CN101139532A - 固体燃料解耦流化床气化方法及气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体燃料解耦流化床气化方法和气化装置，通过解除燃料干燥、热解与半焦气化、焦油/碳氢化合物改质间的耦合而使在流化床气化中利用这些被解耦化学反应和物理过程间的相互作用成为可能；具体是在具有两个反应室的流化床反应器中分别进行燃料干燥、热解和半焦气化、焦油/碳氢化合物改质，籍半焦的催化作用促进焦油/碳氢化合物改质甚至分解，并利用被蒸发的燃料水分作为有效的反应剂参与半焦气化和焦油/碳氢化合物改质；其结果是：可降低产品气中焦油含量、减少外部水蒸汽用量、提高综合气化效率和使该技术适合高水分燃料；该气化方法既可应用于单独的流化床气化，还可与一燃烧未反应半焦的燃烧器集成设计先进的双流化床气化。

Description

固体燃料解耦流化床气化方法及气化装置
技术领域
本发明属于固体燃料能源技术领域，特别涉及一种利用固体燃料自身所含水分作为气化剂的一部分并通过燃料热解所产生半焦的催化作用而降低焦油生成、提高气化效率的固体燃料解耦流化床气化方法及基于该气化方法的气化装置。该固体燃料解耦流化床气化方法和气化装置特别适合应用于褐煤、饮食调味料生产残渣、下水污泥等高水分固体燃料。
背景技术
固体燃料气化是未来能源，燃料和化工原料工业必需的最基本技术之一。通过气化将煤、生物质和各种固体废弃物转化为产品气或合成气；产品气可用作高效率能源***的燃料，或经进一步精制和甲烷化转化为合成天然气，代替天然气作为高级燃料和化学原料；而合成气是各种化学合成过程的原料气；通过合成不但可生产甲醇，二甲醚等基本化工原料，还可生产替代石油产品的各种燃料油。在石油资源日渐枯竭和价格不断高涨的资源环境状况下，通过气化途径从各种固体物资源(煤、生物质)或物料(各种有机物、包括废弃物)制取上述各种工业原料和燃料已势在所趋。由此加强了世界范围内对气化技术的需求。
气化技术的研究开发已有100多年的历史，因此形成了多样不同的技术。表1汇总了到目前为止所开发的主要气化技术的特点和应用状况。固定床气化具有投资少，操作简单等特点，但难于大规模应用。因此它通常仅应用于以生物质和废弃物为燃料的分散型能源***。虽然Lurgi上行加压固定床煤气化炉在化肥和合成油方面有一些较大规模的应用(通过并列设置数十个气化炉)，但现在几乎都在考虑改用其它更适合大型应用的气化技术。流化床气化(可加压或常压)的最高反应温度局限于900℃左右，因此只能生产含甲烷等碳氢化合物的产品气。这就决定了该类气化主要适用于高效率能源***，如IGCC(加压)，燃气透平(加压)和燃气能机等。能量规模可从数十MW的中型应用到100MW以上的大型应用(如IGCC)。双流化床气化是一种特殊的流化床气化技术。他的特点是允许使用空气产生反应热，但生成的产品气不被燃烧空气的N2和燃烧所产生的CO2所稀释。所以该技术可用于中等能源规模的合成天然气(SNG)生产和大规模多联产(如热解制燃料气、焦油并同时燃烧发电)。使用纯氧的气流床气化的反应温度在1300至1700℃(如Shell、Texaco技术)，生产不含焦油和含很少碳氢化合物的合成气。由于高温，使用纯氧和加压，成本高、技术难度大，所以仅适合大规模***应用(＞100MW)。
表1典型气化技术的特点
  气化技术   能源规模  适合应用   重要课题
  上、下行固定床和基于下行固定床的两段气化 ＜10MW(下行＜1.0MW)  供热、分散型热电并产、难大规模应用   简化操作、高效率化、无焦油化(除下行)、高热值化、低成本化
  *流化床(包括BFB、CFB、SB) ＞10MW(通常10～100MW)  燃气能机、燃气透平、燃料气、IGCC(＞100MW)   技术实证、高热值化、炉内气体精制、高温除尘、效率优化、低热值燃烧器
双流化床   10～100MW，多联产时＞100MW  燃气能机、多联产、燃料气、SNG、H2   技术实证、提高效率、炉内气体精制、高水分燃料处理
