CN115196594A - 一种含碳物料富氢气体制取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含碳物料富氢气体制取装置及方法，涉及资源与环境技术领域，包括垂直方向依次连接的热解炉、高温半焦给料器和气化炉，热解炉的热解气出口依次连接旋风分离器，气体平衡槽，中间媒介换热器组，高温除尘器，管式余热炉，焦油捕集器和富氢气体储罐Ⅰ，半焦出口通过高温半焦给料器通往下方气化炉；气化炉的一部分合成气通入到热解炉中；另一部分依次通入到细颗粒旋风除尘器、催化反应器、余热锅炉及富氢气体储罐Ⅱ；将含碳物料的热解与半焦气化有机结合，产出更具有经济和环境价值的富氢气体；充分利用热解与半焦气化合成气的热量，解决了气体制备时采用循环灰方式进行高温半焦利用导致的含灰量过多问题，降低了后续气体处理工艺的难度和经济成本。

Description

一种含碳物料富氢气体制取装置及方法
技术领域
本发明涉及资源与环境技术中的能源清洁利用技术领域，具体涉及一种含碳物料富氢气体制取装置及方法。
背景技术
高挥发份含碳物料目前主要可分为三大类，低阶煤、生物质以及垃圾衍生燃料（RDF）。在适当的温度条件下，含碳物料的热解不用氧气即可实现物料的部分气化和转化，制得对应含H2、CO、CH4等组分的富氢气体。
含碳物料的热解气化分级转化技术是结合含碳物料的化学结构特点，首先采用中低温热解的方法析出物料中所含活性较好的富氢挥发份并获得热解气和焦油，然后将所产生的半焦作为原料进一步气化制取合成气，从而实现低阶煤、生物质等含碳物料的热解气化分级转化。所制取的热解气、合成气均为富含氢气、一氧化碳等高利用价值的气体，可以作为化工合成原料或洁净燃料使用，所获得焦油可以进一步作为化工原料分馏出各类芳香烃、酚类等精细化工品，也可以加氢制取油品。
长期以来，以低阶煤为代表的含碳物料分级转化技术长期以来难以突破半焦利用的瓶颈，其原因是由于半焦在冷却后重新燃烧或气化时需要耗费大量的能量；保持高温状态的半焦利用则以燃烧为主。传统的含碳物料流化床热解工艺多与半焦燃烧的循环流化床锅炉相结合，将含碳物料的热解和半焦燃烧耦合在一起，含碳物料在热解炉中进行中低温热解产生含有气态焦油的热解气，热解热源为循环流化床锅炉旋风分离下来的高温灰，热解后产生的半焦和降温后的高温灰一起去到循环流化床锅炉燃烧，继续生成高温灰并产生高温烟气。这样的好处是可以充分利用流化床炉半焦燃烧生成的高温灰的热量，但另一方面，大量的高温灰进入的热解气生成的环节中，给系统除尘和去除杂质带来了很大压力。
含碳物料的热解气化分级转化能够提供市场所需的多种产品，是洁净高效综合利用含碳资源并提高产品附加值的有效途径，具有保护环境、节能和合理利用含碳资源的广泛意义。因此，研究和解决其转化过程中半焦清洁利用以及换热改进的问题，是非常有必要的。
发明内容
发明要解决的技术问题
针对传统的含碳物料制气工艺中，热解气生成环节中，除尘除杂困难的技术问题，本发明提供了一种含碳物料富氢气体制取装置及方法，将含碳物料的热解与半焦气化有机结合，产出更具有经济和环境价值的富氢气体；充分利用热解与半焦气化合成气的热量，解决了采用半焦燃烧生成的循环灰作为热源时气体净化过程中的大量除灰问题，降低了后续气体处理工艺的难度和经济成本。
技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种含碳物料富氢气体制取装置，包括热解炉、高温半焦给料器和气化炉；热解炉底部出口经高温半焦给料器和气化炉顶部进口连接；热解炉的热解气出口依次连接旋风分离器，气体平衡槽，中间媒介换热器组，高温除尘器，管式余热炉，焦油捕集器和富氢气体储罐Ⅰ，富氢气体储罐Ⅰ与中间媒介换热器组连接，中间媒介换热器组出口和热解炉连接；气化炉，气化炉的一部分合成气依次通入到细颗粒旋风除尘器、催化反应器、余热锅炉及富氢气体储罐Ⅱ；气化炉的另一部分合成气通入到热解炉中；气化炉的底部出渣口和液态冷渣器连接，液态冷渣器与催化反应器和余热锅炉均连接，余热锅炉的水/蒸汽出口和气化炉连接；热解炉上设有含碳物料入口和热源入口，气化炉上设有氧气入口和水/蒸汽入口。
