一種新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種褐煤氣化技術(shù)，尤其涉及一種新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著社會的發(fā)展，人們對能源的需求越來越多，能源的利用和開發(fā)制約著經(jīng)濟社會的發(fā)展，影響著人類賴以生存的自然環(huán)境。中國經(jīng)濟目前正處在從高速發(fā)展向平穩(wěn)增長轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展的階段，對能源的需求更加緊迫。目前，煤炭占我國一次能源生產(chǎn)和消費總量的75%和70%。這種生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)決定了未來幾十年內(nèi)，煤炭的主導(dǎo)地位不會改變，同時生產(chǎn)和利用煤炭所引起的環(huán)境問題也會日益突出。隨著高階煤資源的逐步減少，對低階煤的開發(fā)和清潔利用更加緊迫。我國褐煤探明保有資源量為1291.32億t，占全國探明保有煤炭資源量的12.69%，開發(fā)褐煤綜合高效利用途徑和方法，將會緩解我國能源需求的緊張局勢。
[0003]褐煤是煤化程度最淺的煤種，具有水分高、揮發(fā)分高、熱值低、易風(fēng)化碎裂、灰分高等特性，因此它的應(yīng)用范圍和運輸距離受到很大限制，難于進行有效潔凈利用。但是，褐煤的低變質(zhì)性和高反應(yīng)性使得它是氣化的優(yōu)質(zhì)原料；煤炭氣化技術(shù)也是煤炭轉(zhuǎn)化的主要途徑，氣化所生產(chǎn)的合成氣可以用來發(fā)電、合成液體燃料和各種化學(xué)品。
[0004]與高階煤比，褐煤還具有氧含量高，富含堿金屬堿土金屬，揮發(fā)分高等特點，在熱解和氣化時的反應(yīng)特性不同。褐煤等低階煤在氣化時，產(chǎn)生的活性較高的揮發(fā)分不能及時排出，與產(chǎn)生的焦顆粒發(fā)生相互作用。這種作用將會導(dǎo)致堿金屬和堿土金屬的揮發(fā)，改變半焦的結(jié)構(gòu)(特別是促進芳環(huán)的縮聚反應(yīng))，改變催化劑的分布，最終改變焦的反應(yīng)活性。
[0005]利用現(xiàn)有技術(shù)中的氣化工藝(固定床、流化床和氣流床氣化工藝)氣化褐煤等低階煤時，都不同程度上受揮發(fā)分-焦相互作用的不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)水、節(jié)能、氣化效率高、產(chǎn)品氣品質(zhì)好的新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的新型褐煤氣化系統(tǒng)，包括氣化爐、分離器、催化重整器、冷凝器，所述氣化爐內(nèi)自上而下分為上部區(qū)域、中部區(qū)域和下部區(qū)域，所述上部區(qū)域與中部區(qū)域之間設(shè)有縮徑，所述上部區(qū)域的內(nèi)設(shè)有下端開口的內(nèi)筒，所述內(nèi)筒內(nèi)的空間為二次干燥區(qū)，所述中部區(qū)域為氣化區(qū)，所述下部區(qū)域為儲渣倉，所述儲渣倉的底部設(shè)有排渣口 ；
[0009]所述氣化爐的頂端設(shè)有氣化爐噴嘴，所述氣化爐噴嘴的下端伸入到所述內(nèi)筒中，所述氣化爐噴嘴的上端與螺旋進料機和空氣介質(zhì)的干法分選裝置連接，所述上部區(qū)域的側(cè)壁設(shè)有高溫煤氣入口；
[0010]所述中部區(qū)域的的上部為直筒狀、下部為錐形狀，所述直筒狀的側(cè)壁設(shè)有出氣口，所述錐形狀的側(cè)壁設(shè)有氣化劑入口；
[0011]所述出氣口與所述分離器連接，所述分離器上端的氣體出口分別與所述高溫煤氣入口和所述催化重整器的進口連接，所述催化重整器的出口與所述冷凝器連接；
[0012]所述分離器的下端設(shè)有含碳顆粒出口，所述催化重整器的上端和下端分別設(shè)有催化劑進口和失活催化劑出口，所述冷凝器設(shè)有煤氣出口和循環(huán)水進、出口。