  气流床(通常加压，用纯氧) ＞100MW 化学合成、H2、IGCC 有待开发应用于生物质等非煤燃料的该技术
注：BFB为鼓泡流化床；CFB为循环流化床；SB为喷流床。
因此，气化技术的应用前景可概括为：近期基于固定床气化的分散型热电并产，中期(5-10年后)基于双流化床气化的集中型热电联产和SNG燃料生产以及远期(10-15年后)基于加压气流床/流化床气化的H2制造、化学合成和IGCC等。但是，各种气化技术本身还有待于进一步发展。表1通过“重要课题”栏列出了各技术所需要继续解决的一些问题。包括中国和日本在内的亚洲国家在气化技术方面明显落后于欧美国家，特别是在加压气化、气流床气化和双流化床气化方面还缺少有独自特色的技术和开发思想。而气化技术的主要应用将在中国和东南亚，这就使得我们有必要进行新气化技术的研究和开发。
固体燃料气化代表一个复合燃料干燥/热解、半焦气化、焦油/碳氢化合物改质和产生这些化学反应所需要的反应热的燃烧四种化学反应的反应复合体。这些反应既有各自独立的功能又相互关联，形成复杂的化学反应网络。如何控制和利用该化学网络是决定气化技术好坏的根本所在。实际上，燃料干燥/热解产生水蒸汽和焦油。焦油是改质反应的基本反应物，而干燥所释放的水蒸汽则可作为半焦气化和焦油/碳氢化合物改质两反应的反应剂。同时，半焦在自身被气化的同时还能为焦油/碳氢化合物改质反应提供催化作用，如果改质反应被安排在半焦气化的相同反应空间中进行。下行固定床气化能将所生产的产品气的焦油含量降低至数十毫克就证明了半焦对焦油分解的催化或促进作用。由于燃料干燥/热解、半焦气化和焦油/碳氢化合物改质三反应均是吸热反应，燃烧部分半焦或在这些反应中所产生的可燃气正好为它们提供所要求的反应热。但是，该燃烧反应所生成的CO2和在使用空气氧化剂时所带入的大量N2可能成为稀释产品气的惰性组分。
在上述现有的流化床气化中，气化反应复合体的各化学反应同时发生于同一反应空间(即流化床气化反应器内)，因此难于对气化反应过程实施优化控制。由此，现有流化床气化均难于在气化反应器内有效精制产品气，使所生产的产品气含有较高焦油量，也影响了气化效率的提高。另一方面，现存流化床气化技术难于处理水分在40wt.％以上的高水分燃料。随着高品位化石资源(煤、油)的逐渐减少，有效利用类似褐碳、下水污泥、各种工业过程(如饮食调味料工业)所产生的高水分残渣等低品位能源资源将变得必不可少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体燃料解耦流化床气化方法，通过解除气化过程中所涉及的燃料干燥/热解与其后续的各种气化反应，即半焦气化与焦油/碳氢化合物改质间的藕合，使对各反应间相互作用的利用成为可能而强化在气化过程中对产品气的精制、并利用被蒸发的燃料水分本身作为气化剂的一部分而降低产品气中的焦油含量、提高气化效率、并使所发明方法适合高水分固体燃料的处理。
本发明的另一目的在于提供实现上述固体燃料解耦流化床气化方法的气化装置。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的固体燃料解耦流化床气化方法，该方法通过解除燃料气化过程所涉及的燃料干燥、热解与半焦气化、焦油/碳氢化合物改质间的耦合，使整体气化过程被分解为流化床燃料干燥与热解，和流化床半焦气化与焦油/碳氢化合物改质两步依次进行；
所述流化床燃料干燥与热解在流化床干燥热解反应室内进行：向流化床干燥热解反应室供给固体燃料，并使该固体燃料被由该流化床干燥热解反应室底部供入的流化气体流化，通过流化气体中含有的氧气引起的燃烧所产生的热量或/和供入该流化床干燥热解反应室的高温热载体颗粒所携带的热量而维持所述流化床干燥热解反应室的温度于500至1000℃，进行燃料干燥和热解；
