统，用于对煤粉进行气化处理，所述化学链煤气化系统包括：反应器和气体切换装置，

所述反应器具有进气口和排气口，所述进气口处设有进气管路，所述排气口处设有排气管路；

所述气体切换装置设置于所述进气管路上，用于控制至少两种反应气体以预设循环顺序依次进入到所述反应器内；

和/或，所述气体切换装置设置于所述排气管路上，用于控制从所述反应器内排出的不同种类的废气按照预设路径排出。

可选的，所述气体切换装置包括气体切换阀，所述气体切换阀包括壳体和阀芯，所述壳体上设有与所述壳体的内部空间连通的第一进气口和第一出气口，且所述第一进气口和所述第一出气口中的至少一者的数量为多个，各个所述第一进气口和各个所述第一出气口在第一平面上的投影具有一定间隔，所述第一平面是与所述壳体的轴向垂直的平面；

所述阀芯设于所述壳体内部将所述壳体的内部空间分隔为多个相互独立的通气室，且所述阀芯能够以预设角度在所述壳体的内部空间连续转动，所述阀芯转动时，所述第一出气口与所述第一进气口依次通过其中一个所述通气室连通。

可选的，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路或所述排气管路上的第一通用气体切换阀，所述第一通用气体切换阀的第一进气口和第一出气口的数量均为两个，且所述第一进气口与所述第一出气口在所述第一平面上的投影交错设置；所述阀芯包括一块经过所述壳体轴线的平板，所述阀芯将所述壳体的内部空间分隔为两个所述通气室，在所述阀芯转动时，每个所述通气室分别与两个相邻设置的第一进气口和第一出气口连通。

可选的，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路或所述排气管路上的第二通用气体切换阀，所述第二通用气体切换阀的第一进气口和第一出气口的数量均为3个，且所述第一进气口与所述第一出气口在所述第一平面上的投影交错设置；所述阀芯包括三块自中心向外辐射的辐板，将所述壳体的内部空间分隔为3个所述通气室，在所述阀芯转动时，每个所述通气室分别与两个相邻设置的第一进气口和第一出气口连通。

可选的，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路上的第一进气切换阀，所述第一进气切换阀的第一进气口的数量为m个，m为大于1的正整数，所述第一进气切换阀的第一出气口的数量为1个，所述第一出气口与所述反应器的进气口连通，m个所述第一进气口分别用于连接一种反应气体供应装置；所述通气室的数量与所述第一进气口的数量相等，在所述阀芯转动时，m个所述第一进气口依次循环通过一个所述通气室与所述第一出气口连通。

可选的，所述气体切换阀包括可设置在所述排气管路上的第一排气切换阀，所述第一排气切换阀的第一出气口的数量为n个，n为大于1的正整数，所述第一排气切换阀的第一进气口的数量为1个，所述第一进气口与所述反应器的排气口连通，n个所述第一出气口分别用于排出不同的废气；所述通气室的数量与所述第一出气口的数量相等，在所述阀芯转动时，n个所述第一出气口依次循环通过一个所述通气室与所述第一进气口连通。

可选的，所述反应器的数量为1个，

所述第二通用气体切换阀设置在所述进气管路上，其中一个所述第一进气口与所述反应器的排气口连通，另外两个所述第一进气口分别用于不同种类的反应气体，其中一个所述第一出气口与所述反应器的进气口连通，另外两个所述第一出气口用于排出不同种类的废气，与所述反应器的排气口连通的所述第一进气口和与所述反应器的进气口连通的所述第一出气口互不相邻。

可选的，所述反应器的数量为2个，

所述第一通用气体切换阀设置在所述进气管路上，且所述第一通用气体切换阀的两个所述第一出气口分别与两个所述反应器的进气口连通，所述第一通用气体切换阀的两个所述第一进气口分别用于连接反应气体；

和/或，所述第一通用气体切换阀设置在所述排气管路上，所述第一通用气体切换阀的两个第一进气口分别与两个所述反应器的排气口连通，所述第一通用气体切换阀的两个所述第一出气口分别用于排出废气。

可选的，所述反应器的数量为3个，

所述进气管路上设置两个串联的所述第二通用气体切换阀，其中一个所述第二通用气体切换阀的三个第一进气口分别用于连接反应气体，三个所述第一出气口分别与另一个所述第二通用气体切换阀的三个所述第一进气口连通，另外一个所述第二通用气体切换阀的三个第一出气口分别与三个所述反应器的进气口连通；

和/或，所述排气管路上设置两个串联的所述第二通用气体切换阀，其中一个所述第二通用气体切换阀的三个第一进气口分别与三个所述反应器的排气口连通，三个所述第一出气口分别与另一个所述第二通用气体切换阀的三个所述第一进气口连通，另一个所述第二通用气体切换阀的三个所述第一出气口分别用于排出废气。

