[发明专利]循环流化床‑气流床联合气化方法及装置

说明书

本发明涉及一种循环流化床‑气流床联合气化方法及装置，解决了现有技术煤种适应性差以及碳转化率低等问题。本发明通过采用循环流化床反应器和气流床反应器的组合，包括以下步骤：含有催化剂的低阶煤在循环流化床反应器中与气化剂反应生成富甲烷的合成气，其灰渣作为气流床反应器的原料及催化剂通过喷嘴送入气流床反应器与高阶煤或石油焦撞击，并在气化剂的作用下发生反应生成合成气，有效地利用了循环流化床反应器灰渣中的残炭，提高了碳转化率，并且实现了从低阶煤到高阶煤以及石油焦的广泛原料适应性。

技术领域

本发明属于煤炭气化领域，具体涉及一种循环流化床和气流床气化分段的气化方法及装置。

背景技术

我国是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变，据统计，我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了66％。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。我国低阶煤储量占煤炭资源总量的55％以上，但其含水分高、煤化程度低，直接燃烧的效率低，不仅浪费资源而且污染环境，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。因此，以减少污染为目的的煤炭转化技术受到了极大的重视。在众多的煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要的工艺过程。实现煤炭的高效洁净利用是我国实现能源可持续发展的关键，也是解决全球面临的能源和环境问题的有效途径。

典型煤气化技术可分为三类：固定床气化、气流床气化及流化床气化。固定床气化特点在于适用于块煤或碎煤气化产气，并具有设备投资成本小、技术成熟等优点；但其煤种限制严格，仅适用于优质块煤或碎煤，造成生产成本高等缺点。气流床气化虽解决了生产成本高的问题，并具备污染少、可连续产气等特点，但其煤种适应性较差，无法处理热值低、灰分高、水分高的低阶劣质煤。流化床气化则不仅可以满足煤炭气化连续产气的特点，而且生产能力适中、环境污染小、可以直接使用廉价的各种粉体原料。因此，流化床气化的高效利用，是解决低阶煤以及其他各种廉价粉体原料的有效途径，也是低成本、高效率的产气途径之一。但传统的流化床气化的颗粒停留时间低于固定床、气化反应温度低于原料的灰熔点，致使其碳转化率相对较低。如今，大多流化床气化技术的碳转化率仅为65-85％，从而导致煤灰、煤渣中存在相当一部分的残炭无法有效利用。

为解决上述传统工艺中的弊端，中国发明专利CN201010279560.7公布了一种多层流化床催化气化工艺，将气化炉分为合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段。使燃烧、气化、甲烷化反应和热解反应分段进行，控制各段的反应程度和温度分布。虽然随着催化剂的添加以及煤炭分段分段处理使得碳转化率有所提高，且产品组分控制程度高。然而气化炉上方的热解段中，细小的粉煤未经反应就从气化炉跑出，使得飞灰的碳含量较高，并且未反应完全的煤焦返混至气化炉底部渣口，直接从气化炉排出，导致反应过程中的碳转化率较低。碳转化率基本仍在90％以下。

中国发明专利CN201410499747.6提出了一种干法排渣流化床气化反应装置，同时采用两段式气化方法将炉膛分为上下两段，未反应颗粒在第二段反应室中继续进行气化反应，从而有效提高了碳转化率(达90-95％)。

现有的流化床技术或专利虽在一定程度上提高了传统流化床气化碳转化率低的状况，但其仍无法达到固定床和气流床碳转化率99％的水平，灰渣中仍存在不少残炭。因此，有必要解决流化床气化灰渣中残炭过高的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题之一是克服现有技术的缺陷，提供一种循环流化床-气流床联合气化装置，该装置有效提高了气化整体的碳转化率，并且解决了低阶煤难以利用的问题，并实现了气化产品多样化的特点。

本发明所解决的技术问题之二，是与技术问题一相对应的一种循环流化床-气流床联合气化方法。