流化床富氧气化方法与流程

文档序号:11107356阅读:1009来源:国知局
流化床富氧气化方法与制造工艺

本发明涉及富氧气化技术领域,尤其是涉及一种流化床富氧气化方法。



背景技术:

相关技术中,在气化炉内进行富氧气化时,气化炉内反应不均,局部温度过高,导致气化炉内出现高温结渣堵塞炉膛的现象,严重时会导致停炉甚至出现安全生产事故。



技术实现要素:

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的:

发明人在实际研究中发现,气化气体主要是空气和纯氧气的混合物(或加入少量的蒸汽),当进行富氧气化反应时,需要提高气化气体内氧气的浓度,一般是减少空气的量并增加纯氧气的量,由于氧气浓度提高,这必然导致载气的量减少,载气的减少造成流化操作气速大幅降低,这很容易导致局部氧气浓度过高,使流化床气化炉内流化效果变差。由于气化气体内氧气与固体燃料内的碳元素首先发生放热的燃烧反应并生成二氧化碳,随后生成的二氧化碳再与碳元素发生吸热的气化反应生成一氧化碳。然而,当气化炉内局部氧气过多时,则主要发生氧气与碳元素的放热的燃烧反应,从而导致反应不均而气化炉内出现局部温度过高的现象,而且气化气体反应后主要剩下的成分是氮气,氮气的比热很小,吸热量很低,难以将产生的过多热量吸收并携带走,这就极易造成气化炉内局部热量分布不均,造成温度飞升而在气化炉内发生结渣现象。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明提出一种流化床富氧气化方法,该方法可有效控制流化床气化炉内温度,避免流化床气化炉内出现局部飞温的现象。

根据本发明实施例的流化床富氧气化方法,包括如下步骤:将由氧气与载气混合形成的混合气化气体通入到流化床气化炉内,其中载气为二氧化碳或者水蒸气;将固体燃料加入到所述流化床气化炉内以与所述混合气化气体发生反应;将生成的含有一氧化碳的煤气排出所述流化床气化炉。

根据本发明实施例的流化床富氧气化方法,通过将由氧气与二氧化碳或者水蒸汽混合形成的混合气化气体通入到流化床气化炉内,由于氧气与固体燃料中的碳元素发生放热的燃烧反应,而二氧化碳或者水蒸汽可在流化床气化炉内与固体燃料中的碳元素发生吸热的气化反应,由此,二氧化碳或者水蒸汽与固体燃料的吸热反应抵消了一部分放热反应的热量,这样,可有效控制流化床气化炉内温度,防止了流化床气化炉出现飞温现象,尤其是局部飞温现象,从而避免因流化床气化炉内局部温度过高而在流化床气化炉内产生结渣堵塞炉膛的问题发生。另外,由于二氧化碳或者水蒸汽为可与固体燃料反应的气体物料而非氮气等与固体燃料不反应的气体,从而在生成的煤气中惰性气体的含量有所降低,煤气的热值有所提高。

根据本发明的一些实施例,所述混合气化气体的氧气浓度为h,h满足:21%≤h≤100%。

根据本发明的一些实施例,将所述混合气化气体以设定气速V排入到所述流化床气化炉内,所述设定气速V≥0.2m/s。

根据本发明的一些实施例,所述混合气化气体从所述流化床气化炉的底壁排入所述流化床气化炉内。

根据本发明的一些实施例,将从所述流化床气化炉排出的煤气排入到气固分离器内进行气固分离,分离出来的气体从所述气固分离器排出。

具体地,所述气固分离器的固体出口与所述流化床气化炉相连。

根据本发明的一些实施例,所述流化床气化炉为鼓泡流化床气化炉或循环流化床气化炉。

附图说明

图1是根据本发明一些实施例的流化床气化炉的示意图;

图2是根据本发明一些实施例的流化床气化炉与气固分离器的连接示意图;

图3是根据本发明一些实施例的流化床气化炉与气固分离器和返料器的连接示意图。

图4是根据本发明一些实施例的流化床富氧气化方法的流程图。

附图标记:

流化床气化炉1;气体进口11;固体进口12;气体出口13;返料口14;

气固分离器2;入口21;固体出口22;出口23;

返料器3。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先参考图1-图3描述根据本发明实施例的流化床气化炉组件。

根据本发明实施例的流化床气化炉组件,可以包括流化床气化炉1。可选地,流化床气化炉1为鼓泡流化床气化炉或循环流化床气化炉。

具体而言,如图1-图3所示,流化床气化炉1具有气体进口11、固体进口12和气体出口13,由氧气与载气(例如载气为二氧化碳或水蒸汽)混合成的混合气化气体可通过气体进口11进入到流化床气化炉1内,固体燃料可通过固体进口12进入到流化床气化炉1内,混合气化气体和固体燃料在流化床气化炉1内产生燃烧反应,生成的含有一氧化碳的煤气可从气体出口13排出流化床气化炉1。可选地,固体燃料为粉煤。

