CN109294625A - 流态化气化的预氧化反应器 - Google Patents

Abstract

流态化气化的预氧化反应器，涉及一种洁净能源预氧化反应器，与输送床或提升管气化反应器连接输送床或下行床预氧化反应器，燃料进入预氧化反应器发生干燥/热解或部分气化，在预氧化反应器生成的产物直接在流态化气化反应器中发生半焦气化和焦油深度裂解/重整，生产低焦油含量合成气或燃气。输送床和下行床预氧化反应器燃料适应性强、气固相互作用强、压降低、运行操作简便。耦合预氧化的气化过程可几乎完全转化焦油、有效降低气化水蒸气用量，实现高效气化。

Description

流态化气化的预氧化反应器

技术领域

本发明涉及一种洁净能源预氧化反应器，特别是涉及一种流态化气化的预氧化反应器。

背景技术

气化是指以含碳燃料(煤、 煤焦或生物质等)为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸汽或氢气等作气化剂，在特定的设备内，在一定温度及压力下发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，气化是减少环境污染、节能、实现含碳燃料综合洁净利用的重要技术手段。现存气化技术通常分为固定床气化、流化床气化和气流床气化三大类。固定床气化，也称移动床气化是指煤在与生成气逆向逐渐下移过程中被从气化炉底部供入的气化剂所气化的一种技术，其气化生成气的显热被有效利用，生成气的出口温度低，从气化炉底部排出的渣含碳量低，固定床气化实际上代表了至今效率最高的气化技术。然而目前国内常用的固定床气化炉，普遍存在着原料适用性差、处理量小、放大困难、气体转化效率较低、生产的燃气中焦油含量高等问题，严重制约了气化技术的进一步放大和清洁使用。流化床气化炉具有较高的传热、传质速率，能够处理小粒径原料，适合大规模生产，生成的燃气组成和热值都比较稳定。但是生成的气体中仍含有一定量的焦油、热值不高。此外，由于灰分中较高的含碳量，造成碳转化率较低。气流床气化反应温度高，气化强度大，碳转化率高，适合大型的煤化工基地使用，然而其原料灵活性较差，较难用来处理大颗粒的生物质等原料。

鉴于单一气化技术在生产燃气方面存在的问题，20世纪末，两段气化技术一经提出就迅速成为研究的热点。两段气化技术大致可以分为两类：第一类将气化器和高温焦油重整器相结合，利用重整器内的高温、部分氧化、催化剂的催化作用来脱除焦油。此工艺流程长，气化效率低，不易工业放大，催化剂在焦油裂解过程中容易造成积碳，引起催化剂快速失活，导致焦油的转化率往往不高，且增加了催化剂再生的成本。另一种是基于解耦思想将传统的燃料气化过程分为原料热解和半焦气化两个子过程，并分别在两个反应器内进行，充分利用热解半焦的催化作用脱出焦油。此工艺流程短，在燃料气化的同时完成焦油脱除，气体中焦油含量少，净化投资少，有利于降低成本。

目前应用的两段式气化技术为固定床两段气化和流化床两段气化。中国科学院过程工程研究所开发了一种耦合流化床和下吸式固定床的两段气化工艺（CN1916123），该工艺将气化过程解耦为热解和气化两个子过程,分别在流化床热解器和下吸式固定床气化炉中进行。该工艺结合了流化床和下吸式固定床的优点，通过半焦床层的催化重整作用，能有效地降低焦油含量。由于上段流化床热解器比较适合处理较小粒径的原料,当较细小颗粒进入下吸式固定床进行气化反应时,容易造成固定床层通气性差和整体床层压降过大的问题,此外,固定床反应器也存在不易进行工业放大的弊端,因此有必要对工艺进行进一步的改进和优化。专利申请号为201210144562.4的中国专利中涉及一种用于宽粒径分布燃料的两段气化方法及其气化装置。此发明将传统的燃料气化过程分为原料热解和半焦气化两个子过程，并分别在上游的流化床热解器和下游的气流床气化炉内进行。然而此发明中的流化床气化炉操作气速较低，反应以密相区为主，反应器上部物料偏稀，密相区和稀相区温差较大，床料量大，床层压降较大，操作不灵活，难以工业放大。

