一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置及氣化方法
【專利摘要】一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置及氣化方法，涉及潔凈能源技術(shù)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有的氣化裝置原料適應性差、特別對劣質(zhì)煤難以實現(xiàn)經(jīng)濟、可靠、潔凈、高效氣化及與裝置放大難以兼顧的問題。它包括加料裝置、雙渦快速流化床、循環(huán)泵、除塵裝置、旋風氣化爐和水冷套，所述的水冷套包裹在旋風氣化爐的外壁上，旋風氣化爐的底部設(shè)有碎渣機，碎渣機用于將落到旋風氣化爐底部的爐渣打碎，并排出旋風氣化爐；雙渦快速流化床專用于對固體物料進行500℃～980℃流化、破碎、熱解，生產(chǎn)荒煤氣；旋風氣化爐專用于對從雙渦快速流化床引入的荒煤氣進行1200℃～1300℃碳轉(zhuǎn)化，最終實現(xiàn)對劣質(zhì)煤的分段耦合氣化。它主要用于對劣質(zhì)煤進行氣化。
【專利說明】
一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置及氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及潔凈能源技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，是通過煤間接液化制取油品或以合成氣為原料制取甲醇、合成油、甲烷等及以甲醇為原料制得乙烯、丙烯等化工產(chǎn)品的核心技術(shù)。作為煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中的“龍頭”裝置，煤氣化裝置具有投入大、可靠性要求高、對整個產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟效益影響大等特點。目前國內(nèi)外氣化技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有其特點和特定的適用場合，它們工業(yè)化應用程度及可靠性存在差異。開發(fā)劣質(zhì)煤及與下游產(chǎn)品相適宜的新型煤氣化工藝技術(shù)是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。
[0003]煤氣化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須以煤資源的高效利用、環(huán)境友好為前提。因此，高效和潔凈的煤氣化技術(shù)是當今煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流。氣流床技術(shù)具有大型化、潔凈、碳轉(zhuǎn)化率高、煤種適應性較強等特點，是當今煤氣化發(fā)展的主要方向，但在劣質(zhì)煤、特別是三高煤及其與生物質(zhì)混合物的氣化方面面臨經(jīng)濟性和氣化氣H2/C0比例無法調(diào)節(jié)的挑戰(zhàn)。
[0004]流化床氣化使煤顆粒通過氣化介質(zhì)達到流態(tài)化，較高的氣-固之間的傳熱、傳質(zhì)速率，使床內(nèi)溫度分布比較均勻，便于操作控制;直接利用碎粉煤，備煤加工費用最低;可在原料中加固硫劑，實現(xiàn)滿意的床內(nèi)脫硫效果;爐內(nèi)運動部件少，維護工作量小，氧耗比氣流床低。但流化床特別是鼓泡床氣化存在碳轉(zhuǎn)化率低、合成氣中焦油含量高的固有缺點。
[0005]結(jié)合兩種氣化爐的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)快速流化床專門熱解和旋風氣流床專門碳轉(zhuǎn)化的分段耦合氣化，既可以成功應對單段氣流床所面臨的劣質(zhì)煤、特別是三高煤及其與生物質(zhì)混合物的氣化方面經(jīng)濟性和氣化氣H2/C0比例無法調(diào)節(jié)的挑戰(zhàn)又可以克服單段流化床氣化碳轉(zhuǎn)化率低、合成氣焦油含量高的固有缺點。
[0006]國外自上世紀80年代已經(jīng)開始進行兩段氣化的實驗研究，德國CGT(Carbon GasTeohnologie)公司開發(fā)了一種二段氣化法。它把流化床和氣流床結(jié)合在一個反應器內(nèi)。煤和氧氣/蒸汽一起加到流化床區(qū)域內(nèi)，由于流化床的混合特性，煤在均勻的1000°C下進行干燥、脫揮發(fā)分和氣化過程。從流化床上升氣流夾帶的顆粒，通過爐上部的出口進入旋風分離器而分離下來，通過鎖斗系統(tǒng)貯在料斗中。這些粉塵用氣化劑送到氣流床上段，并在那里進一步氣化，熔融的灰落入到流化床，固化后隨干灰一起在氣化爐底排出。爐體運行后，碳轉(zhuǎn)化率95%，氣化效率為85%。
