一种双床气化装置与方法与流程

本发明属于气化技术领域，具体涉及一种双床气化装置与方法。

背景技术：

双床气化技术一般是将固体燃料先行热解，然后再将热解产品再次送入气化炉内气化以获得合成煤气或水煤气，从而可有效降低所产合成煤气中焦油等杂质含量，提高了煤气品质，并降低了酚水等污染物的排放，并提高了所产合成煤气的热值，是一种非常重要的气化技术，尤其适合低阶煤热解产生的焦油品质较低难以利用的工况下，可有效将低品质焦油气化后在利用。

目前，传统的双床气化技术一般是将热解后产生的热解气直接送入气化炉中在高温下再次裂解气化，从而获得杂质较低、热值较高的合成煤气或水煤气等产品，该类技术工艺较简单，热效率较高，冷煤气效率较高，但是，却将热解气中的烃类或低沸点芳环类物质等热值较高的物质直接转化成氢气和一氧化碳等物质，降低了煤气中热值很高的有机物质的含量，使获得煤气热值难以大幅提高。

因此，如何设计一种能够保留热解气中的烃类或低沸点芳环类物质等热值较高的物质成为本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种双床气化装置与方法，将热解产生的难利用的低品质焦油重新加入到高温气化炉内，生成合成煤气或者水煤气，并且减少了所产生的合成煤气或者水煤气中焦油成分；同时，热解气经过冷却液化后，只有液化出的焦油再次进入气化炉内重新气化，而富烃类物质的热解煤气不进行再次气化，而是直接与产生的混合煤气和水煤气混合，从而得到混合煤气。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种双床气化装置，其特征在于，包括：热解炉、气化炉和热解气冷凝分离器，其中，所述的热解炉的进料口与供料系统相连，所述热解炉的出半焦口与气化炉的进半焦口相连，所述热解炉的出热解气口与热解气冷凝分离器的进热解气口相连；

所述气化炉的进焦油口与所述热解气冷凝分离器的出焦油口相连，所述气化炉的进气化剂口与热解气冷凝分离器的出高温气化剂口相连，所述气化炉出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与煤气管网系统相连；

所述热解气冷凝分离器的进低温气化剂口与供气化剂系统管网系统连接，所述热解气冷凝分离器的出高温气化剂口与气化炉的进气化剂口相连。

进一步的，还包括合成煤气冷却器，其分别与所述气化炉、煤气管路系统连接，用于冷却从气化炉排出的混合煤气。

进一步的，所述热解炉为移动床热解炉，其出半焦口通过返料斜腿与气化炉的气化炉膛的进半焦口相连，其进热载体口与气化炉的分离器的料腿相连。

进一步的，所述气化炉为循环流化床气化炉，包括气化炉膛和分离器，所述循环流化床气化炉的返料通过移动床来实现。

进一步的，所述热解气冷凝分离器为带有外冷却夹套的旋风分离器，其进低温空气口与供空气系统相连，其出高温空气口与气化炉的进空气口相连。

进一步的，合成煤气冷却器为列管式水冷器，其进煤气口与气化炉的出煤气口相连，所述合成煤气冷却器的出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与所述煤气管网系统相连，其进水口与供冷却水系统相连，其出蒸汽口与热解气冷凝分离器的出高温气化剂口连接后，再与气化炉的进气化剂口相连。

进一步的，所述热解炉为旋转床热解炉,其进燃气口与煤气管网系统相连，其出烟气口与气化炉的进气化剂口相连；所述气化炉为恩德气化炉，包括气化炉膛、分离器、返料器，其进气化剂口与供氧系统相连。

进一步的，所述热解气冷凝分离器的进冷却水口与供冷却水系统相连。

进一步的，所述合成煤气冷却器的进合成煤气口与气化炉的分离器的出煤气口相连，所述合成煤气冷却器的出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与煤气管网系统相连，其进水口与热解气冷凝分离器的出冷却水口相连，所述合成煤气冷却器的出蒸汽口与热解炉的出烟气口、供氧气系统相连后，再与气化炉的气化炉膛的进气化剂口相连。

本发明的另一方面，提供了一种双床气化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将固体燃料加入到热解炉内进行热解，产生半焦和热解气，产生的半焦通过半焦通道进入气化炉，产生的热解气通过热解气通道进入热解气冷凝分离器；

