專利名稱：三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤梯級轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域，特別是涉及一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法。
背景技術(shù)：
我國煤炭資源總量豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2007年底，我國煤炭保有探明資源儲(chǔ)量為 11800億噸，其中基礎(chǔ)儲(chǔ)量3260億噸，資源量8540億噸。目前，我國煤炭資源基本能滿足國內(nèi)需求，但每年都需要從國外進(jìn)口大量石油。2010年我國石油對外依存度已高達(dá)55%，而據(jù)中石油預(yù)測，“十二五”期間，我國石油的對外依存度將達(dá)到60%。另外，我國每年消費(fèi)的石油里面，約有1/5是用來作化工原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品。因此，利用儲(chǔ)量比較豐富的煤炭資源生產(chǎn)替代液體燃料、高附加值的化工產(chǎn)品和煤氣，緩解我國石油進(jìn)口壓力，具有重要的意義。目前煤炭資源的利用方式仍舊是以直接燃燒為主，效率較低，污染也比較嚴(yán)重，而煤炭完全氣化、液化則存在操作條件高、設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高以及對煤質(zhì)的要求比較高等問題?，F(xiàn)有煤的燃燒和氣化技術(shù)都是將煤視為單一物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化，燃燒是把煤中所含的各種組分作為燃料來利用，沒有有效利用其中具有更高利用價(jià)值的組分，而氣化雖然可以高效低污染的利用煤炭資源，但氣化過程中固定碳反應(yīng)速度隨轉(zhuǎn)化程度增加而減慢，如果要在單一氣化過程中獲得完全或很高的轉(zhuǎn)化率，則需要采用高溫、高壓、長停留時(shí)間來獲得，這樣就導(dǎo)致氣化系統(tǒng)復(fù)雜龐大，成本增加，而且對煤質(zhì)要求很高。根據(jù)煤中不同組分在不同轉(zhuǎn)化階段的反應(yīng)性不同的特點(diǎn)，實(shí)施煤熱解、氣化、燃燒的梯級轉(zhuǎn)化，則可以在煤炭利用過程中減少投資，降低成本，也有可能實(shí)現(xiàn)用最經(jīng)濟(jì)的方法解決煤中污染物的脫除問題。揮發(fā)分是煤組成中最活躍的組分，通常在較低的溫度下就會(huì)析出，同時(shí)揮發(fā)分也是煤中比較容易進(jìn)行利用的組分。另外有研究表明，流化床煤氣化過程中由煤熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分氣氛對半焦進(jìn)一步的水蒸氣氣化有較大的抑制作用。因此，結(jié)合煤自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化特性，把煤的熱解、氣化、燃燒等各過程有機(jī)結(jié)合，即利用高溫循環(huán)灰為固體熱載體，先在流化床熱解爐中采用中低溫溫和熱解方法將煤中容易熱解的部分轉(zhuǎn)化為熱解煤氣和焦油，同時(shí)將煤熱解所產(chǎn)生的熱解半焦送到流化床氣化爐中，脫離開揮發(fā)分氣氛進(jìn)行水蒸氣(氣化劑另外還有O2)氣化制取合成氣，可以有效提高氣化效率。而熱解半焦在氣化爐中進(jìn)行的只是條件比較溫和的、較易實(shí)現(xiàn)的部分氣化，未被完全氣化的半焦則進(jìn)一步送到循環(huán)流化床燃燒爐中燃燒放熱，加熱固體熱載體循環(huán)灰和獲取氣化爐所需的氣化劑蒸汽。采用該工藝制取的焦油可以從中提取高附加值的化學(xué)品以及加工成替代液體燃料供交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)使用，煤熱解產(chǎn)生的中高熱值煤氣可作化工合成的原料生產(chǎn)具有高附加值的化工產(chǎn)品或作工業(yè)和民用的潔凈燃料，半焦氣化得到的合成氣可以用作化工合成的原料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法。三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法是煤在流化床熱解爐中與由循環(huán)流化床燃燒爐產(chǎn)生的高溫循環(huán)灰混合，發(fā)生熱解，析出氣態(tài)揮發(fā)分，并產(chǎn)生熱解半焦。 氣態(tài)揮發(fā)分經(jīng)冷卻分離得到液態(tài)焦油和中高熱值的熱解煤氣。得到的液態(tài)焦油，先通過加工提取芳香烴、酚類等高附加值的化學(xué)品，再通過加氫制取汽油、柴油等替代液體燃料；得到的中高熱值的熱解煤氣，一部分再循環(huán)回流化床熱解爐作流化氣，另一部分經(jīng)凈化后作化工合成的原料或作工業(yè)和民用的潔凈燃料。流化床熱解爐中煤熱解產(chǎn)生的熱解半焦，則通過返料輸送至流化床氣化爐，與鼓入的水蒸氣和O2發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)合成氣，合成氣經(jīng)凈化后作化工合成原料。