固体燃料的间接气化装置及方法将固体燃料的气化和燃烧过程分隔开来，用该方法气化固体燃料能得到高品质的气化产物，通过外置隔离器和返料管将循环流化床和喷动流化床保持连通，循环流化床、喷动流化床和外置隔离器内床料为高温惰性热载体颗粒，在喷动流化床内固体燃料、气化介质和高温惰性热载体颗粒进行混合，固体燃料进行热解气化，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒经过外置隔离器和返料管流入循环流化床内，在循环流化床内焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧，对惰性热载体颗粒进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒经旋风分离器分离后返回到喷动流化床内，为固体燃料热解气化提供热源。
1.一种固体燃料的间接气化装置，其特征在于该装置包括循环流化床(1)、旋风分离器(2)、喷动流化床(3)、外置隔离器(4)和返料管(5)；循环流化床(1)上部与旋风分离器(2)的上部相连通，旋风分离器(2)下部的料腿(21)插入喷动流化床(3)中，喷动流化床(3)下部和外置隔离器(4)下部相连通，外置隔离器(4)通过返料管(5)和循环流化床(1)的下部相连通，循环流化床(1)的底部设有空气/氧气进气口(A)，旋风分离器(2)的顶部为燃烧烟气出气口(B)，喷动流化床(3)的上部为燃料气体出气口(C)，喷动流化床(3)的底部设有气化介质进口(D)，喷动流化床(3)底部中心区域设有固体燃料和气力输送气体进口(E)，外置隔离器(4)的底部设有隔离气体进口(F)，循环流化床(1)、喷动流化床(3)和外置隔离器(4)内的床料为惰性热载体颗粒(11)。
2.一种如权利要求1所述的固体燃料的间接气化装置的气化方法，其特征在于固体燃料的气化方法为：
a.热解气化反应：采用气力输送的方法将固体燃料从喷动流化床(3)底部中心区域的固体燃料和气力输送气体进口(E)输送进入喷动流化床(3)内，气化介质从喷动流化床(3)底部的气化介质进口(D)进入喷动流化床(3)中，循环流化床(1)内的高温惰性热载体颗粒(11)经旋风分离器(2)分离后进入喷动流化床(3)，喷动流化床(3)内的高温惰性热载体颗粒(11)对固体燃料和气化介质进行加热，固体燃料发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷燃料气体，固体燃料中焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒(11)从喷动流化床(3)下部经过外置隔离器(4)和返料管(5)流入循环流化床(1)，固体燃料气化的气体产物从喷动流化床(3)上部的燃料气体出气口(C)排出，隔离气体从外置隔离器(4)底部的隔离气体进口(F)进入外置隔离器(4)，对外置隔离器(4)内惰性热载体颗粒(11)进行流化，调节隔离气体的流量大小，控制循环流化床(1)和喷动流化床(3)之间的惰性热载体颗粒(11)循环速率，维持喷动流化床(3)内气化温度，所述的气化介质为水蒸汽或二氧化碳，所述的隔离气体为水蒸汽、二氧化碳或氮气，所述的惰性热载体颗粒(11)为砂子或灰渣；
b.燃烧反应：循环流化床(1)采用空气/氧气流化，从喷动流化床(3)经过外置隔离器(4)和返料管(5)进入到循环流化床(1)内的焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，放出的热量对惰性热载体颗粒(11)进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒(11)经旋风分离器(2)分离后返回到喷动流化床(3)内，为固体燃料热解气化提供热源；
c.采用双重颗粒密封的方法，即利用外置隔离器(4)和料腿(21)的颗粒物料进行密封，阻止循环流化床(1)内燃烧的烟气产物和喷动流化床(3)内气化的气体产物的双向窜混，避免喷动流化床(3)气化反应器爆炸燃烧，保证整个装置的安全运行，同时从喷动流化床(3)上部的燃料气体出气口(C)获得不含燃烧烟气产物的高品质燃料气体；
循环流化床处于900～1200℃的状态，喷动流化床处于600～1000℃的状态。
3.如权利要求2所述的固体燃料的间接气化装置的气化方法，其特征在于将喷动流化床(3)底部的气化介质进口(D)并入喷动流化床(3)底部中心区域的固体燃料和气力输送气体进口(E)，气化介质全部从固体燃料和气力输送气体进口(E)输送进入喷动流化床(3)。
固体燃料的间接气化装置及方法
技术领域