将含碳物料的热解与半焦气化通过给料段上下有机结合， 充分利用气化合成气的热量，解决了采用半焦燃烧产生的循环灰作为热源时气体净化过程中的大量除灰问题，降低了后续气体处理工艺的难度和经济成本；实现了焦油回收率高，焦油与粉尘容易分离，半焦转化利用充分，对于碳能源的转化和使用具有非常广阔的前景和推广意义。
可选的，所述的中间媒介换热器组包括高温气体换热器，循环气体换热器，氮气循环风机，氮气储罐和低温气体换热器；所述气体平衡槽的热解气输出口和高温气体换热器连接，高温气体换热器的热解气出口和高温除尘器连接，高温气体换热器的氮气出口和循环气体换热器连接，循环气体换热器的氮气出口一和高温气体换热器连接；循环气体换热器的氮气出口二和低温气体换热器连接，氮气储罐经氮气循环风机和循环气体换热器连接，循环气体换热器包括用于通入氮气的氮气入口一，和与低温气体换热器连接的氮气入口二；低温气体换热器和加压风机连接，低温气体换热器的流化介质出口和热解炉连接。
可选的，所述热解炉为加压鼓泡型流化床热解炉，和/或所述气化炉为加压固定床型气化炉。
可选的，热解炉的旋风分离器气体出口设有气体平衡槽，旋风分离器底部灰尘收集口通往热解炉或高温半焦给料器入口段。
可选的，高温除尘器和/或细颗粒旋风分离器收集的灰分，通往热解炉或高温半焦给料器入口段。
可选的，高温半焦给料器采用重力加压或机械输送形式。
可选的，所述高温除尘器为高温多管旋风除尘装置。
一种含碳物料富氢气体制取方法，包括：含碳物料经含碳物料入口进入热解炉；气化炉和中间媒介换热器组均为热解炉提供热源；热解炉产生的热解气经旋风分离器除尘、气体平衡槽缓冲和中间媒介换热器组回收热量后，依次经高温除尘器、管式余热炉和焦油捕集器回收焦油，剩下的富氢气体存储在富氢气体储罐Ⅰ；富氢气体储罐Ⅰ一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉提供热源；热解炉产生的半焦经高温半焦给料器输送到气化炉中，气化炉的氧气入口通入氧气，高温过热水/蒸汽通入到气化炉中，将半焦气化，产生高温合成气，气化炉的一部分合成气进入热解炉为热解提供热源，另一部分合成气经细颗粒旋风除尘器除尘，进入催化反应器发生重整反应，生成富氢气体，富氢气体进入余热锅炉冷却，热量被回收用于制取进入气化炉的高温过热水/蒸汽；气化炉的另一部分合成气为热解炉提供热源；气化炉产生的灰渣经液态冷渣器冷却排出，液态冷渣器排出的水/蒸汽分别通入到催化反应器和余热锅炉，用于为气化炉提供高温过热水/蒸汽。
可选的，热解炉的热解气出口温度为600℃~700℃，和/或，富氢气体储罐Ⅰ一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉提供热源的流化介质温度为400℃~550℃。
可选的，气化炉的部分合成气通入到热解炉中作为二次风介质，二次风介质温度为900~1000℃。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)、本发明实施方案的装置和方法，创造性地将含碳物料的热解与半焦气化通过给料段上下有机结合， 充分利用气化合成气的热量，解决了采用半焦燃烧产生的循环灰作为热源时气体净化过程中的大量除灰问题，降低了后续气体处理工艺的难度和经济成本。
(2)、本发明实施方案的装置和方法，制取富氢气体过程中，含碳物料通过热解和气化两个不同的炉段分级，并在合适的温度区间控制下充分转化为以H2、CO以及CH4为主要成分的富氢气体，不对外排放烟气，对环境友好。