可选地,气体进口11可设在流化床气化炉1的底壁上,从而混合气化气体可从流化床气化炉1的底壁排入流化床气化炉1内,由此,混合气化气体可从炉体的底部向上流通,从而有利于混合气化气体与固体燃料的充分流化,进而提高混合气化气体与固体燃料之间反应的充分性。

具体地,如图2和图3所示,流化床气化炉组件还包括气固分离器2,气固分离器2具有入口21、固体出口22和出口23,其中,入口21与气体出口13相连,从流化床气化炉1的气体出口13排出的煤气可通过入口21排入到气固分离器2内进行气固分离,分离出来的气体经过气固分离器2的出口23排出,分离出的粉尘从固体出口22排出。

进一步地,如图3所示,流化床气化炉1还具有返料口14,气固分离器2的固体出口22与流化床气化炉1的返料口14相连,从气固分离器2的固体出口22排出的回收的粉尘可经过返料口14重新回到流化床气化炉1再利用。

具体地,如图3所示,流化床气化炉组件还包括返料器3,返料器3连接在返料口14和固体出口22之间,从气固分离器2分离出的粉尘可经过固体出口22、返料器3和返料口14返回到流化床气化炉1再循环。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的流化床富氧气化方法。

如图4所示,根据本发明实施例的流化床富氧气化方法,包括如下步骤:

首先将由氧气与载气混合形成的混合气化气体通入到流化床气化炉内,其中载气为二氧化碳或者水蒸气。例如,可将由氧气与载气混合形成的混合气化气体通过上述流化床气化炉的气体进口通入到流化床气化炉内。具体地,混合气化气体从流化床气化炉的底壁排入流化床气化炉内。

将固体燃料加入到流化床气化炉内以与混合气化气体发生反应。例如,可将固体燃料通过上述的固体进口加入到流化床气化炉内以与流化床气化炉内的混合气化气体发生反应。

将生成的含有一氧化碳的煤气排出流化床气化炉。例如,生成的含有一氧化碳的煤气可通过上述的气体出口从流化床气化炉排出。

具体而言,在将由氧气与载气混合形成的混合气化气体通入到流化床气化炉内,同时将固体燃料加入到流化床气化炉内时,固体燃料可与混合气化气体在流化床气化炉内发生反应。混合气化气体中的氧气与固体燃料中的碳元素发生放热的燃烧反应并生成二氧化碳,与此同时,载气可在流化床气化炉内与固体燃料中的碳元素发生吸热的气化反应,载气与固体燃料的吸热反应抵消了一部分放热反应的热量,这样,可有效控制流化床气化炉内温度,防止了流化床气化炉内出现飞温现象,尤其是局部飞温现象,从而避免因流化床气化炉内局部温度过高而在流化床气化炉内产生结渣堵塞炉膛的问题发生。另外,由于载气为可与固体燃料反应的气体物料而非氮气等与固体燃料不反应的气体,从而在生成的煤气中的惰性气体的含量降低,提高了煤气热值,获得了高热值煤气。

根据本发明实施例的流化床富氧气化方法,通过将由氧气与二氧化碳或者水蒸汽混合形成的混合气化气体通入到流化床气化炉内,由于氧气与固体燃料中的碳元素发生放热的燃烧反应,而二氧化碳或者水蒸汽可在流化床气化炉内与固体燃料中的碳元素发生吸热的气化反应,由此,二氧化碳或者水蒸汽与固体燃料的吸热反应抵消了一部分放热反应的热量,这样,可有效控制流化床气化炉内温度,防止了流化床气化炉出现飞温现象,尤其是局部飞温现象,从而避免因流化床气化炉内局部温度过高而在流化床气化炉内产生结渣堵塞炉膛的问题发生。另外,由于二氧化碳或者水蒸汽为可与固体燃料反应的气体物料而非氮气等与固体燃料不反应的气体,从而在生成的煤气中惰性气体的含量有所降低,煤气的热值有所提高。

具体而言,由于载气与固体燃料可发生吸热的气化反应,从而可有效防止流化床气化炉内飞温现象发生,尤其是局部飞温现象,这样可有效提高混合气化气体的氧气浓度,优选地,混合气化气体的氧气浓度为h,h满足:21%≤h≤100%,从而可提高煤气热值。

根据本发明的一些实施例,将混合气化气体以设定气速V排入到流化床气化炉内,设定气速V≥0.2m/s。由此,混合气化气体的气速较高,从而有利于提高流化床气化炉内的流化效果。

具体而言,若流化床气化炉为鼓泡流化床气化炉,则所述设定气速V大于固体燃料颗粒的最小流化速度而小于夹带气速;若流化床气化炉为循环流化床气化炉,则设定气速V大于循环热固体燃料颗粒的夹带气速。这里需要说明的是,夹带气速是指流态化操作气体速度的上限、其值近似于颗粒的终端速度或自由沉降速度,当气体速度稍大于此速度时,颗粒就会被流体夹带而走。固体颗粒的最小流化速度是指当气体通过颗粒床层时,随着流速的增加,颗粒由静止状态转为运动状态,当流体向上所产生的拽力等于颗粒床层的重量时,或当气体通过床层时的压力降刚好等于单位床截面上颗粒重量时,颗粒开始流态化,此时的流体表观线速称为最小流化速度,固体颗粒在流化床气化炉内的流动速度。

