一種粉煤熱解和氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種粉煤熱解和氣化的方法，通過氣流床粉煤熱解和氣流床半焦氣化集成回收半焦高溫氣化的合成氣顯熱。全部的粉煤進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐，粉煤熱解生成的焦油在高溫下進(jìn)一步熱解生成低分子碳?xì)浠衔?如甲烷)和焦炭；粉煤熱解生成的半焦進(jìn)入氣流床氣化爐生成高溫合成氣。該方法生成的合成氣中富含甲烷(甲烷含量2～15v％)、焦油含量低(小于10ppm)，裝置冷煤氣效率高(大于80％)、原料適應(yīng)性廣，可應(yīng)用于煤制天然氣和燃?xì)獾阮I(lǐng)域。
【專利說明】一種粉煤熱解和氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤氣化的方法，具體涉及一種將氣流床粉煤熱解和氣流床半焦氣化耦合高效制備富含甲烷合成氣或者燃?xì)獾姆椒ā?br> 技術(shù)背景
[0002]在我國消耗的一次性能源中，煤炭比重高達(dá)三分之二，并且未來相當(dāng)長一段時間，煤炭依然會扮演能源供應(yīng)的主角。煤化工以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體燃料、液體燃料、焦炭以及化學(xué)品，包括了煤的氣化、焦化、液化等利用路線。
[0003]煤熱解是一個非常復(fù)雜的過程，化學(xué) 反應(yīng)總的講可分為裂解和縮聚兩大類反應(yīng)。煤熱解是煤加工轉(zhuǎn)化，如燃燒、氣化、焦化、液化等工藝極為重要的中間過程，不用加氫、氧氣，即可實現(xiàn)煤的部分氣化和液化，制得煤氣和焦油。煤的熱解分級轉(zhuǎn)化使煤的利用過程效率提高同時有利于煤中污染物的脫除，是煤新型技術(shù)開發(fā)的熱點之一，國外有代表性的工藝有美國的COED和Garrett工藝等，國內(nèi)浙江大學(xué)提出了煤炭分級轉(zhuǎn)化高效發(fā)電技術(shù)，大連理工大學(xué)提出了褐煤提質(zhì)技術(shù)。
[0004]煤氣化技術(shù)的發(fā)展已有150余年的歷史,形成了固定床、流化床和氣流床三種技術(shù)流派。氣流床煤氣化技術(shù)因其大規(guī)模、高效、煤種適應(yīng)性強成為氣化技術(shù)發(fā)展的主要方向，但出氣流床氣化爐高溫合成氣的顯熱回收是氣化技術(shù)的難題之一，一直是氣化技術(shù)研究的熱點。氣流床氣化爐采用液態(tài)排渣的方式，出氣化爐高溫合成氣溫度在1300°C以上，合成氣高溫顯熱回收方式主要有廢熱鍋爐、水激冷和化學(xué)熱回收?；瘜W(xué)熱回收即通過煤的熱解吸收能量來回收出氣化爐一段高溫合成氣的顯熱，如Phillips66公司的E-gas氣化技術(shù)采用二段噴入部分水煤漿的方式，TPRI (西安熱工研究院)和MHI采用二段噴入部分粉煤的方式，華東理工大學(xué)在多噴嘴對置式氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了氣流床氣化和固定床熱解耦合的方式。
[0005]而目前已商業(yè)化的、采用化學(xué)熱回收高溫合成氣顯熱的氣流床煤氣化爐均只在二段噴入部分水煤漿或者粉煤，其能量轉(zhuǎn)化效率還有進(jìn)一步提升的空間。煤熱解過程中生成的焦油在高溫氣體冷卻回收熱量的過程中易冷凝粘結(jié)在換熱器、半焦分離器或者后續(xù)合成氣的處理裝置，影響了煤氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行，還需進(jìn)一步考慮氣化爐內(nèi)焦油的熱解問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上問題，為了進(jìn)一步提升氣流床煤氣化爐的能量轉(zhuǎn)化效率和解決焦油熱解問題，本發(fā)明提出了一種氣流床粉煤熱解和氣流床半焦氣化耦合高效制備富含甲烷合成氣或者燃?xì)獾姆椒ā?br> [0007]氣流床粉煤熱解爐采用粉煤(粒度小于100微米)，小粒度的煤易于加熱和顆粒內(nèi)外溫度較為均勻，揮發(fā)份擴散的阻力較小，逸出速度較快，顆粒內(nèi)焦油二次反應(yīng)減弱，有利于焦油的析出；氣流床粉煤熱解爐采用氣流床反應(yīng)器，粉煤采用密相氣力輸送并用少量氣體實現(xiàn)粉煤的彌散，強化熱解爐內(nèi)混合過程，提高了粉煤的升溫速率，熱解生成的高分子產(chǎn)物少且揮發(fā)份析出率高；氣流床粉煤熱解爐的熱載體為來自一段的高溫合成氣,主要由H2, CO、CO2和水蒸汽組成，煤加熱過程中分子間的橋健斷裂生成大量自由基，自由基可以與氫結(jié)合，生成小分子量的烷烴和芳烴化合物，有利于焦油的熱解；氣流床粉煤熱解爐在高溫下操作，可通過延長熱解爐內(nèi)物料的停留時間強化焦油的熱解，合成氣中焦油的含量小于IOPPM。
