粉煤复合流化床分级气化装置的制作方法

本发明提供粉煤复合流化床分级气化装置，属于煤化工领域。

2.

背景技术：

煤气化是洁净煤化工技术的龙头，是发展煤直接液化、间接液化、合成醇醚燃料等化学品和高效发电等技术的先导技术。煤气化技术按气化方式主要分为固定床块煤气化技术、流化床粉煤气化技术和气流床气化技术，另外还有正在开发的溶渣床、溶盐床和溶铁床煤气化法、加氢气化法、利用核能的煤气化法、地下气化法等等。固定床(移动床)煤气化技术，其特点是块煤空气水蒸气造气；其优点是技术成熟、设备投资少和气化成本较小，尤其是间歇式固定床煤气化不需要纯氧，用水蒸气和空气造气就可得到不含氮气的合成气；其缺点是煤灰中残碳含量高(10％～30％)，煤种限制严，气化优质块煤，造成许多企业原料费用高，生产成本居高不下。流化床粉煤气化技术，其特点是粉煤氧气水蒸气连续造气；其优点：直接用价格低廉的各种粉煤作原料、煤气生产能力适中、气化效率高、环境污染少、设备投资较高、煤气生产成本低；其缺点：飞灰量大且残碳含量高(20％～30％)、煤灰中残碳含量较高(5～15％)即上吐下泻难题。气流床煤气化技术，其特点是细粉煤氧气水蒸气连续造气，液态排渣；其优点是煤气生产能力高、气化效率高、环境污染少、设备投资高、煤灰中残碳含量较高(2～7％)、煤气生产成本低；其缺点是煤粉细度要求高，粉碎能耗高；反应温度高(1400℃左右)时间短(几秒)但进料煤粉不能预热，氧气耗量大，能量利用不合理，尤其水煤浆进料氧气耗量高，碳有效利用率较低。

另外由于用户不同，煤气化又分为高含甲烷的燃气型气化和尽量不含甲烷的合成型气化。目前燃气型气化存在副产焦油而产生难以处理的酚水的缺陷，是影响燃气型煤气化技术应用的瓶颈。

煤的反应性因转化阶段不同而变化，其前80％～90％较易气化，后10％～20％难于气化，目前的煤气化技术常将煤看作单一物质，并力图通过单一过程将其全部转化，因而最后的10％～20％难气化残炭决定了气化整体反应条件苛刻(高温、高压、长停留时间)，急需依据煤气化各阶段的反应特性开发低能耗分级气化技术和设备，既能适应流化床的进料要求，又能达到气流床的气化效果。

本发明人授权ZL201210468532.9提供一种粉煤组合式循环流化床分级热解气化工艺，通过粉煤加氢裂解、焦油加氢裂化和半焦气化逐级进行；半焦通过粒度分级，大中颗粒循环中温气化和细灰气流床高温气化的耦合解决流化床气化上吐下泻的难题。但是在工业运行时湍流流化床内热灰和半焦形成全混床，连续排渣时渣中夹带部分未反应半焦颗粒，影响碳转化率和经济性，亟需解决这一下泄缺陷。

3.

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服现有煤气化设备技术存在的不足而提供一种粉煤复合流化床分级气化装置，既能适应流化床备料进料的宽要求(粒度和水分)，消除流化床气化上吐下泻现象，又能达到气流床的气化效果(碳转化率)，同时可生产甲烷含量低于0.5％的合成气和富含甲烷、不含焦油、不产生酚水的燃气。