(3)、本发明实施方案的装置和方法，热解炉的热解制气工段，中间媒介换热器组通过采用N2作为中间媒介换热的方式进行热解气的换热，突破了水作为换热介质温度无法充分利用温度窗口的问题；可以有效避免热解气中焦油析出引起的玷污、堵塞和焦油浪费问题，同时利用中间媒介换热器组的气体换热方式，换热面的温度升温迅速，温度均匀，焦油不会因为局部温度低析出来，因此不会引起沾污和堵塞问题，提高装置运行周期和使用寿命，减少装置维护频次和检修周期，提高效益。
(4)、本发明实施方案的装置和方法，高温除尘器采用防粘防堵阵列式高温多管旋风除尘装置，在高温条件下直接除去粉尘，避免了现有热解气净化技术中依靠喷淋来除去粉尘的缺点，利用中间媒介换热器组同时解决了热解气的换热降温、升温和循环利用的问题，从而得到了高品质焦油和富氢气体，同时避免了工艺中余热锅炉冷凝水携带大量粉尘一起析出的情况，有利于余热锅炉的稳定运行。
(5)、本发明实施方案的装置和方法，实现了焦油回收率高，焦油与粉尘容易分离，半焦转化利用充分，对于碳能源的转化和使用具有非常广阔的前景和推广意义。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种含碳物料富氢气体制取装置结构示意图。
图中，A:含碳物料，B:氧气，C:水/蒸汽，D:冷媒，E:液态渣/固态渣，F: 热解气，G：合成气，H:富氢气体，I:灰分，K:焦油，N:氮气。
1流化床热解炉，2高温半焦给料器，3固定床气化炉；4液态冷渣器；5旋风分离器，6气体平衡槽，中间媒介换热器组（包括高温气体换热器7，循环气体换热器23，氮气循环风机22，氮气储罐21，低温气体换热器14），8高温除尘器， 9管式余热炉，10焦油捕集器，11抽送风机，12富氢气体储罐Ⅰ；13加压风机；15细颗粒旋风分离器，16催化反应器，161喷雾器，17余热锅炉，18富氢气体储罐Ⅱ。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。
实施例1
一种含碳物料富氢气体制取装置，包括热解炉1、高温半焦给料器2和气化炉3；热解炉1底部出口经高温半焦给料器2和气化炉3顶部进口连接；具体的如附图1所示，热解炉1底部设置的半焦出口，依次连接高温半焦给料器2和气化炉3，高温半焦给料器2作为半焦从热解炉1进入到气化炉3的通道，高温半焦给料器2装设在热解炉1下端出口至气化炉3顶部入口的直通段上，保障半焦正常给料进入气化炉3。
热解炉1的热解气出口依次连接旋风分离器5，气体平衡槽6，中间媒介换热器组，高温除尘器8，管式余热炉9，焦油捕集器10和富氢气体储罐Ⅰ12，富氢气体储罐Ⅰ12与中间媒介换热器组连接，中间媒介换热器组出口和热解炉1的热源入口连接，热解炉1上设有含碳物料入口和热源入口。
热解炉1上设有含碳物料入口，如图1所示，用于将预处理后的含碳物料，通过给料装置，经热解炉1上的含碳物料入口，送入到热解炉1中；富氢气体储罐Ⅰ12经中间媒介换热器组加热升温形成的高温流化介质通入热解炉1的一热源入口，气化炉3的部分合成气作为二次风介质通入到热解炉1的另一热源入口，共同将含碳物料加热升温至600-700℃发生热解，具体运行时可以为：600℃、630℃、650℃、700℃等数值，不受本实施例列举所限。富氢挥发份析出产生含气态焦油的热解气和半焦，高温状态下的半焦不经冷却后直接经由高温半焦给料器2通道送入下方气化炉3。
高温热解气中主要包括粉尘及其它杂质，焦油，以及富氢挥发份析出的H2、CH4等；高温热解气在热解炉1内上升，通过热解炉1顶部的热解气出口，经旋风分离器5，去除高温热解气所携带的粉尘、灰尘及其它杂质。一种可选的实施方式，旋风分离器5的底部落料口收集的灰尘，可直接通往高温半焦给料器2前段的垂直通道，即高温半焦给料器2入口段，也可以直接通入热解炉1。
