[發明專利]一種交互循環雙流化床固體燃料氣化裝置及方法

有效

• 申請號: 201410003086.3
• 申請日: 2014-01-03
• 公開（公告）號: CN103756731A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 鐘文琪;耿察民;金保昇;邵應娟;劉倩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種交互循環雙流化床固體燃料氣化裝置，屬于固體燃料能源技術領域。該交互循環雙流化床固體燃料氣化裝置適合應用于煤氣化、生物質氣化等多個方面。

背景技術

隨著當今社會的迅速進步，與之發展過程伴隨而生的能源與環境問題日益凸顯，這對能源生產和消耗方式的改進以及新能源技術的開發利用產生了現實而又緊迫的需求。

具體就我國國情而言，石油、天然氣儲量相對較少，尤其是石油需求與國內產量相比缺口很大，需要從海外各產油國大量進口，目前我國對外石油依存度已高達60%，對于保障國家能源安全和維護人民安定生活都是一個重要的隱患。相對于石油與天然氣資源的短缺，我國煤炭資源儲量豐富且產量巨大，目前煤炭占我國能源消費總量的約七成。另一方面，包括生物質在內的可燃固體廢棄物在我國的產量也非常大，特別是生物質資源作為清潔可再生能源之一，此類資源的應用對于彌補能源需求缺口和改善能源消費組成結構具有重要作用，對于可持續發展的實現和生態環境的改善也具有重要的現實意義。

固體燃料氣化是未來能源、燃料和化工原料工業的基本技術之一，也是當前固體燃料利用的有效技術之一。通過氣化技術利用煤、生物質和各類固體廢棄物轉化生成產品氣或合成氣。產品氣經處理后既可以直接作為燃料，也可以通過進一步的精制以及甲烷化等手段生產合成天然氣作為天然氣的替代品使用。合成氣則可以被廣泛地用于各類化工生產中作為化學合成過程的原料氣，通過合成可以生產多種基本化工原料以及可用于替代石油產品的各類燃料油。

氣化技術的研究開發至今已有一個多世紀的歷史，在其發展過程中形成了多種不同的技術。當前氣化技術主要包括固定床/移動床技術、流化床技術和氣流床技術三類，其中流化床氣化技術具有工作溫度適中、生產能力較強等優點，但是仍然存在固定碳的對原料要求較高、氣化轉化效率不高、控制困難、焦油產量大且產氣熱值較低等缺點。

雙流化床氣化技術是一種近年來逐漸引起人們重視的特殊流化床氣化技術，通過利用雙流化床的特殊結構實現對可燃固體物料氣化中復雜化學反應網絡的解耦控制，從而對氣化過程中產出的能量與物質進行高效利用。當前設計用于氣化技術的雙流化床裝置主要包括鼓泡床耦合鼓泡床、鼓泡床耦合循環床、循環床耦合循環床三類，設計時所采用耦合氣化床的類型限定了雙流化床氣化裝置的原料和工作參數，此類裝置對物料成分和尺寸的變化應對能力相對較差，不能完全適應多種可燃固體原料應用背景下的實際應用。

發明內容

技術問題：

本發明的目的之一在于提供一種交互循環雙流化床固體燃料氣化裝置。該裝置具有雙流化床交互循環回路，包括流化床氣化爐、氣化爐旋風分離器、氣化爐氣動返料裝置、流化床燃燒爐、燃燒爐旋風分離器、燃燒爐氣動返料裝置。兩個返料裝置的入口管段分別與旋風分離器固體出口以及反應器溢料管連接。返料裝置用于將一個反應器產生固體物料可控的送入另一個反應器中從而實現雙流化床反應器間的交互循環與耦合。

本發明的目的之一還在于提供交互循環雙流化床固體燃料氣化方法。固體燃料在氣化反應器進行熱解氣化產生可燃氣體。反應產生的焦/半焦通過返料裝置被送入燃燒反應器，在混合有熱載體顆粒的情況下燃燒放熱。加熱后的熱載體通過循環回路回到氣化反應器中提供氣化反應所需的熱量。通過使用交互循環雙反應器的設計解除氣化過程中所涉及的各反應間的耦合，使得對各反應間的相互作用區分利用成為可能，從而提高氣化過程所產生能量與物質的利用效率并提升可燃氣品質。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種交互循環雙流化床固體燃料氣化裝置，該氣化裝置包括流化床氣化反應器和流化床燃燒反應器；

流化床氣化反應器上部出口與氣化反應器旋風分離器相連接，而后經返料下降管與氣化反應器返料器上部一側相連接；流化床氣化反應器中部設置有溢流斜管與返料下降管相連；氣化反應器氣動返料器通過燃燒反應器返料斜管與流化床燃燒反應器相連；

流化床燃燒反應器上部出口與燃燒反應器旋風分離器相連接，而后經返料下降管與燃燒反應器返料器上部一側相連接；流化床燃燒反應器中部設置有溢流斜管與返料下降管相連；燃燒反應器氣動返料器通過氣化反應器返料斜管與流化床氣化反應器相連。

優選的，流化床氣化反應器運行的表觀氣速為0.4～5m/s，流化床燃燒反應器運行的表觀氣速為0.4～5m/s；流化床氣化反應器運行的溫度為700～900℃，流化床氣化反應器運行的溫度為800～1000℃。

本發明還提供了一種交互循環雙流化床固體燃料氣化方法，該方法包括如下步驟，