一种粉煤热解和气化方法

一种粉煤热解和气化方法
【专利摘要】本发明公布了一种粉煤热解和气化的方法，通过气流床粉煤热解和气流床半焦气化集成回收半焦高温气化的合成气显热。全部的粉煤进入气流床粉煤热解炉，粉煤热解生成的焦油在高温下进一步热解生成低分子碳氢化合物(如甲烷)和焦炭；粉煤热解生成的半焦进入气流床气化炉生成高温合成气。该方法生成的合成气中富含甲烷(甲烷含量2～15v％)、焦油含量低(小于10ppm)，装置冷煤气效率高(大于80％)、原料适应性广，可应用于煤制天然气和燃气等领域。
【专利说明】一种粉煤热解和气化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤气化的方法，具体涉及一种将气流床粉煤热解和气流床半焦气化耦合高效制备富含甲烷合成气或者燃气的方法。
技术背景
[0002]在我国消耗的一次性能源中，煤炭比重高达三分之二，并且未来相当长一段时间，煤炭依然会扮演能源供应的主角。煤化工以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体燃料、液体燃料、焦炭以及化学品，包括了煤的气化、焦化、液化等利用路线。
[0003]煤热解是一个非常复杂的过程，化学 反应总的讲可分为裂解和缩聚两大类反应。煤热解是煤加工转化，如燃烧、气化、焦化、液化等工艺极为重要的中间过程，不用加氢、氧气，即可实现煤的部分气化和液化，制得煤气和焦油。煤的热解分级转化使煤的利用过程效率提高同时有利于煤中污染物的脱除，是煤新型技术开发的热点之一，国外有代表性的工艺有美国的COED和Garrett工艺等，国内浙江大学提出了煤炭分级转化高效发电技术，大连理工大学提出了褐煤提质技术。
[0004]煤气化技术的发展已有150余年的历史,形成了固定床、流化床和气流床三种技术流派。气流床煤气化技术因其大规模、高效、煤种适应性强成为气化技术发展的主要方向，但出气流床气化炉高温合成气的显热回收是气化技术的难题之一，一直是气化技术研究的热点。气流床气化炉采用液态排渣的方式，出气化炉高温合成气温度在1300°C以上，合成气高温显热回收方式主要有废热锅炉、水激冷和化学热回收。化学热回收即通过煤的热解吸收能量来回收出气化炉一段高温合成气的显热，如Phillips66公司的E-gas气化技术采用二段喷入部分水煤浆的方式，TPRI (西安热工研究院)和MHI采用二段喷入部分粉煤的方式，华东理工大学在多喷嘴对置式气化技术的基础上提出了气流床气化和固定床热解耦合的方式。
[0005]而目前已商业化的、采用化学热回收高温合成气显热的气流床煤气化炉均只在二段喷入部分水煤浆或者粉煤，其能量转化效率还有进一步提升的空间。煤热解过程中生成的焦油在高温气体冷却回收热量的过程中易冷凝粘结在换热器、半焦分离器或者后续合成气的处理装置，影响了煤气化装置的长周期稳定运行，还需进一步考虑气化炉内焦油的热解问题。

【发明内容】

[0006]鉴于以上问题，为了进一步提升气流床煤气化炉的能量转化效率和解决焦油热解问题，本发明提出了一种气流床粉煤热解和气流床半焦气化耦合高效制备富含甲烷合成气或者燃气的方法。
[0007]气流床粉煤热解炉采用粉煤(粒度小于100微米)，小粒度的煤易于加热和颗粒内外温度较为均匀，挥发份扩散的阻力较小，逸出速度较快，颗粒内焦油二次反应减弱，有利于焦油的析出；气流床粉煤热解炉采用气流床反应器，粉煤采用密相气力输送并用少量气体实现粉煤的弥散，强化热解炉内混合过程，提高了粉煤的升温速率，热解生成的高分子产物少且挥发份析出率高；气流床粉煤热解炉的热载体为来自一段的高温合成气,主要由H2, CO、CO2和水蒸汽组成，煤加热过程中分子间的桥健断裂生成大量自由基，自由基可以与氢结合，生成小分子量的烷烃和芳烃化合物，有利于焦油的热解；气流床粉煤热解炉在高温下操作，可通过延长热解炉内物料的停留时间强化焦油的热解，合成气中焦油的含量小于IOPPM。
[0008]具体技术方案如下:
