CN107937035B - 一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法 - Google Patents

一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法，属于煤气化技术领域，其特征在于：包括一段反应器和二段反应器两部分；所述一段反应器包括首尾连接的反应***、含碳物料回收***和返料输送***；所述二段反应器包括首尾连接的二次反应***、细灰捕集装置和回料输送***；所述一段反应器与二段反应器通过管道相连接。经改进后的装置固体循环速率和气体速度快，装置处理能力大，反应介质换热充分，换热效率高，循环流化床整体温差小；煤种适应范围大，从低阶煤拓展到中国储量丰富的中高阶煤；提高了煤气中有效气组份含量及碳转化率，产生的合成气不含任何焦油，使得后续气体净化相对简单。

Description

一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法
技术领域
本发明属于煤气化技术领域，尤其涉及一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法。
背景技术
中国的资源禀赋是煤多油气少，煤炭在我国的经济发展中发挥了重要作用，但粗放的利用方式也产生了很多负面影响。煤气化作为煤炭转化利用的重要技术，越来越受到重视，但现有的煤化工技术煤种适用性有限，且未能更好的解决大型化、清洁化、高效化的问题。目前国内中、高阶煤种储量较大，如何让只适合低阶煤种的气化技术，解决在中高阶煤中遇到的碳转化率低、合成气中甲烷含量高并且含有煤焦油的缺陷，并且提高处理量，减少能耗成为关键问题。
循环流化床反应器对挥发分高、比表面积大、活性好的低变质程度褐煤具有很好的适应性，但对于中国其它煤阶的气化，却有着焦油、甲烷及粉尘颗粒含量高，碳转化率低等致命缺陷，使循环流化床的大范围推广应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，提高煤种的适用范围，适用于占我国煤炭总量的55%的褐煤和低变质烟煤，处理量大，传热效率高，碳转化率高，获得的合成气中有效气组分含量高，焦油和甲烷含量低，无黑水产生。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，包括一段反应器和二段反应器两部分；所述一段反应器包括首尾连接的反应***、含碳物料回收***和返料输送***；所述二段反应器包括首尾连接的二次反应***、细灰捕集装置和回料输送***；所述一段反应器与二段反应器通过管道相连接。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述反应***包括提升管；所述提升管的下端依次设置有粉煤进料入口、主气化剂入口、流化气控制装置、烟气预热入口和排灰口；所述含碳物料回收***包括依次连接的二级旋风分离器、一级旋风分离器 和循环密封罐；所述一级旋风分离器 的下端设置有松动气控制装置；
所述返料输送***包括立管；所述立管的侧壁上连接设置有立管料位监测装置；所述立管的下端设置有停车卸料口；所述循环密封罐的上端设置有床层料加入装置；
所述提升管的上端与一级旋风分离器相连接，下端通过返料腿与立管相连接；所述循环密封罐与立管相连接；所述立管与返料腿间设置有返料输送气控制装置。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述二次反应***包括依次设置的反应区、辅气化剂入口和增速区；所述回料输送***包括依次设置的床层料补入装置、竖直料腿和回料循环密封罐；所述竖直料腿的一侧设置有竖直料腿料位监测装置；所述竖直料腿和回料循环密封罐间设置有回料输送气控制装置。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述烟气预热入口位于返料腿与提升管连接口下方，便于对返料腿循环的砂子进行充分预热与流化。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述主气化剂入口包括三块区域，每个区域包括若干条均匀设置的支路并均与提升管相连接，避免气化剂分布不均匀以及局部过氧情况的发生。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述二级旋风分离器通过带耐火浇注料衬里的管道与增速区相连接。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述床层料加入装置、床层料补入装置使用的填料为煤灰、石英砂及沙子中的一种或多种，粒径范围80-160μm。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述一段反应器和二段反应器的内壁均设有耐火绝热衬里层，以此减少热量损耗。