根据本发明的一些实施例,将从流化床气化炉排出的煤气排入到气固分离器内进行气固分离,分离出来的气体从气固分离器排出。具体而言,混合气化气体与固体燃料在流化床气化炉内发生反应而生成煤气,混有粉尘的煤气从流化床气化炉排出后流向气固分离器,混有粉尘的煤气在气固分离器内进行气固分离,分离出的煤气和粉尘可分别从气固分离器排出。可选地,气固分离器的固体出口可与流化床气化炉相连,由此,分离出的粉尘可重新回到流化床气化炉再利用。

下面参考图1-图4对本发明两个具体实施例的流化床富氧气化方法进行详细说明。

实施例1

该实施例中的流化床气化炉为鼓泡流化床或恩德炉。

如图1-图2和图4所示,将25℃纯氧气a与500℃的水蒸汽b混合形成氧气浓度为51vol.%的混合气化气体c,混合气化气体进入气化温度为900℃的鼓泡流化床气化炉内,在鼓泡流化床气化炉内形成气速为2m/s流场;同时,粒径大于零且小于等于8mm的粉煤d加入到鼓泡流化床气化炉内并在高温下与混合气化气体c发生气化反应而生成煤气,混有粉尘的煤气从鼓泡流化床气化炉排出后流向气固分离器,混有粉尘的煤气在气固分离器内进行气固分离,分离出的煤气e从气固分离器排出。

在本实施例中,载气为过热水蒸汽b,水蒸汽b在高温下与碳元素反应生成氢气,同时消耗大量的热。这抵消了氧气与碳元素发生反应时放出的热量,使鼓泡流化床气化炉的温度基本稳定在900-950℃之间,这与以空气为载气的同等富氧度工艺条件下进行的900-1100℃反应超温幅度相比,鼓泡流化床气化炉的炉膛内超温幅度较小,并且炉膛内温度较为均匀,避免了因局部温度升高造成的结渣而堵塞鼓泡流化床气化炉的现象。另外,由于载气为水蒸汽,其产生的煤气的主要成分为CO(含量约为30vol.%)、H2(含量约为60vol.%)、CO2(含量约为9vol.%)、和少量低碳烃化物CmHn(m<4,烃化物含量约为1vol.%),热值约为2780kcal/m3;而以含有大量的氮气的空气为载气的富氧气化产生的煤气的主要成分是:CO(含量约为24vol.%)、H2(含量约为20vol.%)、CO2(含量约为15vol.%)、N2(40vol.%)和少量低碳烃化物CmHn(m<4,烃化物含量约为1vol.%),热值约为1400kcal/m3,本实施例中获得的煤气有效成分和热值均大幅提高。

实施例2

本实施例中的流化床气化炉为循环流化床煤气化炉。

如图1、图3和图4所示,将25℃纯氧气a与500℃的CO2 b混合形成氧气浓度为51vol.%的混合气化气体c,混合气化气体c进入气化温度为900℃的循环流化床气化炉内,在循环流化床气化炉内形成气速为2m/s流场;同时,粒径大于零且小于等于8mm的粉煤d加入到循环流化床气化炉内并在高温下与混合气化气体发生反应而生成煤气,混有粉尘的煤气从循环流化床气化炉排出后流向气固分离器,混有粉尘的煤气在气固分离器内进行气固分离,分离出的粉尘(半焦热灰f)经返料器返回循环流化床气化炉内进行再循环反应,而分离出的高温煤气e从气固分离器排出后经过处理后供煤气用户使用。

在本实施例中,载气为CO2 b,CO2 b在高温下与碳元素反应生成CO,同时消耗大量的热。这抵消了氧气与碳元素发生反应时放出的热量,使循环流化床气化炉内整体温度基本稳定在900-950℃之间,这与以空气为载气的同等富氧度工艺条件下进行的900-1100℃反应超温幅度相比,循环流化床气化炉内的炉膛内超温幅度变小,并且炉膛内温度较为均匀,避免了因局部温度升高造成的结渣而堵塞循环流化床气化炉的炉膛的现象。另外,由于载气为CO2,其产生的煤气的主要成分为CO(含量约为73vol.%)、H2(含量约为12vol.%)、CO2(含量约为13vol.%)、和少量低碳烃化物CmHn(m<4,烃化物含量约为2vol.%),热值约为2710kcal/m3;而以含有大量的氮气的空气为载气的富氧气化产生的煤气的主要成分是:CO(含量约为24vol.%)、H2(含量约为20vol.%)、CO2(含量约为15vol.%)、N2(40vol.%)和少量低碳烃化物CmHn(m<4,烃化物含量约为1vol.%),热值约为1400kcal/m3,本实施例中获得的煤气有效成分和热值均大幅提高。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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