本發(fā)明屬于煤電化工一體化領域，涉及一種基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒系統(tǒng)及方法。

背景技術：

在我國，燃煤火力發(fā)電是二氧化碳的最大排放源之一，研究開發(fā)新型煤基燃料發(fā)電技術對我國煤炭資源的清潔高效利用以及減少二氧化碳排放具有重要意義。目前的燃煤二氧化碳回收方法包括燃燒前捕集、燃燒中捕集和燃燒后捕集等，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)燃煤二氧化碳的回收，但是獲取高濃度的二氧化碳會顯著降低發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率?；瘜W鏈燃燒技術，實現(xiàn)了燃料和空氣的非混合燃燒，以氧載體代替空氣，在燃料反應器中，燃料與氧載體反應，完成燃料的氧化，被還原的氧載體返回到空氣反應器，與空氣進行氧化反應，實現(xiàn)氧載體的再生?；瘜W鏈燃燒技術避免了燃料與空氣的直接接觸，可以顯著減少傳統(tǒng)燃煤方式下氮氧化物的生成，降低了氮氧化物的處理成本，在燃料反應器中燃料完全氧化后，產(chǎn)物主要是二氧化碳和水蒸氣，只需要簡單的冷凝處理就可以得到高純度的二氧化碳，便于后續(xù)的捕集和封存。化學鏈燃燒與傳統(tǒng)的燃煤方式相比，既可以減少氮氧化物的排放，降低氮氧化物的處理成本，又可以得到高純度的二氧化碳，降低二氧化碳捕集的成本。在煤直接化學鏈燃燒過程中，氧載體要在與煤的多次還原和空氣的氧化再生過程中保持反應活性，才能保證煤的充分轉(zhuǎn)化，然而煤中的硫、氮等組分對氧載體的活性有很大的危害，嚴重的會使氧載體中毒失去活性，影響化學鏈燃燒反應的進行。

煤，尤其是低階煤，含有較多的揮發(fā)分，進行低溫干餾可以得到半焦和相當數(shù)量的焦油、煤氣。在干餾過程中，煤中相當數(shù)量的硫和氮都遷移到焦油和煤氣中，半焦所含的硫、氮等污染物少于原料煤，煤氣中的含氮、含硫污染物經(jīng)過凈化工藝可以脫除。因此，煤經(jīng)過干餾和氣體凈化之后，可以得到相對潔凈的半焦和煤氣等煤基燃料，大大減輕對化學鏈燃燒過程中氧載體的毒害。干餾后的半焦溫度較高，現(xiàn)行的濕法熄焦會造成半焦余熱的浪費，干法熄焦成本較高，還會帶來半焦的損耗。合理的利用半焦的余熱對于節(jié)能有重要的意義。

因此，如果能夠開發(fā)出一種新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將煤干餾和化學鏈燃燒技術進行有機的結(jié)合，則會對我國傳統(tǒng)的煤直接燃燒方式帶來變化。但是，目前已公開的報道中，煤干餾和化學鏈燃燒大多單獨出現(xiàn)，或者與其他工藝相結(jié)合，如中國專利cn102703097a介紹了一種用于寬粒徑分布煤的干餾裝置及方法，中國專利cn103484134a介紹了一種碳氫原料固體熱載體干餾反應器與干餾方法，中國專利cn102798221a介紹了一種化學鏈燃燒裝置及其使用方法，中國專利cn105222129a介紹了一種耦合純氧氣化的燃煤化學鏈燃燒分離co2方法，未曾有將煤干餾和煤基燃料化學鏈燃燒相結(jié)合的報道。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)⒚焊绅s與煤基燃料化學鏈燃燒相結(jié)合實現(xiàn)煤的綜合利用。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒系統(tǒng)包括干餾反應器、氣液分離器、氣體燃料反應器、第一空氣反應器、固體燃料反應器、第二空氣反應器、熱利用系統(tǒng)及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)；

干餾反應器的頂部設有煤入口，干餾反應器的氣體出口與氣液分離器的入口相連通，氣液分離器的氣體出口與氣體燃料反應器的氣體入口相連通，氣體燃料反應器的氣體出口與余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)相連通，氣體燃料反應器的固體出口與第一空氣反應器的固體入口相連通，第一空氣反應器的固體出口與氣體燃料反應器的固體入口相連通，第一空氣反應器的氣體出口與熱利用系統(tǒng)相連通；