步骤2：热解气进入到热解气冷凝分离器内与气化剂换热而被冷却成液态焦油和不能液化的富含烃类物质的气态物料热解煤气，产生的液态焦油从热解气冷凝分离器排到气化炉内，而气化剂与热解气换热后被加热成高温气化剂并经通道排至气化炉内；

步骤3：排入气化炉内的半焦、焦油、高温气化剂在高温下反应生成合成煤气或水煤气；

步骤4：从气化炉排出的高温合成煤气或水煤气直接或者经过冷却后与从热解气冷凝分离器出热解煤气口排出的热解煤气混合成富含烃类物质的混合煤气。

本发明的有益效果在于：提供了一种双床气化装置与方法，将热解产生的难利用的低品质焦油重新加入到高温气化炉内，生成合成煤气或者水煤气，并且减少了所产生的合成煤气或者水煤气中焦油成分，提高了煤气品质；同时减少了煤气中污染物的量，降低了煤气后续处理难度。同时，热解气经过冷却液化后，只有液化出的焦油再次进入气化炉内重新气化，而富烃类物质的热解煤气不进行再次气化，而是直接与产生的混合煤气和水煤气混合，从而得到混合煤气，从而降低了对热解煤气中烃类物质的破坏，这些富烃物质转移到了混合煤气内，大幅提高煤气热值和品质。

附图说明

图1为本发明双床气化装置示意图。

图2为本发明移动床热解炉双床气化装置示意图。

图3为本发明旋转床热解炉双床气化装置示意图。

其中，1、热解炉2、气化炉3、热解气冷凝分离器4、合成煤气冷却气21、气化炉膛22、分离器23、返料器、a、低阶煤b、半焦c、热解气d、焦油e、热解煤气f、低温空气g、高温空气h、高温合成煤气i、低温合成煤气j、富含氢类的合成煤气m、蒸汽n、气化剂u、冷却水t、高温水v、烟气w、氧气s、水蒸气a、固体燃料b、热解气c、热解煤气d、半焦e、高温气化剂f、焦油g、低温气化剂h、合成煤气或水煤气i混合煤气。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种双床气化装置，图1为本发明双床气化装置示意图，如图1所示,包括：热解炉、气化炉和热解气冷凝分离器，其中，所述的热解炉的进料口与供料系统相连，所述热解炉的出半焦口与气化炉的进半焦口相连，所述热解炉的出热解气口与热解气冷凝分离器的进热解气口相连；所述气化炉的进焦油口与所述热解气冷凝分离器的出焦油口相连，所述气化炉的进气化剂口与热解气冷凝分离器的出高温气化剂口相连，所述气化炉出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与煤气管网系统相连。

本发明双床气化装置工作时，首先将固体燃料加入到热解炉内进行热解，产生半焦和热解气，产生的半焦通过半焦通道进入气化炉，产生的热解气通过热解气通道进入热解气冷凝分离器；然后热解气进入到热解气冷凝分离器内与气化剂换热而被冷却成液态焦油和不能液化的富含烃类物质的气态物料热解煤气，产生的液态焦油从热解气冷凝分离器排到气化炉内，而气化剂与热解气换热后被加热成高温气化剂并经通道排至气化炉内；然后排入气化炉内的半焦、焦油、高温气化剂在高温下反应生成合成煤气或水煤气；最后从气化炉排出的高温合成煤气或水煤气直接或者经过冷却后与从热解气冷凝分离器出热解煤气口排出的热解煤气混合成富含烃类物质的混合煤气。

由此本发明将热解产生的难利用的低品质焦油重新加入到高温气化炉内生成合成煤气或者水煤气，并且减少了所产生的合成煤气或者水煤气中焦油成分，提高了煤气品质，同时减少了煤气中污染物的量，降低了煤气后续处理难度。同时，由于热解气经过冷却液化后，只有液化出的焦油再次进入气化炉内重新气化，而不能气化的富烃类物质的热解煤气不再参与气化而是直接与产生的混合煤气和水煤气混合成混合，从而降低了对热解煤气中烃类物质的破坏，这些富烃物质转移到了混合煤气内，大幅提高煤气热值和品质。

根据本发明的具体实施例，合成煤气冷却器为可选择的装置，根据本发明的具体实施例，包括合成煤气冷却器，其分别与所述气化炉、煤气管路系统连接，用于冷却从气化炉排出的混合煤气。