[0007]此外，韓國首爾大學(University of Seoul)開發(fā)了一個親合流化床氣化爐和上吸式固定床焦油處理器的兩段氣化技術(shù)，原料顆粒首先在流化床內(nèi)熱解氣化，產(chǎn)生的氣化氣體在流過安置有活性炭的上吸式固定床床層，當氣體流過活性炭時，氣體中的焦油被吸附，從而降低氣化氣中的焦油含量，達到凈化氣體的作用。
[0008]國內(nèi)從上世紀90年代中期開始進行兩段氣化方面的研究，并取得了一定的進展。中國專利CN1583956A公開了一種聯(lián)合循環(huán)流化床氣化爐和下吸式固定床氣化爐的生物質(zhì)兩段氣化工藝。前段生成的氣化氣與后段供入的生物質(zhì)燃料在下吸式固定床中共氣化。首先生物質(zhì)物料在循環(huán)流化床內(nèi)進行熱解氣化，使在前氣化階段產(chǎn)生的氣化氣進入下吸式氣化裝置，與加入其中的原料一起進行共氣化反應。
[0009]此外，中國專利CN101440307A公布了一種耦合上吸式固定床氣化爐和流化床氣化爐的兩段氣化工藝。首先原料在固定床內(nèi)進行氣化，氣化反應產(chǎn)生的氣化氣通過喉管送入到流化床氣化爐中，利用流化床氣化爐內(nèi)的較高爐溫把在固定床氣化爐產(chǎn)生的富含焦油的煤氣進一步裂解反應，得到焦油含量較少的氣化氣。雖然裝置在放大設(shè)計中有一定優(yōu)勢，但是在焦油脫除效率或操作穩(wěn)定性方面還有待進一步改進。
[0010]現(xiàn)有商業(yè)化氣流床多為平推直流式，這意味著氣固混合差、物料停留時間短，為確保I?2s停留時間實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，要求煤粉小于100微米，既意味著增加磨煤能耗也意味著爐子要足夠高(長)，爐膛充滿度不好;另外，熱解和氣化均在高溫下完成，會增加能耗。
[0011]目前，國內(nèi)外在兩段氣化技術(shù)的研究上依然處于中試或工業(yè)示范階段，大規(guī)模商業(yè)化應用的難題依然沒有解決，在裝置運行穩(wěn)定程度、原料的適用性、裝置能否放大等技術(shù)難題有待進一步突破。德國CGT氣化爐，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，氣流床氣化爐內(nèi)置在流化床氣化爐中，導致每次煤氣化的量有限，所以整體氣化產(chǎn)率較低。韓國首爾大學開發(fā)的兩段氣化技術(shù)，雖然可以大規(guī)模對原料進行處理，然而由于反應中產(chǎn)生的大量半焦沒有利用，直接排出后使用商業(yè)活性炭進行凈化，大大增加生產(chǎn)成本，整體經(jīng)濟效益比較差。中國專利CN1583956A公開的生物質(zhì)兩段氣化工藝，由于缺少前氣化段所生產(chǎn)半焦的催化作用，導致焦油的脫除率較低，最終的氣化產(chǎn)品焦油含量依然較高，致使碳轉(zhuǎn)化率較低。中國專利CN101440307A公開的生物質(zhì)兩段氣化工藝，由于流化床的高溫熱裂解對產(chǎn)品的焦油脫除作用有限，而且熱裂解反應后氣體中含有較高的炭黑，造成反應的碳轉(zhuǎn)化率低，為后續(xù)氣體的凈化造成不小壓力，無形中增加了經(jīng)濟成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的氣化裝置原料適應性差、特別對劣質(zhì)煤難以實現(xiàn)經(jīng)濟、可靠、潔凈、高效氣化及與裝置放大難以兼顧的問題，本發(fā)明提供了一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置及氣化方法。
[0013]—種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，它包括加料裝置、雙渦快速流化床、循環(huán)栗、除塵裝置和旋風氣化爐，雙渦快速流化床用于對固體物料進行熱解，使固體物料破碎并流化、破碎、熱解，形成荒煤氣；
[0014]分段耦合氣化裝置還包括水冷套，所述的水冷套包裹在旋風氣化爐的外壁上，旋風氣化爐的底部設(shè)有碎渣機，碎渣機用于將落到旋風氣化爐底部的爐渣打碎，并排出旋風氣化爐；
[0015]旋風氣化爐上設(shè)有4個I號進料口，且4個I號進料口沿著旋風氣化爐的周向均勻分布，該4個I號進料口設(shè)置在旋風氣化爐側(cè)壁的上半部，旋風氣化爐的頂部中心設(shè)置有小火焰燒嘴，旋風氣化爐側(cè)壁的下半部設(shè)有2號氣化劑入口和出氣口 ；加料裝置的出料口與雙渦快速流化床的進料口連通，