本发明所述的双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化方法，包括以下步骤：
（1）松动气建立：通过流化气控制装置、松动气控制装置、返料输送气控制装置以及回料输送气控制装置分别给一段反应器、二段反应器建立松动气，控制松动气量，保证每个松动气喷嘴的气体流速在1.2-1.5m/s；
（2）床层料位建立：通过床层料加入装置、床层料补入装置分别给一段反应器、二段反应器加入固体物料，通过松动气的疏松及物料自身重力作用，使得物料从立管、竖直料腿流入提升管、增速区；
（3）冷态循环流化建立：通过流化气控制装置给一段反应器中补入流化气，控制立管中气速在4-8m/s；
（4）反应装置预热：通过烟气预热入口给一段反应器提供载热烟气，循环流化的固体物料与之换热，对整个反应器装置进行加热，二段反应器通过二级旋风分离器出口的烟气进行预热，一段反应器装置温度升温至980℃左右；
（5）投料反应：通过粉煤进料入口向一段反应器中输送煤粉，以蒸汽/氧气的范围为0.93-1.42（kg / Nm3）的比例混合后经主气化剂入口进入反应***，与煤粉发生氧化还原反应，将煤粉中的碳转化为主要含氢气、一氧化碳的粗合成气；
（6）二段反应器气化剂补入：蒸汽/氧气的范围为0.6-1.5（kg / Nm3）的比例混合后经辅气化剂入口进入增速区，与从一段反应器出口来的粗合成气进行快速混合，在反应区中补充的气化剂与粗合成气中携带的未反应的残碳、焦油以及甲烷组分进行二次气化反应，二段反应器装置的温度控制在1050-1100℃。
本发明所述的双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化方法，步骤（5）中所述煤粉的原料为褐煤或烟煤或无烟煤；选用其中任意一种作为原料，有效扩大了煤种的适用范围。
本发明所述一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法的有益效果是：
（1）固体循环速率和气体速度快，装置处理能力大，反应介质换热充分，换热效率高，循环流化床整体温差小；
（2）煤种适应范围大，从低阶煤拓展到中国储量丰富的中高阶煤；
（3）二段反应器的耦合技术，提高了反应温度，对于粗煤气中的焦油、残碳进行深度裂解，提高了煤气中有效气组份含量及碳转化率，产生的合成气不含任何焦油，使得后续气体净化相对简单；
（4）整个气化反应过程由于采用的是干粉煤气力输送进料方式，排灰采取的是高温灰冷却、连续减压固态排放的方式，整个反应过程无废水的排出，彻底消除了黑水的产生，有效减少装置的耗水量；
（5）一、二段反应器设备结构简单，无内部件、移动件和膨胀节，有效的节省了设备投资费用，无需额外的融渣处理和清除设备。
附图说明
图1为本发明提供的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置流程示意图；
其中：A-一段反应器、B-二段反应器、1-反应***、2-含碳物料回收***、3-返料输送***、4-二次反应***、5-细灰捕集装置、6-回料输送***、7-管道、11-粉煤进料入口、12-主气化剂入口、13-流化气控制装置、14-提升管、15-排灰口、16-烟气预热入口、21-一级旋风分离器、22-二级旋风分离器、23-循环密封罐、24-松动气控制装置、31-立管、32-立管料位监测装置、33-返料输送气控制装置、34-床层料加入装置、35返料腿、36-停车卸料口、41-增速区、42-反应区、43-辅助气化剂入口、61-竖直料腿、62竖直料腿料位监测装置、63-床层料补入装置、64-回料循环密封罐、65-回料输送气控制装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明所述一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置及方法进行详细说明。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，如图1所示，包括一段反应器（A）和二段反应器（B）两部分；所述一段反应器（A）包括首尾连接的反应***（1）、含碳物料回收***（2）和返料输送***（3）；所述二段反应器（B）包括首尾连接的二次反应***（4）、细灰捕集装置（5）和回料输送***（6）；所述一段反应器（A）与二段反应器（B）通过管道（7）相连接。