[0001] 本发明为固体燃料气化的一种装置及方法，尤其是固体燃料的间接气化装置及方法。
背景技术
[0002] 固体燃料气化是实现固体燃料的高效清洁利用的主要途径之一。现有的固体燃料气化方法，主要通过在单一反应器内和空气或氧气进行部分燃烧的方法实现固体燃料的气化过程，以空气为气化剂，固体燃料在气化反应器内进行部分燃烧和气化，固体燃料气化所需热量由燃烧过程提供，结果使得燃烧产生的烟气掺混到气化产物中，显著降低固体燃料气化产物的品质；使用纯氧作为气化介质，可以显著地提高固体燃料气化产物的热值，但需要制取纯氧，消耗大量的能量。
发明内容
[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种固体燃料的间接气化装置及方法，将固体燃料的气化和燃烧过程分隔开来，用该方法气化固体燃料能得到高品质的气化产物，且设备结构简单，运行可靠。
[0004] 技术方案：本发明采用两个不同的反应器-气化反应器和燃烧反应器，将固体燃料气化和燃烧过程分隔开来，固体燃料气化过程在喷动流化床气化反应器内进行，燃烧过程发生在循环流化床燃烧反应器内，两个反应器之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递，气化过程产生的燃料气体和燃烧产生的烟气分隔开来，得到高品质的燃料气体。
[0005] 本发明的固体燃料的间接气化装置包括循环流化床、旋风分离器、喷动流化床、外置隔离器和返料管；循环流化床上部与旋风分离器的上部相连通，旋风分离器下部的料腿插入喷动流化床中，喷动流化床下部和外置隔离器下部相连通，外置隔离器通过返料管和循环流化床的下部相连通，循环流化床的底部设有空气/氧气进气口，旋风分离器的顶部为燃烧烟气出气口，喷动流化床的上部为燃料气体出气口，喷动流化床的底部设有气化介质进口，喷动流化床底部中心区域设有固体燃料和气力输送气体进口，外置隔离器的底部设有隔离气体进口，循环流化床、喷动流化床和外置隔离器内的床料为惰性热载体颗粒。
[0006] 固体燃料的间接气化装置的气化方法为：
[0007] a热解气化反应：采用气力输送的方法将固体燃料从喷动流化床底部中心区域的固体燃料和气力输送气体进口输送进入喷动流化床内，气化介质从喷动流化床底部的气化介质进口进入喷动流化床中，循环流化床内的高温惰性热载体颗粒经旋风分离器分离后进入喷动流化床，喷动流化床内的高温惰性热载体颗粒对固体燃料和气化介质进行加热，固体燃料发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷等燃料气体，固体燃料中焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒从喷动流化床下部经过外置隔离器和返料管流入循环流化床，固体燃料气化的气体产物从喷动流化床上部的燃料气体出气口排出，隔离气体从外置隔离器底部的隔离气体进口进入外置隔离器，对外置隔离器内惰性热载体颗粒进行流化，调节隔离气体的流量大小，控制循环流化床和喷动流化床之间的惰性热载体颗粒循环速率，维持喷动流化床内气化温度，所述的气化介质为水蒸汽或二氧化碳，所述的隔离气体为水蒸汽、二氧化碳或氮气，所述的惰性热载体颗粒为砂子或灰渣；
[0008] b燃烧反应：循环流化床采用空气/氧气流化，从喷动流化床经过外置隔离器和返料管进入到循环流化床内的焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，放出的热量对惰性热载体颗粒进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒经旋风分离器分离后返回到喷动流化床内，为固体燃料热解气化提供热源；
[0009] c采用双重颗粒密封的方法，即利用外置隔离器和料腿的颗粒物料进行密封，阻止循环流化床内燃烧的烟气产物和喷动流化床内气化的气体产物的双向窜混，避免喷动流化床气化反应器爆炸燃烧，保证整个装置的安全运行，同时从喷动流化床上部的燃料气体出气口获得不含燃烧烟气产物的高品质燃料气体。
[0010] 将喷动流化床底部的气化介质进口并入喷动流化床底部中心区域的固体燃料和气力输送气体进口，气化介质全部从固体燃料和气力输送气体进口输送进入喷动流化床。
[0011] 有益效果：常规的流化床固体燃料气化，以砂子、灰渣为床料，空气(氧气)、水蒸汽或氧气和水蒸汽的混合气体为流化气体，固体燃料在流化床内进行部分燃烧和气化，固体燃料气化所需热量由燃烧过程提供，结果使得燃烧产生的烟气产物掺混到气化产物中，使得固体燃料气化产物品质低下。