可选的，还包括换热装置，所述换热装置具有升温通道和降温通道，所述升温通道连接在所述反应器的进气口和设置于所述进气管路上的气体切换装置之间，用于升高进入到所述反应器内的反应气体的温度；所述降温通道连接在所述反应器的排气口和设置于所述排气管路上的气体切换装置之间，用于对从反应器内排出的废气进行降温。

可选的，还包括旋风分离装置，所述旋风分离装置具有第二进气口、回收口和第二排气口，所述第二进气口与所述反应器的排气口连通，所述回收口通过燃料管与所述反应器的内部连通，所述第二排气口用于排出分离后的气体；当所述排气管路上设有所述气体切换装置时，所述旋风分离装置连接在所述反应器的排气口与所述气体切换装置之间，所述第二排气口与所述气体切换装置的进气口连通。

另一方面，本发明还提供了一种化学链煤气化方法，包括：

向反应器内依次循环通入至少两种反应气体，使所述反应气体依次与所述反应器内的物料反应完成多个循环的反应过程。

可选的，一个所述反应过程至少包括氧化反应和气化反应，

所述氧化反应包括：向反应器中通入氧化剂气体，反应器内的氧载体结合氧化剂气体中的氧发生氧化反应；

所述气化反应包括：氧化反应结束后，向反应器内通入气化剂气体，反应器内的煤粉及完成氧化的氧载体与所述气化剂气体进行煤气化反应。

可选的，一个反应过程还包括吹扫反应，

所述吹扫反应包括：在气化反应结束后，向反应器内通入惰性气体，将反应器内原有的气体吹扫出反应器；

吹扫反应完成之后，循环进入下一个所述反应过程。

本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：在反应器的进气管路上设置气体切换装置，可以控制气化剂气体和氧化剂气体按照预设循环顺序依次进入到反应器内，在气化过程中，气化剂气体消耗反应器内氧载体的氧离子，气化反应之后的氧化反应过程中，氧载体与氧化剂气体携带的氧离子反应，实现氧载体的再生，因此，氧载体在同一空间不同时间进行得氧和失氧的过程，氧载体无需在在两个反应器之间循环，从而可以减轻机械磨损，延长氧载体使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一些实施例提供的第一通用气体切换阀的结构示意图；

图2为发明一些实施例提供的第二通用气体切换阀的结构示意图；

图3为本发明一些实施例提供的第一进气切换阀；

图4为本发明一些实施例提供的第一排气切换阀；

图5为本发明一些施例提供的化学链煤气化系统；

图6为图5中化学链煤气化系统在另一个反应状态的示意图；

图7为本发明一些实施例提供的气体换向装置的结构示意图；

图8为本发明一些实施例提供的化学链煤气化系统；

图9为本发明一些实施例提供的化学链煤气化系统；

图10为图9中化学链煤气化系统中气体换向装置换向后的示意图。

图11为图9中化学链煤气化系统中气体切换装置换向后的示意图。

图中，1：第一进气口；2：第一出气口；3：壳体；4：阀芯；300：第一通用气体切换阀；301a：第一进气口；301b：第一进气口；302a：第一出气口；302b：第一出气口；400：第二通用气体切换阀；401a：第一进气口；401b：第一进气口；401c：第一进气口；402a：第一出气口；402b：第一出气口；402c：第一出气口；10：第一进气切换阀；101a：第一进气口；101b：第一进气口；101c：第一进气口；20：第一排气切换阀；201a：第一出气口；201b：第一出气口；201c：第一出气口；110：反应器；110a：进气口；110b：排气口；110c：扩大段；110d：反应段；110e：煤粉进料口；110f：氧载体进料口；120：排渣装置；130：阀门；140：旋风分离器；150：物料管；300a：第一通用气体切换阀；300b：第一通用气体切换阀；160：换热装置；60：除尘装置；400a：第二通用气体切换阀；400b：第二通用气体切换阀；400c：第二通用气体切换阀；400d；第二通用气体切换阀。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图5至图11所示，本发明实施例提供了一种化学链煤气化系统，用于对煤粉进行气化处理，其中，化学链煤气化系统包括反应器110和气体切换装置，反应器110具有进气口110a和排气口110b，进气口110a处设有进气管路，排气口110b处设有排气管路；气体切换装置可以设置在进气管路上，用于控制至少两种反应气体以预设循环顺序依次进入到反应器110内与反应器内的物料发生反应，一般的，向反应器内110通入的气体至少包括气化剂和氧化剂，其中气化剂可以选用水蒸气，氧化剂可以选用空气，先通入水蒸气使之与反应器110内的物料发生气化反应，然后通入空气，使之与反应器110内的物料发生氧化反应，实现氧载体的再生，氧化反应和气化反应交替循环进行。