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述反应***（1）包括提升管（14）；所述提升管（14）的下端依次设置有粉煤进料入口（11）、主气化剂入口（12）、流化气控制装置（13）、烟气预热入口（16）和排灰口（15）；所述含碳物料回收***（2）包括依次连接的二级旋风分离器（22）、一级旋风分离器 （21）和循环密封罐（23）；所述一级旋风分离器 （21）的下端设置有松动气控制装置（24）；所述返料输送***（3）包括立管（31）；所述立管（31）的侧壁上连接设置有立管料位监测装置（32）；所述立管（31）的下端设置有停车卸料口（36）；所述循环密封罐的上端设置有床层料加入装置（34）；所述提升管（14）的上端与一级旋风分离器（21）相连接，下端通过返料腿（35）与立管（31）相连接；所述循环密封罐（23）与立管（31）相连接；所述立管（31）与返料腿（35）间设置有返料输送气控制装置（33）。所述二次反应***（4）包括依次设置的反应区（42）、辅气化剂入口（43）和增速区（41）；所述回料输送***（6）包括依次设置的床层料补入装置（63）、竖直料腿（61）和回料循环密封罐（64）；所述竖直料腿（61）的一侧设置有竖直料腿料位监测装置（62）；所述竖直料腿（61）和回料循环密封罐（64）间设置有回料输送气控制装置（65）。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述烟气预热入口（16）位于返料腿（35）与提升管（14）连接口下方。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述主气化剂入口（12）包括三块区域，其中上部区域包括分6条支路，中部区域包括18条支路，下部区域包括1条支路，各支路均与提升管（14）相连接。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述二级旋风分离器（22）通过带耐火浇注料衬里的管道（7）与增速区（41）相连接。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述床层料加入装置（34）、床层料补入装置（63）使用的填料为煤灰、石英砂及沙子中的一种或多种，粒径范围80-160μm。
本发明所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，所述一段反应器（A）和二段反应器（B）的内壁均设有耐火绝热衬里层。
本发明所述一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化方法，煤粉的原料采用无烟煤；包括以下步骤：
（1）松动气建立：通过流化气控制装置（13）、松动气控制装置（24）、返料输送气控制装置（33）以及回料输送气控制装置（65）分别给一段反应器（A）、二段反应器（B）建立松动气，控制松动气量，保证每个松动气喷嘴的气体流速在1.2-1.5m/s；
（2）床层料位建立：通过床层料加入装置（34）、床层料补入装置（63）分别给一段反应器（A）、二段反应器（B）加入固体物料，通过松动气的疏松及物料自身重力作用，使得物料从立管（31）、竖直料腿（61）流入提升管（14）、增速区（41）；
（3）冷态循环流化建立：通过流化气控制装置（13）给一段反应器（A）中补入流化气，控制立管（31）中气速在4-8m/s；
（4）反应装置预热：通过烟气预热入口（16）给一段反应器（A）提供载热烟气，循环流化的固体物料与之换热，对整个反应器装置进行加热，二段反应器（B）通过二级旋风分离器（22）出口的烟气进行预热，一段反应器（A）装置温度升温至980℃左右；
（5）投料反应：通过粉煤进料入口（11）向一段反应器（A）中输送煤粉，以蒸汽/氧气的范围为0.93-1.42（kg / Nm3）的比例混合后经主气化剂入口（12）进入反应***（1），与煤粉发生氧化还原反应，将煤粉中的碳转化为主要含氢气、一氧化碳的粗合成气；
（6）二段反应器气化剂补入：蒸汽/氧气的范围为0.6-1.5（kg / Nm3）的比例混合后经辅气化剂入口（43）进入增速区（41），与从一段反应器（A）出口来的粗合成气进行快速混合，在反应区（42）中补充的气化剂与粗合成气中携带的未反应的残碳、焦油以及甲烷组分进行二次气化反应，二段反应器（B）装置的温度控制在1050-1100℃。

Claims (7)

1.一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：包括一段反应器（A）和二段反应器（B）两部分；所述一段反应器（A）包括首尾连接的反应***（1）、含碳物料回收***（2）和返料输送***（3）；所述二段反应器（B）包括首尾连接的二次反应***（4）、细灰捕集装置（5）和回料输送***（6）；所述一段反应器（A）与二段反应器（B）通过管道（7）相连接；