[0009]一种粉煤热解和气化方法，本方法中用到的气化炉(I)分为二段，一段为气流床半焦气化炉(101)，对二段生成的半焦粉(S13)进行高温气流床气化；二段为气流床粉煤热解炉(102)，通过粉煤(SI)的热解吸收能量来回收出气流床半焦气化炉(101)的高温合成气显热；
[0010]所述方法包括如下步骤: [0011]粉煤(SI)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床粉煤热解炉(102)，喷嘴通入少量气体(S2)实现粉煤(SI)在粉煤热解炉(102)内的弥散，强化热解炉内的热质传递过程；来自气流床半焦气化炉(101)的富含H2的高温合成气使得粉煤(SI)热解生成气体、焦油或半焦，所述焦油在高温下进一步热解生成低分子碳氢化合物(如甲烷)和焦炭；粉煤(SI)热解后生成的半焦及其富含甲烷的合成气(S3)出气化炉(I)进入废热锅炉(2)回收显热；通过激冷介质(S4)调节入废热锅炉(2)的合成气(S5)的温度，锅炉给水(S16)通过废热锅炉⑵进入高压蒸汽(S17);粉煤(SI)在气流床粉煤热解炉(102)内的停留时间为2~20秒，保证热解生成的焦油能进一步热解，使得合成气中的焦油含量小于lOppm，不会影响废热锅炉(2)和半焦过滤器(3)等设备的操作。
[0012]半焦粉(S13)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床半焦气化炉(101)，喷嘴通入气化剂(S14)实现半焦粉(S13)在气流床半焦气化炉(101)内的弥散和发生气化反应生成富含CO和H2的合成气；所述富含CO和H2的合成气进入气流床粉煤热解炉(102)，熔融灰渣(S15)排出气化炉⑴；半焦粉(S13)在气流床半焦气化炉(101)内的停留时间为2~10秒；
[0013]出废热锅炉(2)的合成气(S6)进入半焦过滤器(3)，过滤后的合成气(S7)去下游进一步处理，回收的半焦(S8)进入半焦储罐(4)；
[0014]半焦储罐(4)内的半焦粉(S9)进入半焦锁斗(5)，在惰性气体(氮气或者二氧化碳等)(SlO)的作用下对半焦锁斗(5)内的半焦粉(Sll)进行加压和活化进入半焦粉给料罐(6)，在气化剂(S12)的作用下对半焦粉给料罐(6)内的半焦粉进行密相气力输送和活化。
[0015]所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)的粒度小于100微米。
[0016]所述气体(S2)是惰性气体或二氧化碳，或者是经压缩后少量循环利用的合成气。
[0017]所述气化剂(S12)为氧气或富氧空气，并至少另含水蒸汽或者二氧化碳中的一种。
[0018]所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)采用密相气力输送的介质为氮气或者二氧化碳。
[0019]所述气化炉(I)的操作压力为0.1~10.0MPa，气流床半焦气化炉(101)的操作温度为1200~1600°C，出气流床粉煤热解炉(102)的合成气(S3)的温度为600~1200°C。[0020]所述气流床半焦气化炉(101)和气流床粉煤热解炉(102)可集成在一个设备中，也可是两个单独的设备中间通过导管连接。
[0021]入废热锅炉⑵的合成气(S5)的温度小于900°C，通过激冷介质(S4)进行温度调节；所述的激冷介质(S4)是循环合成气或激冷水。
[0022]所述废热锅炉⑵的管程走锅炉给水(S16)或者高压蒸汽(S17)，壳程走合成气及半焦(S5);出废热锅炉(2)的合成气(S6)温度为200~400°C。
[0023]本工艺通过气流床粉煤热解和气流床半焦气化集成，生成的合成气中富含甲烷(甲烷含量2~15v% )，焦油含量低(小于IOppm)，装置冷煤气效率高(大于80% )、原料适应性广，可应用于煤制天然气和燃气等领域。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1是粉煤热解和气化方法的流程示意图。
[0025]符号说明
[0026]I气化炉；101气流床半焦气化炉；102气流床粉煤热解炉；2废热锅炉；
