[發明專利]分級氣化方法及裝置

有效

• 申請號: 202010874259.4
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111996039B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 郭帥;王小芳;朱治平;李百航;高鳴
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C10J3/72
• 分類號: C10J3/72
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

一種分級氣化方法及裝置，該分級氣化方法包括將燃料B與第一氣化劑A通入一級氣化單元發生氣化反應，生成氣固混合物C和底渣K；氣固混合物C經過氣固分離，形成初煤氣E和熱半焦D；將熱半焦D和第二氣化劑F送入第一反應器反應生成混合物G；混合物G和初煤氣E進入換熱反應器完成換熱反應，生成固態底渣L和終煤氣H，完成分級氣化。本發明充分利用高溫反應器生成物的顯熱促進初煤氣焦油裂解以及碳的轉化，提高系統氣化性能。

技術領域

本發明涉及氣化技術領域，具體地，涉及含碳原料的氣化裝置和方法，尤其涉及一種分級氣化方法及裝置。

背景技術

煤炭氣化技術是潔凈煤技術的重要組成部分，是高效、潔凈利用煤炭的主要途徑之一，已成為眾多現代能源和化工系統的核心技術。流化床氣化可以實現氣化劑和燃料之間良好的返混和接觸，可使用寬篩分碎煤顆粒為燃料，煤種適應性強；但是流化床氣化受顆粒處于流態化的條件限制，一般只能運行在1000℃以下，氣化反應速率較低，導致碳轉化率較低。氣流床煤氣化工藝反應溫度高、氣化強度高、生產能力大、碳轉化率高，是現在煤氣化技術的主要發展方向，但存在入爐煤粉粒徑小、制備成本高、對煤種限制大等問題。為了解決上述氣化工藝的不足之處，提出了分級氣化工藝：結合不同反應器及氣化工藝的優勢，實現對煤氣化反應過程的分級控制，降低燃料制備成本，提高系統平均反應溫度，實現高效氣化。

現有分級氣化技術在實際應用過程中，會存在如下局限性：

(1)例如將一級氣化單元反應生成的產物先分離形成第一煤氣流和第二煤氣流，再將第一煤氣流與第二煤氣流分別送入二級氣化單元，分段反應，有利于提高氣化效率，但第一煤氣流與第二煤氣流的半焦含量比過小，大量的飛灰存在于第二煤氣流中，無法與氣化劑發生反應，將直接影響系統的氣化性能，尤其是在二級氣化單元處于固體排渣的運行條件時。

(2)第一煤氣流與第二煤氣流中的氣含率、固含率對二級氣化單元中高溫反應區的快速形成以及系統的碳轉化率至關重要，現有技術中沒有提出對上述氣含率、固含率的調控措施。

(3)現有氣流床技術中，有采用冷煤氣激冷高溫熔渣、水激冷或廢熱鍋爐冷卻熔渣的措施，但無法解決分級氣化中初煤氣中所含的焦油和殘碳的問題，不能有效利用高溫顯熱的同時，還存在系統復雜、產生廢水的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的之一在于提出一種分級氣化方法及裝置，以期至少部分地解決上述技術問題中的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，提供了一種分級氣化方法，包括：

將燃料B與第一氣化劑A通入一級氣化單元發生氣化反應，生成氣固混合物C和底渣K；

氣固混合物C經過氣固分離，形成初煤氣E和熱半焦D；

將熱半焦D和第二氣化劑F送入第一反應器反應生成混合物G；

混合物G和初煤氣E進入換熱反應器完成換熱反應，生成固態底渣L和終煤氣H，完成分級氣化。

作為本發明的另一個方面，還提供了一種分級氣化裝置，包括：

一級氣化單元，設置有燃料入口、第一氣化劑入口、底渣出口和氣固混合物出口；

分離單元，包括分離單元入口、氣體出口和固體出口，所述分離單元入口與所述氣固混合物出口相連通；

第一反應器，包括熱半焦入口、第二氣化劑入口和第一反應器出口，所述熱半焦入口與所述固體出口相連通；以及

換熱反應器，設置有換熱反應器第一入口、換熱反應器第二入口和換熱反應器出口，所述換熱反應器第一入口與所述第一反應器出口相連通，所述換熱反應器第二入口與所述氣體出口相連通；所述換熱反應器出口包括換熱反應器底渣出口和終煤氣出口。