CN1323142C - 复合循环流化床煤气化方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内外循环煤气化方法及设备，其特征是煤料经分离器预热后由上环室L阀进入气化外筒中进行气化，其中未气化的煤焦由下环室L阀进入气化燃烧内筒、分离器、上环室L阀、气化外筒进行内循环燃烧气化；气化煤气输入煤气分离器输出，烟气输入烟气分离器排放，分离的飞煤或飞灰由回料控制阀及排灰阀进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；在气化燃烧内筒燃烧产生的灰渣由排灰管排出。本发明利用粉煤集加热、气化和燃烧分别在惯性分离器、气化外筒和气化燃烧内筒中进行，热量利用率达85%～92%，而且煤料分级循环连续气化，结构简单，生产效率高，产品煤气以CO和H2为主，是制醇醚等含氧化合物的优质原料。

Description

复合循环流化床煤气化方法及设备
技术领域
本发明涉及一种煤气化的方法及设备，特别是一种用于复合循环流化床煤气化的方法及设备。
背景技术
煤气化是煤化工的关键技术之一。煤气化技术可分为气流床、流化床和固定床三大类。气流床的主要缺点是为制煤粉需庞大的制粉设备，耗电高；另外，喷嘴寿命短及耐火材料严格也是其缺陷所在。固定床煤气化过程中，剩余的5％～10％半焦难于气化，只能将其与灰渣一同排出，固定床气化效率只能有85％左右。流化床气化过程中，物料在多次循环的过程中实现与气化剂的充分和长时间接触，有利于难于气化的煤及煤中不易气化的部分实现气化，能适应不同变质程度煤及高灰低质煤的气化，气化过程中无焦油污染物产生，气化操作温度适中(900℃～1100℃)。本发明者的专利号为03112381.3的专利中，介绍了一种煤气化的方法和装置，其包括气化反应器、燃烧提升炉及具有煤预处理功能的给料加热器；专利号为01123960.3公开了粉煤流化床气化方法及气化炉，以上专利都具有煤燃烧段与气化段分离的结构，其燃烧段产生的热量完全靠高温物料带入气化段，且这种燃烧段与气化段分离的结构使设备散热增加，由此，本文提出一种煤的燃烧气化交替进行、煤燃烧过程通过高温物料循环及内、外筒的热传递为煤的气化提供热源、实现包括内循环和外循环的复合循环的结构紧凑效率高的煤气化方法及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤的燃烧——气化交替进行、煤燃烧过程通过高温物料循环及内、外筒的热传递为煤的气化提供热源、实现包括内循环和外循环的复合循环的、结构紧凑的效率高的煤气化方法及设备。以解决煤在气化过程中，燃烧和气化交替进行的问题，内循环和外循环复合循环的问题，煤气化过程中半焦不易气化的问题。
本发明实现内循环过程是由燃烧内筒、分离器、气化外筒及上、下环室L阀构成；本发明实现外循环过程是由气化外筒、煤气分离器、燃烧内筒、燃烧废气分离器、回料控制阀构成；本发明实现内循环煤气化和外循环煤气化相结合的内外煤气化过程构成复合循环煤气化。
本发明以上述的目的和问题为基点，提出的复合循环流化床煤气化方法及设备的技术方案如下：
采用一种煤气化的方法，该方法是煤料由环型进煤口通过分离器预热后进入上环室L阀中，由上环室L阀推动气入口的推动气推入流化床气化外筒中，与过热水蒸气入口进入的过热水蒸气进行气化，其中未气化的煤焦进入下环室L阀中，由下环室L阀推动气入口的推动气推入流化床燃烧提升内筒中，与压缩空气入口进入的压缩空气一起上升进行燃烧气化，其中未燃烧气化的煤焦随燃烧气进入分离器中进行分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀中，由上环室L阀推动气入口的推动气推入流化床气化外筒中再次进行内循环气化；