根据本发明的具体实施例，本发明的热解炉有多种选择，并且与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例一中，所述热解炉为移动床热解炉，其出半焦口通过返料斜腿与气化炉的气化炉膛的进半焦口相连，其进热载体口与气化炉的分离器的料腿相连。

根据本发明的具体实施例，本发明的气化炉有多种选择，并且与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例一中，所述气化炉为循环流化床气化炉，包括气化炉膛和分离器，所述循环流化床气化炉的返料通过移动床来实现。

根据本发明的具体实施例，本发明的热解气冷凝分离器有多种选择，并且与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例一中，所述热解气冷凝分离器为带有外冷却夹套的旋风分离器，其进低温空气口与供空气系统相连，其出高温空气口与气化炉的进空气口相连。

根据本发明的具体实施例，本发明的合成煤气冷却器有多种选择，并且与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例一中，合成煤气冷却器为列管式水冷器，其进煤气口与气化炉的出煤气口相连，所述合成煤气冷却器的出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与所述煤气管网系统相连，其进水口与供冷却水系统相连，其出蒸汽口与热解气冷凝分离器的出高温气化剂口连接后，再与气化炉的进气化剂口相连。

根据本发明的具体实施例，本发明的热解炉和气化炉有多种选择，并且与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例二中，所述热解炉为旋转床热解炉,其进燃气口与煤气管网系统相连，其出烟气口与气化炉的进气化剂口相连；所述气化炉为恩德气化炉，包括气化炉膛、分离器、返料器，其进气化剂口与供氧系统相连。

根据本发明的具体实施例，热解气冷凝分离器与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例二中，所述热解气冷凝分离器的进冷却水口与供冷却水系统相连，为热解气冷凝分离器提供冷却水。

根据本发明的具体实施例，合成煤气冷却气与其他装置的连接方式不受特别限制，在本发明的具体实施例二中，所述合成煤气冷却器的进合成煤气口与气化炉的分离器的出煤气口相连，所述合成煤气冷却器的出煤气口、热解气冷凝分离器的出热解煤气口分别与煤气管网系统相连，其进水口与热解气冷凝分离器的出冷却水口相连，所述合成煤气冷却器的出蒸汽口与热解炉的出烟气口、供氧气系统相连后，再与气化炉的气化炉膛的进气化剂口相连。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种双床气化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将固体燃料加入到热解炉内进行热解，产生半焦和热解气，产生的半焦通过半焦通道进入气化炉，产生的热解气通过热解气通道进入热解气冷凝分离器；

步骤2：热解气进入到热解气冷凝分离器内与气化剂换热而被冷却成液态焦油和不能液化的富含烃类物质的气态物料热解煤气，产生的液态焦油从热解气冷凝分离器排到气化炉内，而气化剂与热解气换热后被加热成高温气化剂并经通道排至气化炉内；

步骤3：排入气化炉内的半焦、焦油、高温气化剂在高温下反应生成合成煤气或水煤气；

步骤4：从气化炉排出的高温合成煤气或水煤气直接或者经过冷却后与从热解气冷凝分离器出热解煤气口排出的热解煤气混合成富含烃类物质的混合煤气。

实施例一

本实施例以10t/h循环流化床-移动床双床低阶煤气化为具体实施例来详细阐述本专利。

其中，本实施例以空气和水蒸汽为气化剂，本实施例所用的装置如图2所示，主要包括：热解炉1、气化炉2、热解气冷凝分离器3和合成煤气冷却器4。

所述的热解炉1为移动床热解炉，其进煤口与供煤系统相连；其出半焦口通过返料斜腿与气化炉2的气化炉膛21进半焦口相连；其进热载体口与气化炉2的分离器22的料腿相连；其出热解气口与热解气冷凝分离器3的进热解气口相连。

所述的气化炉2为循环流化床气化炉，主要包括气化炉膛21和分离器22，其中，循环流化床气化炉的返料通过移动床来实现。气化炉的进焦油口与热解气冷凝分离器3的出焦油口相连，气化炉的进气化剂口与热解气冷凝分离器3的出高温空气口和合成煤气冷却器4的出蒸汽口相连，气化炉的气化炉膛21的出煤气口与气化炉2的分离器22的进煤气口相连；气化炉2的分离器22的进气口与气化炉膛21的出煤气口相连，气化炉的出煤气口与合成煤气冷却器4的进气口相连。