气体切换装置也可以设置在排气管路上，由于反应器110中发生的不同的反应过程时，产生的气体也不同，需要对不同阶段从反应器110内排出的气体进行不同方式的处理，比如，当反应器110内通入空气进行氧化反应时，反应器110排出的气体为废气，不需要收集，需要直接排放或者处理后再排放，而当反应器110内通入水蒸气进行气化反应时，产生的气体是合成气体，需要进行回收，因此反应器110内进行不同的反应时，需要对排出的气体进行不同形式的处理，将气体切换装置设置在排气管路上，可以控制从反应器110内排出的不同种类的废气按照预设路径排出。

如图5和图6所示，反应器110包括自上而下依次设置的扩大段110c、反应段110d和气室，其中气室和反应段110d通过气体分布板隔开，反应器110具有氧载体进料口110f、煤粉进料口110e、进气口110a、排气口110b和排渣口，氧载体进料口110f和煤粉进料口110e均设置在反应段110d，与反应段110d的下半部分连通，进气口110a设置在反应器110的底部，与气室连通，排气口110b设置在反应器110的顶部与扩大段110c连通，排渣口设置在气体分布板下部，排渣口处连接排料管，将反应段110d内反应完的物料从排渣口排出，排料管的一端连接排料口，另一端连接位于反应器110外部的排渣装置120，排渣装置120的进出端均设有阀门130。

进气管道包括进气总管和和两条进气支管，当需要对反应器110的进气进行切换时，将气体切换装置设置在进气总管上，两条进气支管设置在气体切换装置的“后”方，需要说明的是，本发明实施例中的“前”或“后”是根据气体的流动方向定义的，两条进气支管的出气口端分别与反应器110的进气口110a和排渣管连通，且每条进气支管上均设有阀门。

进一步的，如图1至图4所示，气体切换装置包括气体切换阀，气体切换阀包括壳体3和阀芯4，壳体3上设有与壳体3的内部空间连通的第一进气口1和第一出气口2，且第一进气口1和第一出气口2的至少一者的数量为多个，各个第一进气口1和各个第一出气口2在第一平面上的投影具有一定间隔，第一平面是与壳体3的周向垂直的平面；在本发明的一些实施例中，壳体3的形状为圆筒形，第一进气口1和第一出气口2设置在壳体3的侧壁上，第一进气口1和第一出气口2中至少一者的数量设置为多个，这样第一进气口1和第一出气口2就可以组合出多种不同的气体进出路径，例如，第一进气口1的数量为2个，第一出气口的数量为1个，2个第一进气口1分别与第一出气口2连通时，就形成2条不同的气体进出路径，2个第一进气口1处可以通入不同种类的气体，比如一个第一进气口1处通入空气，另一个第一进气口1处通入水蒸气，当通入空气的第一进气口1与第一出气口2连通时，从第一出气口2排出的气体就是空气，进而，进入到反应器110内的气体就是空气；当通入水蒸气的第一进气口1与第一出气口2连通时，从第一出气口2排出的气体就是水蒸气，进而，进入到反应器110内的气体也是水蒸气。

阀芯4设置在壳体3内部将壳体3的内部空间分隔为多个相互独立的通气室，也就是说各个通气室之间互不连通，阀芯4能够以预设角度在壳体3的内部空间连续转动，阀芯4在转动的过程中，第一出气口2和第一进气口1依次通过一个通气室连通。在本发明的一些实施例中，阀芯4以壳体3的轴线为转轴转动，阀芯4每转动一个预设角度，阀芯4在壳体3内部的相对位置发生改变，第一出气口2和第一进气口1的连通方式随之发生改变，进而形成不同气体进出路径。

进一步的，气体切换阀的形式可以有多种，比如，可以设置在进气管路或排气管路上的通用气体切换阀，通用气体切换阀的第一进气口1和第一出气口2的数量相等且均为多个，多个第一进气口1和多个第一出气口2围绕壳体3设置在壳体3的侧壁上，且多个第一进气口1和多个第一出气口2在第一平面上的投影交错设置，也就是说，任意一个第一进气口1的两侧分别设有一个第一出气口2，任意一个第一出气口2的两侧分别设有一个第一进气口1；阀芯4将壳体3的内部空间分隔为多个通气室，其中通气室的数量与第一进气口或第一出气口的数量相等，且阀芯4在一定位置时，每个通气室分别连通一个第一进气口1和与该第一进气口1相邻的一个第一出气口2，以其中一个通气室为例，当阀芯4位于第一位置时，该通气室连通一个第一进气口1和与该第一进气口1相邻的一个第一出气口2，当阀芯4以预设角度转动到第二位置时，该通气室连通该第一进气口1和与该第一进气口1相邻的另一个第一出气口2，此时，气体的进出路径发生改变。在阀芯4连续转动的过程中，气体的进出路径有规律的循环变化。