经旋风分离器5初步除尘后的热解气经由气体平衡槽6，用于维持热解炉1出口的气流压力稳定，稳定压力后的热解气经中间媒介换热器组，用于高温热解气中热量的降温、换热、回收、升温和循环利用，被用于加热自富氢气体储罐输出的循环流化风，加热后形成高温流化介质，返回进入热解炉1的热源入口，高温流化介质中不含杂质和灰尘，使得热解炉1生成的热解气粉尘和杂质含量大大减少。热解气经中间媒介换热器组的高温气体换热器7后，来自气体平衡槽6的约650℃左右的热解气被降温至420℃左右，进入高温除尘器8，除去细微颗粒物，高温除尘器8为申请人自研设备，具体结构详见公开号CN112156900A一种防粘防堵阵列式高温多管旋风除尘装置，该除尘器除尘效率高，稳定性高，对于典型的鼓泡型流化床热解煤气中携带的粉尘除尘效率可达95%。
去除细微颗粒物的热解气进入管式余热炉9，管式余热炉9采用蛇形管式受热面，冷端介质为液态水，热解气在此进行换热，继续降温至80℃-90℃左右，此时的热解气仍为不饱和状态。
从管式余热炉9换热输出的热解气通过焦油捕集器10回收高品质焦油，焦油分离器10为常见的电捕焦油设施，由于热解工艺流程中前段设备已经对热解气中的粉尘及杂质实现了充分去除，因而此处捕集的焦油纯度较好，具有高品质的焦油收集在半封闭焦油池中。
热解气经由焦油分离工艺之后，得到温度为80℃左右含有部分气态水的富氢气体，在富氢气体暂存罐Ⅰ12中保存。
热解炉1正常运行温度在500-700℃之间，具体运行时可以为：500℃、570℃、600℃、650℃、700℃等数值，不受本实施例列举所限。运行压力在0.3Mpa，是典型的中低温热解工艺。
一可选实施方式，焦油捕集器10和富氢气体储罐Ⅰ12连接处，富氢气体储罐Ⅰ12和中间媒介换热器组连接处，至少一处设有风机，其中，焦油捕集器10和富氢气体储罐Ⅰ12连接处设有抽送风机，用于抽送富氢气体，富氢气体储罐Ⅰ12和中间媒介换热器组连接处设有加压风机13，用于将富氢气体作为补充气，进入中间媒介换热器组进行加热。
气化炉3，气化炉3的一部分合成气依次通入到细颗粒旋风除尘器15、催化反应器16、余热锅炉17及富氢气体储罐Ⅱ18；气化炉3的另一部分合成气通入到热解炉1的热源入口中；气化炉3的底部出渣口和液态冷渣器4连接，液态冷渣器4与催化反应器和余热锅炉17均连接，余热锅炉17的水/蒸汽出口和气化炉3连接，气化炉3上设有氧气入口和水/蒸汽入口。
气化炉3为加压固定床气化炉，床温1500℃，半焦经高温半焦给料器2，从气化炉3的上部通道进入气化炉3，与氧气、水蒸气在高温条件下发生气化反应，生成富含CO和H2的合成气，未被气化的残渣呈熔融液态形式排出排渣口，进入液态冷渣器4，冷却至常温状态。气化炉3合成气的出口压力维持略高于热解炉1，以便一部分合成气作为提供热源的二次风介质进入热解炉1的热源入口，为含碳物料热解提供热源。如图1所示，另一部分合成气作为产品气进入细颗粒旋风除尘器15。根据热解炉1实际工作情况，可调整合成气进入热解炉1和进入细颗粒旋风除尘器15的比例,细颗粒旋风除尘器15收集的灰分可直接送入热解炉1或送入高温半焦给料器2入口段,可以在热解炉内继续参与热解反应，或由高温半焦给料器送入气化炉进行气化。
合成气经细颗粒旋风除尘器15除去粉尘后通过催化反应器16前端的喷雾器161的喷雾补充H20，进入催化反应器16发生重整反应，生成富氢气体，之后富氢气体进入余热锅炉17冷却，热量被回收用于制取进入气化炉3的高温过热蒸汽。由于本段合成气工段中产出的富氢气体已无焦油与水分，因此经过余热锅炉17冷却后的富氢气体可以直接通入富氢气体储罐Ⅱ18中储存，根据后续产品工艺要求再进行脱碳等后续工艺处理。
