一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，該方法采用循環(huán)流化床氣化爐串聯(lián)氣流床氣化爐的形式。發(fā)明的核心是在氣流床中利用氧氣對(duì)循環(huán)流化床氣化產(chǎn)生的高溫含塵氣進(jìn)行二次氣化。本發(fā)明以循環(huán)流化床氣化為主體，煤炭氣化主要在循環(huán)流化床內(nèi)完成，借助循環(huán)流化床氣化的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大氣化裝置的煤種適應(yīng)性，提高單套氣化裝置的產(chǎn)能。以氣流床氣化作為補(bǔ)充，借助其反應(yīng)溫度高及粗煤氣需經(jīng)激冷水洗滌的特點(diǎn)，解決循環(huán)流化床氣化存在的碳轉(zhuǎn)化率低、合成氣有效氣含量低、所產(chǎn)粗煤氣細(xì)灰含量高、含有熱解產(chǎn)物等一系列問題。
【專利說明】
一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤炭氣化領(lǐng)域，尤其是褐煤氣化領(lǐng)域，具體為一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭氣化是煤炭資源清潔利用中最有應(yīng)用前景的技術(shù)。氣流床氣化技術(shù)和循環(huán)流化床氣化技術(shù)是新型煤氣化技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的兩種技術(shù)。
[0003]氣流床氣化反應(yīng)溫度高，碳轉(zhuǎn)化率高，所得粗煤氣中煤炭熱解產(chǎn)物含量少，粗煤氣凈化處理方便，技術(shù)清潔度高，但氣流床對(duì)煤種要求高，煤種適應(yīng)性較差。
[0004]循環(huán)流化床氣化可以利用熱值低、揮發(fā)分含量高的褐煤、煙煤，在煤種適應(yīng)性方面具有很大優(yōu)勢(shì)。但由于氣化劑在循環(huán)流化床床層內(nèi)攪動(dòng)作用強(qiáng)烈，氣化爐出口的粗煤氣即使經(jīng)過回流旋風(fēng)分離器，依然夾帶較多細(xì)灰。雖然循環(huán)流化床床層內(nèi)溫度均一，使得氣化空間大，氣化能力強(qiáng)，但是床層內(nèi)溫度低(900?10000C)，造成細(xì)灰中殘?zhí)苛扛哌_(dá)30?40 %，而且氣化粗煤氣中含有一定量的甲烷、焦油、酚類等煤炭熱解組分，這些組分在粗煤氣凈化系統(tǒng)中富集后存在于外排廢水中，造成煤氣凈化系統(tǒng)流程長(zhǎng)、污水處理困難、技術(shù)清潔度下降。
[0005]本發(fā)通過采用雙床串聯(lián)，提供一種結(jié)合氣流床及循環(huán)流化床優(yōu)點(diǎn)的新型氣化技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，該技術(shù)采用一級(jí)循環(huán)流化床與二級(jí)氣流床相結(jié)合的氣化方式，煤炭氣化在串聯(lián)雙床內(nèi)分步完成。以循環(huán)流化床氣化為主體，煤炭氣化主要在循環(huán)流化床內(nèi)完成。氣流床氣化作為補(bǔ)充，借助其反應(yīng)溫度高及粗煤氣需經(jīng)激冷水、洗氣水洗滌的特點(diǎn)，解決循環(huán)流化床氣化存在的碳轉(zhuǎn)化率低、所產(chǎn)粗煤氣細(xì)灰含量高、含有熱解產(chǎn)物等一系列問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種循環(huán)流化床與氣流床串聯(lián)的粉煤氣化方法，其特征是:
[0008]利用循環(huán)流化床串聯(lián)氣流床，以循環(huán)流化床作為氣化主體，煤炭氣化反應(yīng)主要在循環(huán)流化床內(nèi)完成；出循環(huán)流化床氣化爐的粗煤氣首先進(jìn)入回流旋風(fēng)分離器，回流旋風(fēng)分離器上部產(chǎn)生的含塵煤氣從含塵煤氣入口送入氣流床氣化爐。
[0009]循環(huán)流化床氣化爐由氣化爐本體、氣化劑入口、粉煤入口、布風(fēng)裝置、回流旋風(fēng)分離器組成。氣化爐本體鋪設(shè)耐火材料襯里，氣化劑入口位于氣化爐本體下部，粉煤入口位于氣化劑入口上部。氣化劑入口可以設(shè)置2?20個(gè)入口，均勻分布在氣化爐四周。