第一进气口1和第一出气口2的数量根据需要切换的气体种类进行选择，具体的，如图1所示，在本发明的一些实施例中，通用气体切换阀为第一通用气体切换阀300，第一通用气体切换阀300的第一进气口1和第一出气口2的数量都是两个，分别为第一进气口301a、第一进气口301b、第一出气口302a和第一出气口302b，第一进气口301a、第一进气口301b、第一出气口302a和第一出气口302b环绕壳体3的周向均匀间隔设置，也就是说，第一进气口301a、第一进气口301b相对设置，第一出气口302a和第一出气口302b相对设置，相邻的第一进气口301a和第一出气口302a呈90度设置，第一进气口302b和第一出气口301b呈90设置，阀芯4将壳体3的内部空间分隔为两个相互对立的通气室，具体的，阀芯4是一块壳体3经过轴线的平板或者弧形板，且可以以壳体3的轴线为转轴转动。阀芯4转动的预设角度为90度，也就是说，阀芯4每次转动90度，阀芯4的位置发生改变，相应的第一进气口和第一出气口的连通方式也发生改变。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，第一通用气体切换阀中，第一进气口301a、第一进气口301b、第一出气口302a和第一出气口302b并不限于上述布置方式，也就说，相邻的第一进气口和第一出气口不限于呈90度设置，阀芯4的预设转动角度与第一进气口和第一出气口的布置方式有关，只要能够保证阀芯4的转动的过程中，能够切换气体的进出路径，就都落入本发明的保护范围。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，通用气体切换阀为第二通用气体切换阀400，第二通用气体切换阀400的第一进气口1和第一出气口2的数量都是三个，分别是第一进气口401a、第一进气口401b、第一进气口401c，第一出气口402a、第一出气口402b和第一出气口402c，第一进气口401a、第一进气口401b、第一进气口401c两两之间成120度设置，第一出气口402a、第一出气口402b和第一出气口402c两两之间呈120度设置，第一进气口401a、第一进气口401b、第一进气口401c两两之间呈120度设置；阀芯4将壳体3的内部空间分隔为3个相对独立的通气室，具体的，阀芯4包括以壳体3的轴线为中心沿壳体的径向向外辐射形成的3块平板，任意两块平板之间的夹角为120。阀芯4的预设转动角度为60度，也就是说，阀芯4在壳体3中每次转动的角度是60度，当阀芯4与壳体3的相对位置发生改变时，第一进气口1与第一出气口2的连通方式发生改变，阀芯4在壳体3内部连续转动的工程中，第二通用气体切换阀400的进出气路径循环变化。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，第二通用气体切换阀400中，三个第一进气口1和三个第一出气口2并不限于上述布置方式，也就说，相邻的第一进气口1和第一出气口2不限于呈60度设置，阀芯4的预设转动角度与第一进气口1和第一出气口2的布置方式有关，只要能够保证阀芯4的转动的过程中，能够切换气体的进出路径，就都落入本发明的保护范围。

进一步的，气体切换阀也可以包括设置在进气管路上的第一进气切换阀10和设置在排气管路上的第一排气切换阀20。

其中，第一进气切换阀10的第一进气口的1数量为m个，m为大于1的正整数，第一出气口2的数量为1个，第一出气口2用于与反应器110的进气口110a连通，m个第一进气口1分别用于连接一种反应气体供应装置，通气室的数量与第一进气口1的数量相等，在阀芯4转动时，m个第一进气口1依次循环通过一个通气室与第一出气口2连通；第一进气切换阀10可以与单个反应器110连接，设置在单个反应器110的进气管路上，用于控制单个反应器110的进气切换，进而实现单个反应器110内的多种反应过程循环进行。m的取值代表了往反应器110内依次通入几种反应气体，一般的，在对化学链煤进行气化反应系统中，反应器110中“气化反应-氧化反应”循环运行，此时，需要交替向反应器110中加入气化剂和氧化剂，一般气化剂采用水蒸气，氧化剂采用空气，第一进气切换阀10的第一进气口1的数量为两个，也就是m＝2，两个第一进气口1分别连通水蒸气供应装置和空气供应装置，通过转动阀芯4，使两个第一进气口1交替与第一出气口2连通，进而向反应器110内交替通入水蒸气和空气。进一步的，为了提高反应器内110反应过程的安全性，在气化反应和氧化反应之间增加吹扫反应，避免气化反应之后直接通入空气，发生爆炸，吹扫反应过程需要向反应器110内通入惰性气体，一般选择氮气，此时，第一进气口1的数量为3个，也就是m＝3，如图3所示，第一进气口101a、第一进气口101b和第一进气口101c分别连通水蒸气供应装置、空气供应装置和氮气供应装置，通过转动阀芯4，使第一进气口101a、第一进气口101b和第一进气口101c依次与第一出气口2连通，使从第一出气口2出来的气体按照“水蒸气-氮气-空气”的顺序循环，进而使反应器110内按照“气化反应-吹扫反应-氧化反应”的反应顺序循环运行。

