[發(fā)明專利]一種高效清潔低碳煤分級(jí)利用方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310223572.1
• 申請(qǐng)日: 2013-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103320175A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海波;張永亮;馬琎晨;鄭楚光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/60
• 分類號(hào): C10J3/60;C10J3/56;C10J3/54;C10J3/64;C10J3/62;C10J3/84;C10J3/72
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源清潔與高效利用領(lǐng)域，具體為一種在三聯(lián)循環(huán)流化床中實(shí)現(xiàn)的煤分級(jí)轉(zhuǎn)化，電、煤氣、焦油多聯(lián)產(chǎn)，污染物近零排放，低成本CO₂捕集的方法與裝置。

背景技術(shù)

煤作為一種儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉的化石燃料，在化工領(lǐng)域及電力行業(yè)占據(jù)著極其重要的地位。尤其在我國(guó)，煤炭資源相對(duì)豐富，在能源結(jié)構(gòu)中所占比例很大。但是煤炭通常直接被用于燃燒發(fā)電。煤炭中的高工業(yè)附加值、低熱值的組分被直接燃燒掉，大大降低了煤的實(shí)際利用價(jià)值；同時(shí)煤直接燃燒發(fā)電產(chǎn)生了大量CO₂，加劇了溫室效應(yīng)，造成了全球氣候惡化。特別是近些年，能源緊缺，全球變暖，氣候?yàn)?zāi)害嚴(yán)重，使能源資源的節(jié)能減排技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。

目前，在煤的高效利用方面，較成熟的方法是煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。該方法基于煤熱解技術(shù)，將煤在熱解爐反應(yīng)器2中熱解，氣液產(chǎn)物被分離收集，用做化工原料等；剩余半焦被用于流化床燃燒放熱，進(jìn)而用于發(fā)電。該方法實(shí)現(xiàn)了煤的電、氣、焦油的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用，有效地提高了煤炭資源的利用率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是并沒(méi)有解決CO₂大量排放的問(wèn)題。

而化學(xué)鏈氧解耦燃燒技術(shù)(CLOU)避免了燃料與空氣直接接觸，通過(guò)氧載體在空氣反應(yīng)器及燃料反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)來(lái)傳遞氧氣供給燃料燃燒。該方法是一種新型燃燒技術(shù)，具有CO₂高效低能耗回收、化學(xué)能梯級(jí)利用、抑制NO_x生成和近零排放等優(yōu)點(diǎn)，是解決能源高效清潔利用的重要技術(shù)之一。但是化學(xué)鏈氧解耦燃燒技術(shù)通常直接以化石燃料作為燃料，沒(méi)有充分利用燃料中的高附加值組分。

鑒于煤分級(jí)多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)與化學(xué)鏈氧解耦燃燒技術(shù)優(yōu)良的互補(bǔ)特性，本發(fā)明試圖在已有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化、高效利用并低成本的捕集CO₂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高效清潔低碳煤分級(jí)利用方法與裝置，目的在于實(shí)現(xiàn)煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化和高效清潔利用，可以保證燃料(特別是固體燃料如煤粉)高效利用和高濃度CO₂富集，提高燃料的綜合利用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)電、氣、焦油多聯(lián)產(chǎn)并減少CO₂及其他污染物(如NO_x和SO_x)排放。

本發(fā)提供的清潔低碳煤分級(jí)利用方法，該方法包括下述步驟：

第1步將熱解爐反應(yīng)器調(diào)節(jié)為500～900℃，送入熱解燃料，并通入流化氣流化，燃料熱解為粗煤氣和半焦；

第2步粗煤氣經(jīng)過(guò)氣液分離，獲得清潔煤氣及焦油，進(jìn)行收集利用，半焦送入化學(xué)鏈氧解耦燃料反應(yīng)器中，與氧載體釋放的O₂反應(yīng)放熱，產(chǎn)物為煤灰和水蒸氣、CO₂，煤灰分離并收集，氣體產(chǎn)物冷凝除水蒸氣后可獲得高純度的CO₂，將一部分CO₂作為化學(xué)鏈氧解耦燃料反應(yīng)器的流化氣，一部分CO₂送入熱解爐反應(yīng)器；

第3步部分高純度的CO₂及部分清潔煤氣送入熱解爐反應(yīng)器作為循環(huán)煙氣和流化氣，調(diào)節(jié)CO₂占流化氣的比例以獲得不同氣化程度的半焦，同時(shí)獲得不同產(chǎn)量的煤氣；

第4步釋放了O₂的氧載體送入空氣反應(yīng)器與空氣反應(yīng)氧化，恢復(fù)活性，并釋放熱量，再送回所述化學(xué)鏈氧解耦燃料反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)使用；

第5步持續(xù)不斷的送入燃料，重復(fù)上述第1步至第4步，直到任務(wù)完成，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的煤氣、焦油生產(chǎn)，燃料反應(yīng)器及空氣反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量用于發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)高純度CO₂的連續(xù)捕集。

本發(fā)明提供的清潔低碳煤分級(jí)利用裝置，其特征在于，該裝置包括給煤機(jī)、熱解爐反應(yīng)器、第一旋風(fēng)分離器，一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、焦油收集器、第一流動(dòng)密封閥、燃料反應(yīng)器、第二旋風(fēng)分離器、第二流動(dòng)密封閥、空氣反應(yīng)器、第三旋風(fēng)分離器、第三流動(dòng)密封閥、第四旋風(fēng)分離器、冷凝器、煤灰收集器、第五旋風(fēng)分離器和氧載體收集器；