[0016]雙渦快速流化床底部設(shè)有I號氣化劑入口，雙渦快速流化床頂部的出料口同時與旋風氣化爐的4個I號進料口和小火焰燒嘴連通；
[0017]旋風氣化爐的出氣口與除塵裝置的進氣口連通；
[0018]除塵裝置輸出的氣化氣分為兩路，其中，一路氣化氣通過循環(huán)栗栗入到雙渦快速流化床的I號氣化劑入口內(nèi)，另一路氣化氣用于化工合成或發(fā)電，
[0019]雙渦快速流化床的I號氣化劑入口還用于輸入氣化劑，
[0020]所述的雙渦快速流化床的工作溫度為500°C至980°C，旋風氣化爐的工作溫度為1200。。至 1300。。；
[0021]從4個I號進料口引入來自雙渦快速流化床的荒煤氣，且引入的荒煤氣在同一平面內(nèi)射流進入旋風氣化爐，并圍繞旋風氣化爐中心軸旋轉(zhuǎn)，
[0022]從小火焰燒嘴引入來自雙渦快速流化床的荒煤氣，且引入的荒煤氣以旋流或直流方式，從上至下噴射到旋風氣化爐內(nèi)，
[0023]從4個I號進料口引入的荒煤氣的總流量為從小火焰燒嘴引入的荒煤氣流量的二倍。
[0024]所述的旋風氣化爐的最佳工作溫度為1250°C。
[0025]所述的雙渦快速流化床分為上部和下部兩部分，且從下部至上部逐漸變窄，上部設(shè)有出料口，下部設(shè)有I號氣化劑入口，雙渦快速流化床的進料口與加料裝置的出料口連通，雙渦快速流化床底部中心設(shè)有錐形體。
[0026]雙渦快速流化床的個數(shù)不超過9。
[0027]所述的除塵裝置采用磁控高溫除塵裝置實現(xiàn)。
[0028]所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，它還包括加熱器，且加熱器位于加料裝置和雙渦快速流化床之間，用于對從加料裝置送至雙渦快速流化床的物料進行干燥。
[0029]所述的除塵裝置與旋風氣化爐之間連通的管路上設(shè)有閥門。
[0030]所述的通入至雙渦快速流化床和旋風氣化爐內(nèi)的氣化劑為純氧、富氧空氣、空氣、水蒸汽、氫氣、一氧化碳或二氧化碳中的一種或多種。
[0031]采用所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置實現(xiàn)的氣化方法，該方法的具體過程為:
[0032]步驟一:將直徑小于1mm劣質(zhì)煤顆粒經(jīng)過加料裝置用他或0)2加壓到4MPa送入雙渦快速流化床中，同時通過雙渦快速流化床底部的I號氣化劑入口切向送入氣化劑，在雙渦快速流化床內(nèi)部的工作溫度為500°C至980°C范圍內(nèi)，對劣質(zhì)煤顆粒進行熱解，生成的荒煤氣在雙渦快速流化床內(nèi)呈螺旋狀向上運動，噴射到旋風氣化爐內(nèi)；
[0033]步驟二:使旋風氣化爐的工作溫度在1200°C至1300 °C范圍內(nèi)，從旋風氣化爐的小火焰燒嘴送入荒煤氣和氣化劑，同時從旋風氣化爐內(nèi)的4個I號進料口送入荒煤氣和氣化劑，使旋風氣化爐內(nèi)由荒煤氣和氣化劑形成的混合氣體呈螺旋狀由上向下運動，同時小火焰燒嘴對荒煤氣和氣化劑進行引燃至穩(wěn)燃，實現(xiàn)旋風氣化爐內(nèi)荒煤氣的碳轉(zhuǎn)化，碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的固態(tài)爐渣通過碎渣機進行打碎，并排出旋風氣化爐；
[0034]碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)過除塵裝置除塵后，產(chǎn)生的氣化氣一部分用于化工合成或發(fā)電，另一部分通過循環(huán)栗栗入到雙渦快速流化床內(nèi)，從而完成對劣質(zhì)煤的分段耦合氣化。
[0035]本發(fā)明帶來的有益效果是，與現(xiàn)有的氣流床相比，本發(fā)明將高溫熱解改為低溫雙渦快速流化床熱解，旋風氣化爐專注于碳轉(zhuǎn)化，能夠減少能耗，耦合了高溫段反應器，使流化床氣化適應了大型化。
[0036]本發(fā)明方法專注于低階煤、特別是三高(高水分、高灰分、高灰熔點)煤、煤與生物質(zhì)混合、生物質(zhì)小、中、大規(guī)模的定向氣化，更為靈活的適用多種原料的氣化，體現(xiàn)其優(yōu)良的經(jīng)濟適用性。
[0037]本發(fā)明耦合氣化的核心目的是要充分發(fā)揮流化床氣化優(yōu)勢。因為流化床不需要考慮焦油、飛灰、碳轉(zhuǎn)化率等問題，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)的反應溫度等條件，得到預期的熱解效果。