[0027]3半焦过滤器；4半焦储罐；5半焦锁斗；6半焦给料罐；
[0028]SI粉煤和载气；S2粉煤弥散气；S3出粉煤热解炉合成气；S4激冷介质；S5入废锅合成气；S6出废锅合成气；S7出半焦过滤器合成气；S8出半焦过滤器半焦；S9出半焦储罐半焦；S10粉煤锁斗加压和活化气；S11出粉煤锁斗半焦；S12粉煤给料罐活化气；S13入半焦气化炉半焦和载气；S14气化剂；S15熔融灰渣；S16锅炉给水；S17蒸汽。
【具体实施方式】
[0029]以下为本发明的实施例，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，其目的仅在更好地理解本发明的内容。因此本发明的保护范围不受所举实施例的限制。
[0030]参见图1，气流床粉煤热解和半焦气化集成的核心内容是通过粉煤热解的方式回收半焦气化的高位显热，全部的粉煤进入气流床粉煤热解炉，热解后的合成气富含甲烷且焦油含量低，提高装置的冷煤气效率。
[0031]气化炉(I)分为二段，一段为气流床半焦气化炉(101)，对二段生成的半焦粉(S13)进行高温气流床气化；二段为气流床粉煤热解炉(102)，通过粉煤(SI)的热解吸收能量来回收出气流床半焦气化炉(101)的高温合成气显热。
[0032]全部的粉煤(SI)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床粉煤热解炉(102)，喷嘴通入少量气体(S2)实现粉煤在气流床粉煤热解炉(102)内的弥散。来自气流床半焦气化炉(101)的富含H2的高温合成气使得粉煤热解生成气体、焦油和半焦等，焦油在高温下进一步热解生成低分子碳氢化合物(如甲烷)和焦炭。粉煤(SI)热解后生成的半焦及其富含甲烷的合成气(S3)出气化炉进入废热锅炉(2)。
[0033]半焦粉(S13)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床半焦气化炉(101)，喷嘴通入气化剂(S13)实现半焦粉在气流床半焦气化炉(101)内的弥散和发生气化反应生成富含CO和H2的合成气。生成的高温合成气进入气流床粉煤热解炉(S102)，熔融灰渣(S13)排出气化炉⑴。
[0034]废热锅炉(2)进一步回收热解后生成的半焦及其富含甲烷的合成气(S3)的显热。通过激冷介质(S4)调节入废热锅炉(2)的合成气(S5)的温度。锅炉给水(S16)进入废热锅炉(2)副产中高压蒸汽(S17)。
[0035]出废热锅炉(2)的合成气(S6)进入半焦过滤器(3)，过滤后的合成气(S7)去下游进一步处理，回收的半焦(S8)进入半焦储罐(4)。
[0036]半焦储罐(4)内的半焦粉(S9)进入半焦锁斗(5)，在惰性气体(氮气或者二氧化碳等)(SlO)的作用下对半焦锁斗(5)内的半焦粉进行加压和活化。
[0037]半焦粉锁斗(4)内的半焦粉(Sll)进入半焦粉给料罐(6)，在惰性气体(氮气或者二氧化碳等)(SlO)的作用下对半焦粉给料罐(6)内的半焦粉进行密相气力输送和活化。
[0038]本发明的粉煤热解炉和气化炉的喷嘴布置型式，优选多喷嘴撞击流的布置方式(ZL98110616.1)。
[0039]本发明的废热锅炉采用对流锅炉型式。
[0040]本发明的半焦分离器可以是陶瓷过滤器、旋风分离器等型式。
[0041]实施例1
[0042]对以气流床粉煤热解和半焦气化的气化技术生产合成气，其通过粉煤热解的方式回收半焦高温气化合成气中的显热，合成气CH4含量高，系统冷煤气效率高，可广泛应用于制备富含甲烷的合成气或具有较高热值的燃气。表1为原料煤的性质。气化炉压力为
4.0MPa，单台气化炉处理能力大于1000吨(干基煤)/天。
[0043]表1原料煤的性质
【权利要求】