所述流化床半焦气化与焦油/碳氢化合物改质在与所述流化床干燥热解反应室相邻并相通的流化床气化改质反应室内进行：经所述流化床干燥热解反应室的燃料干燥与热解所生成的水蒸汽、含焦油热解气和半焦不经任何其他中间处理而被输送到所述流化床气化改质反应室内，被由该流化床气化改质反应室底部供入的气化剂流化，通过气化剂中含有的氧气引起的燃烧所产生的热量或/和自流化床干燥热解反应室而来的高温热载体颗粒所携带的热量而维持该流化床气化改质反应室的温度于500至1000℃，进行半焦气化和焦油/碳氢化合物改质生成产品气；所生成的产品气从所述流化床气化改质反应室的顶部排出。
在所述流化床干燥热解反应室中经由燃料干燥与热解所产生的水蒸汽、含焦油热解气和半焦被输送到所述流化床气化改质反应室中的颗粒床层之中，其中的水蒸汽作为气化剂参与气化和改质反应，而焦油/碳氢化合物改质则在热解气和水蒸汽流经含有半焦的流化床颗粒层时进行，实施半焦对改质反应的催化。
向所述流化床干燥热解反应室供入的高温外来热载体颗粒通过流化与供入该流化床干燥热解反应室的燃料相互作用为燃料干燥和热解提供必需的热量，并在被输送到流化床气化改质反应室后进一步为半焦气化和焦油、碳氢化合物改质提供反应热；经过为燃料干燥与热解、和半焦气化与焦油/碳氢化合物改质提供热量而被降低了温度的外来热载体颗粒则从流化床气化改质反应室排出。
本发明提供的固体燃料解耦流化床气化装置，包括：
一流化床；所述流化床包括：一位于流化床上流部一侧的流化床干燥热解反应室11，和一与所述流化床干燥热解反应室11相邻并相通的流化床气化改质反应室12；
于同一高度为两反应室设置的位于所述两反应室内的水平气体分布板2；以及
位于水平气体分布板2之下的分别与所述流化床干燥热解反应室11和所述流化床气化改质反应室12相对应的第一布风箱31和第二布风箱32；
通过所述第一布风箱31而提供流化气体的流化气体供给41；
通过所述第二布风箱32而提供气化剂的气化气剂供给42；
安装于所述干燥热解反应室11上部的固体燃料供给5；和
安装于所述气化改质反应室12顶部的产品气出口61。
所述流化床干燥热解反应室11与流化床气化改质反应室12通过反应室分割板10分割而形成；所述反应室分割板10下端与所述气体分散板2之间的间隙为连通所述流化床干燥热解反应室11与流化床气化改质反应室12的输送通道13；所述反应室分割板10下端位于所述流化床的颗粒床层之中。
所述的反应室分割板10上端固定在所述流化床内顶盖上，下部向所述流化床气化改质反应室12倾斜。
所述气体分布板2被位于所述第一布风箱31和第二布风箱32之间的布风箱分割板30分割为第一气体分散板21和第二气体分散板22；所述与流化床干燥热解反应室11相对应的第一气体分散板21右端向上倾斜。
本发明提供的固体燃料解耦流化床气化装置，还可包括与所述流化床气化改质反应室12的颗粒床层相连通的热载体颗粒再热器8，所述热载体颗粒再热器8上端连通一再热器旋风分离器72；所述再热器旋风分离器72的下端设有通入所述流化床干燥热解反应室11颗粒床层之中的高温热载体颗粒供给40。
本发明提供的固体燃料解耦流化床气化方法和工作原理示于附图1。
固体燃料的气化过程发生于两个流化床反应室中(相当于两个流化床反应器，但按后面的要求相互连通)。固体燃料供入其中的一个流化床，该床作为热解干燥反应室，且使用可含氧的流化气体流化所供入的固体燃料颗粒；通过控制燃料在该反应室的停留时间可使发生在其中的物理变化和化学反应主要为燃料干燥和燃料热分解。其产生的水蒸汽、热解生成气(含焦油)和半焦不经过任何其它中间处理，通过一输送通道送入另一个作为气化改质反应室的流化床；两反应室通常左右邻接，之间的气体与颗粒输送以发生于被流化的两室颗粒床层内部为特征；供入气化改质反应室的可含氧气化剂同时为流化气体，用于流化来自右侧的干燥热解反应室的半焦颗粒并参与半焦颗粒的气化反应；在右侧干燥热解反应室中产生的热解气中的焦油进入左侧的气化改质反应室后与气化剂相互作用在这里被改质和分解；被改质和分解的还有碳氢化合物；这些改质反应与半焦气化发生于同一空间；半焦因此可以作为催化剂催化焦油和碳氢化合物的改质甚至分解分应；而通过燃料干燥而产生的水蒸汽被送入气化改质反应室的颗粒床内部后可作为气化剂的一部分参与半焦气化和焦油/碳氢化合物改质反应；最终所生成的产品气自气化改质反应室的顶部排出，而燃料中含有的不能被气化的灰渣，如石头，则从气化改质反应室的底部排出。