所述的热解气冷凝分离器3为带有外冷却夹套的旋风分离器，其进热解气口与热解炉1的出热解气口相连；其出焦油口与气化炉2的气化炉膛21的进焦油口相连；其出热解煤气口与合成煤气冷却器4的出煤气口和煤气管网系统相连，进低温空气口与供空气系统相连；其出高温空气口与气化炉2的进空气口相连。

所述的合成煤气冷却器为列管式水冷器，其出煤气口与热解气冷凝分离器3出热解煤气口和煤气管网系统相连；其进水口与供冷却水系统相连；其出蒸汽口与热解气冷凝分离器3的出高温空气口、气化炉2的进气化剂口相连。

本实施例一的双床气化方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

1)将低阶煤a以10t/h加入到热解炉1内进行热解而产生7t/h的半焦b和3t/h的热解气c并从热解炉1内排出；

2)从热解炉1内排出的半焦b进入到气化炉2的气化炉膛21内和从热解气冷凝分离器3来的0.5t/h的焦油d一起与高温空气n在高温下反应生成20000nm³/h的900℃的合成煤气h，合成煤气的成分及其含量主要是：29.6vol.％的co、5vol.％的h2、0.5vol.％的ch4、0.1％的c2-c4烃类物质、15vol.％的co2及49.8vol.％的n2，其热值为1100kcal/nm³。产生的合成煤气h从气化炉膛21排出进入分离器22进行气固分离后从分离器22排出，分离出的半焦热载体进入到热解炉1作为热载体使用；

3)从热解炉1内排出的热解气c进入到热解气冷凝分离器3内与20℃的低温空气f换热被冷却成0.5t/h的温度为250℃的液态的焦油d和2.5t/h的温度为250℃的不能液化的富含烃类物质的气态物料热解煤气e并从热解气冷凝分离器3内排出，其中，热解煤气的主要成分及含量为60vol.％的h2，35vol.％的ch4和5vol.％的c2-c4烃类物质，其密度为0.8kg/h，热值为3800kcal/nm³，同时低温空气f受热变成温度为220℃的高温空气g并排出；

4)从热解气冷凝分离器3内排出的焦油d进入到气化炉内与从热解炉1来的半焦b一起在高温下和气化剂n反应生成合成煤气h；

5)从热解气冷凝分离器3内排出的高温空气g与从合成煤气4排出的蒸汽m混合后形成气化剂n并进入气化炉膛22内使用；

6)从气化炉2来的高温合成煤气h从气化炉2的分离器22排出后进入到合成煤气冷却器4内被成温度为150℃的低温合成煤气i，然后和从热解气冷凝分离器3来的热解煤气e混合成富含烃类物质的混合煤气j，混合煤气j的主要成分及含量是：25.8vol.％的co、12.2vol.％的h2、5vol.％的ch4、0.7％的c2-c4烃类物质、13vol.％的co2及43.3vol.％的n2，热值为1467kcal/nm³。

通过本实施例，获得的合成煤气从气化炉排出时的温度为900℃，在此高温下，合成煤气中的焦油基本被裂解完，合成煤气中含量低，同时，经过冷却获得的热解气中也基本不含有液态焦油。因此，二者混合成的混合煤气中焦油含量也较低；同时，热解煤气不经过气化炉再次参与反应，减少了对热解煤气中烃类物质的破坏，热解煤气与合成煤气混合后的混合煤气热值约为1467kcal/nm³，而传统气化产生的热值一般在1000-1200kcal/nm³的煤气，因此混合煤气的热值显著高于传统气化的煤气。另外，热解气经过空气冷却后，其显热被空气回收并进入到气化炉内用于合成煤气生产，回收了热解气的显热。

实施例二

本实施例以气化剂为空气和水蒸汽混合物的10t/h流化床-旋转床双床低阶煤气化为具体实施例。其中，本实施例以富氧二氧化碳气和水蒸汽为气化剂。

图3为本发明旋转床热解炉双床气化装置示意图，如图3所示，本实施例的双床气化装置主要包括：热解炉1、气化炉2和热解气冷凝分离器3和合成煤气冷却器4。

其中，所述的热解炉1为旋转床热解炉，其进煤口与供煤系统相连；其出半焦口与气化炉2的气化炉膛21的进半焦口相连；其进燃气体口与煤气管网系统相连；其出热解气口与热解气冷凝分离器3的进热解气口相连；其出烟气口与气化炉2的进气化剂口相连。