1.一种粉煤热解和气化方法，其特征在于，本方法中用到的气化炉(I)分为二段，一段为气流床半焦气化炉(101)，对二段生成的半焦粉(S13)进行高温气流床气化；二段为气流床粉煤热解炉(102)，通过粉煤(SI)的热解吸收能量来回收出气流床半焦气化炉(101)的高温合成气显热；所述方法包括如下步骤:粉煤(SI)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床粉煤热解炉(102)，喷嘴通入少量气体(S2)实现粉煤(SI)在粉煤热解炉(102)内的弥散，强化热解炉内的热质传递过程；来自气流床半焦气化炉(101)的富含H2的高温合成气使得粉煤(SI)热解生成气体、焦油或半焦，所述焦油在高温下进一步热解生成低分子碳氢化合物和焦炭；粉煤(SI)热解后生成的半焦及其富含甲烷的合成气(S3)出气化炉(I)进入废热锅炉(2)回收显热；通过激冷介质(S4)调节入废热锅炉(2 )的合成气(S5)的温度，锅炉给水(S16)通过废热锅炉(2)进入高压蒸汽(S17);所述粉煤(SI)在气流床粉煤热解炉(102)内的停留时间为2~20秒；半焦粉(S13)采用密相气力输送经喷嘴进入气流床半焦气化炉(101)，喷嘴通入气化剂(S14)实现半焦粉(S13)在气流床半焦气化炉(101)内的弥散和发生气化反应生成富含CO和H2的合成气；所述富含CO和H2的合成气进入气流床粉煤热解炉(102)，熔融灰渣(S15)排出气化炉⑴；半焦粉(S13)在气流床半焦气化炉(101)内的停留时间为2~10秒；出废热锅炉(2)的合成气(S6)进入半焦过滤器(3)，过滤后的合成气(S7)去下游进一步处理，回收的半焦(S8)进入半焦储罐(4)；半焦储罐(4)内的半焦粉(S9)进入半焦锁斗(5)，在惰性气体(SlO)的作用下对半焦锁斗(5)内的半焦粉(Sll)进行加压和活化进入半焦粉给料罐(6)，在气化剂(S12)的作用下对半焦粉给料罐出)内的半焦粉进行密相气力输送和活化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)的粒度小于100微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体(S2)是惰性气体或二氧化碳，或者是经压缩后少量循环利用的合成气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化剂(S12)为氧气或富氧空气，并至少另含水蒸汽或者二氧化碳中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤(SI)和半焦粉(S13)采用密相气力输送的介质为氮气或者二氧化碳。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化炉(I)的操作压力为0.1~l0.0MPa，气流床半焦气化炉(101)的操作温度为1200~1600°C，出气流床粉煤热解炉(102)的合成气(S3)的温度为600~1200°C。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流床半焦气化炉(101)和气流床粉煤热解炉(102)可集成在一个设备中，也可是两个单独的设备中间通过导管连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，入废热锅炉(2)的合成气(S5)的温度小于900°C，通过激冷介质(S4)进行温度调节；所述的激冷介质(S4)是循环合成气或激冷水。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废热锅炉(2)的管程走锅炉给水(S16)或者高压蒸汽(S17)，壳程走合成气及半焦(S5);出废热锅炉(2)的合成气(S6)温度为 200~400°C。
【文档编号】C10J3/46GK103980948SQ201410257589
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】代正华, 李超, 龚欣, 于广锁, 王辅臣, 刘海峰, 王亦飞, 周志杰, 陈雪莉, 梁钦锋, 郭晓镭, 李伟锋, 许建良, 郭庆华, 王兴军, 陆海峰, 赵辉, 龚岩 申请人:华东理工大学