在上述气化过程中，于干燥热解和气化改质两反应室所发生的物理变化和化学反应均要求大量的吸热；这些热量可以通过在供入干燥热解反应室的流化气体和供入气化改质反应室的气化剂中含有需要量的氧气(纯氧或空气)，燃烧部分原始燃料和通过燃料热解/气化产生的部分可燃气而予以保证。而且，所需要的热量还可以通过向干燥热解反应室(右)供给其它外部热量源，如高温颗粒来供给。该高温颗粒通常可称为热载体颗粒。该高温热载体颗粒在依次进入干燥热解(右)和气化改质(左)反应室时与燃料颗粒和半焦一起被流化，将其所携带的热量传给燃料和半焦颗粒，实现燃料干燥、热解和半焦气化。而热解生成气通过接触高温热载体颗粒可直接被加热，维持焦油和碳氢化合物的改质及分解反应。经过这些热量供给后的热载体颗粒一般从左则的气化改质反应室的颗粒流化床层的上部排出。该热载体颗粒此时已具有明显被降低的温度，它可在再加热升温后被循环使用。
两反应室的反应温度可根据需要在很宽的范围内控制，但都应在500度以上1000度以下，以既保持足够高的燃料干燥和热解气化速度，又避免燃料灰熔融造成流化操作困难。通常希望左侧的气化改质反应室比右侧的干燥热解反应室具有更高的温度，但这不是必须的条件。供给入干燥热解反应室的流化气体及气化改质反应室的气化剂中的含氧量根据两室所需要的温度而控制。基于普通流化床气化的运行经验，所述两反应室相对于所供给燃料的空气(或氧气)比都应在0.4以下。这里，氧气比指相对于完全燃烧所供给燃料所需要的氧气量的百分比(使用空气时按其中的氧气量计算)。在使用外部热源，如热载体颗粒时，需要的氧气比应更低。此时，干燥热解反应室可能不需要氧气供给(氧气比为零)，而气化改质反应室仅要求较低的氧气比，以补充热载体颗粒所不足以供给的那部分热量。
很明显，上述气化方法可应用于任何操作压力，虽然可能通常操作于常压下。而所指的固体燃料为各类煤，生物质和废弃物。
相比于普通流化床气化，本发明的上述气化方法的主要技术特点是：它将通常发生于同一空间的燃料干燥、燃料热解、半焦气化和焦油/碳氢化合物改质分解四个子反应和两组，解除前二者与后二者间的耦合，从而使利用他们之间的相互作用成为可能。所实现的相互作用包括：(1)半焦对焦油/碳氢化合物改质的催化；(2)利用燃料干燥产生的水蒸汽作为气化剂作用于半焦气化和焦油/碳氢化合物改质；和(3)对被解耦反应过程的分别控制，实现对气化过程的微观控制。
利用以上技术特点所能实现的技术效果是：(1)降低产品气中的焦油含量；(2)减少水蒸汽气化剂用量；(3)提高气化效率；和(4)适合处理高水分燃料。左侧的气化改质反应室不仅提供了焦油改质和分解的场所，还使其中的半焦能催化焦油改质/分解反应。高的气化效率不仅由于增加焦油转化率，还由于减少水蒸汽气化剂用量，因为高的水蒸汽使用量必定导致低的综合气化效率。由于解耦燃料干燥与半焦气化，使通过干燥所产生的水蒸汽又能作为气化剂的一部分被有效使用，所发明的气化方法因此可应用于高水分燃料的处理。有效利用象褐煤，污泥，和食品、饮料、调味品工业的残剩物等多水低品位燃料对于未来能源的保障愈来愈重要。
附图说明
附图1本发明的固体燃料解耦流化床气化方法原理示意图；
附图2实施本发明气化方法的一种利用内部燃烧提供反应热的气化装置结构示意图；
附图3实施本发明气化方法的另一种利用内部燃烧提供反应热的气化装置结构示意图；
附图4实施本发明气化方法的一种能利用外部高温颗粒流提供反应热的气化装置示意图。
具体实施方式
附图2为实施图1所示本发明气化方法的一种利用内部燃烧提供反应热的解耦流化床气化装置结构示意图。它主要包括右侧的干燥热解反应室11(也简称为右侧反应室11)，左侧的气化改质反应室12(也简称为左侧反应室12)，和对应设置在该左右两反应室下部的右侧布风箱31和左侧布风箱32；所述两布风箱的底部设置分别与干燥热解反应室11和气化改质反应室12相连通的流化气体供给41和气化剂供给42；
