一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺

摘要

本发明公开一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺，将循环流化床锅炉与移动床煤热解反应器和移动床煤气化炉有机耦合，利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对来自煤斗的高挥发分煤在移动床热解反应器中进行热解，将热解产生的半焦分离出热解反应器，进入移动床气化炉气化，同时移动床气化炉作为热解煤气的净化装置，起到对热解煤气在线除尘的作用。气化后的活性焦作为副产物排出反应系统。这样，通过热解-气化-燃烧三个阶段的有机组合，实现了煤炭资源的分级优化利用，可进行热、电、焦油、煤气、活性焦的联合生产，同时实现了气化煤气、热解煤气高效净化的目的。

权利要求

1.一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置，其特征在于：包括循环流化床锅炉、移动床热解反应器与移动床气化炉，循环流化床锅炉的下部通过第一输煤管连接第一煤斗，循环流化床锅炉的上部连接移动床热解反应器，移动床热解反应器的顶部通过第二输煤管连接第二煤斗，移动床热解反应器的上部通过煤气输送管路连接移动床气化炉，移动床热解反应器的底部连接第一筛分器，第一筛分器的筛下空间通过管路连接循环流化床锅炉，第一筛分器的筛上空间通过管路与移动床气化炉的顶部连接，移动床气化炉的上部连接旋风分离器，移动床气化炉的下部连接空气输入管路和水蒸气输入管路，移动床气化炉的底部连接第二筛分器，第二筛分器的筛下空间通过管路连接循环流化床锅炉，第二筛分器的筛上空间连接排出管；所述旋风分离器包括壳体，在壳体的上部一侧设置有含尘气体入口，在壳体的上部中心设置有中心管，在壳体的底部设置有物料排出口，含尘气体入口通过进气管路与移动床气化炉连接，物料排出口通过返料管与移动床气化炉连接，中心管的上端口为净化气体出口，在第一筛分器和移动床气化炉之间的连接管路上设置有半焦分配器，半焦分配器还通过一管路连接旋风分离器的中心管。

2.根据权利要求1所述的一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置，其特征在于：所述第一筛分器与第二筛分器内部筛板的孔径均为1-10mm。

3.一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，其特征在于步骤如下：

(1)劣质煤或低挥发分煤从第一煤斗通过第一输煤管进入循环流化床锅炉燃烧，燃烧形成的高温循环灰作为热载体输送至移动床热解反应器；

(2)高挥发分煤从第二煤斗通过第二输煤管进入移动床热解反应器，在移动床热解反应器中高温循环灰对高挥发分煤进行热解，得到热解煤气与固相产物；

(3)热解煤气经煤气输送管路送入移动床气化炉，固相产物从移动床热解反应器底部排入第一筛分器，在第一筛分器中进行筛分处理，筛下的循环灰和粉状半焦通过管路进入循环流化床锅炉燃烧，筛上的粒状半焦进入半焦分配器；

(4)粒状半焦经半焦分配器分配后，其中一部分通过管路进入移动床气化炉，另一部分通过管路进入旋风分离器的中心管；

(5)进入移动床气化炉内的粒状半焦与热解煤气对流运动，粒状半焦对热解煤气进行初步净化，同时移动床气化炉通过空气输入管路和水蒸气输入管路分别通入空气和水蒸气进行气化反应，产生合成气，初步净化后的热解煤气和合成气共同进入旋风分离器；

(6)热解煤气和合成气在旋风分离器中继续进行离心净化，净化后再通过旋风分离器的中心管，中心管内堆积的粒状半焦对热解煤气和合成气进行更进一步过滤净化，从而完成深度净化，得到洁净的热解煤气和合成气，再经冷却、电捕焦油工艺回收煤焦油，不凝性气体脱硫后作为燃气或合成气使用；

(7)旋风分离器分离出的尘粒与旋风分离器中心管内的粒状半焦一并经底部连接的返料管循环输送至移动床气化炉内；

(8)移动床气化炉内的固体物从底部排入筛分器进行筛分处理，筛上得到活性半焦，通过管路导出，筛下的粉状半焦和粉尘经管路送回循环流化床锅炉进行燃烧。

4.如权利要求3所述的一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，其特征在于：

控制移动床热解反应器温度为400-700℃，移动床气化炉温度为700-1100℃，循环流化床锅炉燃烧温度为800-1100℃。

说明书

一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热解、气化、燃烧组合的煤炭分级利用装置及工艺，特别是一种能够实现热、电、焦油、煤气和活性焦联合生产的装置及工艺。