[0038]本發(fā)明的氣化技術(shù)具有碳轉(zhuǎn)化率高、耗氧量低、合成氣無焦油、原料適應性強、與生物質(zhì)混和氣化時H2/C0比例可調(diào)、可靠性高等鮮明特點。
[0039]本發(fā)明主要用于三高煤、褐煤及其與生物質(zhì)混合物的小、中、大規(guī)模氣化，同時也可以應用于優(yōu)質(zhì)煤的氣化。本發(fā)明方法利用流化床和氣流床的各自優(yōu)勢，使用恰當?shù)鸟詈戏椒ǎＷC氣化效率，改善原料的適用性，提高操作穩(wěn)定性，使耦合氣化裝置更容易實現(xiàn)，使裝置更容易放大使用。
[0040]通過有效耦合與獨立控制，就會發(fā)揮各自的優(yōu)點并且克服各自的缺點，使每個反應器各盡所能，彼此之間相得益彰。這為開發(fā)高效、低成本、環(huán)境友好、物料適應性強、可靠的新型多聯(lián)產(chǎn)氣化技術(shù)提供巨大空間和潛能。
[0041]將傳統(tǒng)的煤燃料氣化過程分為原料熱解和碳轉(zhuǎn)化兩個子過程，并分別在上游的雙渦快速流化床和下游的旋風氣化爐內(nèi)分別進行。充分發(fā)揮每個氣化爐的優(yōu)勢，使本發(fā)明還具有以下突出的技術(shù)特點:
[0042]物料適應性強(粘結(jié)性煤除外)，從生物質(zhì)到各階煤、能適應配煤品質(zhì)的波動、流化床氣化不再限于高活性煤，兼具破碎性能，而且適于生物質(zhì)與煤混和氣化。既解決生物質(zhì)因季節(jié)性和收集困難無法大規(guī)模化利用問題，又可發(fā)揮混和氣化的協(xié)同作用以定向氣化。
[0043]本發(fā)明在氫電聯(lián)產(chǎn)的IGCC和Cl化工合成方面，混合物分段定向氣化可靈活提高H2/C0比例，克服一段氣流床無法根本調(diào)整H2/C0比例的弱點。結(jié)合固定床后，可對機械化采煤中(O?50mm)的粉煤直接氣化實現(xiàn)焦炭、焦油、合成氣多聯(lián)產(chǎn)。
[0044]負荷適應性強。低負荷時旋風氣流床因使用荒煤氣(注:所謂荒煤氣rawgas是指來自雙渦快速床的熱解氣和大量小于100微米的飛灰)燒嘴能穩(wěn)定運行;高負荷時流化床因低溫運行也不會結(jié)渣。
[0045]雙渦快速流化床和旋風氣化爐獨立控制，溫度、壓力、氣化劑均可不同。低溫段采用02/H20氣化劑、高溫段采用02/H20氣化劑，與生物質(zhì)混合氣化可省去耗能的WGS工藝，提高帶CCS的IGCC發(fā)電效率，使IGCC成為半封閉CCSU的IGCC。
【附圖說明】
[0046]圖1為【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的原理示意圖；
[0047]圖2為【具體實施方式】三所述的雙渦快速流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖3為【具體實施方式】四所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的原理示意圖；附圖標記A表示氣化劑，附圖標記D、E表示經(jīng)除塵裝置輸出的氣化氣；
[0049]圖4為旋風氣化爐內(nèi)部a-a斷面切圓噴射示意圖。
【具體實施方式】
[0050]【具體實施方式】一:參見圖1和圖4說明本實施方式，本實施方式所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，它包括加料裝置1、雙渦快速流化床2、循環(huán)栗3、除塵裝置4和旋風氣化爐5，雙渦快速流化床2用于對固體物料進行熱解，使固體物料破碎并流化、破碎、熱解，形成荒煤氣；
[0051]分段耦合氣化裝置還包括水冷套6，所述的水冷套6包裹在旋風氣化爐5的外壁上，旋風氣化爐5的底部設(shè)有碎渣機7，碎渣機7用于將落到旋風氣化爐5底部的爐渣打碎，并排出旋風氣化爐5;
[0052]旋風氣化爐5上設(shè)有4個I號進料口 5-1，且4個I號進料口 5-1沿著旋風氣化爐5的周向均勻分布，該4個I號進料口 5-1設(shè)置在旋風氣化爐5側(cè)壁的上半部，旋風氣化爐5的頂部中心設(shè)置有小火焰燒嘴5-4，旋風氣化爐5側(cè)壁的下半部設(shè)有2號氣化劑入口 5-2和出氣口 5-3;加料裝置I的出料口與雙渦快速流化床2的進料口連通，
[0053]雙渦快速流化床2底部設(shè)有I號氣化劑入口 2-1，雙渦快速流化床2頂部的出料口 2-2同時與旋風氣化爐5的4個I號進料口 5-1和小火焰燒嘴5-4連通；
[0054]旋風氣化爐5的出氣口5-3與除塵裝置4的進氣口連通；