在流化床气化外筒中进行气化产生的煤气由煤气出口管输入煤气分离器中进行分离，分离后的煤气由煤气出口输出，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀及排灰阀②进行外循环飞煤气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒中进行气化产生的高温废气由废气出口管输入燃烧废气分离器中进行分离，分离后的高温废气由烟气出口外排放，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀及排灰阀①进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管排入水封槽中。
上述所述的煤料是低挥发分粉煤或者无烟粉煤。
上述所述的复合循环流化床煤气化进一步的方法是煤料由环型进煤口进入分离器中，由40℃～80℃预热为570℃～600℃后，进入上环室L阀中，由上环室L阀推动气入口的推动气推入流化床气化外筒中，由过热水蒸汽入口进入流化床气化外筒中的200℃～250℃的过热水蒸汽与炽热的煤料进行燃烧气化反应，其中，未燃烧气化反应的煤焦由流化床气化外筒下部的下环室L阀推动气入口进入的推动气推入流化床燃烧提升内筒中与压缩空气入口及布风板进入的压缩空气一起上升再次进行流化气化，其中，未燃烧的煤焦随燃烧气流进入分离器中进行分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀中，由上环室L阀推动气入口的推动气推入流化床气化外筒中再次进行内循环气化；
在流化床气化外筒中气化反应产生的煤气通过煤气出口管送入煤气分离器中进行气固分离，分离后的煤气由煤气出口输出；
在流化床燃烧提升内筒中燃烧煤焦产生的高温废气在分离器中与煤料逆流换热加热煤料，然后由废气出口管送入燃烧废气分离器中进行分离，分离后的高温废气由烟气出口排出；
在燃烧废气分离器和煤气分离器中分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀及排灰阀①、排灰阀②进行外循环飞煤气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管排入水封槽中。
本发明采用一种实现煤气化方法的设备，该设备包括：环型进煤口、分离器、内筒套管、上环室L阀、上环室L阀推动气入口、流化床气化外筒、流化床燃烧提升内筒、下环室L阀、下环室L阀推动气入口、布风板、压缩空气入口、排灰管、水封槽、废气出口管、烟气出口、燃烧废气分离器、煤气出口管、煤气出口、煤气分离器、排灰阀①、回料管、排灰阀②、回料控制阀、过热水蒸汽入口，其结构特征在于：
一个流化床燃烧提升内筒，其外套设有流化床气化外筒，顶部连接有内筒套管及分离器，底部连接有布风板及压缩空气入口以及排灰管和水封槽；
一个流化床气化外筒，其内套设有流化床燃烧提升内筒，外上部连接有上环室L阀、上环室L阀推动气入口、煤气出口管；外下部连接有下环室L阀、下环室L阀推动气入口、过热水蒸汽入口和回料管；顶部连接有分离器及环型进煤口；底部连接有布风板及压缩空气入口以及排灰管和水封槽；
一个分离器，其下端连接有流化床气化外筒和内筒套管及流化床燃烧提升内筒，上端设有环型进煤口，侧面由废气出口管连通有燃烧废气分离器；
一个煤气分离器，其一侧上部由煤气出口管连通有流化床气化外筒，上端设有煤气出口，下部连通有回料管及回料控制阀，下端部设有排灰阀②；
一个燃烧废气分离器，其一侧上部由废气出口管与分离器相连通，上端设有烟气出口，下部连通有回料管及回料控制阀，下端部设有排灰阀①。
