专利名称：一种固定床流化床串连式气化方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气化方法及装置，特别是关于一种固定床流化床串连式气化 方法及装置。
背景技术：
我国工业煤气与合成气用量随着经济发展，需求量与日递增，煤炭气化技术 广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气。煤炭气化技术主要分 为固定床、流化床及气流床气化，常压煤炭气化主要是采用固定床和流化床。
常压固定床气化技术以混合发生炉、UGI (常压固定床煤气化)、水煤气炉、 两段混合发生炉、两段水煤气炉等为主，其优点是操作简单，投资少，颗粒尺寸 较大，设备成本较低。但是固定床必须使用特定的原料种类，大部分在运行的固 定床气化炉使用空气作为气化剂，主要产物是低热值煤气，能耗高，使用块煤作 为原料成本也较高；特别是固定床气化炉产生的煤气焦油含量高，焦油、油脂、 苯、氨等物质，需经过分离、净化处理，污水污染严重，技术落后。我国多数中 小化肥厂目前仍采用这些技术生产合成氨原料气。但是，随着能源政策和对环境 要求的提高，这些技术正在逐步被新的煤炭气化技术所取代。
流化床技术的特性是原料固体在气化床层内悬浮运动并气化，其具有较高的 气一固之间的传热速率和传质速率，因而固体在床层中的混合接近于理想混合反 应器中的状态，而且过程容易控制，有利于大规模生产。流化床产生的煤气中焦 油含量较低，气体成分、热值也较稳定。但其适用的煤种一般是没有粘结性的或 微粘结性的中、高挥发分的非炼焦煤如长焰煤、不粘煤、褐煤等。传统流化床气 化方法的灰中含碳量高，造成碳转化率低。
现有的以生物质或煤为原料的固定床气化炉，在产品气中焦油含量普遍偏高， 严重影响煤气的使用。另外，由于生物质生长的周期性，亦带来生物质原料供应 的周期性，这种周期性影响生物质气化生产的连续稳定性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种焦油含量低，出气率高，成本低的 固定床流化床串连式气化方法及装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种固定床流化床串连式气化 方法，其包括以下步骤1)将一固定床气化炉的煤气出口与一流化床气化炉的煤气进管连接，同时将所述流化床气化炉的煤气出口与一旋风分离器连接；2)将粒 径为13 50mm的气化原料从固定床气化炉顶部加入正常运行的固定床气化炉，同
时将气化剂加入固定床气化炉，使气化原料与气化剂在固定床气化炉内进行气化 反应，产生煤气和灰分，灰分由固定床底部排出，煤气经固定床煤气出口和流化 床煤气进管喷入流化床气化炉密相区的下部；3)将粒径为0.5 8mra的细颗粒状 煤炭气化原料，从流化床气化炉下部加入正常运行的流化床气化炉内的密相区， 同时将气化剂从流化床气化炉下部加入流化床气化炉，使细颗粒气化原料，在垂 直上升的煤气、气化剂的混合气流吹动下发生气化反应，产生煤气和灰分，灰分 由流化床底部排出，煤气经流化床煤气出口进入旋风分离器；4)煤气在旋风分离 器内进行气固分离，煤气从旋风分离器的煤气出口输出，煤气夹带的固体颗粒返 回流化床气化炉内，继续进行气化反应。
所述步骤2)中气化剂从固定床气化炉下部加入固定床气化炉，所述气化剂上 行与所述气化原料发生反应，产生的煤气从固定床气化炉的上部进入流化床气化 炉。
所述步骤2)中气化剂从固定床气化炉中部加入固定床气化炉，所述气化剂下 行与所述气化原料发生反应，产生的煤气从固定床气化炉的下部进入流化床气化炉。
所述固定床气化炉中使用的气化原料为生物质、煤、生物质与煤的混合物之 一，所述流化床气化炉中使用的气化原料为煤，所述固定床气化炉和流化床气化 炉中使用的气化剂分别为空气、纯氧、富氧和水蒸气中的一种或一种以上的混合。