[0013]本發(fā)明的上述的新型褐煤氣化系統(tǒng)實現(xiàn)褐煤氣化的方法，采用褐煤為原料依次進行如下步驟:
[0014]以空氣為介質(zhì)脫除煤粉中的灰分和外水，并采用螺旋進料機輸送至所述氣化爐的二次干燥區(qū)；
[0015]在所述二次干燥區(qū)，煤粉進行二次干燥并與氣化劑進行氣化反應(yīng)，所生成的揮發(fā)分和半焦并流進入所述氣化區(qū)，所需熱量來自內(nèi)筒外部的高溫煤氣；
[0016]在所述氣化區(qū)，半焦被分離和完全氣化，固體部分進入所述儲渣倉并通過所述排渣口排出；
[0017]在所述氣化區(qū)生成的粗煤氣和揮發(fā)分進入分離器，將煤氣和含碳顆粒分離，分離的粗煤氣一部分進入氣化爐為二次干燥提供熱量，含碳顆粒再次進入所述氣化爐發(fā)生氣化反應(yīng);
[0018]分離的粗煤氣另一部分依次進入所述催化重整器和冷凝器，經(jīng)過催化重整器進行凈化，通過冷凝器降溫，去除攜帶的水蒸氣，獲得凈煤氣，進入后續(xù)加工。
[0019]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法，將干法分選、干燥、溫和氣化有機結(jié)合，利用空氣分選，高溫煤氣干燥，可在常壓中低溫(不高于1373K)條件下進行氣化，具有節(jié)水、節(jié)能、氣化效率高、產(chǎn)品氣品質(zhì)好等優(yōu)點，可用于褐煤及高反應(yīng)性含碳原料(如生物質(zhì))的溫和氣化，用來高效生產(chǎn)煤氣、水煤氣以及合成氣。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例提供的新型褐煤氣化方法的流程示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實施例提供的新型褐煤氣化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:
[0023]I一螺旋進料機；2—氣化爐噴嘴；3 —尚溫煤氣入口 ；4一內(nèi)筒；5—二次干燥區(qū)；6 —出氣口 ；7—氣化區(qū)；8—氣化劑入口 ；9一儲渣倉；10—排渣口 ；11 一分離器；12—催化重整器；13—冷凝器。
【具體實施方式】
[0024]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細(xì)描述。
[0025]本發(fā)明的新型褐煤氣化系統(tǒng)，其較佳的【具體實施方式】是:
[0026]包括氣化爐、分離器、催化重整器、冷凝器，所述氣化爐內(nèi)自上而下分為上部區(qū)域、中部區(qū)域和下部區(qū)域，所述上部區(qū)域與中部區(qū)域之間設(shè)有縮徑，所述上部區(qū)域的內(nèi)設(shè)有下端開口的內(nèi)筒，所述內(nèi)筒內(nèi)的空間為二次干燥區(qū)，所述中部區(qū)域為氣化區(qū)，所述下部區(qū)域為儲渣倉，所述儲渣倉的底部設(shè)有排渣口 ；
[0027]所述氣化爐的頂端設(shè)有氣化爐噴嘴，所述氣化爐噴嘴的下端伸入到所述內(nèi)筒中，所述氣化爐噴嘴的上端與螺旋進料機和空氣介質(zhì)的干法分選裝置連接，所述上部區(qū)域的側(cè)壁設(shè)有高溫煤氣入口；
[0028]所述中部區(qū)域的的上部為直筒狀、下部為錐形狀，所述直筒狀的側(cè)壁設(shè)有出氣口，所述錐形狀的側(cè)壁設(shè)有氣化劑入口；
[0029]所述出氣口與所述分離器連接，所述分離器上端的氣體出口分別與所述高溫煤氣入口和所述催化重整器的進口連接，所述催化重整器的出口與所述冷凝器連接；
[0030]所述分離器的下端設(shè)有含碳顆粒出口，所述催化重整器的上端和下端分別設(shè)有催化劑進口和失活催化劑出口，所述冷凝器設(shè)有煤氣出口和循環(huán)水進、出口。
[0031]所述氣化爐的爐體采用耐火磚砌筑，外壁采用不銹鋼材料。
[0032]所述催化重整器為一個或多個串聯(lián)布置。