[0008]具體技術(shù)方案如下:
[0009]一種粉煤熱解和氣化方法，本方法中用到的氣化爐(I)分為二段，一段為氣流床半焦氣化爐(101)，對二段生成的半焦粉(S13)進(jìn)行高溫氣流床氣化；二段為氣流床粉煤熱解爐(102)，通過粉煤(SI)的熱解吸收能量來回收出氣流床半焦氣化爐(101)的高溫合成氣顯熱；
[0010]所述方法包括如下步驟: [0011]粉煤(SI)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(102)，噴嘴通入少量氣體(S2)實現(xiàn)粉煤(SI)在粉煤熱解爐(102)內(nèi)的彌散，強化熱解爐內(nèi)的熱質(zhì)傳遞過程；來自氣流床半焦氣化爐(101)的富含H2的高溫合成氣使得粉煤(SI)熱解生成氣體、焦油或半焦，所述焦油在高溫下進(jìn)一步熱解生成低分子碳?xì)浠衔?如甲烷)和焦炭；粉煤(SI)熱解后生成的半焦及其富含甲烷的合成氣(S3)出氣化爐(I)進(jìn)入廢熱鍋爐(2)回收顯熱；通過激冷介質(zhì)(S4)調(diào)節(jié)入廢熱鍋爐(2)的合成氣(S5)的溫度，鍋爐給水(S16)通過廢熱鍋爐⑵進(jìn)入高壓蒸汽(S17);粉煤(SI)在氣流床粉煤熱解爐(102)內(nèi)的停留時間為2~20秒，保證熱解生成的焦油能進(jìn)一步熱解，使得合成氣中的焦油含量小于lOppm，不會影響廢熱鍋爐(2)和半焦過濾器(3)等設(shè)備的操作。
[0012]半焦粉(S13)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床半焦氣化爐(101)，噴嘴通入氣化劑(S14)實現(xiàn)半焦粉(S13)在氣流床半焦氣化爐(101)內(nèi)的彌散和發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含CO和H2的合成氣；所述富含CO和H2的合成氣進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(102)，熔融灰渣(S15)排出氣化爐⑴；半焦粉(S13)在氣流床半焦氣化爐(101)內(nèi)的停留時間為2~10秒；
[0013]出廢熱鍋爐(2)的合成氣(S6)進(jìn)入半焦過濾器(3)，過濾后的合成氣(S7)去下游進(jìn)一步處理，回收的半焦(S8)進(jìn)入半焦儲罐(4)；
[0014]半焦儲罐(4)內(nèi)的半焦粉(S9)進(jìn)入半焦鎖斗(5)，在惰性氣體(氮氣或者二氧化碳等)(SlO)的作用下對半焦鎖斗(5)內(nèi)的半焦粉(Sll)進(jìn)行加壓和活化進(jìn)入半焦粉給料罐(6)，在氣化劑(S12)的作用下對半焦粉給料罐(6)內(nèi)的半焦粉進(jìn)行密相氣力輸送和活化。
[0015]所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)的粒度小于100微米。
[0016]所述氣體(S2)是惰性氣體或二氧化碳，或者是經(jīng)壓縮后少量循環(huán)利用的合成氣。
[0017]所述氣化劑(S12)為氧氣或富氧空氣，并至少另含水蒸汽或者二氧化碳中的一種。
[0018]所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)采用密相氣力輸送的介質(zhì)為氮氣或者二氧化碳。
[0019]所述氣化爐(I)的操作壓力為0.1~10.0MPa，氣流床半焦氣化爐(101)的操作溫度為1200~1600°C，出氣流床粉煤熱解爐(102)的合成氣(S3)的溫度為600~1200°C。[0020]所述氣流床半焦氣化爐(101)和氣流床粉煤熱解爐(102)可集成在一個設(shè)備中，也可是兩個單獨的設(shè)備中間通過導(dǎo)管連接。
[0021]入廢熱鍋爐⑵的合成氣(S5)的溫度小于900°C，通過激冷介質(zhì)(S4)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；所述的激冷介質(zhì)(S4)是循環(huán)合成氣或激冷水。
[0022]所述廢熱鍋爐⑵的管程走鍋爐給水(S16)或者高壓蒸汽(S17)，殼程走合成氣及半焦(S5);出廢熱鍋爐(2)的合成氣(S6)溫度為200~400°C。
[0023]本工藝通過氣流床粉煤熱解和氣流床半焦氣化集成，生成的合成氣中富含甲烷(甲烷含量2~15v% )，焦油含量低(小于IOppm)，裝置冷煤氣效率高(大于80% )、原料適應(yīng)性廣，可應(yīng)用于煤制天然氣和燃?xì)獾阮I(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是粉煤熱解和氣化方法的流程示意圖。
