固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置及方法

2023-05-31 01:53:16 4

專利名稱：固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置及方法
技術領域：
本發明涉及固體燃料熱解氣化製取油、氣領域，特別涉及一種固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置及方法。
背景技術：
我國的能源結構為富煤、少油、缺氣。我國煤炭資源儲量豐富，產量巨大，煤炭佔我國能源消費總量的70%;而石油則需要大量進口，目前我國石油對外依存度已高達55%，對國家能源安全和人民生活都造成了較大影響。另外，作為清潔可再生能源之一的生物質資源，在我國的儲量也十分豐富。因此，利用儲量相對比較豐富的煤、生物質等固體燃料，從中提取部分液體燃料，同時生產燃料氣、合成氣等，替代日益匱乏的油氣資源，可以緩解我國石油和天然氣進口的壓力，因此具有重要的現實意義。結合煤、生物質等固體燃料的化學結構特點，首先採用中低溫熱解方法析出固體燃料中所含活性較好的富氫的揮發分並獲得焦油和熱解煤氣，然後將所產生的半焦作為原料經氣化製取合成氣，從而實現煤和生物質等固體燃料的熱解氣化分級轉化。與目前常規的完全氣化或直接液化相比，通過熱解氣化分級轉化方法從固體燃料中獲得氣體、精細化工產品和替代液體燃料會更容易一些。採用該方法獲取的焦油可進一步分餾出各種芳香烴、酚類等精細化工品，也可經加氫製取替代油品，熱解煤氣可以用作工業或民用燃料，合成氣可以用作化工合成的原料。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種涉及固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置及方法。固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置包括常壓或加壓流化床熱解爐和流化床氣化爐，流化床熱解爐底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床熱解爐底部風室布置有再循環熱解煤氣入口，密相區設有固體燃料給料口和高溫循環物料入口，密相區頂部設有溢流口，溢流口經三號返料器與流化床氣化爐的半焦以及其他循環物料入口相連，稀相區出口連接有一級旋風分離器，一級旋風分離器下部出口經一號返料器與流化床氣化爐的半焦以及其他循環物料入口相連接，一級旋風分離器上部出口連接有二級旋風分離器，二級旋風分離器下部出口與流化床氣化爐的半焦以及其他循環物料入口相連接，二級旋風分離器上部出口與煤氣冷卻裝置相連，煤氣冷卻裝置設有熱解煤氣出口和焦油出口，熱解煤氣出口分成兩路，其中一路連接到流化床熱解爐密相區的再循環熱解氣入口，流化床氣化爐底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床氣化爐底部風室布置有氣化劑水蒸氣和氧氣的入口，密相區設有半焦以及其他循環物料入口，稀相區出口連接有旋風分離器，旋風分離器下部出口連接有二號返料器，旋風分離器上部設有合成氣出口，二號返料器的一個出口連接到流化床氣化爐密相區的半焦以及其他循環物料入口，二號返料器側面設有高溫機械控制閥，高溫機械控制閥的排料口與流化床熱解爐密相區的高溫循環物料入口相連接。