图2所示的实施例中，左右两侧的反应室实际上是由反应室分割板10将一个大的流化床反应空间分割成两个子反应空间而形成；因此，两反应室有一体化的气体分散板2；所述反应室分割板10的下端埋入所述右侧反应室11和左侧反应室12中的颗粒床层内部，但与分散板2之间保持足够高的距离，形成连通两反应室的通道；
按照前述本发明解耦流化床气化方法的原理，燃料供给5从右侧反应室11的上部导入干燥热解反应室11(右侧)的颗粒床层以上的自由空间，而生成的最终产品气61则由气化改质反应室12(左侧)的上端排出，并经气化器旋风分离器71除去其所夹带的颗粒；在图示中，通过流化气体供给41供入干燥热解反应室11的流化气体为空气或纯氧气，而通过气化剂供给42供入气化改质反应室12的气化剂可为含空气或氧气的其它气化剂，如水蒸汽；因此，由这些流化气体或气化剂中所含有的氧气在两反应室中引起内部燃烧，为两室中发生的各种吸热化学反应和物理变化过程(包括加热、干燥)提供其所必需的热量，并维持两反应室的温度于500至1000度(摄氏度)；两反应室的温度可以相同，但通常左侧气化改质反应室12希望有稍高的温度；正如在前述发明原理中所述，这可以通过控制所供给的流化气体和气化剂中的氧气量，也即调节这些气体供给相对于所供给燃料的氧气比或空气比而予以保证。基于部分氧化气化法的实际操作经验，两反应室的空气比或氧气比通常应该不超过0.4。
供入右侧干燥热解反应室11的燃料在该反应室中的停留时间，例如1分钟以下的条件下，将发生燃料干燥和燃料热分解，所生成的水蒸汽，含焦油热解气和半焦进而通过反应室分割板10与气体分散板2之间的输送通道移入左侧的气化改质反应室12中；因此，虽然燃料供给5相对于干燥热解反应室11为床上供给，对于包括气化改质反应室12在内的整个气化反应器来说该燃料供给相当于供入了颗粒层之内；这可有效抑制由于气力夹带引起的燃料损失，并使含焦油的热解生成气可在进一步流经气化改质反应室12中的颗粒床层时与颗粒相互接触和作用，促进气体中的焦油及碳氢化合物的进一步改质和分解。
因为维持气体与颗粒经由反应室分割板10以下的通道自右侧干燥热解反应室11向左侧气化改质反应室12流动，右侧反应室11内的压力P1必定高于左侧反应室12内的压力P2。这使得右侧反应室11中的颗粒床层比左侧反应室12内的低，二者的高度差h实际上由压差(P1-P2)决定；通常，右侧反应室11中的颗粒床层上表面在反应室分割板10的下端附近波动。为此，分割板10下端与气体分散板2之间的间距(即间隙高)大致决定了右侧反应室11中的颗粒床高；相应地，为了实现左右侧两反应室的正常操作，装入床内的颗粒静床高一定要高于反应室分割板10的下端；装入的颗粒越多，在左侧反应室12中的颗粒床高也将变高，但右侧反应室11中的颗粒层高可能仍然在分割板10的下端附近；为此，压差(P1-P2)和颗粒床高差h将随颗粒充填量的增加而增大，而调高分割板10的下端相反可降低(P1-P2)和h。
显然，通过附图2所示的装置可实现本发明的解耦流化床气化方法的所有技术特点。即，右侧反应室11发生燃料干燥和热解，而左侧反应室12进一步气化其产生的半焦和改质/分解燃料热解生成气中的焦油和碳氢化合物；而左侧反应室12中被流化的半焦又同时催化发生在其中的半焦/碳氢化合物改质反应；并且，在右侧反应室11中通过蒸发燃料水分而产生的水蒸汽在进入左侧反应室12后无疑会作气化剂参与半焦气化和焦油/碳氢化合物改质反应。同时，该水蒸汽也可促进CO变成反应，增加产品气中的H2含量。所有这些作用的实现实际上缘于通过使用如图2所示的双室流化床反应器解除燃料干燥、燃料热解与半焦气化、焦油/碳氢化合物改质间的耦合；通过这一反应解耦使得利用所述各反应间的相互作用成为可能。