[0055]除塵裝置4輸出的氣化氣分為兩路，其中，一路氣化氣通過循環(huán)栗3栗入到雙渦快速流化床2的I號氣化劑入口 2-1內(nèi)，另一路氣化氣用于化工合成或發(fā)電，
[0056]雙渦快速流化床2的I號氣化劑入口 2-1還用于輸入氣化劑，
[0057]所述的雙渦快速流化床2的工作溫度為500 °C至980 °C，旋風氣化爐5的工作溫度為1200。。至 1300。。；
[0058]從4個I號進料口5-1引入來自雙渦快速流化床2的荒煤氣，且引入的荒煤氣在同一平面內(nèi)射流進入旋風氣化爐5，并圍繞旋風氣化爐5中心軸旋轉(zhuǎn)，
[0059 ]從小火焰燒嘴5-4引入來自雙渦快速流化床2的荒煤氣，且引入的荒煤氣以旋流或直流方式，從上至下噴射到旋風氣化爐5內(nèi)，
[0060]從4個I號進料口5-1引入的荒煤氣的總流量為從小火焰燒嘴5-4引入的荒煤氣流量的二倍。
[0061]本實施方式，旋風氣化爐5外設(shè)有水冷套6，旋風氣化爐5工作溫度大約在1250°C，爐體底部裝有碎渣機，保證正常的排渣工作；為了防止出渣口堵塞，在下部通入氣化劑，可以通入純氧，以利正常排渣。
[0062]從4個I號進料口5-1引入的荒煤氣在同一平面內(nèi)射流進入旋風氣化爐5，并圍繞旋風氣化爐5中心軸旋轉(zhuǎn)，且每個I號進料口 5-1射入的荒煤氣形成的氣流流向與旋風氣化爐5中心軸相切。
[0063]本發(fā)明將煤特別是劣質(zhì)煤及與生物質(zhì)混合物單段氣化分為低溫雙渦快速流化床2專門熱解和高溫旋風氣化爐5專門碳轉(zhuǎn)化的分段氣化、及通過結(jié)構(gòu)設(shè)計進行有效耦合。
[0064]從從4個I號進料口5-1引入的荒煤氣在旋風氣化爐5內(nèi)的運動狀態(tài)和從小火焰燒嘴5-4引入的荒煤氣在旋風氣化爐5內(nèi)的運動狀態(tài)綜合，使旋風氣化爐5內(nèi)的荒煤氣中的飛灰呈螺旋狀由上向下運動，增加荒煤氣中的飛灰在旋風氣化爐5內(nèi)運動的路程，使荒煤氣在旋風氣化爐5內(nèi)充分碳轉(zhuǎn)化，提高碳轉(zhuǎn)化率。
[0065]本發(fā)明裝置的原料主要是三高煤、褐煤及其與生物質(zhì)混合物，同時也可以應用于優(yōu)質(zhì)煤，其中所述固體物料為原料顆粒，且其直徑應該小于10毫米，為了保證在旋風氣化爐5中實現(xiàn)充分碳轉(zhuǎn)化，雙渦快速流化床2產(chǎn)生的荒煤氣中的固體顆粒需要小于100微米。
[0066]為增加物料在旋風氣化爐5的停留時間、改善充滿度和氣固混合，采用切向進料、弱旋、切圓式布置。旋風氣化爐5的任務(wù)是對來自于雙渦快速流化床2的含塵荒煤氣進行高溫碳轉(zhuǎn)化精加工，操作溫度為1250°C左右。綜合考慮后，旋風氣化爐5的設(shè)計為熱壁爐、固態(tài)排渣并設(shè)有水冷套6。
[0067]旋風氣化爐5內(nèi)a-a截面形成切圓式噴射，具體參見圖4，增加物料在旋風氣化爐5內(nèi)停留時間，而且可以避免氣化爐壁面的結(jié)渣和對沖式布置對旋風爐頂?shù)臒釠_擊。約1/3雙渦快速流化床2的荒煤氣由位于旋風氣化爐5的頂部中心小火焰燒嘴5-4噴入，主要用于燃燒，提供碳轉(zhuǎn)化所需的熱量。
[0068]火焰燒嘴實為荒煤氣小火焰燒嘴，著火與穩(wěn)燃會改善，燒嘴耐磨損性能會改善，便于冷卻的小火焰燒嘴會改善耐熱沖擊性能。切圓進入的荒煤氣也可采用多股射流噴口適當濃淡分離噴入以進一步保護向火面。
[0069]本發(fā)明是利用解耦思想將單段的燃料干燥、熱解、部分氣化與半焦化和焦油重整及碳轉(zhuǎn)化解耦為雙渦快速流化床2熱解和旋風氣化爐5碳轉(zhuǎn)化的分段氣化工藝。
[0070]將氣化原料由加料裝置I加入到雙渦快速流化床2內(nèi)，熱解氣化劑由雙渦快速流化床2底部的氣化劑入口通入，使雙渦快速流化床2內(nèi)部的物料穩(wěn)定流化并破碎，進行物料的低溫熱解;生成的熱解產(chǎn)物為含焦油、半焦、水蒸汽、飛灰等荒煤氣利用壓力送入到旋風氣化爐5進行高溫碳轉(zhuǎn)化；
[0071 ]碳轉(zhuǎn)化所需的氣化劑分三部分進入旋風氣化爐5: 一部分氣化劑由旋風氣化爐5頂部與來自雙渦快速流化床2的約1/3荒煤氣通過小火焰燒嘴5-4送入，第二部分隨來自雙渦快速流化床2的約2/3荒煤氣一起由4個I號進料口 5-1切向送入，第三部分氣化劑從旋風氣化爐5下部氣化劑入口切向送入。
[0072]碳轉(zhuǎn)化氣化劑分三部分的目的是保護燒嘴、改善旋風氣化爐5溫度均勻性、防止出渣口堵塞以實現(xiàn)荒煤氣高效充分的高溫碳轉(zhuǎn)化。氣化產(chǎn)物最終由位于旋風氣化爐5底部出口排出，經(jīng)過高溫除塵后，部分產(chǎn)物作為循環(huán)氣以保證雙渦快速流化床2穩(wěn)定流化，主要氣化產(chǎn)物用來化工合成或發(fā)電;反應后爐渣為固態(tài)爐渣，經(jīng)過碎渣機7破碎后排出。