本发明的技术方案：

粉煤复合流化床分级气化装置,由阶梯流化床、脉冲提升管、气体分布器、排灰管、进气管、一级粉煤进料口、二级粉煤进料口、一级气固分离器、粗灰循环返料管、返料器、二级气固分离器、细灰循环返料管、旋流式气流床、合成气出口等组成；其特征在于阶梯流化床底部设有气体分布器和排灰管，中部设置一级粉煤进料口，顶部与脉冲提升管连接；脉冲提升管下端100-200mm的位置设有旋流式气流床，距旋流式气流床向上500-3000mm的位置设有二级粉煤进料口，顶部设有一级气固分离器和二级气固分离器；一级气固分离器的粗颗粒灰通过粗灰循环返料管和返料器与阶梯流化床底部相连，二级气固分离器的细颗粒灰通过细灰循环返料管和返料器与旋流式气流床相连；阶梯流化床为在主体流化床底部中间直径300-800mm的部位设置有下沉400-800mm深度的二级流化床，主体流化床进气管的气化剂为水蒸气和氧气或空气，二级流化床进气管的气化剂为氧气或空气。

脉冲提升管是由直径为不同当量直径倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2～2：1。

阶梯流化床直径较大，脉冲提升管小直管的直径较小，阶梯流化床直径与脉冲提升管小直管直径的比值为2～4：1。

一级气固分离器为惯性气固分离器、卧式旋分分离器或立式旋分分离器。

阶梯流化床的操作温度为800-1150℃，旋流式气流床的操作温度为1300℃以上。

本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。

4.附图说明

附图1为本发明的装置示意图。附图1的图面设明如下：

1、阶梯式流化床 2、气体分布器 3、进气管 4.排灰管 5、一级粉煤进料口 6、一级气固分离器 7、粗灰循环返料管 8、返料器 9、二级气固分离器 10、细灰循环返料管 11、旋流式气流床 12、合成气出口 13、二级流化床 14、脉冲提升管 15、二级粉煤进料口

下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。

5.具体实施方式

粉煤复合流化床分级气化装置由阶梯流化床(1)、脉冲提升管(14)、气体分布器(2)、进气管(3)、排灰管(4)、一级粉煤进料口(5)、二级粉煤进料口(15)、一级气固分离器(6)、粗灰循环返料管(7)、返料器(8)、二级气固分离器(9)、细灰循环返料管(10)、旋流式气流床(11)、合成气出口(12)、等组成；其特征在于阶梯流化床(1)底部设有气体分布器(2)、进气管(3)和排灰管(4)，气体分布器(2)下面设有进气管(3)，排灰管(4)布置在二级流化床(13)的气体分布器(2)的中心，中部设置一级粉煤进料口(5)，顶部与脉冲提升管(14)连接；脉冲提升管(14)下端100-200mm的位置设有Y型连通的旋流式气流床(11)，距旋流式气流床(11)向上500-3000mm的位置设有二级粉煤进料口(15)，顶部设有一级气固分离器(6)和二级气固分离器(9)；一级气固分离器(6)的粗颗粒灰通过粗灰循环返料管(7)和返料器(8)与阶梯流化床(1)底部相连，二级气固分离器(9)的细颗粒灰通过细灰循环返料管(10)和返料器(8)与旋流式气流床(11)相连，二级气固分离器(9)连接合成气出口(12)；阶梯流化床(1)为在主体流化床底部中间直径300-800mm的部位设置有下沉400-800mm深度的二级流化床(13)，主体流化床进气管的气化剂为水蒸气和氧气或空气，二级流化床(13)进气管的气化剂为氧气或空气。