本发明采用上述煤气化的方法及装置的创新之处与积极效果是：(1)和必须使用无烟块煤或焦炭为原料的常压水煤气发生炉相比，本工艺以粉煤或粉焦为原料，这不仅大大降低了成本，还为粉煤或粉焦利用开辟了新途径。(2)本发明设计有惯性分离器、上环室L阀、流动床气化外筒、下环室L阀、流化床燃烧提升内筒等结构，流化床燃烧提升内筒产生的热量由内筒壁及炽热的煤料带入流动床气化外筒为在流动床气化外筒中进行气化反应提供热量，热量利用率达85％～92％。(3)常压水煤气发生炉由于需要切换气体，所以机械设备复杂，易磨损，投资大。而本发明工艺，无切换过程，结构简单，维修方便，投资低。(4)常压水煤气发生炉，升温过程不造气，生产效率低。本发明工艺气化、燃烧、加热连续进行，生产效率高。(5)和用氧-水蒸气混合物为气化剂的连续制水煤气的工艺如：流化床气化Winkler、KRW以及气流床气化工艺K-T炉、德士古相比，尽管这些工艺都需氧(富氧空气)-水蒸气为气化剂，但本发明工艺仅气化煤中易气化的部分，而难气化的部分流化床燃烧提升内筒被燃烧(用空气)，所以其耗氧-水蒸气的量低。(6)本发明工艺中，流化床燃烧提升内筒产生的高温烟气在惯性分离器和煤料逆流换热，烟气排出温度低，热效率高。(7)在流化床燃烧提升内筒未燃烧尽而又升温的煤焦，被高温气携带进入气化反应器，这种煤焦即是气化原料又是热载体，进行固体循环转化。
由上可以看出，本发明的特点在于：①煤料气化过程的三大步骤，既加热、气化和燃烧分别在惯性分离器、流化床气化外筒和流化床燃烧提升内筒进行，消除了升温过程中烟尘和干馏挥发分的污染；②本发明设计有分离器、上环室L阀、流动床气化外筒、下环室L阀、流化床燃烧提升内筒等结构，流化床燃烧提升内筒产生的热量由内筒壁及炽热的煤料带入流化床气化外筒为在流化床气化外筒中进行气化反应提供热量；③过程连续进行，可实现高度机械化和无人操作；④煤料分级循环连续气化，大大提高了生产效率；⑤可利用粉煤或粉焦为原料，不仅降低了成本，而且充分利用了粉煤或粉焦资源；⑥产品煤气以CO和H2为主，是优质的制醇醚等含氧化合物的优质原料。
附图说明
图1是本发明的工艺流程和装置结构示意图
图2是本发明的工艺流程和装置结构A-A剖面示意图
图3是本发明的工艺流程和装置结构B-B剖面示意图
图中：1：环型进煤口  2：分离器  3：内筒套管  4：上环室L阀5：上环室L阀推动气入口  6：流化床气化外筒  7：流化床燃烧提升内筒8：下环室L阀  9：下环室L阀推动气入口  10：布风板  11：压缩空气入口  12：排灰管  13：水封槽  14：废气出口管  15：烟气出口  16：燃烧废气分离器  17：煤气出口管  18：煤气出口  19：煤气分离器  20：排灰阀①  21：回料管  22：排灰阀②  23：回料控制阀24：过热水蒸汽入口
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作出进一步的详细说明，本实施例是对本发明的进一步详细描述，并不对本发明作出任何限制。
实施方式1
低挥发分粉煤或者无烟粉煤由环型进煤口1进入惯性分离器2中，由40℃～80℃预热为570℃～600℃后，进入上环室L阀4中，在上环室L阀推动气入口5推动气的推动下，进入流化床气化外筒6中，由过热水蒸汽入口24进入流化床气化外筒6中的200℃～250℃的过热水蒸汽与炽热的煤料进行气化反应，反应产生的煤气通过煤气出口管17输入旋风煤气分离器19中进行气固分离，分离后的煤气经煤气出口18输出；未气化反应的煤焦由气化外筒下部的下环室L阀推动气入口9进入的推动气推动下，被推入流化床燃烧提升内筒7中进行燃烧气化，部分未燃烧气化的煤焦随燃烧气流进入惯性分离器2中，分离出的煤焦再次进入上环室L阀4中，在上环室L阀推动气入口5的推动气推动下，再次被推入流动床气化外筒6中进行内循环气化，部分燃烧煤焦产生的高温废气在惯性分离器2中与煤料逆流换热加热煤料，然后由废气出口管14送入燃烧废气旋风分离器16中，分离的废气由烟气出口15排出；在燃烧废气旋风分离器16和煤气分离器19分离出的飞煤或飞灰由排灰阀①20、排灰阀②22、回料控制阀23进行外循环气化或飞灰排放；在流化床燃烧提升内筒7中燃烧产生的灰渣从底部的排灰管12排入水封槽13中。