[0012] 本发明为固体燃料间接气化的一种方法，具体为固体燃料热解气化反应器采用喷动流化床，焦炭燃烧反应器采用循环流化床，将固体燃料热解气化和焦炭的燃烧过程分隔开来，喷动流化床和循环流化床之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递；将气化介质从喷动流化床底部加入喷动流化床内，从喷动流化床底部中心区域进来的固体燃料颗粒和气力输送气体向上穿过喷动流化床底部中心区域，并与向下运动的高温惰性热载体颗粒形成逆流接触，固体燃料和气化介质、高温惰性热载体颗粒剧烈混合，发生强烈的热量和质量交换，使得刚进入喷动流化床内的固体燃料瞬间加热到床内温度(600～1000℃)，固体燃料发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷等燃料气体，固体燃料中的焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒从外置隔离器经过返料管流入循环流化床，固体燃料气化的气体产物从喷动流化床上部排出；循环流化床内焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，焦炭燃烧产生的热量对惰性热载体颗粒进行加热，高温惰性热载体经旋风分离器分离后返回到喷动流化床内，为固体燃料热解气化提供热源；采用隔离气体对外置隔离器内惰性热载体颗粒进行流化，将循环流化床内燃烧过程和喷动流化床内固体燃料热解气化分隔开来，外置隔离器和旋风分离器的料腿阻止循环流化床内燃烧的烟气产物和喷动流化床内气化的气体产物的双向窜混，避免喷动流化床爆炸燃烧，保证整个装置的安全运行，同时从喷动流化床上部出气口获得不含燃烧烟气产物的高品质燃料气体；外置隔离器的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动流化床的床料高度，使得固体燃料在喷动流化床内停留时间延长，促使固体燃料在喷动流化床内充分热解气化，提高气化效率，降低固体燃料气化产物中焦油含量。在整个固体燃料气化反应过程中，循环流化床处于900～1200℃的状态，喷动流化床处于600～1000℃的状态，循环流化床和喷动流化床之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递，其装置及方法有着广泛的社会效益和工业应用前景。
附图说明
[0013] 图1是本发明的装置结构示意图。其中有循环流化床1，惰性热载体颗粒11，旋风分离器2，旋风分离器的料腿21，喷动流化床3，外置隔离器4，返料管5，空气/氧气进气口A，燃烧烟气出气口B，燃料气体出气口C，气化介质进口D，固体燃料和气力输送气体进口E，隔离气体进口F。
具体实施方式
[0014] 本发明的固体燃料的间接气化装置，由循环流化床1、旋风分离器2、喷动流化床3、外置隔离器4以及返料管5串联组成。循环流化床1的上部与旋风分离器2的上部相连通，旋风分离器2下部的料腿21插入喷动流化床3中，喷动流化床3下部和外置隔离器4下部相连通，外置隔离器4通过返料管5和循环流化床1的下部相连通，循环流化床1的底部设有空气/氧气进气口A，旋风分离器2的顶部为燃烧烟气出气口B，喷动流化床3的上部为燃料气体出气口C，喷动流化床3底部设有气化介质进口D，喷动流化床3底部中心区域设有固体燃料和气力输送气体进口E，外置隔离器4底部设有隔离气体进口F，循环流化床1、喷动流化床3和外置隔离器4内床料为惰性热载体颗粒11。
[0015] 将固体燃料从喷动流化床底部中心区域输送进入喷动流化床，气化介质从喷动流化床底部进入喷动流化床中，喷动流化床内的高温惰性热载体颗粒对固体燃料和气化介质进行加热，固体燃料发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷等燃料气体，固体燃料中焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒经过外置隔离器和返料管流入循环流化床；循环流化床采用空气/氧气流化，焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧，同时对惰性热载体颗粒进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒经旋风分离器分离后返回到喷动流化床，为固体燃料热解气化提供热源；本装置采用喷动流化床作为固体燃料的气化反应器，具有以下特点：从底部中心区域进来的固体燃料颗粒和气力输送气体向上穿过喷动流化床底部中心区域，并与向下运动的高温惰性热载体颗粒形成逆流接触，具有良好的气固接触性能，而在喷动流化床底部中心区域之外的其它区域气体基本上以临界流化速度通过颗粒床层，同时固体燃料颗粒在喷动流化床内作有规律的循环运动，显著强化固体燃料在喷动流化床内热解气化反应过程。