脉冲提升管(14)是由直径为不同当量直径倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2～2：1。

阶梯流化床(1)直径较大，脉冲提升管(14)小直管的直径较小，阶梯流化床(1)直径与脉冲提升管(14)小直管直径的比值为2～4：1。

一级气固分离器(6)为惯性气固分离器、卧式旋分分离器或立式旋分分离器。

阶梯流化床(1)的操作温度为800-1150℃，旋流式气流床(11)的操作温度为1300℃以上。

按燃气型气化具体运行时，将0～6mm粉煤和少量石灰石通过二级粉煤进料口(15)送入脉冲提升管(14)中，新鲜原料粉煤被高温气化煤气和循环炉料迅速加热、脱水、并在800-900℃下发生加氢毫秒裂解和气化反应，生成甲烷、低分子烃和和少量焦油以及孔隙丰富的半焦粉；掺混的合成气、热解气和少量焦油及其大量循环炉料并流进入脉冲提升管(14)上行，气体和固体上升速度交替变化，在高温半焦粉和碱性热灰的催化裂解作用下，进一步强化焦油临氢催化裂解，生成甲烷和低分子烃；第一级气固分离器(6)分离的高温粗半焦经过粗灰循环返料管(7)通过返料器(8)返回阶梯流化床(1)底部，与通过进气管(3)加入的氧化剂和水蒸气在气体分布器(2)上在800～1000℃下反应，生成气化煤气，与循环灰一起向上流动形成物料循环；第二级气固分离器(9)分离的高温细半焦经过细灰循环返料管(10)通过返料器(8)送到与脉冲提升管(14)下端Y型连通的旋流式气流床(11)，在水蒸气和氧化剂的携带下切线进入旋流式气流床(11)在1300～1600℃下反应，生成的高温合成气和液态灰渣同向旋流斜向下流出旋流式气流床(11)，高温气向上升进入脉冲提升管(14)，为粉煤加氢裂解提供热量；液态灰渣向下流到阶梯流化床(1)的底部循环灰料层，换热凝固为固体灰渣，随阶梯流化床(1)的固体物料参与循环或二级流化床(13)的固体物料排灰排出；第二级气固分离器(9)分离的气体作为产品气外送，既解决了流化床气化的上吐下泻难题，又得到高含甲烷的燃气且不含焦油。粉煤燃气型气化技术参数见表1。

表1粉煤燃气型气化技术参数表

按合成型气化具体运行时，将0～10mm粉煤和少量石灰石通过一级粉煤进料口(5)送入阶梯流化床(1)中，新鲜原料粉煤被粗灰和循环炉料迅速加热、脱水、并在900-1150℃下发生气化反应，生成合成气；半焦及其大量循环炉料并流上行进入脉冲提升管(14)，气体和固体上升速度交替变化，半焦粉进一步增温气化；第一级气固分离器(6)分离的高温粗半焦经过粗灰循环返料管(7)通过返料器(8)返回阶梯流化床(1)底部，与通过进气管(3)加入的氧化剂和水蒸气在气体分布器(2)上在900～1150℃下反应，生成合成气，与循环灰一起向上流动形成物料循环；第二级气固分离器(9)分离的高温细半焦经过细灰循环返料管(10)通过返料器(8)送到与脉冲提升管(14)下端Y型连通的旋流式气流床(11)，在水蒸气和氧化剂的携带下切线进入旋流式气流床(11)在1300～1600℃下反应，生成的高温合成气和液态灰渣同向旋流斜向下流出旋流式气流床(11)，高温气向上升进入脉冲提升管(14)，为半焦增温气化提供热量；液态灰渣向下流到阶梯流化床(1)的底部循环灰料层，换热凝固为固体灰渣，随阶梯流化床(1)的固体物料参与循环或二级流化床(13)的固体物料排灰排出；第二级气固分离器(9)分离的气体作为产品气外送，既解决了流化床气化的上吐下泻难题，又得到基本不含甲烷的合成气。粉煤合成型气化技术参数见表2.

表2粉煤合成型气化技术参数表

本发明所提供的粉煤复合流化床分级气化装置，依据煤的反应特性实现了粉煤不同条件下分阶段热解气化，氧耗低、气化效率高、煤灰中残碳含量低；既能适应流化床备料进料的宽要求，又能达到气流床高碳转化率的气化效果，解决流化床气化过程的上吐下泻难题；生产燃气时富含甲烷热值高，消除气化过程的焦油，不产生酚水；生产合成气时基本不含甲烷，有效成分含量高；气化强度大，设备体积小，钢材耗量低，固定投资大大降低；进料粒度要求低，不需要较多的破碎能耗；操作简单，开停车方便，连续性好，煤种适应性强；实现了反应器内部分脱硫，简化了净化过程；气流床中生成的高温气和液态灰渣同时为循环流化床供热，液态灰渣转化为固体灰渣排出，排灰过程简单。