[0073]【具體實施方式】二:參見圖1說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的旋風氣化爐5的最佳工作溫度為1250°C。
[0074]本實施方式，平衡分析表明，采用城市固體廢棄物MSW為原料時，在雙渦快速流化床工作溫度為600 °C時，旋風氣化爐5的最佳工作溫度為1253°C，碳轉(zhuǎn)化率高達98.9%、氧耗約為0.287、冷煤氣效率約為82 %。
[0075]【具體實施方式】三:參見圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的雙渦快速流化床2分為上部和下部兩部分，且從下部至上部逐漸變窄，上部設(shè)有出料口 2-2，下部設(shè)有I號氣化劑入口 2-1，雙渦快速流化床2的進料口與加料裝置I的出料口連通，雙渦快速流化床2底部中心設(shè)有錐形體 2-3 0
[0076]本實施方式中，所述的雙渦快速流化床2上部和下部兩部分為流線過渡，使從雙渦快速流化床2的進料口射入的物料沿著與錐形體2-3壁面平行的方向由下至上射入，物料在雙渦快速流化床2內(nèi)呈螺旋狀向上運動。
[0077]本發(fā)明的設(shè)計考慮到氣化時兩個反應器雙渦快速流化床2和旋風氣化爐5需有效耦合，現(xiàn)有技術(shù)中沸騰床慢而循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)復雜，都不合適，湍流快速床較適合。然而，快速床意味著物料停留時間短、床溫不穩(wěn)，不能充分發(fā)揮流化床氣化優(yōu)勢。為了增加物料停留時間和穩(wěn)定流化并加強顆粒破碎，本發(fā)明通過擴大床層區(qū)截面并內(nèi)置錐形體2-3便可為密相區(qū)構(gòu)造一個環(huán)形流化空間。
[0078]在雙渦快速流化床2底部四周采用水平切向布風并使射流相互交叉，可實現(xiàn)切向穩(wěn)定流化四周物料和加強顆粒相互破碎;利用自身重力和切向流化的向上攜帶，中心部物料沿錐形體2-3切向向下移動形成床層區(qū)內(nèi)漩渦；荒煤氣會含帶“大量”飛灰旋轉(zhuǎn)流向快速的稀相區(qū)(雙渦快速流化床頂部)，離心力會使大顆粒重新回到密相區(qū)，也會加強物料在稀相區(qū)外循環(huán)，形成稀相區(qū)的外漩渦，雙漩渦的作用是增加物料停留時間、改善溫度均勻性、顆粒自動破碎與分選、強化熱解性能。雙渦快速流化床2專門完成熱解、顆粒破碎、稀相氣力輸送，為旋風氣化爐生產(chǎn)荒煤氣原料。
[0079]雙渦快速流化床2的操作溫度500°C至980°C，原則上不需要排渣，但是也可以采用間歇式排渣方式。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的一種分段耦合氣化方法，其中，雙渦快速流化床在床層底部四周采用水平切向布風并使射流相互交叉，可實現(xiàn)切向穩(wěn)定流化四周物料和加強顆粒相互破碎；利用自身重力和切向流化的向上攜帶，中心部物料沿錐體切向向下移動;通過調(diào)節(jié)流化床達到控制物料的破碎和熱解的程度。
[0081]采用所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，在雙渦快速流化床2內(nèi)可以利用旋風氣化爐出口高溫合成氣對原料進行穩(wěn)定流化、干燥及預熱，通過調(diào)節(jié)氣量的大小，控制熱解反應速率。
[0082]所述的旋風氣化爐5由于采用固態(tài)排渣，從里到外采用耐磨耐壓鑄襯、保溫、水冷套傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0083]【具體實施方式】四:參見圖3說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的雙渦快速流化床2的個數(shù)不超過9。
[0084]本實施方式中，3個雙渦快速流化床2和I個旋風氣化爐5構(gòu)成的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，氣化效果最佳。
[0085]【具體實施方式】五:參見圖1說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的除塵裝置4采用磁控高溫除塵裝置實現(xiàn)。
[0086]本實施方式，磁控高溫除塵裝置可進行高溫除塵，改善除塵器性能。對于化工合成，采用合成氣化氣激冷;對于IGCC，采用氣化氣激冷配合廢鍋回收顯熱方式調(diào)控氣化溫度，氣化氣激冷方式分激冷或循環(huán)氣化氣激冷。