流化床氣化爐中未被完全氣化的半焦再進(jìn)一步通過返料輸送至循環(huán)流化床燃燒爐，在循環(huán)流化床燃燒爐中鼓入空氣進(jìn)行常規(guī)燃燒，或者鼓入AAD2進(jìn)行富氧燃燒。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜谏a(chǎn)氣化爐所需的氣化劑蒸汽，而燃燒得到的高溫灰中一部分通過返料輸送至流化床熱解爐作固體熱載體，為流化床熱解爐中煤熱解提供所需熱量，高溫灰的另一部分則回送至循環(huán)流化床燃燒爐。這樣，就通過煤利用過程的解耦和裝置的集成，實(shí)現(xiàn)了焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)。所述的流化床熱解爐的運(yùn)行溫度為450 750°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。所述的流化床氣化爐的運(yùn)行溫度為800 1000°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。所述的循環(huán)流化床燃燒爐的運(yùn)行溫度為800 1200°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
(1)本工藝采用三個(gè)流化床反應(yīng)器，通過熱解、氣化、燃燒三者的解耦，利用高溫循環(huán)灰為固體熱載體，對煤進(jìn)行熱解氣化燃燒梯級利用，實(shí)現(xiàn)了焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)。 通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各產(chǎn)品的比例，提高了煤轉(zhuǎn)化效率和利用效率，減少了投資，降低了成本。(2)流化床氣化爐中不追求對半焦進(jìn)行條件較為嚴(yán)苛的完全氣化，而是將反應(yīng)活性較低、未被完全氣化的那部分半焦送入循環(huán)流化床燃燒爐進(jìn)行燃燒，并將燃燒產(chǎn)生的高溫循環(huán)灰作為固體熱載體，為流化床熱解爐中煤熱解提供所需要的熱量，這樣就有效地降低了投資和運(yùn)行成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。(3)本系統(tǒng)采用煤熱解、氣化、燃燒梯級轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了硫、氮污染物的耦合抑制和有效脫除，從而用最經(jīng)濟(jì)的方法解決了煤利用過程中污染物的控制問題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體效益最優(yōu)化。


附圖是三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用工藝的示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖，對本發(fā)明所介紹的工藝的具體實(shí)施方式
予以說明。如附圖所示，在三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用工藝中，先將煤在流化床熱解爐中與由循環(huán)流化床燃燒爐產(chǎn)生的高溫循環(huán)灰混合，煤受熱發(fā)生熱解，析出揮發(fā)分，并產(chǎn)生熱解半焦。然后將析出的氣態(tài)揮發(fā)分依次進(jìn)行除塵和冷卻，冷卻后得到的可冷凝部分即為液態(tài)焦油，不可冷凝部分即為中高熱值的熱解煤氣，焦油和熱解煤氣從而得以分離。熱解得到的焦油，先通過加工提取芳香烴、酚類等高附加值的化學(xué)品，再通過加氫制取汽油、柴油等替代液體燃料；熱解得到的中高熱值煤氣，一部分再循環(huán)回流化床熱解爐作流化氣體，另一部分則經(jīng)凈化后輸出作化工合成的原料或作工業(yè)和民用的潔凈燃料。流化床熱解爐中煤熱解產(chǎn)生的熱解半焦，則通過返料將其輸送至流化床氣化爐，在這里熱解半焦與鼓入的氣化劑水蒸氣和O2發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)合成氣，合成氣經(jīng)凈化后輸出作化工合成的原料生產(chǎn)具有高附加值的化工產(chǎn)品。流化床氣化爐中未被完全氣化的半焦，則進(jìn)一步通過返料輸送至循環(huán)流化床燃燒爐，在循環(huán)流化床燃燒爐中鼓入空氣進(jìn)行常規(guī)燃燒，或者鼓入化/0)2進(jìn)行富氧燃燒。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜谏a(chǎn)流化床氣化爐中半焦氣化所需的氣化劑蒸汽，而得到的高溫循環(huán)灰則通過返料一部分輸送至流化床熱解爐，為流化床熱解爐中煤熱解提供所需熱量，另一部分則回送至循環(huán)流化床燃燒爐。這樣，就在一套裝置中通過對煤進(jìn)行梯級轉(zhuǎn)化利用，實(shí)現(xiàn)了焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)。