一种实现上述方法的固定床流化床串连式气化装置，其特征在于它包括一 固定床气化炉、 一流化床气化炉和一旋风分离器，所述固定床气化炉煤气出口连 接所述流化床煤气进管，所述流化床煤气出口连接所述旋风分离器煤气进口，所 述旋风分类器的顶部设置旋风分离器煤气出口 ，所述旋风分离器底部通过料腿连 通所述流化床气化炉。
所述固定床气化炉顶部设置一固定床物料进口，上部设置一固定床煤气出口， 下部设置有一炉箅，底部设置有一固定床排灰口，所述炉箅底部设置有一固定床 气化剂进口。
所述固定床气化炉顶部设置有一固定床物料进口，中部均布有2 4个固定床 气化剂进口，下部设置有一固定床煤气出口，底部设置有一固定床排灰口，所述 固定床排灰口上方设置有一炉箅。
所述流化床气化炉顶部设置有一人孔，上部设置有一流化床煤气出口，下部
5密相区设置有一流化床物料进口，底部设置有一流化床排灰口，所述流化床物料 进口下方设置有一端连接所述固定床煤气出口的流化床煤气进管，所述流化床煤 气进管的另一端连通一位于所述流化床气化炉中心的煤气环管，所述煤气环管上
均布有2 4个煤气喷嘴，所述煤气环管下方锥体上均布有2 4个流化床气化剂 进口。
本发明由于釆取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明将固定床气化炉 内产生的煤气，输入进流化床气化炉内，其中含有的水蒸气和C02气体，参与流化
床气化炉中的气化反应，可以替代流化床气化炉内的部分水蒸气，同时利用了C02 中的碳，可部分减少水蒸气和煤炭消耗量，提高煤气中有效气体的含量。2、、本 发明中固定床气化炉产生的煤气，进入流化床气化炉后，使煤气中90%左右的焦油 发生裂解，生成H2及C0，这样不但降低了煤气中的焦油含量，而且提高了煤气中 的有效组分，同时也减少了 C02的排放量，降低了污水处理成本。3、本发明将固 定床气化炉内产生的煤气，输入进流化床气化炉内时，煤气中的H2在流化床气化 炉内可起到加氢气化的作用，达到提高煤气热值和有效气体含量的效果。4、本发 明可以采用煤炭、生物质原料和生活垃圾等作为气化原料，特别是使用煤炭时， 原煤经过简单筛分就能满足本发明对气化原料粒度的要求，减少了破碎成本、能 耗和投资，具有非常宽泛的适用性。本发明具有制气工艺简化、流程短、设备紧 凑、占地面积小、排污量减少、成本低等优点，对提高我国中小型煤化工企业的 经济效益并降低污水处理成本，具有十分重要的意义。
图l是本发明的结构示意图
图2是本发明的另一种实施例示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1:
如图1所示，本发明包括一个固定床气化炉1、 一个流化床气化炉2和一个旋 风分离器3。
本实施例中的固定床气化炉1为气体上行式气化炉，固定床气化炉l顶部设 置有一固定床物料进口 11，固定床气化炉l上部设置有一固定床煤气出口 12，固 定床气化炉1下部设置有一常规的旋转炉箅13，固定床气化炉1底部设置有一固 定床排灰口 14。固定床排灰口 14上方、旋转炉箅13的下方设置有一固定床气化 剂进口 15，旋转炉箅13可以起到均布气化剂的作用。流化床气化炉2顶部设置有一用于检修的人孔21，流化床气化炉2上部设置 有一流化床煤气出口 22，流化床气化炉2下部密相区设置有一流化床物料进口 23， 流化床物料进口 23下方的流化床气化炉2上设置有一流化床煤气进管24，流化床 煤气进管24与固定床煤气出口 12连通。流化床煤气进管24位于流化床气化炉2 的一端连通一煤气环管25，煤气环管25上均布有2 4个呈切向的煤气喷嘴26。 煤气环管25下方的流化床气化炉2的锥体上均布有2 4个流化床气化剂进口 27， 在流化床气化炉2底部设置有一流化床排灰口 28。流化床气化炉2的内腔上部具 有一过渡锥体29，使上部腔体直径加大，以降低流化床内气流速度，减少出口煤 气夹带的颗粒量。
旋风分离器3顶部设置有一煤气出口 31，旋风分离器3上部周向设置有一旋 风分离器煤气进口 32，旋风分离器煤气进口 32与流化床煤气出口 22连通，旋风 分离器3底部设置有一料腿33，料腿33与流化床气化炉2的下部连通，且位于流 化床物料进口 23上方。