背景技术

[0002] 我国煤炭资源丰富，2012年我国煤炭产量达到36亿吨，其中约80%用于直接燃烧。将煤直接燃烧存在燃烧效率低、污染严重等问题，因此开发煤炭高效综合利用和低污染排放的新技术迫在眉睫。从煤的反应性出发，将以煤为原料的多个生产工艺有机耦合，实现分级转化和利用，可以更好地解决资源和环境问题。

[0003] 以循环流化床燃烧为基础，利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体，将煤进行热解，得到煤气和焦油，热解半焦再送入循环流化床燃烧发电，这种将循环流化床锅炉与煤热解炉组合副产煤气和焦油的工艺已取得了一定的成功经验。但实际过程中由于循环灰粒度小，因此存在热解煤气含尘量高，容易造成管路堵塞和含尘焦油难以利用等问题，并且净化处理困难，一直是亟待解决的行业难点。

发明内容

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺。

[0005] 本发明所采用的技术解决方案是：

[0006] 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置，包括循环流化床锅炉、移动床热解反应器与移动床气化炉，循环流化床锅炉的下部通过第一输煤管连接第一煤斗，循环流化床锅炉的上部连接移动床热解反应器，移动床热解反应器的顶部通过第二输煤管连接第二煤斗，移动床热解反应器的上部通过煤气输送管路连接移动床气化炉，移动床热解反应器的底部连接第一筛分器，第一筛分器的筛下空间通过管路连接循环流化床锅炉，第一筛分器的筛上空间通过管路与移动床气化炉的顶部连接，移动床气化炉的上部连接旋风分离器，移动床气化炉的下部连接空气输入管路和水蒸气输入管路，移动床气化炉的底部连接第二筛分器，第二筛分器的筛下空间通过管路连接循环流化床锅炉，第二筛分器的筛上空间连接排出管。

[0007] 优选的，所述旋风分离器包括壳体，在壳体的上部一侧设置有含尘气体入口，在壳体的上部中心设置有中心管，在壳体的底部设置有物料排出口，含尘气体入口通过进气管路与移动床气化炉连接，物料排出口通过返料管与移动床气化炉连接，中心管的上端口为净化气体出口，在第一筛分器和移动床气化炉之间的连接管路上设置有半焦分配器，半焦分配器还通过一管路连接旋风分离器的中心管。

[0008] 优选的，所述第一筛分器与第二筛分器内部筛板的孔径均为1-10mm。

[0009] 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，步骤如下：

[0010] （1）劣质煤或低挥发分煤从第一煤斗通过第一输煤管进入循环流化床锅炉燃烧，燃烧形成的高温循环灰作为热载体输送至移动床热解反应器；

[0011] （2）高挥发分煤（粒度＜30mm）从第二煤斗通过第二输煤管进入移动床热解反应器，在移动床热解反应器中高温循环灰对高挥发分煤进行热解，得到热解煤气与固相产物；

[0012] （3）热解煤气经煤气输送管路送入移动床气化炉，固相产物从移动床热解反应器底部排入第一筛分器，在第一筛分器中进行筛分处理，筛下的循环灰和粉状半焦通过管路进入循环流化床锅炉燃烧，筛上的粒状半焦进入半焦分配器；

[0013] （4）粒状半焦经半焦分配器分配后，其中一部分通过管路进入移动床气化炉，另一部分通过管路进入旋风分离器的中心管；

[0014] （5）进入移动床气化炉内的粒状半焦与热解煤气对流运动，粒状半焦对热解煤气进行初步净化，同时移动床气化炉通过空气输入管路和水蒸气输入管路分别通入空气和水蒸气进行气化反应，产生合成气，初步净化后的热解煤气和合成气共同进入旋风分离器；

[0015] （6）热解煤气和合成气在旋风分离器中继续进行离心净化，净化后再通过旋风分离器的中心管，中心管内堆积的粒状半焦对热解煤气和合成气进行更进一步过滤净化，从而完成深度净化，得到洁净的热解煤气和合成气，再经冷却、电捕焦油工艺回收煤焦油，不凝性气体可脱硫后作为燃气或合成气使用；

[0016] （7）旋风分离器分离出的尘粒与旋风分离器中心管内的粒状半焦一并经底部连接的返料管循环输送至移动床气化炉内；

[0017] （8）移动床气化炉内的固体物从底部排入筛分器进行筛分处理，筛上得到活性半焦，通过管路导出，筛下的粉状半焦和粉尘经管路送回循环流化床锅炉进行燃烧。

[0018] 优选的，控制移动床热解反应器温度为400-700℃，移动床气化炉温度为700-1100℃，循环流化床锅炉燃烧温度为800-1100℃。

[0019] 本发明的有益技术效果是：

[0020] （1）本发明将循环流化床锅炉、移动床热解反应器和移动床气化炉有机耦合，实现了煤炭资源的分级优化利用，可进行热、电、焦油、煤气、活性焦的联合生产，同时解决了气化合成气、热解煤气高效净化的目的。