[0025]符號說明
[0026]I氣化爐；101氣流床半焦氣化爐；102氣流床粉煤熱解爐；2廢熱鍋爐；
[0027]3半焦過濾器；4半焦儲罐；5半焦鎖斗；6半焦給料罐；
[0028]SI粉煤和載氣；S2粉煤彌散氣；S3出粉煤熱解爐合成氣；S4激冷介質(zhì)；S5入廢鍋合成氣；S6出廢鍋合成氣；S7出半焦過濾器合成氣；S8出半焦過濾器半焦；S9出半焦儲罐半焦；S10粉煤鎖斗加壓和活化氣；S11出粉煤鎖斗半焦；S12粉煤給料罐活化氣；S13入半焦氣化爐半焦和載氣；S14氣化劑；S15熔融灰渣；S16鍋爐給水；S17蒸汽。
【具體實施方式】
[0029]以下為本發(fā)明的實施例，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，其目的僅在更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍不受所舉實施例的限制。
[0030]參見圖1，氣流床粉煤熱解和半焦氣化集成的核心內(nèi)容是通過粉煤熱解的方式回收半焦氣化的高位顯熱，全部的粉煤進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐，熱解后的合成氣富含甲烷且焦油含量低，提高裝置的冷煤氣效率。
[0031]氣化爐(I)分為二段，一段為氣流床半焦氣化爐(101)，對二段生成的半焦粉(S13)進(jìn)行高溫氣流床氣化；二段為氣流床粉煤熱解爐(102)，通過粉煤(SI)的熱解吸收能量來回收出氣流床半焦氣化爐(101)的高溫合成氣顯熱。
[0032]全部的粉煤(SI)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(102)，噴嘴通入少量氣體(S2)實現(xiàn)粉煤在氣流床粉煤熱解爐(102)內(nèi)的彌散。來自氣流床半焦氣化爐(101)的富含H2的高溫合成氣使得粉煤熱解生成氣體、焦油和半焦等，焦油在高溫下進(jìn)一步熱解生成低分子碳?xì)浠衔?如甲烷)和焦炭。粉煤(SI)熱解后生成的半焦及其富含甲烷的合成氣(S3)出氣化爐進(jìn)入廢熱鍋爐(2)。
[0033]半焦粉(S13)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床半焦氣化爐(101)，噴嘴通入氣化劑(S13)實現(xiàn)半焦粉在氣流床半焦氣化爐(101)內(nèi)的彌散和發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含CO和H2的合成氣。生成的高溫合成氣進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(S102)，熔融灰渣(S13)排出氣化爐⑴。
[0034]廢熱鍋爐(2)進(jìn)一步回收熱解后生成的半焦及其富含甲烷的合成氣(S3)的顯熱。通過激冷介質(zhì)(S4)調(diào)節(jié)入廢熱鍋爐(2)的合成氣(S5)的溫度。鍋爐給水(S16)進(jìn)入廢熱鍋爐(2)副產(chǎn)中高壓蒸汽(S17)。
[0035]出廢熱鍋爐(2)的合成氣(S6)進(jìn)入半焦過濾器(3)，過濾后的合成氣(S7)去下游進(jìn)一步處理，回收的半焦(S8)進(jìn)入半焦儲罐(4)。
[0036]半焦儲罐(4)內(nèi)的半焦粉(S9)進(jìn)入半焦鎖斗(5)，在惰性氣體(氮氣或者二氧化碳等)(SlO)的作用下對半焦鎖斗(5)內(nèi)的半焦粉進(jìn)行加壓和活化。
[0037]半焦粉鎖斗(4)內(nèi)的半焦粉(Sll)進(jìn)入半焦粉給料罐(6)，在惰性氣體(氮氣或者二氧化碳等)(SlO)的作用下對半焦粉給料罐(6)內(nèi)的半焦粉進(jìn)行密相氣力輸送和活化。
[0038]本發(fā)明的粉煤熱解爐和氣化爐的噴嘴布置型式，優(yōu)選多噴嘴撞擊流的布置方式(ZL98110616.1)。
[0039]本發(fā)明的廢熱鍋爐采用對流鍋爐型式。
[0040]本發(fā)明的半焦分離器可以是陶瓷過濾器、旋風(fēng)分離器等型式。
[0041]實施例1
[0042]對以氣流床粉煤熱解和半焦氣化的氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣，其通過粉煤熱解的方式回收半焦高溫氣化合成氣中的顯熱，合成氣CH4含量高，系統(tǒng)冷煤氣效率高，可廣泛應(yīng)用于制備富含甲烷的合成氣或具有較高熱值的燃?xì)?。?為原料煤的性質(zhì)。氣化爐壓力為
4.0MPa，單臺氣化爐處理能力大于1000噸(干基煤)/天。