两段气化工艺中热解器多为固定床和鼓泡流化床，这就不可避免地带来床层压降过大、工业不易放大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流态化气化的预氧化反应器，本发明将输送床和下行床预氧化反应器应用于两段气化中。预氧化反应器为输送床时，循环进入反应器的高温颗粒可以加热进入反应器内的冷的燃料和含氧气体，提高了供入反应器的含氧气体温度，使气速变大，减小了密相区区域，床层压降较小，有利于小颗粒燃料的应用。预氧化反应器为下行床时，床层无压降，无动力消耗，有利于大颗粒不规则燃料的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

流态化气化的预氧化反应器，所述反应器针对以输送床或提升管为气化反应器的颗粒燃料气化过程，该过程包括与气化反应器连接一个燃料预氧化反应器，燃料加入到预氧化反应器中，通过热解和预氧化形成的气固产物送入气化反应器中再进行气化反应和裂解反应，实现低焦油气化；

具体过程为：

将燃料加入到预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒加热或供入反应器的含氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化。在预氧化反应器内生成的产物通过管路进入到下游的气化反应器内，同时气化反应器底部通入含氧气体，使半焦在气化炉内气化，同时利用气化炉内的高温裂解、部分气化、半焦对焦油的催化重整作用脱除焦油，生产低焦油含量合成气或燃气，未反应完的半焦等高温颗粒经气固分离后回到预氧化反应器中。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述燃料包括所适合流态化气化制合成气/燃气的颗粒原料，如煤、生物质、半焦、石油焦等。

所述的流态化气化的预氧化反应器，向预氧化反应器中供入含氧气体，通过含氧气体燃烧预氧化反应器中的可燃物提供发生热解和预氧化反应所需的热量。

所述的流态化气化的预氧化反应器，在气化反应器后经气固分离得到的高温颗粒，包括未反应完燃料颗粒、燃料灰及添加的床料颗粒等被返回到预氧化反应器中，为发生热解和预氧化反应提供所需的热量。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述预氧化反应器为输送床方式，将燃料加入到输送床预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒的加热或从输送床底部供入反应器的含氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述预氧化反应器为输送床方式，含氧气体从输送床预氧化反应器底部供入，高温颗粒从输送床反应器下部的侧面供入，燃料在高温颗粒供入口之上的侧面位置送入预氧化反应器，燃料和高温颗粒在气力向上输送过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物经由输送床顶部或上部的排出口送入气化反应器。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述预氧化反应器为输送床方式，气固分离后循环进入反应器的高温颗粒的入口在输送床预氧化反应器下部的侧面。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述下行床方式，将燃料加入到下行床预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒的加热或从下行床顶部供入反应器的含氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化。

所述的流态化气化的预氧化反应器，所述预氧化反应器为下行床方式，高温颗粒从下行床预氧化反应器顶部供入，含氧气体和燃料从预氧化反应器顶部或上半部供入，燃料和高温颗粒在下行过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物由下行床底部供入气化反应器。

本发明的优点与效果是：

1.本发明反应器与输送床或提升管气化反应器连接输送床或下行床预氧化反应器，燃料进入预氧化反应器发生干燥/热解或部分气化，在预氧化反应器生成的产物直接在流态化气化反应器中发生半焦气化和焦油深度裂解/重整，生产低焦油含量合成气或燃气。

2.本发明输送床和下行床预氧化反应器燃料适应性强、气固相互作用强、压降低、运行操作简便。耦合预氧化的气化过程可几乎完全转化焦油、有效降低气化水蒸气用量，实现高效气化。

附图说明

图1为本发明流态化气化的预氧化反应器工作原理方框图；

图2为本发明的输送床预氧化反应器两段气化工艺原理示意图；

图3为本发明的下行床预氧化反应器两段气化工艺原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

本发明流态化气化的预氧化反应器针对以输送床或提升管为气化反应器的颗粒燃料气化过程，与气化反应器连接一个燃料预氧化反应器，燃料加入到预氧化反应器中，通过热解和预氧化形成的气固产物送入气化反应器中再进行气化反应和裂解反应，实现低焦油气化。预氧化反应器为输送床或下行床。向预氧化反应器中供入含氧气体，通过含氧气体燃烧预氧化反应器中的可燃物提供发生热解和预氧化反应所需的热量。在气化反应器后经气固分离得到的高温颗粒，包括未反应完燃料颗粒、燃料灰及添加的床料颗粒等被返回到预氧化反应器中，为发生热解和预氧化反应提供所需的热量。预氧化反应器为下行床，高温颗粒从下行床预氧化反应器顶部供入，含氧气体和燃料从预氧化反应器顶部或上半部供入，燃料和高温颗粒在下行过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物由下行床底部供入气化反应器。预氧化反应器为输送床，含氧气体从输送床预氧化反应器底部供入，高温颗粒从输送床反应器下部的侧面供入，燃料在高温颗粒供入口之上的侧面位置送入预氧化反应器，燃料和高温颗粒在气力向上输送过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物经由输送床顶部或上部的排出口送入气化反应器。所指的燃料包括所有适合流态化气化制合成气/燃气的颗粒原料，如煤、生物质、半焦、石油焦等。