第一排气切换阀20的结构与第一进气切换阀10的结构类似，区别点在于，第一排气切换阀20的第一进气口1的数量为1个，第一排气切换阀20的第一出气口2的数量为多个，根据反应器110内的反应过程，一般的，第一排气切换阀20的第一出气口2的数量选择为两个或3个，反应器110中处于不同的反应阶段时，将第一排气切换阀20的阀芯4转动到不同的位置，与第一进气口1连通的第一出气口2不同，因此可以使不同反应阶段产生的气体从不同的第一出气口2排出，例如，在氧化反应阶段反应器100内的氧载体与空气中的氧离子结合，实现氧载体的再生，这个过程中反应器110内产生的是废气，按照废气的处理方式来处理，在气化反应阶段，反应器110内产生的气体是合成气，需要进行收集。如图4所示，第二排气切换阀20的第一出气口数量为3个，分别为第一出气口201a、第一出气口201b和第一出气口201c，当阀芯4转动时，第一出气口201a、第一出气口201b和第一出气口201c依次循环与第一进气口1连通，使反应器110中在不同反应阶段排出的气体从不同的第一出气口排出。

第一进气切换阀10和第一排气切换阀20都是与单独的反应器连接，分别用于单个反应器110的进气切换和排气切换。

另外，当反应器110的数量只有一个时，还可以采用第二通用气体切换阀400同时实现进气切换和排气切换，如图5和图6所示，第二通用气体切换阀400的一个第一出气口402a与反应器的进气口110a连通，第一出气口402b和第一出气口402c分别用于排出反应器110内的反应气体，第二通用气体切换阀400的一个第一进气口401b与反应器的排气口110b连通，第一进气口401a和401c分别用于连接水蒸气供应装置和空气供应装置，与反应器110的排气口110b连通的第一进气口401b和与反应器110的进气口110a连通的第一出气口402a互不相邻。在本发明的一些实施例中，第一进气口401a连通水蒸气供应装置，第一进气口401c连通空气供应装置，当第二通用气体切换阀400的阀芯处于如图5所示位置时，第一进气口401a与第一出气口402a连通，水蒸气进入到反应器110内与反应器110内的煤粉和氧载体发生气化反应，在此过程中，从反应器110的排气口110b处排出的气体为合成气体，从第一进气口401b进入第二气体切换阀400内，并从与第一进气口401b连通的第一出气口402b处排出；反应器110内的气化反应完成之后，将第二通用气体切换阀400的阀芯逆时针或顺时针转动60度到如图6所示的位置，使第一出气口402a与第一进气口401c连通，第一进气口401b与第一出气口402c连通，此时，空气进入到反应器110内，氧载体与空气携带的氧离子发生氧化反应，实现氧载体的再生，从反应器110的排气口110b排出的气体从第一进气口401b进入到第二通用气体切换阀400中，并从第一出气口402c处排出。

当反应器110的数量为2个时，可以在反应器110的进气管路或排气管路上设置第一通用气体切换阀300，如图7和图8所示，在本发明的一些实施例中，一个第一通用气体切换阀300a安装在两个反应器110的进气管路之间，同时对两个反应器110的进气进行切换，第一通用气体切换阀300a的两个第一进气口分别与空气供应装置和水蒸气供应装置连接，第一通用切换阀300a的两个第一出气口分别与两个反应器110的进气口连通，当阀芯在第一位置时，与水蒸气供应装置连接的第一进气口和与左侧的反应器110的进气口连通的第一出气口连通，因此，通过控制进气管路上的阀门，可以使水蒸气进入到左侧的反应器110内与左侧反应器110内的煤粉及氧载体发生气化反应。同时，与空气供应装置连接的第一进气口和与右侧反应器110的进气口连通的第一出气口连通，通过右侧反应器110上的阀门控制，可以使空气进入到右侧的反应器110内与右侧反应器内的煤粉和氧载体发生氧化反应，实现氧载体的再生。当右侧反应器110内的气化反应结束后，转动第一通用气体切换阀300a的阀芯，使连接水蒸气的第一进气口与右侧的反应器110连通，连接空气的第一进气口与左侧的反应器110连通，进而，两个反应器110内的反应过程互换，右侧的反应器110内发生气化反应，左侧的反应器110内发生氧化反应。另外，在本发明的一些实施例中，一个第一通用气体切换阀300b连接在两个反应器110的排气管路之间，第一通用气体切换阀300b的两个第一进气口分别与两个反应器110的排气口连通，当两个反应器110内发生不同的反应过程时，使两个反应器110内产生的不同的反应气体从两个第一出气口分别排出。