[0087]【具體實施方式】六:參見圖1說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，它還包括加熱器8，且加熱器8位于加料裝置I和雙渦快速流化床2之間，用于對從加料裝置I送至雙渦快速流化床2的物料進行干燥。
[0088]本實施方式，加熱器8位于加料裝置I和雙渦快速流化床2之間，促進物料的干燥、熱解。
[0089]【具體實施方式】七:參見圖1說明本實施方式，本實施方式I與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的除塵裝置4與旋風氣化爐5之間連通的管路上設(shè)有閥門9。
[0090]【具體實施方式】八:參見圖1說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置的區(qū)別在于，所述的通入至雙渦快速流化床2和旋風氣化爐5內(nèi)的氣化劑為純氧、富氧空氣、空氣、水蒸汽、氫氣、一氧化碳或二氧化碳中的一種或多種。
[0091]【具體實施方式】九:采用【具體實施方式】一所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置實現(xiàn)的氣化方法，該方法的具體過程為:
[0092]步驟一:將直徑小于1mm劣質(zhì)煤顆粒經(jīng)過加料裝置I用N2或CO2加壓到4MPa送入雙渦快速流化床2中，同時通過雙渦快速流化床2底部的I號氣化劑入口2-1切向送入氣化劑，在雙渦快速流化床2內(nèi)部的工作溫度為500°C至980°C范圍內(nèi)，對劣質(zhì)煤顆粒進行熱解，生成的荒煤氣在雙渦快速流化床2內(nèi)呈螺旋狀向上運動，噴射到旋風氣化爐5內(nèi)；
[0093]步驟二:使旋風氣化爐5的工作溫度在1200°C至1300°C范圍內(nèi)，從旋風氣化爐5的小火焰燒嘴5-4送入荒煤氣和氣化劑，同時從旋風氣化爐5內(nèi)的4個I號進料口 5-1送入荒煤氣和氣化劑，使旋風氣化爐5內(nèi)由荒煤氣和氣化劑形成的混合氣體呈螺旋狀由上向下運動，同時小火焰燒嘴5-4對荒煤氣和氣化劑進行引燃至穩(wěn)燃，實現(xiàn)旋風氣化爐5內(nèi)荒煤氣的碳轉(zhuǎn)化，碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的固態(tài)爐渣通過碎渣機7進行打碎，并排出旋風氣化爐5;
[0094]碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)過除塵裝置4除塵后，產(chǎn)生的氣化氣一部分用于化工合成或發(fā)電，另一部分通過循環(huán)栗3栗入到雙渦快速流化床2內(nèi)，從而完成對劣質(zhì)煤的分段耦合氣化。
[0095]本實施方式中，碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣體經(jīng)過除塵裝置4除塵后，產(chǎn)生的氣化氣大部分用于化工合成或發(fā)電，小部分通過循環(huán)栗3栗入到雙渦快速流化床2內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，它包括加料裝置(I)、雙渦快速流化床(2)、循環(huán)栗(3)、除塵裝置(4)和旋風氣化爐(5)，雙渦快速流化床(2)用于對固體物料進行熱解，使固體物料破碎并流化、破碎、熱解，形成荒煤氣； 其特征在于，還包括水冷套(6)，所述的水冷套(6)包裹在旋風氣化爐(5)的外壁上，旋風氣化爐(5)的底部設(shè)有碎渣機(7)，碎渣機(7)用于將落到旋風氣化爐(5)底部的爐渣打碎，并排出旋風氣化爐(5); 旋風氣化爐(5)上設(shè)有4個I號進料口(5-1)，且4個I號進料口(5-1)沿著旋風氣化爐(5)的周向均勻分布，該4個I號進料口(5-1)設(shè)置在旋風氣化爐(5)側(cè)壁的上半部，旋風氣化爐(5)的頂部中心設(shè)置有小火焰燒嘴(5-4)，旋風氣化爐(5)側(cè)壁的下半部設(shè)有2號氣化劑入口(5-2)和出氣口( 5-3);加料裝置(I)的出料口與雙渦快速流化床(2)的進料口連通， 雙渦快速流化床(2)底部設(shè)有I號氣化劑入口(2-1)，雙渦快速流化床(2)頂部的出料口(2-2)同時與旋風氣化爐(5)的4個I號進料口(5-1)和小火焰燒嘴(5-4)連通； 旋風氣化爐(5)的出氣口(5-3)與除塵裝置(4)的進氣口連通； 除塵裝置(4)輸出的氣化氣分為兩路，其中，一路氣化氣通過循環(huán)栗(3)栗入到雙渦快速流化床(2)的I號氣化劑入口(2-1)內(nèi)，另一路氣化氣用于化工合成或發(fā)電， 雙渦快速流化床(2)的I號氣化劑入口(2-1)還用于輸入氣化劑， 所述的雙渦快速流化床(2)的工作溫度為5000C至980 0C，旋風氣化爐(5)的工作溫度為1200。。