进一步，上述对反应的解耦还使得对被解耦反应能进行分别控制，如可对右侧反应室11内的燃料热解和左侧反应室12内的半焦气化反应供以不同的气化剂(或流化气体)和采用不同的反应温度。在一般的流化床气化中，所有有关气化的化学反应和物理过程同时发生于同一空间，不可能对其中的某个或某些化学反应和物理过程进行独立控制。相对于对整个气化反应体系的宏观控制，对某个/某些反应的控制实质上实现了对反应的微观调控。通过这种在多种尺度上实施反应控制可望优化气化过程，获得最大反应效率。
籍于以上由于反应解耦而实现的各种技术特点，如附图2所示的气化装置可望达到以下效果。首先，通过左侧的气化改质反应室12利用半焦的催化作用对焦油进行改质和分解，可充分降低最终产品气中的焦油含量。其次，通过在该左侧反应室12中利用来自于右侧干燥热解反应室11中由蒸发燃料水分而产生的蒸汽作为气化剂，可降低从外部供入的气化剂用量。进一步加上增高的焦油转化率，所述气化装置可实现高气化效率。并且，被左侧反应室12抑制的由于气力夹带可能造成的燃料损失，和通过对被解耦的燃料热解与半焦气化、焦油改质两组反应实施分别控制，能更进一步提高气化效率。第三，由于在右侧干燥热解反应室11中首先干燥燃料，并在左侧气化改质反应室12中利用被蒸发的燃料水分作为有效的气化剂，所发明的解耦流化床气化装置适合处理高水分燃料。一般的流化床气化很难直接处理水分在40wt.％以上的燃料，如褐煤，下水污泥，和食品、饮料、调味品工业的各种残剩物。附图2所示的解耦流化床气化装置则可用来高效处理这些燃料，并使产品气相比普通流化床气化具有更低的焦油含量。
当然，附图2所示的解耦流化床气化装置也可应用于非高含水普通燃料，以提高普通流化床气化的效率和强化对产品气中的焦油转换。很明显，该解耦流化床气化装置可运行在任何压力下，但对于生物质、下水污泥等燃料的应用将通常操作在常压下，因为这种情形时的装置容量通常小于100MW，甚至只有数MW。
附图3和4表示了另外两种实施本发明气化方法的解耦流化床气化装置的结构示意图。其中，附图3所示的气化装置同附图2所示装置一样，利用内部燃烧提供燃料干燥和气化等各种物理和化学吸热过程所需要的热量。而附图4所示气化装置则同时可利用外部循环的热载体颗粒为各物理和化学吸热过程提供其所必需的热量；这里，热载体颗粒正好代表附图1所示发明原理中的其他热源体。因此，附图3和4所示气化装置同样实施本发明气化方法的工作原理和技术思想，但又具有下述各自相对于附图2所示气化装置的技术和工艺特征。
附图3所示气化装置与附图2所示装置类似，其气化反应器的左右两侧反应室，即气化改质反应室12和干燥热解反应室11，是通过反应室分割板10分割一大的流化床反应器的反应空间而形成，但这里的分割板10的下端向右侧反应室11倾斜，气体分散板21右端向上倾斜；这使得左侧反应室12具有扩大的上部空间，有利于降低在该反应室的气体速度而减少该反应室中气体对颗粒的夹带；这样，可使更少的颗粒随产品气61带出左侧反应室12；同时，为右侧反应室11设置的倾斜气体分散板21可促进该反应室中被流化的颗粒向左侧反应室12移动和扩散；由于供入右侧反应室11的流化气体，即空气或氧气，易于向左侧反应室12偏流，这可能造成干燥热解反应室11的最右侧的颗粒难于流化；使用倾斜的气体分散板21可减少气体偏流程度而防止在该干燥热解反应室11中的最右侧形成非流化区；因此，附图3所示气化装置所采用的倾斜反应室分割板10和右侧反应室11的倾斜气体分散板21实际上更促使所示意的气化装置按本发明的解耦流化床气化方法原理工作，利于获得高的气化效率和低的焦油生成，并可有效应用于高含水燃料。