[0021] （2）本发明巧妙地将移动床气化炉作为热解煤气的初级净化装置，使得热解煤气携带的大部分粉尘在气化炉内得以分离，同时由于气化炉内的温度高于热解炉，因此不存在焦油在气化炉内的二次冷凝问题，降低了能耗和净化成本。

[0022] （3）本发明加装旋风分离器继续对热解煤气及合成气进行深度净化，旋风分离器即具有普通分离器的特点，又同时在中心管内引入堆积状态的半焦颗粒，从而具备了颗粒床过滤的特点，净化作用突出。

[0023] （4）移动床热解反应器产生的粉状半焦和气化炉产生的粉状活性半焦及粉尘经筛分器滤出后进入循环流化床锅炉燃烧，使最终的固体产品活性半焦中无固体废物存在，避免了产品的二次分离过程。

[0024] （5）本发明可根据煤质特性、市场需求等因素，调整操作参数，以灵活调整各产品的产量，最大限度实现经济效益，尤其适合在使用循环流化床锅炉发电的火电厂使用。

[0025] （6）本发明合理地利用了优、劣煤炭资源。高挥发分煤依次经历热解、气化和燃烧三个过程，热解或气化过程中颗粒破碎产生的低价值的粉状半焦或粉状活性半焦进入循环流化床燃烧，价值高的粒状半焦最终制成活性半焦，用作吸附剂、催化剂载体等领域。低挥发分煤、煤矸石、劣质煤直接进入循环流化床燃烧。

[0026] （7）本发明不仅能够副产活性半焦，而且所得煤气是焦炉气和合成气的混合气，与普通合成气相比提高了氢碳原子比，更适合于合成液体燃料，且产气组成可根据操作条件灵活控制。

[0027] （8）热解温度下（400-700℃）的半焦进入气化炉反应器，半焦温度接近气化炉温度，因此可以有效降低移动床气化炉的能耗和耗氧量。

附图说明

[0028] 图1为本发明的工艺流程图。

[0029] 图中：1-循环流化床锅炉，2-第二煤斗，3-第一煤斗，4-移动床热解反应器，5-第一筛分器，6-半焦分配器，7-移动床气化炉，8-第二筛分器，9-旋风分离器，10-煤气输送管路，11-第一输煤管，12-第二输煤管，13、14、15、16、17、18、21-管路，19-空气输入管路，20-水蒸气输入管路，22-中心管，23-进气管路，24-返料管。

具体实施方式

[0030] 本发明将循环流化床锅炉、移动床热解反应器和移动床气化炉有机耦合，本质是将热解产生的粒状半焦分离出热解反应器，进入移动床气化炉，同时移动床气化炉作为热解煤气的净化装置，起到对热解煤气在线除尘的作用。气化后的活性焦作为副产物排出反应系统。这样，通过热解-气化-燃烧三个阶段的有机组合，实现了煤炭资源的分级优化利用，可进行热、电、焦油、煤气、活性焦的联合生产，同时解决了气化煤气、热解煤气高效净化的目的。

[0031] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

[0032] 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产装置，包括循环流化床锅炉1、移动床热解反应器4与移动床气化炉7。循环流化床锅炉1的下部通过第一输煤管11连接第一煤斗3，循环流化床锅炉1的上部连接移动床热解反应器4。移动床热解反应器4的顶部通过第二输煤管12连接第二煤斗2，移动床热解反应器4的上部通过煤气输送管路10连接移动床气化炉7。移动床热解反应器4的底部连接第一筛分器5，第一筛分器5的筛下空间通过管路21连接循环流化床锅炉1，第一筛分器5的筛上空间通过管路13与半焦分配器6连接。
在半焦分配器6内，通过气动控制（烟道气或惰性气体）实现半焦分配。半焦分配器6通过一管路15与移动床气化炉7的顶部连接，移动床气化炉7的上部连接旋风分离器9。旋风分离器9包括壳体，在壳体的上部一侧设置有含尘气体入口，在壳体的上部中心设置有中心管22，在壳体的底部设置有物料排出口，含尘气体入口通过进气管路23与移动床气化炉
7连接，物料排出口通过返料管24与移动床气化炉7连接，中心管22的上端口为净化气体出口，连接管路17。半焦分配器6还通过另一管路14连接旋风分离器的中心管22。移动床气化炉7的下部连接空气输入管路19和水蒸气输入管路20，移动床气化炉7的底部连接第二筛分器8。第二筛分器8的筛下空间通过管路16连接循环流化床锅炉1，第二筛分器8的筛上空间连接排出管路18。上述第一筛分器5与第二筛分器8内部筛板的孔径均为
1-10mm。