当反应器110的数量为3个时，可以在反应器110的进气管路或排气管路上设置第二通用气体切换阀400，使3个反应器110内分别通入空气、水蒸气和氮气，并将不同反应阶段的反应气体从不同的第一出气口排出。如图9、图10和图11所示，在本发明的一些实施例中，3个反应器110并联，第二通用气体切换阀400a和第二通用气体切换阀400b串联在3个反应器110的进气管路上，第二通用气体切换阀400c和第二通用气体切换阀400d串联在3个反应器110的排气管路上；当第二通用气体切换阀400a和第二通用气体切换阀400b串联在反应器110的进气管路上时，其中一个第二通用气体切换阀400a的三个第一进气口分别用于连接空气供应装置、水蒸气供应装置和氮气供应装置，三个第一出气口分别与另一个第二通用气体切换阀400b的三个第一进气口连通，另外一个第二通用气体切换阀400b的三个第一出气口分别与三个反应器的进气口连通，三个反应器110内分别进行氧化反应、气化反应和吹扫反应，并通过转动第二通用气体切换阀400a和第二通用气体切换阀400b的阀芯，使每个反应器110内按照“气化反应-吹扫反应-氧化反应”的顺序循环进行反应。当第二通用气体切换阀400c和第二通用气体切换阀400d串联设置在三个反应器110的排气管路上时，其中一个第二通用气体切换阀400c的三个第一进气口分别与三个反应器110的排气口连通，三个第一出气口分别与另一个第二通用气体切换阀400d的三个第一进气口连通，另一个第二通用气体切换阀400d的三个第一出气口分别用于排出反应器110内反应气体。

进一步的，如图8所示，在本发明的一些实施例中，该化学链煤气化系统还包括换热装置160，换热装置160具有升温通道和降温通道，升温通道连接在反应器110的进气口110a和设置于进气管路上的气体切换装置之间，降温通道连接在反应器110的排气口110b和设置于排气管路的气体切换装置之间，反应器110的反应过程中，从反应器110的排气口110b的排出的气体温度比较高，在进入到降温通道后与要进入反应器110的反应气体进行换热，在提高了要进入到反应器110内的反应气体的温度的同时，降低了自身的温度，便于对换热后的低温废气进行处理。

进一步的，如图5至图8所示，在本发明的一些实施例中，化学链煤气化系统还包括旋风分离器140，旋风分离器140具有第二进气口、回收口和第二排气口，旋风分离器140设置反应器110的排气管路上，且位于反应器110的排气口110b与气体切换装置之间。旋风分离器140的第二进气口与反应器110的排气口110b连通，回收口通过物料管150与反应器110的内部连通，第二排气口用于将分离后的气体导入到气体切换装置中。从反应器110的排气口110b排出的废气，通常会夹杂着未反应完全的固体物料，利用旋风分离器140将固体物料与废气进行分离，固体物料通过回收口再次返回到反应器110内参与反应，分理处的废气排入到气体切换装置中按照预设路径进行处理。

进一步的，如图9至图11所示，在本发明的一些实施例中，化学链煤气化系统包括除尘装置60，除尘装置60设置在排气管路上，且位于反应器110的排气口110b与气体切换装置之间。

一般的，反应器110b可以为流化床，反应器110b的侧壁上设有煤粉进料口110e和氧载体进料口110f，在使用时，控制煤粉连续进料，氧载体间歇进料，煤粉和氧载体混合均匀后，开始向反应器110内循环通入至少两种反应气体，使反应气体依次与反应器110内的煤粉和氧载体反应完成多个循环的反应过程。

具体的，一个完整的反应过程至少包括氧化反应和气化反应，氧化反应过程包括：向反应器110中通入氧化剂气体以使氧载体结合氧化剂气体中的氧离子，并排出与氧载体反应后的氧化剂气体。氧化剂可以为空气，空气中的氧离子可以被氧载体结合，相当于氧载体发生氧化反应。氧化反应后的空气为废气，其中含有大量氮气以及其他气体，在进行气化反应过程前废气应当排出。氧载体可以为硫酸钙或金属氧化物。