实施例1

如图2所示，将燃料加入到输送床预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒的加热或从输送床底部供入反应器的含氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化。在预氧化反应器内生成的产物通过管路进入到下游的气化炉内，同时气化炉底部通入含氧气体，使半焦在气化炉内气化，同时利用气化炉内的高温裂解、部分气化、半焦对焦油的催化重整作用脱除焦油，生产低焦油含量合成气或燃气，未反应完的半焦经气固分离后回到输送床预氧化反应器中。

含氧气体从输送床预氧化反应器底部供入，高温颗粒从输送床反应器下部的侧面供入，燃料在高温颗粒供入口之上的侧面位置送入预氧化反应器，燃料和高温颗粒在气力向上输送过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物经由输送床顶部或上部的排出口送入气化反应器。气固分离后循环进入反应器的高温颗粒的入口在输送床预氧化反应器下部的侧面。

实施例2

如图3所示，将燃料加入到下行床预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒的加热或从下行床顶部供入反应器的有氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化。 生成的热解产物通过管路进入到下游的气化炉内，同时气化炉底部通入有氧气体，使半焦在气化炉内气化，同时利用气化炉内的高温裂解、部分气化、半焦对焦油的催化重整作用深度脱除焦油，生产低焦油含量合成气或燃气，未反应完的半焦经气固分离后回到下行床预氧化反应器中。

高温颗粒从下行床预氧化反应器顶部供入，含氧气体和燃料从预氧化反应器顶部或上半部供入，燃料和高温颗粒在下行过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物由下行床底部供入气化反应器。

Claims (7)

1.流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，所述反应器针对以输送床或提升管为气化反应器的颗粒燃料气化过程，该过程包括与气化反应器连接一个燃料预氧化反应器，燃料加入到预氧化反应器中，通过热解和预氧化形成的气固产物送入气化反应器中再进行气化反应和裂解反应，实现低焦油气化；

具体过程为：

将燃料加入到预氧化反应器中，在循环进入反应器的高温颗粒加热或供入反应器的含氧气体氧化作用下对燃料干燥/热解或部分气化

在预氧化反应器内生成的产物通过管路进入到下游的气化反应器内，同时气化反应器底部通入含氧气体，使半焦在气化炉内气化，同时利用气化炉内的高温裂解、部分气化、半焦对焦油的催化重整作用脱除焦油，生产低焦油含量合成气或燃气，未反应完的半焦等高温颗粒经气固分离后回到预氧化反应器中。

2.根据权利要求1所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，所述燃料包括所适合流态化气化制合成气/燃气的颗粒原料，如煤、生物质、半焦、石油焦等。

3.根据权利要求1所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，向预氧化反应器中供入含氧气体，通过含氧气体燃烧预氧化反应器中的可燃物提供发生热解和预氧化反应所需的热量。

4.根据权利要求1所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，在气化反应器后经气固分离得到的高温颗粒，包括未反应完燃料颗粒、燃料灰及添加的床料颗粒等被返回到预氧化反应器中，为发生热解和预氧化反应提供所需的热量。

5.根据权利要求1所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，所述预氧化反应器为输送床方式，含氧气体从输送床预氧化反应器底部供入，高温颗粒从输送床反应器下部的侧面供入，燃料在高温颗粒供入口之上的侧面位置送入预氧化反应器，燃料和高温颗粒在气力向上输送过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物经由输送床顶部或上部的排出口送入气化反应器。

6.根据权利要求5所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，所述预氧化反应器为输送床方式，气固分离后循环进入反应器的高温颗粒的入口在输送床预氧化反应器下部的侧面。

7.根据权利要求1所述的流态化气化的预氧化反应器，其特征在于，所述预氧化反应器为下行床方式，高温颗粒从下行床预氧化反应器顶部供入，含氧气体和燃料从预氧化反应器顶部或上半部供入，燃料和高温颗粒在下行过程中混合传热，并同时与含氧气体作用发生热解和预氧化反应，产生的气固产物由下行床底部供入气化反应器。