专利名称：纯氧置换煤气化方法及其煤气化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用载氧体将低灰份煤/煤焦/石油焦进行类似于纯氧气化的煤气化的方法和装置，尤其涉及一种纯氧置换煤气化方法及其煤气化装置。
背景技术：
能源利用的可持续发展策略之一，实现能源的高效清洁利用。煤作为第一大化石能源，煤气化是实现煤的高效清洁利用的主要方法。常规煤气化方法，主要通过部分燃烧的方法实现煤的气化，使用空气作为气化介质是，煤气的热值较低，且伴有氮氧化物生成；使用纯氧作为气化介质，可以避免氮氧化物的生成，煤气的热值也得到提高，但是制取纯氧，需要消耗大量的能源(如用于煤气化发电，可占厂用电率10％以上)，因此，以纯氧作为气化介质的制取煤气方法和装置存在着能耗大的缺点。
发明内容
本发明提供一种低能耗的类似于纯氧气化的纯氧置换煤气化方法及其煤气化装置，由本发明制得的煤气具有热值高的优点。
本发明的方法技术方案如下一种利用载氧体将低灰份煤/煤焦/石油焦进行类似于纯氧气化煤气化的纯氧置换煤气化方法，将作为载氧体的金属硫化物置于循环流化床内，从循环流化床的下部通入流化空气，金属硫化物与空气中的氧气反应后得到金属硫酸盐，再使经分离器分离后的金属硫酸盐从喇叭形返料腿的小口端进入，从喇叭形返料腿的大口端排出并进入鼓泡流化床，再将燃料加至鼓泡流化床，流化气体自鼓泡流化床下部进入鼓泡流化床，在鼓泡流化床燃料中的碳与金属硫酸盐发生还原反应，产生一氧化碳和金属硫化物，经分离器分离后，一氧化碳从分离器的出口排出。
本发明的装置技术方案如下一种用于实施上述纯氧置换煤气化方法的煤气化装置，由循环流化床1和鼓泡流化床3组成，在循环流化床1内放置有金属硫化物，在循环流化床1的下端设有流化空气进口A，在鼓泡流化床3的下端设有流化气体的进口C，在循环流化床1的上部连通有贫氧空气分离器5，在贫氧空气分离器5的下端连接有喇叭形返料腿6且贫氧空气分离器5的下端与喇叭形返料腿6的小端口连接，喇叭形返料腿6的大端口与鼓泡流化床3的下部相通，在鼓泡流化床3的上部连通有煤气分离器4。
与现有技术相比，本发明具有如下优点(1)在循环流化床内，金属硫化物(如硫化钙、硫化钠等)与空气中的氧气发生氧化反应
反应生成的CaSO4、Na2SO4经旋风分离器分离后，进入料腿，与燃料一起，进入鼓泡流化床，在鼓泡流化床内，载氧后的硫酸盐与煤发生还原反应，释放出氧
产生的煤气，经过旋风分离器分离出固体物料，排出煤气。分离的固体物料可经料腿与贫氧空气旋风分离器的返料和燃料一起，进入鼓泡流化床。鼓泡流化床反应后的金属硫化物(CaS、Na2S)可通过料腿进入移动床，再返回到循环流化床，进行氧化再生反应，完成载氧再生过程。
(2)本发明采用了两种变截面积的返料腿，连接两个旋风分离器和鼓泡床的料腿；采用上部连接旋风分离器处的截面积小、下部连接鼓泡流化床处的截面积大的结构，保证燃料与载氧体的充分混合；连接鼓泡流化床和移动床的料腿采用料上面鼓泡流化床处的截面积大、连接移动床处的截面积小的结构；连接鼓泡流化床和移动床的料腿以及循环流化床和移动床之间的隔板阻止了循环流化床和鼓泡流化床之间的气体泄漏掺混。
鼓泡流化床的运行温度维持在1000℃左右，在鼓泡流化床内固体燃料与载氧体进行反应，生成煤气，经过分离器，得到干净的煤气。床内温度可适当通过加热设备予以维持。载氧体的载氧再生是在循环流化床内完成内，循环流化床的运行温度可控制在1250℃左右，剩余热量可以通过铺设受热面予以控制。
(3)本发明通过金属硫酸盐作为载氧体，与低灰份煤/煤焦/石油焦再1000℃的条件下，直接反应制取煤气，制取煤气的方式类似于纯氧作气化剂制取煤气，但是无需制取纯氧的能量消耗(通常对于发电来说，其制氧能量消耗占厂用电10％以上)，制取的煤气热值相对以空气作为氧化剂高(通常以空气作为气化剂时，煤气被空气中大量的氮气稀释，热值较低，且在后续的燃烧中，会生成大量的NOx，而脱除NOx需要额外的能源消耗和设备投资)。