[0033]本發(fā)明的上述的新型褐煤氣化系統(tǒng)實現(xiàn)褐煤氣化的方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0034]采用褐煤為原料依次進行如下步驟:
[0035]以空氣為介質(zhì)脫除煤粉中的灰分和外水，并采用螺旋進料機輸送至所述氣化爐的二次干燥區(qū)；
[0036]在所述二次干燥區(qū)，煤粉進行二次干燥并與氣化劑進行氣化反應(yīng)，所生成的揮發(fā)分和半焦并流進入所述氣化區(qū)，所需熱量來自內(nèi)筒外部的高溫煤氣；
[0037]在所述氣化區(qū)，半焦被分離和完全氣化，固體部分進入所述儲渣倉并通過所述排渣口排出；
[0038]在所述氣化區(qū)生成的粗煤氣和揮發(fā)分進入分離器，將煤氣和含碳顆粒分離，分離的粗煤氣一部分進入氣化爐為二次干燥提供熱量，含碳顆粒再次進入所述氣化爐發(fā)生氣化反應(yīng);
[0039]分離的粗煤氣另一部分依次進入所述催化重整器和冷凝器，經(jīng)過催化重整器進行凈化，通過冷凝器降溫，去除攜帶的水蒸氣，獲得凈煤氣，進入后續(xù)加工。
[0040]氣化過程中采用的氣化劑為H20、O2及其混合氣，所述氣化爐采用自熱式，并通過調(diào)節(jié)氧氣、水蒸氣的配比，維持反應(yīng)溫度。
[0041]所述氣化爐的工作溫度在800?1100°C。
[0042]所述催化重整器所用的催化劑為褐煤或負(fù)載金屬褐煤經(jīng)熱解及水蒸氣活化所得。
[0043]該方法生產(chǎn)煤氣、水煤氣及合成氣能應(yīng)用于甲醇、合成氨的生產(chǎn)、發(fā)電、化工領(lǐng)域。
[0044]為充分利用褐煤煤質(zhì)特性，本發(fā)明的新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法，將褐煤的干燥、分選和氣化有機結(jié)合，開發(fā)出了適合我國褐煤高灰、高水、高活性及易碎裂粉化等煤質(zhì)特征的新型褐煤氣化工藝系統(tǒng)(簡稱“DDI”氣化技術(shù))。以褐煤為原料，水蒸氣和氧氣為氣化劑，采用下行床干燥、氣化結(jié)合的方式，能夠有效提高氣體的質(zhì)量和半焦轉(zhuǎn)化效率。
[0045]能夠有效氣化褐煤和高轉(zhuǎn)化率。
[0046]本發(fā)明的新型褐煤氣化系統(tǒng)及方法，氣化系統(tǒng)包括干法分選、二次干燥、溫和氣化爐和催化重整單元等。褐煤原煤首先進行破碎，送入干法分選裝置在空氣條件下脫灰脫水；分選后的原料經(jīng)螺旋進料機，送入溫和氣化爐；煤粉和氣化劑(H20、02、N2, 0)2等)一起從氣化爐頂部噴嘴并流進入氣化爐，氣化爐內(nèi)設(shè)有內(nèi)筒，煤粉和氣化劑在內(nèi)筒發(fā)生二次干燥和部分氣化，生成揮發(fā)分和半焦，內(nèi)筒外部由高溫煤氣提供熱量；氣化爐分為三個區(qū)域，上部區(qū)域主要發(fā)生二次干燥和部分氣化反應(yīng)，在中部區(qū)域，半焦和揮發(fā)分分離，半焦發(fā)生完全氣化反應(yīng)，下部區(qū)域為儲渣倉和排渣口 ；生成的半焦和揮發(fā)分從上部區(qū)域進入中部區(qū)域，在此揮發(fā)分和半焦分離，半焦與二次通入的氣化劑(H2OA)2)發(fā)生完全氣化反應(yīng)，生成的粗煤氣和揮發(fā)分一起經(jīng)出氣口排出；粗煤氣經(jīng)分離器脫除含碳顆粒后，一部分從氣化爐上部進入為二次干燥提供熱量，另一部分進入催化重整裝置，將少量的焦油催化轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)氣體，冷凝后得到高質(zhì)量的合成氣，分離器排出的含碳顆粒再次進入氣化爐進行氣化；在氣化爐中部區(qū)域，半焦完全氣化產(chǎn)生的灰渣進入儲渣倉，通過排渣口排出。催化重整裝置所用催化劑為褐煤或褐煤負(fù)載金屬經(jīng)活化后的半焦炭，具有成本低、無環(huán)境污染等特點。本發(fā)明將干法分選、干燥、溫和氣化有機結(jié)合，利用空氣分選，高溫煤氣干燥，在常壓中低溫(不高于1373K)條件下進行氣化，具