其中，液态冷渣器4一侧输入水/蒸汽C，用于冷却未被气化且呈熔融液态形式的残渣，残渣冷却至常温状态后，由液态冷渣器4底部排出液态渣/固态渣E，如图1所示，同时冷却过残渣的水/蒸汽C从液态冷渣器4一侧输出，一部分进入喷雾器161补充H20，以便进入催化反应器16发生重整反应，另一部分进入余热锅炉17，用于吸收余热锅炉17回收的热量被制成进入气化炉3的高温过热蒸汽，循环利用水/蒸汽C，充分发挥水/蒸汽C的价值。
细颗粒旋风除尘器15底部出口的灰分I输入到气化炉3中，细颗粒旋风除尘器15对气化炉3产出的合成气粉尘去除率较高，后端无需再设置高温除尘器进行净化处理。
细颗粒旋风除尘器15出口的合成气随后进入催化反应器16，催化反应器16的型式为固定床，入口设置有喷雾器161，通过喷雾增加H20并充分与高温合成气混合，同时将高温合成气的温度控制在900℃-1000℃左右，具体运行时可以为：900℃、920℃、950℃、980℃、1000℃等数值，不受本实施例列举所限。混合H2O的合成气在通过催化反应器16的催化剂层时，部分气化炉3内生成的CO2和H2O发生反应生成CO和H2，接近为不含水的富氢气体。之后富氢气体进入余热锅炉17冷却至80℃左右，热量被回收用于制取进入气化炉3的高温过热蒸汽。由于本段合成气工段中产出的富氢气体已无焦油与水分，因此经过余热锅炉17冷却后的富氢气体可以直接进去暂存罐18储存，根据后续产品工艺要求再进行脱碳等后续工艺处理。
本发明所提供的装置及方法中，含碳物料的富氢组分和碳质组分均在充分的热解和气化过程中完成了分级转化，实现了热量的绝大部分回收，解决了以往方法中急冷工艺浪费热量、煤焦油收率低、煤焦油与粉尘分离难、半焦转化利用难、产品同质化严重等核心问题，实现了热解工艺和气化工艺的优化集成和针对性处理。以某30t/h低阶煤循环换热型热解气化装置示范项目为例，采用本发明的工艺方法后，产出富氢气体26508Nm3/h，获得优质焦油2790kg/h，实现了良好的产品和经济效益。
热解炉1对含碳物料进行热解，热解气经旋风分离器5除尘，进入气体平衡槽6缓冲后，热量被中间媒介换热器组收集起来再利用，热解气依次经高温除尘器8、管式余热炉9、焦油捕集器10，将热解气中的焦油收集起来，剩余的富氢气体，经抽送风机11输送，被收集存储在富氢气体储罐Ⅰ12中，存储在富氢气体储罐Ⅰ12一部分富氢气体经中间媒介换热器加热后，用于热解炉1的热解反应。
热解炉1和气化炉3通过高温半焦给料器2耦合连接，热解炉1产生的半焦通过高温半焦给料器2进入气化炉3进行气化反应，一部分合成气依次进行除尘、喷雾、催化和热量回收后，产生的富氢气体存储在富氢气体储罐Ⅱ18中；另一部分合成气通入到热解炉1中，用于热解。气化炉3产生的液态渣/固态渣经液态冷渣器4降温后排出灰渣，热量被催化反应器16、余热锅炉17利用和回收，余热锅炉17将水/蒸汽连通至气化炉3重新利用。
高温除尘器8为管式换热器，热解炉1为流化床热解炉，气化炉3为固定床气化炉。
余热锅炉17和富氢气体储罐Ⅱ18连通的管道上设有增压风机，用于将余热锅炉17内的富氢气体输送至富氢气体储罐Ⅱ18中存储。
中间媒介换热器组和气化炉3均为热解炉1提供热源，致使出热解炉1的热解气所携带的粉尘及其它杂质大大减少。
采用本发明实施例方案所产生的效果如下：
1、本发明实施方案的装置和方法，创造性地将含碳物料的热解与半焦气化通过给料段上下有机结合， 充分利用气化合成气的热量，解决了采用半焦燃烧产生的循环灰作为热源时气体净化过程中的大量除灰问题，降低了后续气体处理工艺的难度和经济成本。
2、本发明实施方案的装置和方法，制取富氢气体过程中，含碳物料通过热解和气化两个不同的炉段分级，并在合适的温度区间控制下充分转化为以H2、CO以及CH4为主要成分的富氢气体，不对外排放烟气，对环境友好。