上述实施例中，固定床气化炉1和流化床气化炉2的外壁与内腔之间分别设 置有耐火、隔热材料。固定床气化炉1中使用的气化原料可以是生物质、煤、生 物质与煤的混合物等含碳物料，生物质可以是木材、庄稼秸秆、枯树枝叶等块状 的原材料或多种原材料混合后制作的颗粒；流化床气化炉2中使用的气化原料为 煤；固定床气化炉1和流化床气化炉2使用的气化剂分别为空气、纯氧、富氧和 水蒸气中的一种或一种以上的混合。
实施例2:
如图2所示，本实施例中的固定床气化炉1为气体下行式气化炉，本实施例
与实施例l基本相同，其不同之处在于固定床气化剂进口 15'设置在固定床气
化炉1的中部，而不是下部，固定床气化剂进口15'的数量为均布的2 4个；固 定床煤气出口 12'设置在固定床气化炉1的下部，位于旋转炉箅13之上。
实施例3:
如图1所示，以实施例1的装置结构为例，对本发明固定床流化床串连式气 化方法进行说明，其包括以下步骤
1)将粒径为13 50mm的生物质气化原料从固定床气化炉1顶部的固定床物 料进口 11向下加入正常运行的固定床气化炉1，将过热水蒸气和空气的混合气体 由固定床气化炉1下部的固定床气化剂进口 15向上送入，并经旋转炉箅13均布 进入固定床气化炉l，使块状气化原料与气化剂在固定床气化炉1内逆流接触进行 热解气化反应，产生富含焦油的煤气和灰分，灰分由固定床排灰口 14排出，煤气经固定床煤气出口 12、流化床煤气进管24和煤气环管25上的多个煤气喷嘴26 切向下喷入流化床气化炉2密相区的下部，在流化床气化炉2内进一步进行气化反应。
2) 将粒径为0. 5 8mm的细颗粒状煤炭气化原料，经流化床物料进口 23加入 正常运行的流化床气化炉2内的密相区，将过热水蒸气与空气的混合气体，由流 化床气化炉2锥体上均布的多个流化床气化剂进口 27均匀送入流化床气化炉2内， 使流化床气化炉2内的细颗粒气化原料，在垂直上升的煤气、水蒸气与空气的混 合气流吹动下，呈悬浮分散流化状态气化，发生气化反应产生煤气和灰分，并借 助流化床气化炉2内均匀的高温环境，将从固定床气化炉1进入煤气中富含的焦 油在流化床气化炉2内得以气化，从而在流化床气化炉2内得到基本不含焦油的 煤气；
3) 由流化床气化炉2内得到的煤气从流化床煤气出口 22经旋风分离器煤气 进口 32进入旋风分离器3进行气固分离后，煤气由旋风分离器3的煤气出口 31 输出，煤气夹带的固体颗粒由旋风分离器3的料腿33返回流化床气化炉2内，继 续进行气化反应，从而达到净化气体、提高碳利用率的目的。流化床气化炉2内 产生的灰渣由流化床排灰口 28排出。
实施例4:
如图2所示，本实施例与实施例3相比，其不同之处在于固定床气化炉1 为气体下行式气化炉，气化原料从固定床气化炉1顶部的固定床物料进口 11进入， 气化剂从固定床气化炉1中部设置的固定床气化剂进口 15'进入，固定床气化炉 1产生的煤气，从固定床气化炉1下部设置的固定床煤气出口 12'进入流化床气 化炉2;本实施例在流化床气化炉2和旋风分离器3中的操作过程与实施例3相同。
上述各实施例的操作过程中，固定床气化炉1与流化床气化炉2内的块状气 化燃料及细颗粒状气化燃料的具体粒径、气化温度、气化压力及其它操作参数等， 都可以参照常规独立运行的固定床气化炉及流化床气化炉的操作参数设定，此非 本发明独有特征，在此不再赘述。
上述各实施例中，本发明装置的具体结构的设置和连接方式是可以变化的， 比如，本发明装置中的固定床气化炉1和流化床气化炉2可以采用现有技术中各 种结构，由于本发明技术方案的主要特点是将固定床产生的煤气直接送入流化床 气化炉中继续进行气化反应并产生煤气，因此上述结构和连接的变化不应排除在 本发明的保护范围之外。
8
权利要求