固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化方法固體燃料通過給料口加至流化床熱解爐的密相區，與來自流化床氣化爐的高溫循環物料混合、升溫，發生熱解，析出揮發分，氣態揮發分經流化床熱解爐的一級旋風分離器和二級旋風分離器的兩級除塵後進入煤氣冷卻裝置，在這裡進行氣液分離，獲得焦油和具有較高熱值的熱解煤氣，冷凝得到的焦油可以進一步提取精細化工品或者加工成油品，獲得的熱解煤氣一部分再循環回流化床熱解爐作流化介質，另一部分經冷卻後輸出作工業或民用燃料，而經過兩級旋風分離器分離下來的粉塵則通過一號返料器輸送至流化床氣化爐進行進一步的氣化，流化床熱解爐中固體燃料熱解產生的半焦和來自氣化爐的在熱解爐中作為熱載體放熱而溫度有所降低的循環物料一起從熱解爐密相區頂部的溢流口溢出並經三號返料器直接輸送至流化床氣化爐，在氣化爐中與氧氣和水蒸氣作用發生氣化反應製取合成氣，同時將流化床熱解爐輸送過來的溫度較低的循環物料加熱成高溫物料，合成氣攜帶著高溫物料進入流化床氣化爐的旋風分離器， 分離得到的一部分高溫循環物料輸送至流化床熱解爐密相區與固體燃料混合，為固體燃料在熱解爐中的熱解提供所需熱量，其餘部分高溫循環物料則返送回流化床氣化爐，而旋風分離器分離得到的合成氣經冷卻後輸出作為化工合成的原料，從而實現焦油、熱解煤氣和合成氣聯產；流化床熱解爐運行溫度為450 850°C，流化床氣化爐運行溫度為850 1200°C，裝置為常壓或加壓運行，加壓運行時壓力為1 5MPa。本發明與現有技術相比具有的有益效果
(1)採用流化床熱解爐和流化床氣化爐相結合的雙流化床操作方法，利用固體熱載體， 實現了固體燃料的中低溫溫和熱解與半焦氣化的有機結合，從而通過對固體燃料的分級轉化實現了在一套裝置中焦油、熱解煤氣和合成氣的聯產；
(2)採用流化床熱解爐進行固體燃料的中低溫熱解生產的焦油和熱解熱解煤氣，焦油產率較高，獲得的焦油可通過進一步加工分餾出各種芳香烴、酚類等，也可經加氫製得替代油品；所生產的熱解熱解煤氣，熱值較高，可用作工業或民用燃料。熱解產生的半焦在流化床氣化爐中氣化所產生的合成氣，滿足化學合成的要求；
(3)流化床熱解爐中固體燃料熱解產生的半焦在流化床氣化爐中進行自熱氣化，不僅滿足氣化爐自身氣化反應對熱量的需求，同時能將較低溫度的循環物料加熱成高溫循環物料，以固體熱載體的形式為熱解爐中固體燃料的熱解反應提供所需熱量，從而使整個裝置得以簡化，運行方便；
(4)採用流化床反應器進行固體燃料熱解氣化，對固體燃料的種類的適應性高，汙染物排放低，操作簡單，處理量大，易於實現規模生產。


附圖是固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置的結構示意圖，圖中固體燃料給料口 1、再循環熱解氣入口 2、高溫循環物料入口 3、流化床熱解爐4、溢流口 5、一級旋風分離器6、二級旋風分離器7、煤氣冷卻裝置8、熱解煤氣出口 9、焦油出口 10、一號返料器11、 合成氣出口 12、旋風分離器13、高溫機械控制閥14、二號返料器15、半焦以及其他循環物料入口 16、水蒸氣和氧氣入口 17、流化床氣化爐18、三號返料器19。
具體實施例方式如附圖所示，固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置包括固體燃料給料口 1、再循環熱解氣入口 2、高溫循環物料入口 3、流化床熱解爐4、溢流口 5、一級旋風分離器6、二級旋風分離器7、煤氣冷卻裝置8、熱解煤氣出口 9、焦油出口 10、一號返料器11、合成氣出口 12、旋風分離器13、高溫機械控制閥14、二號返料器15、半焦以及其他循環物料入口 16、 水蒸氣和氧氣入口 17、流化床氣化爐18和三號返料器19 ；流化床熱解爐4底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床熱解爐4底部風室布置有再循環熱解煤氣入口 2，密相區設有固體燃料給料口 1和高溫循環物料入口 3，密相區頂部設有溢流口 5，溢流口 5經三號返料器19與流化床氣化爐的半焦以及其他循環物料入口 16相連，稀相區出口連接有一級旋風分離器6，一級旋風分離器6下部出口經一號返料器11與流化床氣化爐18的半焦以及其他循環物料入口 16相連接，一級旋風分離器6上部出口連接有二級旋風分離器7，二級旋風分離器7下部出口與流化床氣化爐18的半焦以及其他循環物料入口 16相連接，二級旋風分離器7上部出口與煤氣冷卻裝置8入口相連，煤氣冷卻裝置8設有熱解煤氣出口 