(4)本发明的鼓泡流化床和移动床之间的收缩口料腿、移动床和移动床与循环流化床之间的隔板三者之间的组合，能有效地将鼓泡流化床产生的煤气与循环流化床中的空气有效的隔绝，阻止两股气流的串流，而且保持鼓泡流化床内反应后的金属硫化物流入循环流化床路径的畅通。
图1是本发明实施例结构示意图，图中E为煤气出口，F为贫氧空气出口。
具体实施例方式
实施例1一种利用载氧体将低灰份煤/煤焦/石油焦进行类似于纯氧气化煤气化的纯氧置换煤气化方法，其特征在于将作为载氧体的金属硫化物置于循环流化床内，从循环流化床的下部通入流化空气，金属硫化物与空气中的氧气反应后得到金属硫酸盐，再使经分离器分离后的金属硫酸盐从喇叭形返料腿的小口端进入，从喇叭形返料腿的大口端排出并进入鼓泡流化床，将燃料加至鼓泡流化床，再流化气体自鼓泡流化床下部进入鼓泡流化床，在鼓泡流化床燃料中的碳与金属硫酸盐发生还原反应，产生一氧化碳和金属硫化物，经分离器分离后，一氧化碳从分离器的出口排出，上述燃料的加入方式有多种，例如可在喇叭形返料腿上设置燃料入口，燃料可以是低灰份煤+CaCO3或煤焦或石油焦，在鼓泡流化床、循环流化床内的反应可以在常压下进行，也可以在增压方式下运行。如果运行在增压方式下，鼓泡流化床、循环流化床、移动床和旋风分离器封装在压力壳内，运行压力控制在5～30bar下。两种运行方式下，鼓泡床内的温度控制在700℃～1200℃，循环流化床内温度控制在800℃～1500℃。床内停留时间可以通过流化速度和床层高度加以调节，固体物料的流动状态分别为循环流化床内，固体颗粒呈气流床方式，颗粒在床内停留时间较短；移动床内，颗粒呈典型的移动床方式流动，保证床料流入循环流化床内的畅通；鼓泡床内颗粒呈鼓泡流化方式，保证床料的充分混合，且使得上层的物料通过料腿流入移动床，在本实施例中，鼓泡流化床内反应生成物金属硫化物通过收缩口料腿进入移动床且金属硫化物自收缩口料腿的大口端进入收缩口料腿，流化气体自移动床的下部进入移动床，金属硫化物从移动床的上部被排入循环流化床，本实施例还将用于分离一氧化碳的煤气分离器的下端与收缩口料腿连通，并以煤气或水蒸气作为流化气体并将其通入鼓泡流化床。
实施例2一种用于实施例1所述纯氧置换煤气化方法的煤气化装置，由循环流化床1和鼓泡流化床3组成，在循环流化床1内放置有金属硫化物，在循环流化床1的下端设有流化空气进口A，在鼓泡流化床3的下端设有流化气体的进口C，其特征在于在循环流化床1的上部连通有贫氧空气分离器5，在贫氧空气分离器5的下端连接有喇叭形返料腿6且贫氧空气分离器5的下端与喇叭形返料腿6的小端口连接，喇叭形返料腿6的大端口与鼓泡流化床3的下部相通，在鼓泡流化床3的上部连通有煤气分离器4，在本实施例中，在循环流化床1与鼓泡流化床3之间设有移动床2，在鼓泡流化床3的中部连通有收缩口料腿7，收缩口料腿7的小端口与移动床2的下部相通，移动床2的上部与循环流化床1的中下部相通，在移动床2的下端设有流化风的进口B，循环流化床1的床层与移动床2的床层为内部互通的一体化床层，在位于一体化床层的下部边缘设有隔板12且由隔板12与一体化床层下部构成的空腔为移动床2的床层，由隔板12与一体化床层构成的另一空腔为循环流化床1床层，在隔板12的上端设有能使循环流化床(1)床层与移动床2床层互通的孔121，煤气分离器4的下端与喇叭形返料腿6连通，在喇叭形返料腿6上设有燃料进口D，贫氧空气分离器5和煤气分离器4均为旋风分离器。
权利要求