3、本发明实施方案的装置和方法，热解炉的热解制气工段，中间媒介换热器组通过采用N2作为中间媒介换热的方式进行热解气的换热，突破了水作为换热介质温度无法充分利用温度窗口的问题；可以有效避免热解气中焦油析出引起的玷污、堵塞和焦油浪费问题，同时利用中间媒介换热器组的气体换热方式，换热面的温度升温迅速，不会冷，焦油不会因为局部温度低析出来，因此不会引起沾污和堵塞问题，提高装置运行周期和使用寿命，减少装置维护频次和检修周期，提高效益。
4、本发明实施方案的装置和方法，高温除尘器8采用防粘防堵阵列式高温多管旋风除尘装置，在高温条件下直接除去粉尘，避免了现有热解气净化技术中依靠喷淋来除去粉尘的缺点，利用中间媒介换热器组同时解决了热解气的换热降温、升温和循环利用的问题，从而得到了高品质富氢气体，同时避免了工艺中余热锅炉冷凝水携带大量粉尘一起析出的情况，有利于余热锅炉的稳定运行。
5、本发明实施方案的装置和方法，实现了焦油回收率高，焦油与粉尘容易分离，半焦转化利用充分，对于碳能源的转化和使用具有非常广阔的前景和推广意义。
中间媒介换热器组包括高温气体换热器7，循环气体换热器23，氮气循环风机22，氮气储罐21和低温气体换热器14；所述气体平衡槽6的热解气输出口和高温气体换热器7连接，高温气体换热器7的热解气出口和高温除尘器8连接，高温气体换热器7的氮气出口和循环气体换热器23连接，循环气体换热器23的氮气出口一和高温气体换热器7连接；循环气体换热器23的氮气出口二和低温气体换热器14连接，氮气储罐21经氮气循环风机22和循环气体换热器23连接，循环气体换热器23包括用于通入氮气的氮气入口一，和与低温气体换热器14连接的氮气入口二；低温气体换热器14和加压风机13连接，低温气体换热器14的流化介质出口和热解炉1连接。
中间媒介换热器组采用氮气作为换热介质，不同于水作为换热介质，温度调节范围大小不受限制。通过高温气体换热器7，来自气体平衡槽6的约650℃左右的热解气被降温至420℃左右，进入高温除尘器8，与此同时，图1中高温气体换热器7实现的效果：来自循环气体换热器23的换热介质N2由400℃被加热至620℃左右，加热后的N2作为热源介质返回循环气体换热器23，作为热源加热来自氮气循环风机22的N2。
中间媒介换热器运行时，首先通过余热回收利用将氮气储罐21中的N2加热至210℃左右，该210℃的N2通过循环风机22进入循环气体换热器23被加热至400℃，随后进入高温气体换热器7被加热至620℃左右，吸热后的N2返回循环气体换热器23释放热量，降温至423℃左右，而后再进入低温气体换热器14继续为从富氢气体存储管Ⅰ12被加压风机13输送来作为流化风的富氢气体升温提供热量，氮气被再次降温至210℃后返回氮气储罐21，再经由氮气循环风机22的作用进入下一轮换热流程，如此反复，最大限度地将热量留存在系统流程中。中间媒介换热器组中的气体换热器均为管式气-气换热器，可以根据实际情况在换热管设置鳍片，增加换热面积，减少成本费用。
本发明中的热解炉1工段与气化炉3工段是将含碳物料的热解与气化通过高温半焦给料器2上下衔接集于一体，热解炉1为加压鼓泡型流化床热解炉，床温为600℃，经由预处理后的含碳物料通过给料装置送入热解炉1中进行中温热解，热解产生的600℃热解气与流化风和补充风一起进入中间媒介换热器，进行换热降温和净化，分离出焦油，产生经由初步净化后气体进入富氢气体储罐Ⅰ12备用；不含焦油的部分富氢气体再通过中间媒介换热器加热升温，送入热解炉1作流化风循环使用；热解炉1顶部设置旋风分离器5，将热解气中携带的大部分灰分离出来，直接送入热解炉1或送入高温半焦给料器2入口段，未热解的组分可以在热解炉内继续参与热解反应，或由高温半焦给料器送入气化炉进行气化。高温除尘器8收集的细灰，与旋风分离器5分离出的灰分一样，可以直接送入热解炉1或送入高温半焦给料器2入口段。热解炉1中产生的600℃半焦则直接落入气化炉3进行气化，气化炉3为加压固定床型气化炉，床温1500℃，通过加入氧气和水蒸汽作气化剂，将半焦气化，产生的高温合成气分成两路，一路作为补充风进入热解炉1补充热量；剩余的合成气经由除尘后进入催化反应器16重整生成富氢气体，随后进入余热锅炉17进行余热回收，余热锅炉17产生的蒸汽去气化炉3作气化剂；降温后的100℃富氢气体则进入富氢气体储罐Ⅱ18保存；气化炉3产生的1500℃高温灰渣通过液态排渣的方式出渣。