[0010]氣流床氣化爐包括燃燒段和激冷段兩部分。燃燒段由氣化爐爐膛，含塵煤氣入口及氧氣噴嘴組成，氣化爐爐膛鋪設(shè)耐火材料襯里，氧氣噴嘴位于燃燒段頂部，燃燒段上部設(shè)置2?10個(gè)含塵煤氣入口，成對(duì)布置在氣化爐四周，含塵煤氣入口中軸線與氣化爐爐膛之間夾角為45?90°。[0011 ]激冷段由氣化爐殼體、激冷水入口、激冷水分布器、洗氣水入口、洗氣塔板、導(dǎo)氣管及粗煤氣出口組成。導(dǎo)氣管中軸線與氣化爐殼體的中軸線重合。洗氣塔板位于導(dǎo)氣管外。正常操作時(shí)，激冷水由塔板與導(dǎo)氣管間隙流下，合成氣與洗氣水在塔板上逆流接觸。
[0012]激冷段設(shè)置2?10個(gè)激冷水入口，激冷水入口均勻布置在氣化爐殼體四周。激冷水分布器使得激冷水均勻地從導(dǎo)氣管外壁流下。設(shè)置2?10個(gè)洗氣水入口，洗氣水入口均勻布置在氣化爐殼體四周，洗氣水與上升的煤氣在洗氣塔板上逆流接觸，設(shè)置2?8塊洗氣塔板。
[0013]采用本發(fā)明的一般氣化流程如下:
[0014]粉煤從循環(huán)流化床下部的粉煤入口通過給料機(jī)加入，氣化劑從氣化劑入口加入，通過布風(fēng)裝置在氣化爐底部形成高速氣流區(qū)，使得粉煤顆粒處于流化態(tài)。循環(huán)流化床內(nèi)操作溫度800?1100 °C，操作壓力O?5.0MPaG，煤粉在床層空間內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)，煤氣及夾帶粉塵從氣化爐頂部流出，進(jìn)入回流旋風(fēng)分離器。
[0015]回流旋風(fēng)分離器上部產(chǎn)生的含塵煤氣通過含塵煤氣入口進(jìn)入氣流床氣化爐，與氣流床氣化爐頂部噴入的氧氣進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)溫度1100?1500°C，反應(yīng)壓力O?5.0MPaG，由于反應(yīng)溫度高，細(xì)灰中的殘?zhí)考盁峤猱a(chǎn)物均深度轉(zhuǎn)化為⑶、H2、C02、CH4、H20，各種生成物達(dá)到反應(yīng)條件下的熱力學(xué)平衡含量。生成的粗煤氣和灰渣通過導(dǎo)氣管進(jìn)入洗氣水，激冷水通過激冷水分布器均勻地從導(dǎo)氣管外壁流下，上升的粗煤氣在洗氣塔板上與洗氣水逆流接觸，從激冷室上部的粗煤氣出口流出。
[0016]本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的主要特點(diǎn)為:
[0017](I)采用雙床串聯(lián)分步氣化的方式，提高了循環(huán)流化床技術(shù)的煤種適用性。不僅可以處理循環(huán)流化床的氣化煤種，而且利用氣流床的再次氣化作用，還可氣化需要高溫高壓氣化環(huán)境的煤種，如煤化度高的煙煤。
[0018](2)與循環(huán)流化床相比，煤炭中未低溫氣化產(chǎn)物進(jìn)入氣流床，在氣流床高溫高壓的氣化環(huán)境內(nèi)進(jìn)一步氣化。不僅提高了原料煤的碳轉(zhuǎn)化率，而且將低溫下的氣化產(chǎn)物，如CH4等低碳物質(zhì)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為合成氣的有效成分。
[0019](3)通過氣流床的高溫轉(zhuǎn)化及洗氣水的洗滌作用，降低了循環(huán)流化床氣化所產(chǎn)粗煤氣中的飛灰及低溫?zé)峤猱a(chǎn)物的含量，避免了循環(huán)流化床系統(tǒng)粗煤氣凈化所需的飛灰收集及含油廢水處理流程。
[0020](4)由于采用循環(huán)流化床作為主氣化反應(yīng)器，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化程度的氧耗、煤耗均小于氣流床氣化。
[0021](5)氣流床激冷流程，避免了循環(huán)流化床氣化所需的煤氣降溫流程，而且使得煤氣中的水汽比提高，無需補(bǔ)加蒸汽即可參加變換反應(yīng)。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法的工藝流程圖。
[0023]圖中，循環(huán)流化床(I)、氣化爐本體(2)、氣化劑入口(3)、粉煤入口(4)、布風(fēng)裝置(5)、回流旋風(fēng)分離器(6)、氣流床(7)、燃燒段(8)、氣化爐爐膛(9)、含塵煤氣入口(10)、氧氣噴嘴(11)激冷段(12)、氣化爐殼體(13)、激冷水入口( 14)、激冷水分布器(15)、洗氣塔板