1.一种利用载氧体将低灰份煤/煤焦/石油焦进行类似于纯氧气化煤气化的纯氧置换煤气化方法，其特征在于将作为载氧体的金属硫化物置于循环流化床内，从循环流化床的下部通入流化空气，金属硫化物与空气中的氧气反应后得到金属硫酸盐，再使经分离器分离后的金属硫酸盐从喇叭形返料腿的小口端进入，从喇叭形返料腿的大口端排出并进入鼓泡流化床，再将燃料加至鼓泡流化床，流化气体自鼓泡流化床下部进入鼓泡流化床，在鼓泡流化床燃料中的碳与金属硫酸盐发生还原反应，产生一氧化碳和金属硫化物，经分离器分离后，一氧化碳从分离器的出口排出。
2.根据权利要求1所述的纯氧置换煤气化方法，其特征在于鼓泡流化床内反应生成物金属硫化物通过收缩口料腿进入移动床且金属硫化物自收缩口料腿的大口端进入收缩口料腿，流化气体自移动床的下部进入移动床，金属硫化物从移动床的上部被排入循环流化床。
3.根据权利要求1或2所述的纯氧置换煤气化方法，其特征在于将用于分离一氧化碳的煤气分离器的下端与收缩口料腿连通。
4.根据权利要求1所述的纯氧置换煤气化方法，其特征在于以煤气或水蒸气作为流化气体并将其通入鼓泡流化床。
5.一种用于实施权利要求1所述纯氧置换煤气化方法的煤气化装置，由循环流化床(1)和鼓泡流化床(3)组成，在循环流化床(1)内放置有金属硫化物，在循环流化床(1)的下端设有流化空气进口(A)，在鼓泡流化床(3)的下端设有流化气体的进口(C)，其特征在于在循环流化床(1)的上部连通有贫氧空气分离器(5)，在贫氧空气分离器(5)的下端连接有喇叭形返料腿(6)且贫氧空气分离器(5)的下端与喇叭形返料腿(6)的小端口连接，喇叭形返料腿(6)的大端口与鼓泡流化床(3)的下部相通，在鼓泡流化床(3)的上部连通有煤气分离器(4)。
6.根据权利要求5所述的煤气化装置，其特征在于在循环流化床(1)与鼓泡流化床(3)之间设有移动床(2)，在鼓泡流化床(3)的中部连通有收缩口料腿(7)，收缩口料腿(7)的小端口与移动床(2)的下部相通，移动床(2)的上部与循环流化床(1)的中下部相通，在移动床(2)的下端设有流化风的进口(B)。
7.根据权利要求6所述的煤气化装置，其特征在于循环流化床(1)的床层与移动床(2)的床层为内部互通的一体化床层，在位于一体化床层的下部边缘设有隔板(12)且由隔板(12)与一体化床层下部构成的空腔为移动床(2)的床层，由隔板(12)与一体化床层构成的另一空腔为循环流化床(1)床层，在隔板(12)的上端设有能使循环流化床(1)床层与移动床(2)床层互通的孔(121)。
8.根据权利要求5、6或7所述的煤气化装置，其特征在于煤气分离器(4)的下端与喇叭形返料腿(6)连通。
9.根据权利要求8所述的煤气化装置，其特征在于在喇叭形返料腿(6)上设有燃料进口(D)。
10.根据权利要求8所述的煤气化装置，其特征在于贫氧空气分离器(5)和煤气分离器(4)均为旋风分离器。
全文摘要
纯氧置换煤气化方法，将金属硫化物置于循环流化床内，从其下部通入流化空气，金属硫化物与氧反应得到金属硫酸盐，再从喇叭形返料腿的小口端进入，从喇叭形返料腿的大口端排出并进入鼓泡流化床，再将燃料加至鼓泡流化床，流化气体自鼓泡流化床下部进入鼓泡流化床，其中的碳与金属硫酸盐发生还原反应，产生一氧化碳。煤气化装置，由循环流化床和鼓泡流化床组成，在循环流化床内放金属硫化物，在循环流化床的下端有流化空气进口，在鼓泡流化床的下端设流化气体进口，其上部连有贫氧空气分离器，贫氧空气分离器下端连有喇叭形返料腿且下端与喇叭形返料腿小端口连，喇叭形返料腿大端口与鼓泡流化床下部相通，在鼓泡流化床的上部连通有煤气分离器。
文档编号C10J3/54GK1640996SQ20041006584
公开日2005年7月20日 申请日期2004年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者向文国, 李政 申请人:东南大学