流化床熱解爐采用再循環(huán)熱解煤氣作為流化氣，并利用循環(huán)流化床燃燒爐產(chǎn)生的高溫循環(huán)灰作為固體熱載體，提供熱解爐中煤熱解所需要的熱量。流化床熱解爐運(yùn)行溫度為450 750°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。流化床氣化爐采用水蒸氣和A為氣化劑對熱解半焦進(jìn)行部分氣化，而不追求條件比較嚴(yán)苛的完全氣化。流化床氣化爐運(yùn)行溫度為800 1000°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。循環(huán)流化床燃燒爐中鼓入空氣進(jìn)行常規(guī)燃燒，或者鼓入AAD2進(jìn)行富氧燃燒。循環(huán)流化床燃燒爐運(yùn)行溫度為800 1200°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用工藝中，通過將煤利用過程中熱解、氣化、燃燒三者解耦，利用三個(gè)流化床反應(yīng)器之間的物料交流和熱量交換，在一套裝置中實(shí)現(xiàn)了焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法，其特征在于，煤在流化床熱解爐中與由循環(huán)流化床燃燒爐產(chǎn)生的高溫循環(huán)灰混合，發(fā)生熱解，析出氣態(tài)揮發(fā)分，并產(chǎn)生熱解半焦；其中，氣態(tài)揮發(fā)分經(jīng)冷卻分離得到液態(tài)焦油和中高熱值的熱解煤氣，液態(tài)焦油先通過加工提取芳香烴、酚類等高附加值的化學(xué)品，再通過加氫制取汽油、柴油等替代液體燃料，中高熱值的熱解煤氣中一部分再循環(huán)回流化床熱解爐作流化氣，另一部分經(jīng)凈化后作化工合成的原料或作工業(yè)和民用的潔凈燃料，流化床熱解爐中煤熱解產(chǎn)生的熱解半焦， 則通過返料輸送至流化床氣化爐，與鼓入的水蒸氣和q發(fā)生氣化反應(yīng)，生產(chǎn)合成氣，合成氣經(jīng)凈化后作化工合成原料，流化床氣化爐中未被完全氣化的半焦再進(jìn)一步通過返料輸送至循環(huán)流化床燃燒爐，在循環(huán)流化床燃燒爐中鼓入空氣進(jìn)行常規(guī)燃燒，或者鼓入ο2/ω2進(jìn)行富氧燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜谏a(chǎn)氣化爐所需的氣化劑蒸汽，而燃燒得到的高溫灰中一部分通過返料輸送至流化床熱解爐作固體熱載體，為流化床熱解爐中煤熱解提供所需熱量，高溫灰的另一部分則回送至循環(huán)流化床燃燒爐，從而實(shí)現(xiàn)焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)。
2.如權(quán)利要求ι所述的一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法，其特征在于，所述的流化床熱解爐的運(yùn)行溫度為450 750°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。
3.如權(quán)利要求1所述的一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法，其特征在于，所述的流化床氣化爐的運(yùn)行溫度為800 1000°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。
4.如權(quán)利要求1所述的一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法，其特征在于，所述的循環(huán)流化床燃燒爐的運(yùn)行溫度為800 1200°C，運(yùn)行壓力為0. 1 lOMPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三流化床固體熱載體煤熱解氣化燃燒梯級利用方法。該方法以高溫循環(huán)灰為固體熱載體，煤在流化床熱解爐中與高溫循環(huán)灰混合，發(fā)生熱解析出揮發(fā)分，揮發(fā)分經(jīng)冷卻分離得到焦油和熱解煤氣，而煤熱解所產(chǎn)生的熱解半焦則被送到流化床氣化爐，以水蒸氣和O2為氣化劑，發(fā)生氣化反應(yīng)，制取合成氣，氣化爐中未被完全氣化的半焦再被送到循環(huán)流化床燃燒爐，鼓入空氣進(jìn)行常規(guī)燃燒，或者鼓入O2/CO2進(jìn)行富氧燃燒，加熱固體熱載體循環(huán)灰，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜谏a(chǎn)氣化爐所需的氣化劑蒸汽。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過煤的熱解氣化燃燒梯級利用實(shí)現(xiàn)了焦油、熱解煤氣和合成氣的聯(lián)產(chǎn)，并降低了半焦氣化的條件，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C10G67/02GK102504842SQ20111035214
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者余春江, 方夢祥, 施正倫, 楊玉坤, 王勤輝, 程樂鳴, 駱仲泱 申請人:浙江大學(xué)