[0016] 其具体的结构为：循环流化床的上部与旋风分离器的上部相连通，旋风分离器下部的料腿插入喷动流化床中，喷动流化床下部和外置隔离器下部相连通，外置隔离器通过返料管和循环流化床的下部相连通，喷动流化床上部为燃料气体出气口，旋风分离器顶部为燃烧烟气出气口，循环流化床底部设有空气/氧气进口，喷动流化床底部设有气化介质进口，喷动流化床底部中心区域设有固体燃料和气力输送气体进口，外置隔离器底部设有隔离气体进口。
[0017] 本发明的一种固体燃料的间接气化方法为：采用气力输送的方法将固体燃料从喷动流化床底部中心区域输送进入喷动流化床内，气化介质从喷动流化床底部进入喷动流化床中，固体燃料、气化介质和喷动流化床内高温惰性热载体颗粒剧烈混合，发生强烈的热量和质量交换，使得刚进入喷动流化床内的固体燃料瞬间加热到床内温度(600～1000℃)，固体燃料发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷等燃料气体，固体燃料中的焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒从外置隔离器经过返料管流入循环流化床，固体燃料气化的气体产物从喷动流化床上部排出；流入循环流化床内的焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，焦炭颗粒燃烧产生的热量对惰性热载体颗粒进行加热，高温惰性热载体经旋风分离器分离后返回到喷动流化床内，为固体燃料热解气化提供热源；在整个固体燃料气化反应过程中，循环流化床处于900～1200℃的状态，喷动流化床处于600～1000℃的状态，循环流化床和喷动流化床之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递；采用水蒸汽、二氧化碳、氮气等不含氧气的气体作为隔离气体对外置隔离器内的惰性热载体颗粒进行流化，调节隔离气体的流量大小，控制循环流化床和喷动流化床之间的惰性热载体颗粒循环速率，维持喷动流化床的气化反应温度。
[0018] 所述的固体燃料的间接气化方法是在该气化装置中采用双重颗粒密封的方法，即利用外置隔离器和旋风分离器的料腿进行颗粒密封，阻止循环流化床内燃烧的烟气产物和喷动流化床内气化的气体产物的双向窜混，避免喷动流化床爆炸燃烧，保证整个装置的安全运行，同时从喷动流化床上部出气口获得不含燃烧烟气产物的高品质燃料气体。
[0019] 外置隔离器的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动流化床的床料高度，固体燃料在喷动流化床内停留时间延长，使得固体燃料在喷动流化床内充分热解气化，提高气化效率，降低固体燃料气化产物中焦油含量。
[0020] 在喷动流化床3内将固体燃料与气化介质进行热解气化反应，固体燃料中的焦炭颗粒进一步与气化介质发生气化反应，气化反应剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒从外置隔离器4经返料管5流入循环流化床1，固体燃料气化的气体产物从喷动流化床3上部的燃料气体出气口C排出；循环流化床1内焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，燃烧产生的烟气从旋风分离器2的燃烧烟气出气口B排出，焦炭燃烧产生的热量对惰性热载体颗粒11进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒11经旋风分离器2分离后返回到喷动流化床3内，为固体燃料热解气化提供热源；采用隔离气体对外置隔离器4内的惰性热载体颗粒进行流化，外置隔离器4将循环流化床1内燃烧气体产物和喷动流化床3内固体燃料气化产物气体分隔开来；外置隔离器4的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动流化床3的床料高度，固体燃料在喷动流化床3内停留时间延长，促使固体燃料在喷动流化床3内充分热解气化，提高气化效率，降低固体燃料气化产物中焦油含量。
[0021] 在整个固体燃料气化反应过程中，循环流化床1处于900～1200℃的状态，喷动流化床3处于600～1000℃的状态；循环流化床1和喷动流化床3之间依靠惰性热载体颗粒11进行热量传递，将固体燃料热解气化与焦炭的燃烧过程分隔开来。
[0022] 所述的气化介质为水蒸汽或二氧化碳，所述的惰性热载体颗粒为砂子或灰渣，所述的隔离气体为水蒸汽、二氧化碳或氮气。