干餾反應器的固體出口與固體燃料反應器的一個固體入口相連通，固體燃料反應器的固體出口與第二空氣反應器的固體入口相連通，第二空氣反應器的固體出口與固體燃料反應器的另一個固體入口相連通，第二空氣反應器的氣體出口與熱利用系統(tǒng)相連通，固體燃料反應器的氣體出口與固體燃料反應器的氣體入口及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)相連通，固體燃料反應器的底部設有灰渣出口。

還包括用于為第一空氣反應器及第二空氣反應器提供空氣的空氣供給系統(tǒng)，空氣供給系統(tǒng)與第一空氣反應器的氣體入口及第二空氣反應器的氣體入口相連通。

氣液分離器的氣體出口與氣體燃料反應器的氣體入口通過煤氣分離凈化裝置相連通。

還包括煤焦油加工系統(tǒng)，其中，氣液分離器的液體出口與煤焦油加工系統(tǒng)相連通。

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒方法包括以下步驟：

1)向干餾反應器中加入煤，煤在干餾反應器中熱解形成氣相產(chǎn)物及固體半焦，固體半焦進入到固體燃料反應器中，氣相產(chǎn)物進入到氣液分離器中進行氣液分離，氣液分離器分離出來的煤氣進入到氣體燃料反應器中，第一空氣反應器輸出的氧載體a進入到氣體燃料反應器中，在氣體燃料反應器中煤氣與氧載體a反應生成還原態(tài)氧載體a、二氧化碳a及水蒸氣a，其中，還原態(tài)氧載體a進入到第一空氣反應器中，二氧化碳a及水蒸氣a進入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中；

還原態(tài)載體a與進入到第一空氣反應器中的空氣進行反應生成氧載體a及高溫貧氧空氣a，其中，生成的氧載體a進入到氣體燃料反應器中，生成的高溫貧氧空氣a進入到熱利用系統(tǒng)中；

來自干餾反應器的半焦進入到固體燃料反應器中，并與進入到固體燃料反應器中的氧載體b反應生成還原態(tài)氧載體b、二氧化碳b及水蒸氣b，其中，生成的還原態(tài)氧載體b進入到第二空氣反應器中，生成的二氧化碳b及水蒸氣b分為兩路，其中一路返回至固體燃料反應器中，另一路進入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中，還原態(tài)氧載體b與進入到第二空氣反應器中的空氣反應生成氧載體b及高溫貧氧空氣b，其中，氧載體b進入到固體燃料反應器中，高溫貧氧空氣b進入到熱利用系統(tǒng)中。