附图4所示气化装置，右侧的干燥热解反应室11上端设有供给外来高温热载体颗粒的高温热载体颗粒供给40。而燃料供给5和产品气排出61的设置同附图2和3所示的气化装置。并且，其左右侧两反应室间的反应室分割板10和为该两反应室设置的气体分散板21、22采用附图3所示的结构。在右侧干燥热解反应室11中通过燃料供给5所供入的燃料与同样被供入该反应室的外来热载体颗粒相互作用，为燃料干燥和燃料热分解提供其必须的热量。经过这一过程后热载体颗粒将混同经燃料干燥和热解所产生的水蒸汽、热解生成气和半焦进入左侧的气化改质反应室12，继续为发生在那里的半焦气化和焦油/碳氢化合物改质等吸热反应提供热量。不同于前述附图2和3所示实施例，右侧反应室11的流化气体供给43和左侧反应室12的气化剂供给44将以非含氧气体，如水蒸汽为主。但在这些气体供给中也可混入的一定量的氧气或空气，以使在两反应室内发生的物理变化及化学反应所需热量的一部分可以通过内部燃烧来保证。由于具有从外来热载体颗粒所提供的热量，这里的流化气体供给43和气化剂供给44中所含有的氧气或空气量将明显低于附图2和3所示气化装置的流化气体供给41和气化剂供给42的情形。相对于被送入右侧干燥热解反应室11的原始热载体颗粒供给40的温度，经过在右侧反应室11中的各种作用后而被送入左侧气化改质反应室12的该颗粒流温度会明显低于前者(由于燃料干燥和热分解的吸热)。因此，可在左侧反应室12的气化剂供给44中混入较高比例的氧气/空气。这实际上显示了可对在左右两侧反应室中发生的化学反应实施分别控制这一解耦流化床气化方法所提供的重要技术特点。
在左侧气化改质反应室12中为半焦气化和焦油/碳氢化合物改质反应提供热量后热载体颗粒的温度会进一步被降低。这种温度被降低的颗粒混同未完成气化反应的半焦颗粒可被送入热载体颗粒再热器8中。该颗粒再热器8是一气流床燃烧器，从气化改质反应室12进入这里的颗粒经随空气供给9所供入的空气流化并输送，使得其中的半焦得以燃烧，为再加热热载体颗粒提供所要求的热量。通过再加热而升温的热载体颗粒在再热器旋风分离器72中与输送气体，即烟道气62分离后再次作为外来高温热载体颗粒40而被循环到右侧的干燥热解反应室11中。进而依照如上所述过程和方式服务于燃料干燥和气化。烟道气62则从再热器旋风分离器72排出，与从左侧气化改质反应室12排出的产品气61相互隔离。
与附图2和3所示的气化装置相比，这里的气化装置耦合了一个通过燃烧未反应半焦而加热温度被降低的热载体颗粒的再热器8，并且颗粒再热器8产生的烟气排放62与产品气排出61相互隔离，互不混合。因此，该气化质装置实际上提供了一种先进的双流化床气化技术，以避免燃烧空气中的N2和由燃烧所产生的CO2对最终产品气的稀释，使产品气具有高的可燃气浓度和高的发热量。但这一气化装置同样保持了本发明的解耦流化床气化的技术特点。即，它籍半焦的催化作用在气化改质反应室12中促进焦油改质，并在该反应室利用于干燥热解反应室11中被蒸发的燃料水分作为气化剂的一部分。其结果是降低产品气中焦油含量、减少外部水蒸汽气化剂用量、提高综合气化效率和使该技术适合处理高水分燃料。
附图4所示气化装置的外来热载体颗粒通常为各类砂基颗粒，但也可利用其它任何具有载热功能、可在所示***中被循环的颗粒，如石灰石、云母石、各种工业残渣颗粒(如赤泥)等。使用这些含有金属氧化物或碳酸盐的物质作为外来热载体颗粒还可同时为焦油改质，甚至燃料热解和半焦气化反应提供或多或少的催化作用，更有利于焦油的转换和气化效率的提高。
除附图2至4所示的几种气化装置外，基于本发明解耦流化床气化方法的原理还可有许多其它形式的实施方案。只要是在流化床反应器中解除燃料干燥、热解与半焦气化、焦油/碳氢化合物改质间的耦合，并利用这两类反应间的相互作用而促进焦油转换(改质/分解)和利用被蒸发的燃料水分作为有效的气化剂，任何形式的气化装置均将在本发明所陈述的技术权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种固体燃料解耦流化床气化方法，其特征在于，通过解除燃料气化过程所涉及的燃料干燥、热解与半焦气化、焦油/碳氢化合物改质间的耦合，使整体气化过程被分解为流化床燃料干燥与热解，和流化床半焦气化与焦油/碳氢化合物改质两步依次进行；
所述流化床燃料干燥与热解在流化床干燥热解反应室内进行：向流化床干燥热解反应室供给固体燃料，并使该固体燃料被由该流化床干燥热解反应室底部供入的流化气体流化，通过流化气体中含有的氧气引起的燃烧所产生的热量或/和供入该流化床干燥热解反应室的高温热载体颗粒所携带的热量而维持所述流化床干燥热解反应室的温度于500至1000℃，进行燃料干燥和热解；