至 1300。。； 從4個I號進料口( 5-1)引入來自雙渦快速流化床(2)的荒煤氣，且引入的荒煤氣在同一平面內(nèi)射流進入旋風氣化爐(5)，并圍繞旋風氣化爐(5)中心軸旋轉(zhuǎn)， 從小火焰燒嘴(5-4)引入來自雙渦快速流化床(2)的荒煤氣，且引入的荒煤氣以旋流或直流方式，從上至下噴射到旋風氣化爐(5)內(nèi)， 從4個I號進料口(5-1)引入的荒煤氣的總流量為從小火焰燒嘴(5-4)引入的荒煤氣流量的二倍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，所述的旋風氣化爐(5)的最佳工作溫度為1250°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，所述的雙渦快速流化床(2)分為上部和下部兩部分，且從下部至上部逐漸變窄，上部設(shè)有出料口(2-2)，下部設(shè)有I號氣化劑入口( 2-1 )，雙渦快速流化床(2)的進料口與加料裝置(I)的出料口連通，雙渦快速流化床(2)底部中心設(shè)有錐形體(2-3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，雙渦快速流化床(2)的個數(shù)不超過9。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，所述的除塵裝置(4)采用磁控高溫除塵裝置實現(xiàn)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，它還包括加熱器(8)，且加熱器(8)位于加料裝置(I)和雙渦快速流化床(2)之間，用于對從加料裝置(I)送至雙渦快速流化床(2)的物料進行干燥。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，所述的除塵裝置(4)與旋風氣化爐(5)之間連通的管路上設(shè)有閥門(9)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置，其特征在于，所述的通入至雙渦快速流化床(2)和旋風氣化爐(5)內(nèi)的氣化劑為純氧、富氧空氣、空氣、水蒸汽、氫氣、一氧化碳或二氧化碳中的一種或多種。9.采用權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤分段耦合氣化裝置實現(xiàn)的氣化方法，其特征在于，該方法的具體過程為: 步驟一:將直徑小于1mm劣質(zhì)煤顆粒經(jīng)過加料裝置(I)用N2SCO2加壓到4MPa送入雙渦快速流化床(2)中，同時通過雙渦快速流化床(2)底部的I號氣化劑入口(2-1)切向送入氣化劑，在雙渦快速流化床(2)內(nèi)部的工作溫度為500 0C至980 °C范圍內(nèi)，對劣質(zhì)煤顆粒進行熱解，生成的荒煤氣在雙渦快速流化床(2)內(nèi)呈螺旋狀向上運動，噴射到旋風氣化爐(5)內(nèi)； 步驟二:使旋風氣化爐(5)的工作溫度在1200 °C至1300 °C范圍內(nèi)，從旋風氣化爐(5)的小火焰燒嘴(5-4)送入荒煤氣和氣化劑，同時從旋風氣化爐(5)內(nèi)的4個I號進料口(5-1)送入荒煤氣和氣化劑，使旋風氣化爐(5)內(nèi)由荒煤氣和氣化劑形成的混合氣體呈螺旋狀由上向下運動，同時小火焰燒嘴(5-4)對荒煤氣和氣化劑進行引燃至穩(wěn)燃，實現(xiàn)旋風氣化爐(5)內(nèi)荒煤氣的碳轉(zhuǎn)化，碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的固態(tài)爐渣通過碎渣機(7)進行打碎，并排出旋風氣化爐(5)； 碳轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)過除塵裝置(4)除塵后，產(chǎn)生的氣化氣一部分用于化工合成或發(fā)電，另一部分通過循環(huán)栗(3)栗入到雙渦快速流化床(2)內(nèi)，從而完成對劣質(zhì)煤的分段耦合氣化。
【文檔編號】C10J3/48GK105861066SQ201610444233
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】孫銳, 刑春禮, 朱文堃, 趙廣播
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學