在停止通入氧化剂气体后进行气化反应过程：向反应器110中通入气化剂气体，使煤粉与氧载体中的氧离子及气化剂进行煤气化反应，并排出合成气反应产物。本发明的一些实施例中气化剂为水蒸气。气化反应过程中会消耗氧载体所负载的氧离子，反应至一定程度氧载体失活，因此需要再重新进行氧化反应使氧载体负载氧。待气化反应结束时，重复上述氧化反应过程和气化反应过程。

进一步的，在本发明的一些实施例中，一个完整的反应过程还包括吹扫反应过程，吹扫反应过程在气化反应过程之后进行。吹扫反应过程包括：向反应器110中通入惰性气体以置换反应器110中原有的气体；吹扫反应过程之后循环进行氧化反应过程、气化反应过程和吹扫反应过程。吹扫反应过程在气化反应过程之后、氧化反应过程之前进行，可以通过惰性气体的通入将可燃的合成气排出，可以防止在通入氧化剂气体时发生安全事故。

本发明中的化学链煤气化反应过程，氧载体在同一空间不同时间进行得氧和失氧的过程，氧载体无需在在两个反应器之间循环，从而可以减轻机械磨损，延长氧载体使用寿命。

综上所述，本发明实施例提供的化学链煤气化系统及方法，通过气体换向装置交替或循环向反应器内通入多种气体，实现化学链煤气化连续生产合成气及排放废气，避免载体因在两个反应器之间循环而产生磨损，可延长载体使用寿命。也不需要空气分离装置获取氧气，能降低气化成本。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种化学链煤气化系统，用于对煤粉进行气化处理，其特征在于，所述化学链煤气化系统包括：反应器和气体切换装置，

所述反应器(110)具有进气口(110a)和排气口(110b)，所述进气口(110a)处设有进气管路，所述排气口(110b)处设有排气管路；

所述气体切换装置设置于所述进气管路上，用于控制至少两种反应气体以预设循环顺序依次进入到所述反应器(110)内；

和/或，所述气体切换装置设置于所述排气管路上，用于控制从所述反应器(110)内排出的不同种类的废气按照预设路径排出。

2.根据权利要求1所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述气体切换装置包括气体切换阀，所述气体切换阀包括壳体(3)和阀芯(4)，所述壳体(3)上设有与所述壳体(3)的内部空间连通的第一进气口(1)和第一出气口(2)，且所述第一进气口(1)和所述第一出气口(2)中的至少一者的数量为多个，各个所述第一进气口(1)和各个所述第一出气口(2)在第一平面上的投影具有一定间隔，所述第一平面是与所述壳体(3)的轴向垂直的平面；

所述阀芯(4)设于所述壳体(3)内部将所述壳体(3)的内部空间分隔为多个相互独立的通气室，且所述阀芯(4)能够以预设角度在所述壳体(3)的内部空间连续转动，所述阀芯(4)转动时，所述第一出气口(2)与所述第一进气口(1)依次通过其中一个所述通气室连通。

3.根据权利要求2所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路或所述排气管路上的第一通用气体切换阀(300)，所述第一通用气体切换阀(300)的第一进气口(1)和第一出气口(2)的数量均为两个，且所述第一进气口(1)与所述第一出气口(2)在所述第一平面上的投影交错设置；所述阀芯(4)包括一块经过所述壳体(3)轴线的平板，所述阀芯(4)将所述壳体(3)的内部空间分隔为两个所述通气室，在所述阀芯(4)转动时，每个所述通气室分别与两个相邻设置的第一进气口(1)和第一出气口(2)连通。

4.根据权利要求2所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路或所述排气管路上的第二通用气体切换阀(400)，所述第二通用气体切换阀(400)的第一进气口(1)和第一出气口(2)的数量均为3个，且所述第一进气口(1)与所述第一出气口(2)在所述第一平面上的投影交错设置；所述阀芯(4)包括三块自中心向外辐射的辐板，将所述壳体(3)的内部空间分隔为3个所述通气室，在所述阀芯(4)转动时，每个所述通气室分别与两个相邻设置的第一进气口(1)和第一出气口(2)连通。

5.根据权利要求2所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述气体切换阀包括可设置在所述进气管路上的第一进气切换阀(10)，所述第一进气切换阀(10)的第一进气口(1)的数量为m个，m为大于1的正整数，所述第一进气切换阀(10)的第一出气口(2)的数量为1个，所述第一出气口(2)与所述反应器(110)的进气口(110a)连通，m个所述第一进气口(1)分别用于连接一种反应气体供应装置；所述通气室的数量与所述第一进气口(1)的数量相等，在所述阀芯(4)转动时，m个所述第一进气口(1)依次循环通过一个所述通气室与所述第一出气口(2)连通。