9和焦油出口 10，熱解煤氣出口 9分成兩路，其中一路連接到流化床熱解爐4密相區的再循環熱解氣入口 2，流化床氣化爐18底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床氣化爐18底部風室布置有氣化劑水蒸氣和氧氣的入口 17，密相區設有半焦以及其他循環物料入口 16，稀相區出口連接有旋風分離器13，旋風分離器13下部出口連接有二號返料器15， 旋風分離器13上部設有合成氣出口 12，二號返料器15的一個出口連接到流化床氣化爐18 密相區的半焦以及其他循環物料入口 16，二號返料器15側面設有高溫機械控制閥14，高溫機械控制閥14的排料口與流化床熱解爐4密相區的高溫循環物料入口 3相連接。採用雙流化床進行固體燃料熱解氣化分級轉化方法中，固體燃料通過給料口 1加至流化床熱解爐4，與從流化床氣化爐18的旋風分離器13分離下來的一部分高溫循環物料混合、升溫，發生熱解，析出揮發分，經流化床熱解爐4的一級旋風分離器6和二級旋風分離器7的兩級分離除塵後的氣態揮發分進入煤氣冷卻裝置8進行氣液分離，獲得焦油和具有較高熱值的熱解煤氣，兩級旋風分離器分離下來的粉塵通過一號返料器11送至流化床氣化爐18進行進一步的氣化，流化床熱解爐4以熱解煤氣為流化介質，流化床熱解爐4中固體燃料熱解產生的半焦和來自氣化爐的已在熱解爐中放熱而溫度有所降低的循環物料從熱解爐溢流口 5溢出並經三號返料器19直接送至流化床氣化爐18，在氣化爐中與氧氣和水蒸氣作用發生氣化反應製取合成氣，合成氣攜帶著高溫物料進入流化床氣化爐18的旋風分離器13，分離得到的高溫循環物料通過二號返料器15和高溫機械控制閥14將一部分高溫循環物料輸送至流化床熱解爐4作為熱載體，其餘部分高溫循環物料則返送回流化床氣化爐18，而旋風分離器13分離後的合成氣經冷卻作為化工合成的原料，實現焦油、熱解煤氣和合成氣聯產。採用雙流化床進行固體燃料熱解氣化分級轉化方法中，二號返料器15側面設有高溫機械控制閥14，高溫機械控制閥14可以調節輸送至流化床熱解爐4的高溫循環物料的流量，從而控制流化床熱解爐4中固體燃料的熱解在適當條件下進行。採用雙流化床進行固體燃料熱解氣化分級轉化方法中，流化床熱解爐4中固體燃料熱解所產生的半焦，全部送至流化床氣化爐18進行氣化，生產合成氣，同時為流化床熱解爐4中固體燃料的熱解提供高溫循環物料。
採用雙流化床進行固體燃料熱解氣化分級轉化方法中，流化床熱解爐4採用熱解爐自身所產生的再循環熱解氣作為流化氣，流化床氣化爐18採用水蒸氣和氧氣作為流化氣和氣化劑。採用雙流化床進行固體燃料熱解氣化分級轉化方法中，流化床熱解爐運行溫度為 450 850°C，流化床氣化爐運行溫度為850 1200°C。整套裝置常壓或加壓條件下運行， 加壓運行時壓力為1 5MPa。通過這兩個流化床反應器之間的聯動，來實現彼此間的物料交流和熱量交換，從而通過對固體燃料的分級轉化利用，實現了在一套裝置中焦油、熱解煤氣和合成氣的聯產。
權利要求
1.一種固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化裝置，其特徵在於包括固體燃料給料口 (1)、再循環熱解煤氣入口(2)、高溫循環物料入口(3)、流化床熱解爐(4)、溢流口(5)、一級旋風分離器(6)、二級旋風分離器(7)、煤氣冷卻裝置(8)、熱解煤氣出口(9)、焦油出口 (10)、一號返料器(11)、合成氣出口(12)、旋風分離器(13)、高溫機械控制閥(14)、二號返料器(15)、半焦以及其他循環物料入口(16)、水蒸氣和氧氣入口(17)、流化床氣化爐(18) 和三號返料器(19)；流化床熱解爐(4)底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床熱解爐(4)底部風室布置有再循環熱解煤氣入口(2)，密相區設有固體燃料給料口( 