(16)、導(dǎo)氣管(17)、洗氣水入口(18)、粗煤氣出口(19)、氣化劑混合器(20)、粉煤加料機(jī)
(21)、排渣機(jī)(22)、冷灰機(jī)(23)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，循環(huán)流化床(I)由氣化爐本體(2)、氣化劑入口(3)、粉煤入口(4)、布風(fēng)裝置(5)、回流旋風(fēng)分離器(6)組成。氣化爐本體(2)鋪設(shè)耐火材料襯里，氣化劑入口(3)位于氣化爐本(2)體下部，粉煤入口(4)位于氣化劑入口( 3)上部。氣化爐本體(2)鋪設(shè)耐火材料襯里，氣化劑入口共設(shè)置四個(gè)入口，成90°分布在氣化爐四周。
[0025]氣流床(7)氣化爐包括燃燒段(8)和激冷段(12)兩部分。燃燒段由氣化爐爐膛(9)、含塵煤氣入口(10)、氧氣噴嘴(II)組成，激冷段由氣化爐殼體(13)、激冷水入口(14)、激冷水分布器(15)、洗氣塔板(16)、導(dǎo)氣管(17)、洗氣水入口(18)及粗煤氣出口(19)組成。
[0026]氣化爐爐膛鋪設(shè)耐火材料襯里，氧氣噴嘴(11)位于燃燒段頂部，設(shè)置兩個(gè)含塵煤氣入口(10)，成180°布置在氣化爐兩側(cè)，含塵煤氣入口(10)中軸線與氣化爐爐膛(9)之間夾角為90°。導(dǎo)氣管(17)中軸線與氣化爐殼體(13)的中軸線重合。設(shè)置三塊洗氣塔板(16)，洗氣塔板(16)與導(dǎo)氣管(17)之間留有激冷水下降的間隙。
[0027]粉煤從循環(huán)流化床下部的粉煤入口(4)通過粉煤加料機(jī)(21)加入，蒸汽和氧氣在氣化劑混合器(20)中混合后，通過兩個(gè)氣化劑入口(3)分別加入，下部氣化劑通過布風(fēng)裝置
(5)在氣化爐底部形成高速氣流區(qū)，使得粉煤顆粒處于流化態(tài)。循環(huán)流化床內(nèi)操作溫度9000C，操作壓力2.5MPaG，粉煤在床層空間內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)，煤氣及夾帶粉塵從氣化爐頂部流出，進(jìn)入回流旋風(fēng)分離器(6)。
[0028]回流旋風(fēng)分離器(6)上部產(chǎn)生的含塵煤氣通過含塵煤氣入口(10)進(jìn)入氣流床氣化爐，與氣流床氣化爐頂部噴入的高壓氧氣進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)溫度13000C，反應(yīng)壓力2.4MPaG，由于反應(yīng)溫度高，細(xì)灰中的殘?zhí)考盁峤猱a(chǎn)物均深度轉(zhuǎn)化為⑶、H2、C02、CH4、H20，各種生成物達(dá)到反應(yīng)條件下的熱力學(xué)平衡含量。生成的粗煤氣和灰渣通過導(dǎo)氣管(17)進(jìn)入洗氣水，激冷水通過激冷水分布器(15)均勻地從導(dǎo)氣管(17)外壁流下，上升的粗煤氣在洗氣塔板(16)上與洗氣水逆流接觸，從激冷室上部的粗煤氣出口( 19)流出。
[0029]循環(huán)流化床產(chǎn)生的爐渣通過排渣機(jī)(22)送入冷渣機(jī)(23)冷卻后外排，氣流床產(chǎn)生的爐渣與水的混合物送至渣水處理。
[0030]經(jīng)過本發(fā)明所述氣化裝置處理:
[0031 ] 1.循環(huán)流化床排灰中的殘?zhí)苛坎怀^4%，氣流床排渣中殘?zhí)坎怀^3%，提高了單一氣化過程碳轉(zhuǎn)化率。
[0032]2.出氣化爐粗煤氣中甲烷含量降至0.1%以下，循環(huán)流化床氣化產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物已轉(zhuǎn)化為有效氣。
[0033]3.氣化爐渣水中不含焦油等物質(zhì)，只需重力沉降后即可作為循環(huán)洗水返回氣化單元進(jìn)行回用，簡(jiǎn)化了水處理凈化流程，降低了水處理裝置的投資，同時(shí)增加了裝置清潔性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，利用循環(huán)流化床(I)串聯(lián)氣流床(7)，以循環(huán)流化床作為氣化主體，煤炭氣化反應(yīng)主要在循環(huán)流化床內(nèi)完成；出循環(huán)流化床氣化爐的粗煤氣首先進(jìn)入回流旋風(fēng)分離器(6)，回流旋風(fēng)分離器上部產(chǎn)生的含塵煤氣從含塵煤氣入口(10)送入氣流床氣化爐(7)，具體過程如下: 