实施方式2
一种用于实现复合循环流化床煤气化方法的设备，其包含环型进煤口1、分离器2、内筒套管3、上环室L阀4、上环室L阀推动气入口5、流化床气化外筒6、流化床燃烧提升内筒7、上环室L阀8、下环室L阀推动气入口9、布风板10、压缩空气入口11、排灰管12、水封槽13、废气出口管14、烟气出口15、燃烧废气分离器16、煤气出口管17、煤气出口18、煤气分离器19、排灰阀①20、回料管21、排灰阀②22、回料控制阀23、过热水蒸汽入口24，其设备结构是：
设置一个流化床燃烧提升内筒(7)，在其外部套设有流化床气化外筒(6)，在其顶部连接有内筒套管(3)及分离器(2)，底部连接有布风板(10)、压缩空气入口(11)、排灰管(12)和水封槽(13)；
设置一个流化床气化外筒(6)，在其内部套设有流化床燃烧提升内筒(7)，外上部连接有上环室L阀(4)、上环室L阀推动气入口(5)、煤气出口管(17)；外下部连接有下环室L阀(8)、下环室L阀推动气入口(9)、过热水蒸汽入口(24)和回料管(21)；顶部连接有分离器(2)；底部连接有布风板(10)及压缩空气入口(11)以及排灰管(12)和水封槽(13)；
设置一个分离器(2)，其下端连接有流化床气化外筒(6)和内筒套管(3)及流化床燃烧提升内筒(7)，上端设有环型进煤口(1)，侧面由废气出口管(14)连通有燃烧废气分离器(16)；
设置一个煤气分离器(19)，其一侧上部由煤气出口管(17)连通有流化床气化外筒(6)，上端设有煤气出口(18)，下部连通有回料管(21)及回料控制阀(23)，下端部设有排灰阀②(22)；
设置一个燃烧废气分离器(16)，其一侧上部由废气出口管(14)与分离器(2)相连通，上端设有烟气出口(15)，下部连通有回料管(21)及回料控制阀(23)，下端部设有排灰阀①(20)。

Claims (4)

1.一种复合循环流化床煤气化方法，其特征在于煤料由环型进煤口(1)通过惯性分离器(2)预热后进入上环室L阀(4)中，由上环室L阀推动气入口(5)的推动气推入流化床气化外筒(6)中，与过热水蒸气入口(24)进入的过热水蒸气进行气化，其中未气化的煤焦进入下环室L阀(8)中，由下环室L阀推动气入口(8)的推动气推入流化床燃烧提升内筒(7)中，与压缩空气入口(11)进入的压缩空气一起上升进行燃烧气化，其中未燃烧气化的煤焦随燃烧气进入惯性分离器(2)中进行分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀(4)中，由上环室L阀推动气入口(5)的推动气推入流化床气化外筒(6)中再次进行内循环气化；
在流化床气化外筒(6)中进行气化产生的煤气由煤气出口管(17)输入煤气分离器(19)中进行分离，分离后的煤气由煤气出口(18)输出，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀(23)及排灰阀②(22)进行外循环飞煤气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒(7)中进行燃烧气化产生的高温废气由废气出口管(14)送入燃烧废气分离器(16)中进行分离，分离后的高温废气由烟气出口(15)外排放，分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀(23)及排灰阀①(20)进行飞煤外循环气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒(7)中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管(12)排入水封槽(13)中。