1、一种固定床流化床串连式气化方法，其包括以下步骤1)将一固定床气化炉的煤气出口与一流化床气化炉的煤气进管连接，同时将所述流化床气化炉的煤气出口与一旋风分离器连接；2)将粒径为13～50mm的气化原料从固定床气化炉顶部加入正常运行的固定床气化炉，同时将气化剂加入固定床气化炉，使气化原料与气化剂在固定床气化炉内气化进行气化反应，产生煤气和灰分，灰分由固定床底部排出，煤气经固定床煤气出口和流化床煤气进管喷入流化床气化炉密相区的下部；3)将粒径为0. 5～8mm的细颗粒状煤炭气化原料，从流化床气化炉下部加入正常运行的流化床气化炉内的密相区，同时将气化剂从流化床气化炉下部加入流化床气化炉，使细颗粒气化原料，在垂直上升的煤气、气化剂的混合气流吹动下气化发生气化反应，产生煤气和灰分，灰分由流化床底部排出，煤气经流化床煤气出口进入旋风分离器；4)煤气在旋风分离器内进行气固分离，煤气从旋风分离器的煤气出口输出，煤气夹带的固体颗粒返回流化床气化炉内，继续进行气化反应。
2、 如权利要求l所述的一种固定床流化床串连式气化方法，其特征在于所述步骤2)中气化剂从固定床气化炉下部加入固定床气化炉，所述气化剂上行与所述气化原料发生反应，产生的煤气从固定床气化炉的上部进入流化床气化炉。
3、 如权利要求l所述的一种固定床流化床串连式气化方法，其特征在于所述步骤2)中气化剂从固定床气化炉中部加入固定床气化炉，所述气化剂下行与所述气化原料发生反应，产生的煤气从固定床气化炉的下部进入流化床气化炉。
4、 如权利要求1或2或3所述的一种固定床流化床串连式气化方法，其特征在于所述固定床气化炉中使用的气化原料为生物质、煤、生物质与煤的混合物之一，所述流化床气化炉中使用的气化原料为煤，所述固定床气化和流化床气化 炉炉中使用的气化剂分别为空气、纯氧、富氧和水蒸气中的一种或一种以上的混合o
5、 一种实现如权利要求1 4所述方法的固定床流化床串连式气化装置，其特征在于它包括一固定床气化炉、 一流化床气化炉和一旋风分离器，所述固定床气化炉煤气出口连接所述流化床煤气进管，所述流化床煤气出口连接所述旋风 分离器煤气进口，所述旋风分类器的顶部设置旋风分离器煤气出口，所述旋风分 离器底部通过料腿连通所述流化床气化炉。
6、 如权利要求5所述的一种固定床流化床串连式气化装置，其特征在于所 述固定床气化炉顶部设置一固定床物料进口，上部设置一固定床煤气出口，下部 设置有一炉箅，底部设置有一固定床排灰口，所述炉箅底部设置有一固定床气化 剂进口。
7、 如权利要求5所述的一种固定床流化床串连式气化装置，其特征在于所 述固定床气化炉顶部设置有一固定床物料进口，中部均布有2 4个固定床气化剂 进口，下部设置有一固定床煤气出口，底部设置有一固定床排灰口，所述固定床 排灰口上方设置有一炉箅。
8、 如权利要求5或6或7所述的一种固定床流化床串连式气化装置，其特征 在于所述流化床气化炉顶部设置有一人孔，上部设置有一流化床煤气出口，下 部密相区设置有一流化床物料进口，底部设置有一流化床排灰口，所述流化床物 料进口下方设置有一端连接所述固定床煤气出口的流化床煤气进管，所述流化床 煤气进管的另一端连通一位于所述流化床气化炉中心的煤气环管，所述煤气环管 上均布有2 4个煤气喷嘴，所述煤气环管下方锥体上均布有2 4个流化床气化 剂进口。
全文摘要
本发明涉及一种气化方法及装置一种固定床流化床串连式气化方法及装置，其中方法包括以下步骤1)将粒径为13～50mm的气化原料和气化剂送入固定床气化炉，进行气化反应产生煤气和灰分，灰分由固定床排灰口排出，煤气进入流化床气化炉密相区的下部；2)将粒径为0.5～8mm的细颗粒状煤炭气化原料和气化剂送入流化床气化炉内，与垂直上升的煤气发生气化反应产生煤气和灰分，灰份由流化床排灰口排出，煤气进入旋风分离器；3)煤气在旋风分离器内进行气固分离，煤气从旋风分离器的煤气出口输出，煤气夹带的固体颗粒由旋风分离器的料腿返回流化床气化炉内，继续进行气化反应。本发明对提高我国中小型煤化工企业的经济效益并降低污水处理成本，具有十分重要的意义。
文档编号C10J3/00GK101440308SQ20081024080
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者张科达, 徐春霞, 戢绪国, 芳 文, 杨宗仁, 鹏 王, 董卫果, 邓一英 申请人:煤炭科学研究总院