所述的气化炉2为恩德气化炉，主要包括气化炉膛21和分离器22和返料器23。气化炉2的进焦油口与热解气冷凝分离器3的出焦油口相连，气化炉2的进气化剂口与旋转床热解炉1的烟气出口、供氧气系统和合成煤气冷却器4的出蒸汽口相连，气化炉2的气化炉膛21出煤气口与气化炉2的分离器22的进煤气口相连；气化炉的出煤气口与热解气冷凝分离器3的出热解煤气口、热解炉1进燃气口和煤气管网系统相连。

所述的热解气冷凝分离器3的出热解煤气口与合成煤气冷却器4的出煤气口和煤气管网系统相连，进冷却水口与供冷却水系统相连，出冷却水口与合成煤气冷却器进水口相连。

所述的合成煤气冷却器4的进合成煤气口与气化炉2的分离器22的出煤气口和热解炉1的进燃气口相连，出煤气口与热解气冷凝分离器3的热解煤气口和煤气管网系统相连相连，进水口与热解气冷凝分离器3的出冷却水相连，出蒸汽口与气化炉1的气化炉膛21的进气化剂口、热解炉1出烟气口和供氧气系统相连。

本实施例二的双床气化方法，如图3所示，具体包括如下步骤：

1)将从气化炉2来的高温合成煤气h作为燃料通入到热解炉1内燃烧，为热解炉提供热量并将其热解炉升温至600℃，燃烧产生的温度为800℃的烟气v从热解炉1排出，所述烟气主要是二氧化碳和水蒸汽。

2)将低阶煤a以10t/h加入到热解炉1内在600℃下热解而产生7t/h的半焦b和3t/h的热解气c并从热解炉1内排出。

3)从热解炉1排出的烟气v通入气化炉2内与氧气w和水蒸汽s混合后作为气化剂n使用。

4)从热解炉1内排出的半焦b进入到气化炉2的气化炉膛21内和从热解气冷凝分离器3来的0.5t/h的焦油d一起与由氧气w、水蒸汽s和烟气v组成的氧气含量为80％的混合气化剂n在高温下反应生成18000nm³/h的900℃的合成煤气h，合成的成分及其含量主要是：5.6vol.％的co、29vol.％的h2、0.5vol.％的ch4、0.1％的c2-c4烃类物质、39vol.％的co2，其热值为1600kcal/nm³。产生的合成煤气g、h从气化炉膛21排出进入分离器22进行气固分离后从分离器22排出。

5)从热解炉1内排出的热解气c进入到热解气冷凝分离器3内与冷却水u换热被冷却成0.5t/h的温度为250℃的液态的焦油d和2.5t/h的温度为250℃的不能液化的富含烃类物质的气态物料热解煤气e并从热解气冷凝分离器3内排出。其中，热解煤气e的主要成分及含量为60vol.％的h2，35vol.％的ch4和5vol.％的c2-c4烃类物质，其密度为0.8kg/h，热值为3800kcal/nm³。而冷却水换热后升温变成温度为60℃的高温水t。

6)从热解气冷凝分离器3内排出的焦油d进入到气化炉2内与从热解炉1来的半焦b一起在高温下和气化剂n反应生成合成煤气h。

7)从热解气冷凝分离器3内排出的热解煤气e与从合成煤气冷却器4来的低温合成煤气i混合成高热值煤气j，然后通过煤气管网系统供用户使用。其中，混合煤气的主要成分及含量是：4.8vol.％的co、33.4vol.％的h2、5.5vol.％的ch4、0.8％的c2-c4烃类物质、22.1vol.％的co2及22.1vol.％的n2，热值为2100kcal/nm³。

8)从气化炉2来的高温煤气h的一部分进入到合成煤气冷却器4内与高温水t换热而被冷却成温度为60℃的低温合成煤气e并排出，换热后的高温水t变成温度为160℃的蒸汽s并排出。

9)从合成煤气冷却器4来的蒸汽s与氧气w和烟气v混合成气化剂n通入气化炉2内使用,从合成煤气冷却器4来的低温合成煤气i与热解煤气e混合成高热值煤气j，并通入煤气管网系统供用户使用。

通过本实施例，与实施例1一样，既可使煤气中焦油含量很低，又可降低对煤气中烃类物质的破坏，可大幅提高煤气热值。

以上对本发明所提供的一种双床气化装置与方法进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。