粉煤從循環(huán)流化床下部的粉煤入口(4)通過粉煤加料機(jī)(21)加入，蒸汽和氧氣在氣化劑混合器(20)中混合后，通過兩個(gè)氣化劑入口(3)分別加入，下部氣化劑通過布風(fēng)裝置(5)在氣化爐底部形成高速氣流區(qū)，使得粉煤顆粒處于流化態(tài)，粉煤在床層空間內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)，煤氣及夾帶粉塵從氣化爐頂部流出，進(jìn)入回流旋風(fēng)分離器(6); 回流旋風(fēng)分離器(6)上部產(chǎn)生的含塵煤氣通過含塵煤氣入口(10)進(jìn)入氣流床氣化爐，與氣流床氣化爐頂部噴入的高壓氧氣進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)生成的粗煤氣和灰渣通過導(dǎo)氣管(17)進(jìn)入洗氣水，激冷水通過激冷水分布器(15)均勻地從導(dǎo)氣管外壁流下，上升的粗煤氣在洗氣塔板(16)上與洗氣水逆流接觸，從激冷室上部的粗煤氣出口(19)流出； 循環(huán)流化床產(chǎn)生的爐渣通過排渣機(jī)(22)送入冷渣機(jī)(23)冷卻后外排，氣流床產(chǎn)生的爐渣與水的混合物送至渣水處理。2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，循環(huán)流化床氣化爐由氣化爐本體(2)、氣化劑入口(3)、粉煤入口(4)、布風(fēng)裝置(5)、回流旋風(fēng)分離器(6)組成，氣化爐本體(2)鋪設(shè)耐火材料襯里，氣化劑入口(3)位于氣化爐本體(2)下部，粉煤入口(4)位于氣化劑入口(3)上部。3.如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，氣化劑入口(3)可以設(shè)置2?20個(gè)入口，均勻分布在循環(huán)流化床氣化爐四周。4.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，氣流床氣化爐包括燃燒段(8)和激冷段(12)兩部分，燃燒段(8)由氣化爐爐膛(9)，含塵煤氣入口(10)及氧氣噴嘴(11)組成，氣化爐爐膛(9)鋪設(shè)耐火材料襯里，氧氣噴嘴(11)位于燃燒段頂部，燃燒段上部設(shè)置含塵煤氣入口(1);激冷段(12)由氣化爐殼體(13)、激冷水入口(I4)、激冷水分布器(15)、洗氣塔板(16)、導(dǎo)氣管(17)、洗氣水入口(18)及粗煤氣出口(19)組成，導(dǎo)氣管(17)中軸線與氣化爐殼體(13)的中軸線重合，洗氣塔板(16)位于導(dǎo)氣管(17)外，正常操作時(shí)，激冷水由洗氣塔板(16)與導(dǎo)氣管(17)間隙流下，合成氣與洗氣水在洗氣塔板(16)上逆流接觸，激冷水分布器(15)使得激冷水均勻地從導(dǎo)氣管外壁流下。5.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，含塵煤氣入口(10)可以設(shè)置2?10個(gè)，成對(duì)布置在氣化爐四周，含塵煤氣入口(10)中軸線與氣化爐爐膛(9)之間夾角為45?90°。6.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，激冷段(12)設(shè)置2?1個(gè)激冷水入口( 14)，激冷水入口( 14)均勻布置在氣化爐殼體(13)四周。7.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，洗氣水入口(18)可以設(shè)置2?10個(gè)，洗氣水入口(18)均勻布置在氣化爐殼體(13)四周，洗氣水與上升的煤氣在洗氣塔板(16)上逆流接觸，設(shè)置2?8塊洗氣塔板(16)。8.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，循環(huán)流化床內(nèi)操作溫度800?1100°C，操作壓力O?5.0MPaG。9.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)雙床粉煤分步氣化方法，其特征在于，氣流床氣化爐內(nèi)反應(yīng) bO r\T3 TTAT八.0 f\ 廣/_ΤΓΥ'7ΓΓ/-ν7 ? f\f\n T f\f\ T T "Χ^/ΤΠΤ?
【文檔編號(hào)】C10J3/72GK105838451SQ201610261462
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】張翔, 姜坤, 黃壘, 余濤, 王延安
【申請(qǐng)人】華陸工程科技有限責(zé)任公司