1)和高溫循環物料入口(3)，密相區頂部設有溢流口(5)，溢流口(5)經三號返料器(19)與半焦以及其他循環物料入口( 16)相連，稀相區出口連接有一級旋風分離器(6)，一級旋風分離器(6)下部出口經一號返料器(11)與流化床氣化爐(18)的半焦以及其他循環物料入口(16) 相連接，一級旋風分離器(6)上部出口連接到二級旋風分離器(7)，二級旋風分離器(7)下部出口與流化床氣化爐(18)的半焦以及其他循環物料入口(16)相連接，二級旋風分離器(7)上部出口連接到煤氣冷卻裝置(8)，煤氣冷卻裝置(8)設有熱解煤氣出口(9)和焦油出口( 10 )，熱解煤氣出口( 9 )分成兩路，其中一路連接到流化床熱解爐(4 )密相區的再循環熱解煤氣入口(2)，流化床氣化爐(18)底部為風室，下部為密相區，上部為稀相區，流化床氣化爐(18)底部風室布置有氣化劑水蒸氣和氧氣的入口( 17)，密相區設有半焦以及其他循環物料入口(16)，稀相區出口連接有旋風分離器(13)，旋風分離器(13)下部出口連接有二號返料器(15)，旋風分離器(13)上部設有合成氣出口(12)，二號返料器(15)的一個出口連接到流化床氣化爐(18)密相區的半焦以及其他循環物料入口(16)，二號返料器(15)側面設有高溫機械控制閥(14)，高溫機械控制閥(14)的排料口與流化床熱解爐(4)密相區的高溫循環物料入口(3)相連接。
2.一種使用如權利要求1所述裝置的固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化方法，其特徵在於固體燃料通過給料口(1)加至流化床熱解爐(4)的密相區，與來自流化床氣化爐 (18)的高溫循環物料混合、升溫，發生熱解，析出揮發分，氣態揮發分經流化床熱解爐(4)的一級旋風分離器(6)和二級旋風分離器(7)的兩級除塵後進入煤氣冷卻裝置(8)，進行氣液分離，獲得焦油和具有較高熱值的熱解煤氣，熱解煤氣的一部分再循環回流化床熱解爐(4) 作流化介質，另一部分經冷卻後輸出作工業或民用燃料，而經過兩級旋風分離器分離下來的粉塵則通過一號返料器(11)輸送至流化床氣化爐(18)進行進一步的氣化，流化床熱解爐(4)中固體燃料熱解產生的半焦和來自氣化爐(18)的在熱解爐(4)中作為熱載體已放熱而溫度有所降低的循環物料一起從熱解爐(4)的溢流口(5)溢出並經三號返料器(19)直接送至流化床氣化爐(18)，在氣化爐(18)中與氧氣和水蒸氣作用發生氣化反應製取合成氣，合成氣攜帶著高溫物料進入流化床氣化爐(18)的旋風分離器(13)，分離得到的一部分高溫循環物料通過二號返料器(15)和高溫機械控制閥(14)輸送至流化床熱解爐(4)作為熱載體，其餘部分高溫循環物料則返送回流化床氣化爐(18)，而旋風分離器(13)分離後的合成氣經過冷卻後作為化工合成的原料，從而在一套裝置中實現焦油、熱解煤氣和合成氣聯產；流化床熱解爐(4)運行溫度為450 850°C，流化床氣化爐(18)運行溫度為850 1200°C，裝置為常壓或加壓運行，加壓運行時壓力為1 5MPa。
全文摘要
本發明公開了一種固體燃料雙流化床熱解氣化分級轉化的裝置及方法。該裝置由常壓或加壓流化床熱解爐和流化床氣化爐組成，加壓運行時壓力為1～5MPa。該方法是先將固體燃料在流化床熱解爐中進行中低溫熱解，以焦油和熱解煤氣的形式提取固體燃料中所含的揮發分，再將熱解產生的半焦送至流化床氣化爐，以水蒸氣和氧氣為氣化劑進行氣化，生產合成氣，同時產生高溫循環物料，高溫循環物料作為熱載體被輸送到熱解爐，為固體燃料熱解提供所需的熱量，從而實現焦油、熱解煤氣和合成氣的聯產。本發明的優點是通過分級轉化實現了固體燃料的多聯產，對固體燃料的利用更加充分，經濟效益更好。
文檔編號C10J3/62GK102191088SQ201110090600
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者餘春江, 倪明江, 周勁松, 岑可法, 方夢祥, 施正倫, 王勤輝, 王樹榮, 程樂鳴, 駱仲泱 申請人:浙江大學