旋风分离器5出口和气化炉3连接，热解炉1顶部设置旋风分离器5，将少量飞灰分离出来，直接送入气化炉3参与气化反应。高温半焦给料器2采用重力加压或机械输送形式，以便半焦从热解炉1进入到气化炉3。所述高温除尘器8为高温多管旋风除尘装置，以便充分去除灰尘及杂质。
实施例2
本实施例提供了一种含碳物料富氢气体制取方法，包括：含碳物料经含碳物料入口进入热解炉1；气化炉3和中间媒介换热器组均为热解炉1提供热源；热解炉1产生的热解气经旋风分离器5除尘、气体平衡槽6缓冲和中间媒介换热器组回收热量后，依次经高温除尘器8、管式余热炉9和焦油捕集器10回收焦油，剩下的富氢气体存储在富氢气体储罐Ⅰ12；富氢气体储罐Ⅰ12一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉1提供热源；热解炉1产生的半焦经高温半焦给料器2输送到气化炉3中，气化炉3的氧气入口通入氧气，高温过热水/蒸汽通入到气化炉3中，将半焦气化，产生高温合成气，气化炉3的一部分合成气经细颗粒旋风除尘器15除尘，经催化反应器16前端设置的喷雾器161喷雾，进入催化反应器16发生重整反应，生成富氢气体，富氢气体进入余热锅炉17冷却，热量被回收用于制取进入气化炉的高温过热水/蒸汽；气化炉3的另一部分合成气为热解炉1提供热源；气化炉3产生的灰渣经液态冷渣器4冷却排出，液态冷渣器4排出的水/蒸汽分别通入到催化反应器16的喷雾器161经余热锅炉17，或者直接通入到余热锅炉17，余热锅炉17回收的热量用于为气化炉3提供高温过热水/蒸汽。该方法运行后，各部分内容同步运行，不分先后顺序。
热解炉1的热解气出口温度为600℃~700℃，具体运行时可以为：600℃、610℃、680℃、700℃等数值，不受本实施例列举所限。和/或，富氢气体储罐Ⅰ12一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉1提供热源的流化介质温度为400℃~550℃，具体运行时可以为：400℃、420℃、500℃、550℃等数值，不受本实施例列举所限。
气化炉3的另一部分合成气通入到热解炉1中作为二次风介质，二次风介质温度为900℃~1000℃，具体运行时可以为：900℃、930℃、980℃、1000℃等数值，不受本实施例列举所限。
一种含碳物料富氢气体制取装置集成了热解和半焦气化，具有较高的焦油回收率及富氢气体生产能力，利用上述方法实现良性循环运行，即可实现热量，灰分，以及水/蒸汽的循环利用，运行稳定可靠，降低热量和水/蒸汽的供应成本，以及除灰成本，充分发挥利用装置和方法的优势，降低维修频次和周期，提高效益，环保节能。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式、方法及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，包括热解炉、高温半焦给料器和气化炉；热解炉底部出口经高温半焦给料器和气化炉顶部进口连接；
热解炉的热解气出口依次连接旋风分离器，气体平衡槽，中间媒介换热器组，高温除尘器，管式余热炉，焦油捕集器和富氢气体储罐Ⅰ，富氢气体储罐Ⅰ与中间媒介换热器组连接，中间媒介换热器组出口和热解炉连接；
气化炉，气化炉的一部分合成气依次通入到细颗粒旋风除尘器、催化反应器、余热锅炉及富氢气体储罐Ⅱ；气化炉的另一部分合成气通入到热解炉中；