[0033] 一种基于循环流化床的煤热解气化多联产工艺，步骤如下：劣质煤或低挥发分煤从第一煤斗3通过第一输煤管11直接进入循环流化床锅炉1燃烧，利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对来自第二煤斗2的高挥发分煤在移动床热解反应器4中进行热解，得到热解煤气。移动床热解反应器排出的固相产物进入第一筛分器5中进行筛分处理，筛下的循环灰和粉状半焦通过管路21进入循环流化床锅炉1燃烧发电，筛上的粒状半焦进入半焦分配器6后其中一部分通过管路15进入移动床气化炉7，另一部分经管路14从旋风分离器9顶部进入旋风分离器供除尘使用，并通过旋风分离器下的返料管24送入移动床气化炉7。移动床气化炉7通过空气输入管路19和水蒸气输入管路20分别通入空气（氧气）和水蒸气进行气化反应。移动床热解反应器4产出的煤气在高温状态下通过煤气输送管路10进入移动床气化炉7，利用移动床气化炉7内的半焦颗粒实现热解煤气净化。初步净化后的热解煤气和气化炉产生的合成气共同进入旋风分离器9进行深度净化，从而得到洁净的混合煤气，再经冷却、电捕焦油等工艺回收煤焦油，不凝性气体可脱硫后作为燃气或合成气使用。从移动床气化炉7排出的固体产物进入第二筛分器8即活性半焦筛分器进行筛分处理，筛上得到活性半焦，通过管路18导出系统，筛下的粉状半焦和粉尘经管路16送回循环流化床锅炉1进行燃烧。

[0034] 下面通过本发明的具体应用实例来对本发明作更进一步说明：

[0035] 劣质煤或煤矸石从第一煤斗3通过第一输煤管11直接进入循环流化床锅炉1燃烧，来自第二煤斗2的挥发分15%-45%的高挥发分煤通过第二输煤管12进入移动床热解反应器4中，利用循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体对高挥发分煤进行热解。通过调节循环灰和进料煤的比例来控制热解温度，热解温度的变化范围在400-700℃。热解反应器排出的固相产物进入第一筛分器5中进行筛分处理，筛板开孔大小可在1-10mm范围内调整。筛下的循环灰和粉状半焦通过管路21进入循环流化床锅炉1燃烧发电，燃烧温度800-1100℃，筛上的粒状半焦进入半焦分配器6后其中一部分通过管路15进入移动床气化炉7，另一部分经管路14从旋风分离器9顶部进入该旋风分离器中心管22供除尘使用，并通过旋风分离器下的返料管24送入移动床气化炉7。移动床气化炉7通过空气输入管路
19和水蒸气输入管路20分别通入空气（氧气）和水蒸气进行气化反应，根据空气（氧气）和水蒸气的进入量，可将气化反应温度在700-1100℃调整。移动床热解反应器4产出的煤气在高温状态下通过煤气输送管路10进入移动床气化炉7，利用移动床气化炉7内的半焦颗粒实现热解煤气净化，初步净化后的热解煤气（含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、焦油蒸汽等）和移动床气化炉产生的合成气（主要是氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳）的混合气共同进入旋风分离器9进行深度净化，从而得到洁净的混合煤气（含尘
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率<10mg/m），再经冷却、电捕焦油等工艺回收煤焦油，不凝性气体可脱硫后作为燃气或合成气使用。从移动床气化炉7排出的固体产物进入第二筛分器8即活性半焦筛分器进行筛分处理，筛上得到活性半焦，通过管路18导出系统，作为产品外送，筛下的粉状半焦和粉尘经管路16送回循环流化床锅炉1进行燃烧发电和供热。通过这样一套热解、气化、燃烧耦合工艺系统，可以实现热、电、焦油、煤气、活性半焦的联合生产，并解决了困扰已久的热解煤气（含焦油蒸气）的除尘净化问题。

[0036] 以上实施例对本发明所提供的基于循环流化床的煤热解气化多联产装置及工艺进行了详细介绍，但仅用于理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为是对本发明保护范围的限制；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出替换、简单组合等多种变形，这也应属于本发明的保护范围。