2.如权利要求1所述的复合循环流化床煤气化方法，其特征在于所述的煤料是低挥发分粉煤或者无烟粉煤。
3.如权利要求1所述的复合循环流化床煤气化方法，其特征在于煤料由环型进煤口(1)进入惯性分离器(2)中，由40℃～80℃预热为570℃～600℃后，进入上环室L阀(4)中，由上环室L阀推动气入口(5)的推动气推入流化床气化外筒(6)中，由过热水蒸汽入口(24)进入流化床气化外筒(6)中的200℃～250℃的过热水蒸汽与炽热的煤料进行燃烧气化反应，其中，未燃烧气化反应的煤焦由流化床气化外筒(6)下部的下环室L阀推动气入口(9)进入的推动气推入流化床燃烧提升内筒(7)中与压缩空气入口(11)及布风板(10)进入的压缩空气一起上升再次进行流化气化，其中，未燃烧的煤焦随燃烧气流进入分离器(2)中进行分离，分离后的煤焦再次进入上环室L阀(4)中，由上环室L阀推动气入口(5)的推动气推入流化床气化外筒(6)中再次进行内循环气化；
在流化床气化外筒(6)中气化产生的煤气通过煤气出口管(17)送入煤气分离器(19)中进行气固分离，分离后的煤气由煤气出口(18)输出；
在流化床燃烧提升内筒(7)中燃烧煤焦产生的高温废气在分离器(2)中与煤料逆流换热加热煤料，然后由废气出口管(14)送入燃烧废气分离器(16)中进行分离，分离后的高温废气由烟气出口(15)排出；
在燃烧废气分离器(16)和煤气分离器(19)中分离后的飞煤或飞灰由回料控制阀(23)及排灰阀①(20)、排灰阀②(22)进行外循环飞煤气化或飞灰外排放；
在流化床燃烧提升内筒(7)中燃烧产生的灰渣由底部的排灰管(12)排入水封槽(13)中。
4.一种用于实现复合循环流化床煤气化方法的设备，其包含环型进煤口(1)、惯性分离器(2)、内筒套管(3)、上环室L阀(4)、上环室L阀推动气入口(5)、流化床气化外筒(6)、流化床燃烧提升内筒(7)、下环室L阀(8)、下环室L阀推动气入口(9)、布风板(10)、压缩空气入口(11)、排灰管(12)、水封槽(13)、废气出口管(14)、烟气出口(15)、燃烧废气分离器(16)、煤气出口管(17)、煤气出口(18)、煤气分离器(19)、排灰阀①(20)、回料管(21)、排灰阀②(22)、回料控制阀(23)、过热水蒸汽入口(24)，其特征在于：
一个流化床燃烧提升内筒(7)，其外套设有流化床气化外筒(6)，顶部连接有内筒套管(3)及惯性分离器(2)，底部连接有布风板(10)、压缩空气入口(11)、排灰管(12)和水封槽(13)；
一个流化床气化外筒(6)，其内套设有流化床燃烧提升内筒(7)，外上部连接有上环室L阀(4)、上环室L阀推动气入口(5)、煤气出口管(17)；外下部连接有下环室L阀(8)、下环室L阀推动气入口(9)、过热水蒸汽入口(24)和回料管(21)；顶部连接有惯性分离器(2)；底部连接有布风板(10)及压缩空气入口(11)以及排灰管(12)和水封槽(13)；
一个惯性分离器(2)，其下端连接有流化床气化外筒(6)和内筒套管(3)及流化床燃烧提升内筒(7)，上端设有环型进煤口(1)，侧面由废气出口管(14)连通有燃烧废气分离器(16)；
一个煤气分离器(19)，其一侧上部由煤气出口管(17)连通有流化床气化外筒(6)，上端设有煤气出口(18)，下部连通有回料管(21)及回料控制阀(23)，下端部设有排灰阀②(22)；
一个燃烧废气分离器(16)，其一侧上部由废气出口管(14)与惯性分离器(2)相连通，上端设有烟气出口(15)，下部连通有回料管(21)及回料控制阀(23)，下端部设有排灰阀①(20)。
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