6.根据权利要求2所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述气体切换阀包括可设置在所述排气管路上的第一排气切换阀(20)，所述第一排气切换阀(20)的第一出气口(2)的数量为n个，n为大于1的正整数，所述第一排气切换阀(20)的第一进气口(1)的数量为1个，所述第一进气口(1)与所述反应器(110)的排气口(110b)连通，n个所述第一出气口(2)分别用于排出不同的废气；所述通气室的数量与所述第一出气口(2)的数量相等，在所述阀芯(4)转动时，n个所述第一出气口(2)依次循环通过一个所述通气室与所述第一进气口(1)连通。

7.根据权利要求4所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述反应器(110)的数量为1个，

所述第二通用气体切换阀(400)设置在所述进气管路上，其中一个所述第一进气口(1)与所述反应器(110)的排气口(110b)连通，另外两个所述第一进气口(1)分别用于连接不同种类的反应气体供应装置，其中一个所述第一出气口(2)与所述反应器(110)的进气口(110a)连通，另外两个所述第一出气口(2)用于排出不同种类的废气，与所述反应器(110)的排气口(110b)连通的所述第一进气口(1)和与所述反应器(110)的进气口(110a)连通的所述第一出气口(2)互不相邻。

8.根据权利要求3所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述反应器(110)的数量为2个，

所述第一通用气体切换阀(300)设置在所述进气管路上，且所述第一通用气体切换阀(300)的两个所述第一出气口(2)分别与两个所述反应器(110)的进气口(110a)连通，所述第一通用气体切换阀(300)的两个所述第一进气口(1)分别用于连接反应气体供应装置；

和/或，所述第一通用气体切换阀(300)设置在所述排气管路上，所述第一通用气体切换阀(300)的两个第一进气口(1)分别与两个所述反应器(110)的排气口(110b)连通，所述第一通用气体切换阀(300)的两个所述第一出气口(2)分别用于排出废气。

9.根据权利要求4所述的化学链煤气化系统，其特征在于，所述反应器(110)的数量为3个，

所述进气管路上设置两个串联的所述第二通用气体切换阀(400)，其中一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个第一进气口(1)分别用于连接反应气体供应装置，三个所述第一出气口(2)分别与另一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个所述第一进气口(1)连通，另外一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个第一出气口(2)分别与三个所述反应器(110)的进气口(110a)连通；

和/或，所述排气管路上设置两个串联的所述第二通用气体切换阀(400)，其中一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个第一进气口(1)分别与三个所述反应器(110)的排气口(110b)连通，三个所述第一出气口(2)分别与另一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个所述第一进气口(1)连通，另一个所述第二通用气体切换阀(400)的三个所述第一出气口(2)分别用于排出废气。

10.根据权利要求1-9任一项所述的化学链煤气化系统，其特征在于，还包括换热装置(160)，所述换热装置(160)具有升温通道和降温通道，所述升温通道连接在所述反应器(110)的进气口(110a)和设置于所述进气管路上的气体切换装置之间，用于升高进入到所述反应器(110)内的反应气体的温度；所述降温通道连接在所述反应器(110)的排气口(110b)和设置于所述排气管路上的气体切换装置之间，用于对从反应器(110)内排出的废气进行降温。

11.根据权利要求1-9任一项所述的化学链煤气化系统，其特征在于，还包括旋风分离装置(140)，所述旋风分离装置(140)具有第二进气口、回收口和第二排气口，所述第二进气口与所述反应器(110)的排气口(110b)连通，所述回收口通过燃料管与所述反应器(110)的内部连通，所述第二排气口用于排出分离后的气体；当所述排气管路上设有所述气体切换装置时，所述旋风分离装置(140)连接在所述反应器(110)的排气口与所述气体切换装置之间，所述第二排气口与所述气体切换装置的进气口连通。

12.一种化学链煤气化方法，其特征在于，包括：

向反应器(110)内依次循环通入至少两种反应气体，使所述反应气体依次与所述反应器(110)内的物料反应完成多个循环的反应过程。

13.根据权利要求12所述的化学链煤气化方法，其特征在于，一个所述反应过程至少包括氧化反应和气化反应，

所述氧化反应包括：向反应器(110)中通入氧化剂气体，反应器(110)内的氧载体结合氧化剂气体中的氧发生氧化反应；

所述气化反应包括：氧化反应结束后，向反应器内通入气化剂气体，反应器(110)内的煤粉及完成氧化的氧载体与所述气化剂气体进行煤气化反应。

14.根据权利要求13所述的化学链煤气化方法，其特征在于，一个反应过程还包括吹扫反应，

所述吹扫反应包括：在气化反应结束后，向反应器(110)内通入惰性气体，将反应器(110)内原有的气体吹扫出反应器(110)；

吹扫反应完成之后，循环进入下一个所述反应过程。

Images