气化炉的底部出渣口和液态冷渣器连接，液态冷渣器与催化反应器和余热锅炉均连接，余热锅炉的水/蒸汽出口和气化炉连接；
热解炉上设有含碳物料入口和热源入口，气化炉上设有氧气入口和水/蒸汽入口。
2.根据权利要求1所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，所述的中间媒介换热器组包括高温气体换热器，循环气体换热器，氮气循环风机，氮气储罐和低温气体换热器；所述气体平衡槽的热解气输出口和高温气体换热器连接，高温气体换热器的热解气出口和高温除尘器连接，高温气体换热器的氮气出口和循环气体换热器连接，循环气体换热器的氮气出口一和高温气体换热器连接；循环气体换热器的氮气出口二和低温气体换热器连接，氮气储罐经氮气循环风机和循环气体换热器连接，循环气体换热器包括用于通入氮气的氮气入口一，和与低温气体换热器连接的氮气入口二；低温气体换热器和加压风机连接，低温气体换热器的流化介质出口和热解炉连接。
3.根据权利要求1所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，所述热解炉为加压鼓泡型流化床热解炉，和/或所述气化炉为加压固定床型气化炉。
4.根据权利要求1所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，热解炉的旋风分离器气体出口设有气体平衡槽，旋风分离器底部灰尘收集口通往热解炉或高温半焦给料器入口段。
5.根据权利要求1所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，高温除尘器和/或细颗粒旋风分离器收集的灰分，通往热解炉或高温半焦给料器入口段。
6.根据权利要求1所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，高温半焦给料器采用重力加压或机械输送形式。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种含碳物料富氢气体制取装置，其特征在于，所述高温除尘器为阵列式多管旋风除尘装置。
8.一种含碳物料富氢气体制取方法，其特征在于，包括：
含碳物料经含碳物料入口进入热解炉；
气化炉的高温合成气和中间媒介换热器组返回的高温流化气体均为热解炉提供热源；
热解炉产生的热解气经旋风分离器除尘、气体平衡槽缓冲和中间媒介换热器组回收热量后，依次经高温除尘器、管式余热炉和焦油捕集器回收焦油，剩下的富氢气体存储在富氢气体储罐Ⅰ；
富氢气体储罐Ⅰ一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉提供热源；
热解炉产生的半焦经高温半焦给料器输送到气化炉中，气化炉的氧气入口通入氧气，高温过热水/蒸汽通入到气化炉中，半焦在高温下气化，产生高温合成气，
气化炉的一部分合成气为热解炉提供热源；气化炉的另一部分合成气经细颗粒旋风除尘器除尘，进入催化反应器发生重整反应，生成富氢气体，富氢气体进入余热锅炉冷却，热量被回收用于制取进入气化炉的高温过热水/蒸汽；
气化炉产生的灰渣经液态冷渣器冷却排出，液态冷渣器排出的水/蒸汽分别通入到催化反应器和余热锅炉，用于为气化炉提供高温过热水/蒸汽。
9.根据权利要求8所述的一种含碳物料富氢气体制取方法，其特征在于，热解炉的热解气出口温度为600℃~700℃，和/或，富氢气体储罐Ⅰ一部分气体经中间媒介换热器吸收热量后为热解炉提供热源的流化介质温度为400℃~550℃。
10.根据权利要求8所述的一种含碳物料富氢气体制取方法，其特征在于，气化炉的另一部分合成气通入到热解炉中作为二次风介质，二次风介质温度为900~1000℃。
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