所述反应***（1）包括提升管（14）；所述提升管（14）的下端依次设置有粉煤进料入口（11）、主气化剂入口（12）、流化气控制装置（13）、烟气预热入口（16）和排灰口（15）；所述含碳物料回收***（2）包括依次连接的二级旋风分离器（22）、一级旋风分离器 （21）和循环密封罐（23）；所述一级旋风分离器 （21）的下端设置有松动气控制装置（24）；
所述返料输送***（3）包括立管（31）；所述立管（31）的侧壁上连接设置有立管料位监测装置（32）；所述立管（31）的下端设置有停车卸料口（36）；所述循环密封罐的上端设置有床层料加入装置（34）；
所述提升管（14）的上端与一级旋风分离器（21）相连接，下端通过返料腿（35）与立管（31）相连接；所述循环密封罐（23）与立管（31）相连接；所述立管（31）与返料腿（35）间设置有返料输送气控制装置（33）；
所述二次反应***（4）包括依次设置的反应区（42）、辅气化剂入口（43）和增速区（41）；所述回料输送***（6）包括依次设置的床层料补入装置（63）、竖直料腿（61）和回料循环密封罐（64）；所述竖直料腿（61）的一侧设置有竖直料腿料位监测装置（62）；所述竖直料腿（61）和回料循环密封罐（64）间设置有回料输送气控制装置（65）；
根据双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置的气化方法，包括以下步骤：
（1）松动气建立：通过流化气控制装置（13）、松动气控制装置（24）、返料输送气控制装置（33）以及回料输送气控制装置（65）分别给一段反应器（A）、二段反应器（B）建立松动气，控制松动气量，保证每个松动气喷嘴的气体流速在1.2-1.5m/s；
（2）床层料位建立：通过床层料加入装置（34）、床层料补入装置（63）分别给一段反应器（A）、二段反应器（B）加入固体物料，通过松动气的疏松及物料自身重力作用，使得物料从立管（31）、竖直料腿（61）流入提升管（14）、增速区（41）；
（3）冷态循环流化建立：通过流化气控制装置（13）给一段反应器（A）中补入流化气，控制立管（31）中气速在4-8m/s；
（4）反应装置预热：通过烟气预热入口（16）给一段反应器（A）提供载热烟气，循环流化的固体物料与之换热，对整个反应器装置进行加热，二段反应器（B）通过二级旋风分离器（22）出口的烟气进行预热，一段反应器（A）装置温度升温至980℃；
（5）投料反应：通过粉煤进料入口（11）向一段反应器（A）中输送煤粉，以蒸汽/氧气的范围为0.93-1.42（kg / Nm3）的比例混合后经主气化剂入口（12）进入反应***（1），与煤粉发生氧化还原反应，将煤粉中的碳转化为主要含氢气、一氧化碳的粗合成气；
（6）二段反应器气化剂补入：蒸汽/氧气的范围为0.6-1.5（kg / Nm3）的比例混合后经辅气化剂入口（43）进入增速区（41），与从一段反应器（A）出口来的粗合成气进行快速混合，在反应区（42）中补充的气化剂与粗合成气中携带的未反应的残碳、焦油以及甲烷组分进行二次气化反应，二段反应器（B）装置的温度控制在1050-1100℃。
2.根据权利要求1所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：所述烟气预热入口（16）位于返料腿（35）与提升管（14）连接口下方。
3.根据权利要求2所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：所述主气化剂入口（12）包括三块区域，每个区域包括若干条均匀设置的支路并均与提升管（14）相连接。
4.根据权利要求1或3所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：所述二级旋风分离器（22）通过带耐火浇注料衬里的管道（7）与增速区（41）相连接。
5.根据权利要求4所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：所述床层料加入装置（34）、床层料补入装置（63）使用的填料为煤灰、石英砂及沙子中的一种或多种，粒径范围80-160μm。
6.根据权利要求5所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：所述一段反应器（A）和二段反应器（B）的内壁均设有耐火绝热衬里层。
7.根据权利要求6所述的一种双循环流化床两段耦合的粉煤加压气化装置，其特征在于：步骤（5）中所述煤粉的原料为褐煤或烟煤或无烟煤。
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