固體燃料反應器生成的二氧化碳b及水蒸氣b的質(zhì)量比為85:15；

氣體燃料反應器生成的二氧化碳a及水蒸氣a的質(zhì)量比為85:15。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒系統(tǒng)及方法在具體操作時，將煤干餾與化學鏈燃燒技術相結(jié)合，通過煤干餾為化學鏈燃料系統(tǒng)提供潔凈的燃料，保證氧載體的活力，延長氧載體的壽命，提高化學鏈燃燒系統(tǒng)的效率，具體的，通過干餾反應器進行煤干餾，煤干餾的氣相產(chǎn)物通過氣體燃料反應器及第一空氣反應器生成二氧化碳、水蒸氣及高溫貧氧空氣；煤干餾反應生成的半焦經(jīng)固體燃料反應器及第二空氣反應器生成二氧化碳、水蒸氣及高溫貧氧空氣，其中，生成的二氧化碳及水蒸氣進入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中進行利用，生成的高溫貧氧空氣進入到熱利用系統(tǒng)中進行回收，從而實現(xiàn)將煤干餾與煤基燃料化學鏈燃燒相結(jié)合實現(xiàn)煤的綜合利用。同時，需要說明的是，煤干餾生成的半焦直接進入到固體燃料反應器中，避免熄焦帶來的能量損失，同時氣液分離器能夠分離出煤焦油，經(jīng)濟效益較好。另外，本發(fā)明產(chǎn)生的高溫貧氧空氣不含氮氧化物，與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電相比，節(jié)省了治理氮氧化物的成本，減少氮氧化物的排放。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為干餾反應器、2為氣液分離器、3為煤氣分離凈化裝置、4為氣體燃料反應器、5為第一空氣反應器、6為固體燃料反應器、7為第二空氣反應器、8為空氣供給系統(tǒng)、9為熱利用系統(tǒng)、10為余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒系統(tǒng)包括干餾反應器1、氣液分離器2、氣體燃料反應器4、第一空氣反應器5、固體燃料反應器6、第二空氣反應器7、熱利用系統(tǒng)9及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10；干餾反應器1的頂部設有煤入口，干餾反應器1的氣體出口與氣液分離器2的入口相連通，氣液分離器2的氣體出口與氣體燃料反應器4的氣體入口相連通，氣體燃料反應器4的氣體出口與余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10相連通，氣體燃料反應器4的固體出口與第一空氣反應器5的固體入口相連通，第一空氣反應器5的固體出口與氣體燃料反應器4的固體入口相連通，第一空氣反應器5的氣體出口與熱利用系統(tǒng)9相連通；干餾反應器1的固體出口與固體燃料反應器6的一個固體入口相連通，固體燃料反應器6的固體出口與第二空氣反應器7的固體入口相連通，第二空氣反應器7的固體出口與固體燃料反應器6的另一個固體入口相連通，第二空氣反應器7的氣體出口與熱利用系統(tǒng)9相連通，固體燃料反應器6的氣體出口與固體燃料反應器6的氣體入口及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10相連通，固體燃料反應器6的底部設有灰渣出口。

本發(fā)明還包括用于為第一空氣反應器5及第二空氣反應器7提供空氣的空氣供給系統(tǒng)8，空氣供給系統(tǒng)8與第一空氣反應器5的氣體入口及第二空氣反應器7的氣體入口相連通；氣液分離器2的氣體出口與氣體燃料反應器4的氣體入口通過煤氣分離凈化裝置3相連通。本發(fā)明還包括煤焦油加工系統(tǒng)，其中，氣液分離器2的液體出口與煤焦油加工系統(tǒng)相連通。

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學鏈燃燒方法包括以下步驟：

1)向干餾反應器1中加入煤，煤在干餾反應器1中熱解形成氣相產(chǎn)物及固體半焦，固體半焦進入到固體燃料反應器6中，氣相產(chǎn)物進入到氣液分離器2中進行氣液分離，氣液分離器2分離出來的煤氣進入到氣體燃料反應器4中，第一空氣反應器5輸出的氧載體a進入到氣體燃料反應器4中，在氣體燃料反應器4中煤氣與氧載體a反應生成還原態(tài)氧載體a、二氧化碳a及水蒸氣a，其中，還原態(tài)氧載體a進入到第一空氣反應器5中，二氧化碳a及水蒸氣a進入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10中；

還原態(tài)載體a與進入到第一空氣反應器5中的空氣進行反應生成氧載體a及高溫貧氧空氣a，其中，生成的氧載體a進入到氣體燃料反應器4中，生成的高溫貧氧空氣a進入到熱利用系統(tǒng)9中；

來自干餾反應器1的半焦進入到固體燃料反應器6中，并與進入到固體燃料反應器6中的氧載體b反應生成還原態(tài)氧載體b、二氧化碳b及水蒸氣b，其中，生成的還原態(tài)氧載體b進入到第二空氣反應器7中，生成的二氧化碳b及水蒸氣b分為兩路，其中一路返回至固體燃料反應器6中，另一路進入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10中，還原態(tài)氧載體b與進入到第二空氣反應器7中的空氣反應生成氧載體b及高溫貧氧空氣b，其中，氧載體b進入到固體燃料反應器6中，高溫貧氧空氣b進入到熱利用系統(tǒng)9中。

其中，固體燃料反應器6生成的二氧化碳b及水蒸氣b的質(zhì)量比為85:15；氣體燃料反應器4生成的二氧化碳a及水蒸氣a的質(zhì)量比為85:15。

本發(fā)明中的煤可以為褐煤和低階煙煤。

需要指出的是，上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構(gòu)思和特點，具體的實施方法，如煤種、干餾爐類型、煤氣凈化方式、熱利用系統(tǒng)9類型等等仍可進行修改和改進，但都不會由此而背離權(quán)利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍和基本精神。