[0043]表1原料煤的性質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.一種粉煤熱解和氣化方法，其特征在于，本方法中用到的氣化爐(I)分為二段，一段為氣流床半焦氣化爐(101)，對二段生成的半焦粉(S13)進(jìn)行高溫氣流床氣化；二段為氣流床粉煤熱解爐(102)，通過粉煤(SI)的熱解吸收能量來回收出氣流床半焦氣化爐(101)的高溫合成氣顯熱； 所述方法包括如下步驟: 粉煤(SI)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(102)，噴嘴通入少量氣體(S2)實現(xiàn)粉煤(SI)在粉煤熱解爐(102)內(nèi)的彌散，強化熱解爐內(nèi)的熱質(zhì)傳遞過程；來自氣流床半焦氣化爐(101)的富含H2的高溫合成氣使得粉煤(SI)熱解生成氣體、焦油或半焦，所述焦油在高溫下進(jìn)一步熱解生成低分子碳?xì)浠衔锖徒固?；粉?SI)熱解后生成的半焦及其富含甲烷的合成氣(S3)出氣化爐(I)進(jìn)入廢熱鍋爐(2)回收顯熱；通過激冷介質(zhì)(S4)調(diào)節(jié)入廢熱鍋爐(2 )的合成氣(S5)的溫度，鍋爐給水(S16)通過廢熱鍋爐(2)進(jìn)入高壓蒸汽(S17);所述粉煤(SI)在氣流床粉煤熱解爐(102)內(nèi)的停留時間為2~20秒； 半焦粉(S13)采用密相氣力輸送經(jīng)噴嘴進(jìn)入氣流床半焦氣化爐(101)，噴嘴通入氣化劑(S14)實現(xiàn)半焦粉(S13)在氣流床半焦氣化爐(101)內(nèi)的彌散和發(fā)生氣化反應(yīng)生成富含CO和H2的合成氣；所述富含CO和H2的合成氣進(jìn)入氣流床粉煤熱解爐(102)，熔融灰渣(S15)排出氣化爐⑴；半焦粉(S13)在氣流床半焦氣化爐(101)內(nèi)的停留時間為2~10秒； 出廢熱鍋爐(2)的合成氣(S6)進(jìn)入半焦過濾器(3)，過濾后的合成氣(S7)去下游進(jìn)一步處理，回收的半焦(S8)進(jìn)入半焦儲罐(4)； 半焦儲罐(4)內(nèi)的半焦粉(S9)進(jìn)入半焦鎖斗(5)，在惰性氣體(SlO)的作用下對半焦鎖斗(5)內(nèi)的半焦粉(Sll)進(jìn)行加壓和活化進(jìn)入半焦粉給料罐(6)，在氣化劑(S12)的作用下對半焦粉給料罐出)內(nèi)的半焦粉進(jìn)行密相氣力輸送和活化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)的粒度小于100微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體(S2)是惰性氣體或二氧化碳，或者是經(jīng)壓縮后少量循環(huán)利用的合成氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化劑(S12)為氧氣或富氧空氣，并至少另含水蒸汽或者二氧化碳中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)采用密相氣力輸送的介質(zhì)為氮氣或者二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣化爐(I)的操作壓力為0.1~l0.0MPa，氣流床半焦氣化爐(101)的操作溫度為1200~1600°C，出氣流床粉煤熱解爐(102)的合成氣(S3)的溫度為600~1200°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣流床半焦氣化爐(101)和氣流床粉煤熱解爐(102)可集成在一個設(shè)備中，也可是兩個單獨的設(shè)備中間通過導(dǎo)管連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，入廢熱鍋爐(2)的合成氣(S5)的溫度小于900°C，通過激冷介質(zhì)(S4)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；所述的激冷介質(zhì)(S4)是循環(huán)合成氣或激冷水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述廢熱鍋爐(2)的管程走鍋爐給水(S16)或者高壓蒸汽(S17)，殼程走合成氣及半焦(S5);出廢熱鍋爐(2)的合成氣(S6)溫度為 200~400°C。
【文檔編號】C10J3/46GK103980948SQ201410257589
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】代正華, 李超, 龔欣, 于廣鎖, 王輔臣, 劉海峰, 王亦飛, 周志杰, 陳雪莉, 梁欽鋒, 郭曉鐳, 李偉鋒, 許建良, 郭慶華, 王興軍, 陸海峰, 趙輝, 龔巖 申請人:華東理工大學(xué)