所述流化床半焦气化与焦油/碳氢化合物改质在与所述流化床干燥热解反应室相邻并相通的流化床气化改质反应室内进行：经所述流化床干燥热解反应室的燃料干燥与热解所生成的水蒸汽、含焦油热解气和半焦不经任何其他中间处理而被输送到所述流化床气化改质反应室内，被由该流化床气化改质反应室底部供入的气化剂流化，通过气化剂中含有的氧气引起的燃烧所产生的热量或/和自流化床干燥热解反应室而来的高温热载体颗粒所携带的热量而维持该流化床气化改质反应室的温度于500至1000℃，进行半焦气化和焦油/碳氢化合物改质生成产品气；所生成的产品气从所述流化床气化改质反应室的顶部排出。
2.按权利要求1所述的固体燃料解耦流化床气化方法，其特征在于，在所述流化床干燥热解反应室中经由燃料干燥与热解所产生的水蒸汽、含焦油热解气和半焦被输送到所述流化床气化改质反应室中的颗粒床层之中，其中的水蒸汽作为气化剂参与气化和改质反应，而焦油/碳氢化合物改质则在这热解气和水蒸汽流经含有半焦的流化床颗粒层时进行，实施半焦对改质反应的催化。
3.按权利要求1或2所述的固体燃料解耦流化床气化方法，其特征在于，向所述流化床干燥热解反应室供入的高温外来热载体颗粒通过流化与供入该流化床干燥热解反应室的燃料相互作用为燃料干燥和热解提供必需的热量，并在被输送到流化床气化改质反应室后进一步为半焦气化和焦油、碳氢化合物改质提供反应热；经过为燃料干燥与热解、和半焦气化与焦油/碳氢化合物改质提供热量而被降低了温度的外来热载体颗粒则从流化床气化改质反应室排出。
4.一种固体燃料解耦流化床气化装置，其特征在于，它包括：
一流化床；所述流化床包括：一位于流化床上流部一侧的流化床干燥热解反应室(11)，和一与所述流化床干燥热解反应室(11)相邻并相通的流化床气化改质反应室(12)；
于同一高度为两反应室设置的位于所述两反应室内的水平气体分布板2；以及
位于气体分布板(2)之下的分别与所述流化床干燥热解反应室(11)和所述流化床气化改质反应室(12)相对应的第一布风箱(31)和第二布风箱(32)；
通过所述第一布风箱(31)而提供流化气体的流化气体供给(41)；
通过所述第二布风箱(32)而提供气化剂的气化气剂供给(42)；
安装于所述干燥热解反应室(11)上部的固体燃料供给(5)；和
安装于所述气化改质反应室(12)顶部的产品气出口(61)。
5.按权利要求4所述的固体燃料解耦流化床气化装置，其特征在于，所述流化床干燥热解反应室(11)与流化床气化改质反应室(12)通过反应室分割板(10)分割而形成；所述反应室分割板(10)下端与所述气体分散板(2)之间的间隙为连通所述流化床干燥热解反应室(11)与流化床气化改质反应室(12)的输送通道(13)；所述反应室分割板(10)下端位于所述流化床的颗粒床层之中。
6.按权利要求5所述的固体燃料解耦流化床气化装置，其特征在于，所述的反应室分割板(10)上端固定在所述流化床内顶盖上，下部向所述流化床气化改质反应室(12)倾斜。
7.按权利要求4和5所述的固体燃料解耦流化床气化装置，其特征在于，所述气体分布板(2)被位于所述第一布风箱(31)和第二布风箱(32)之间的布风箱分割板(30)分割为第一气体分散板(21)和第二气体分散板(22)；所述与流化床干燥热解反应室(11)相对应的第一气体分散板(21)右端向上倾斜。
8.按权利要求4和5所述的固体燃料解耦流化床气化装置，其特征在于，还包括与所述流化床气化改质反应室(12)的颗粒床层相连通的热载体颗粒再热器(8)，所述热载体颗粒再热器(8)上端连通一再热器旋风分离器(72)；所述再热器旋风分离器(72)的下端设有通入所述流化床干燥热解反应室(11)颗粒床层之中的高温热载体颗粒供给(40)。
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