專利名稱：流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用煤制氣的工藝及裝置，尤其涉及一種循環(huán)床煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝及設備。
現(xiàn)有技術中，采用煤制氣的方法很多，如焦爐、直立爐、水煤氣兩段爐、加壓魯奇爐等就是常用的幾種。焦爐煤氣是目前城市煤氣的主要來源，它可以生產中熱值煤氣，也易于大型化，但它的發(fā)展受焦煤來源和焦炭銷路的限制。直立爐和水煤氣兩段爐產生的煤氣熱值低，制氣效率也低，并且這種技術對煤種有特殊的要求。加壓魯奇爐采用加壓氣化工藝，技術難度大，工藝及后處理系統(tǒng)復雜，因此投資大，難于推廣應用。
為克服上述問題，中國實用新型專利89213661采用循環(huán)流化床粉煤氣化裝置，即先將煤在循環(huán)流化床裂解爐中進行裂解，取得中熱值煤氣，煤裂解后生成的半焦再送入氣化器氣化產生低熱值煤氣。該裝置工藝相對簡單，氣化強度大，產生的煤氣品質好，但這種工藝需外供蒸汽和外加熱源，因而造成結構不夠緊湊，能源不能充分利用的缺陷。
為了合理的利用能源，中國發(fā)明專利91103896.5采用循環(huán)床煤氣—蒸汽聯(lián)產的一體化工藝方法及設備，既可產生中熱值煤氣供居民生活使用，同時可產生蒸汽供熱和發(fā)電。該專利采用帶三旋渦內分離器的循環(huán)流化床鍋爐產生蒸汽，而在該鍋爐之外緊鄰布置一個流化床煤裂解爐產生煤氣，采用經(jīng)分離器分離下來的熱灰作熱載體提供煤熱解所需的熱源，而粉煤熱解后產生的半焦和部分原煤作為鍋爐的燃料。上述制氣工藝和設備，采用循環(huán)灰作為熱載體，從而使氣化反應器中的焦炭的濃度很低，不利于水煤氣反應，故煤氣產率低；另一方面，作為熱載體的循環(huán)灰由于只靠分離器分離，故而循環(huán)量小，這導致裂解爐內的溫度偏低，結果相當多的揮發(fā)分將殘留在半焦中，這也影響了制氣產率。
中國專利申請(申請?zhí)?5108875)提出了一種新的煤氣—蒸汽聯(lián)產技術方案，其主要特征是鍋爐爐膛的下部由燃燒床、傳熱床和氣化床三個并列的流化床組成，即煤的氣化反應器放在鍋爐的爐膛里。由于爐內上下不同的風速，造成了爐膛里的顆粒內循環(huán)。這樣，靠內循環(huán)下來的回落灰和經(jīng)分離器分離下來的物料一起被送到氣化床作為熱載體，為氣化床內的煤氣化反應提供熱量。這一技術方案雖有效地解決了熱載體灰的循環(huán)量不足問題，能保證氣化床內的合理反應溫度，但氣化床里的碳濃度還是較低，這不利于氣化床里的水煤氣反應。所以，這種裝置仍存在煤氣產率低的問題。
針對上述情況，本發(fā)明的目的和任務是提供一種流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝及裝置，該工藝及裝置既能有效地解決氣化反應器內碳的濃度過低的問題，保證氣化反應器內合理的反應溫度，進一步提高城市煤氣或合成原料氣的煤氣產率；而且還兼有投資少，成本低，系統(tǒng)運行可靠等特點。
本發(fā)明的目的和任務是通過以下技術方案實現(xiàn)的它包括生產蒸汽的流化床鍋爐系統(tǒng)和生產煤氣的煤氣發(fā)生系統(tǒng)，其煤氣發(fā)生系統(tǒng)采用焦作熱載體，煤在流化床氣化反應器內裂解和氣化，生成的焦進入提升管燃燒并放熱，大量的焦在提升管和流化床氣化反應器之間循環(huán)，而另一部分焦被送入鍋爐爐膛燃燒。
該系統(tǒng)生產城市煤氣或一般合成原料氣時，流化床氣化反應器內的流化介質為蒸汽、煤氣或蒸汽與煤氣的混合物，提升管底部通入空氣，焦在提升管內燃燒并放熱，提升管中產生的熱煙氣被送入鍋爐爐膛燃燼。
若生產合成氨原料氣時，流化床氣化反應器內的流化介質為蒸汽，此時提升管底部既通空氣又通蒸汽，即焦在提升管內既燃燒升溫，又發(fā)生水煤氣反應，產生的混合氣可與流化床氣化反應器內生產的煤氣共用于制成合成氨原料氣。
上述工藝裝置是這樣實現(xiàn)的它主要由生產蒸汽的流化床鍋爐和生產煤氣的煤氣發(fā)生系統(tǒng)組成。煤氣發(fā)生系統(tǒng)包括一個流化床氣化反應器和一個提升管，提升管頂部裝有氣固分離裝置，該裝置與流化床氣化反應器之間裝有連通閥，流化床氣化反應器底部與提升管底部通過下料管和調節(jié)閥相連通。
系統(tǒng)運行時，用于生產煤氣的煤直接加入到由蒸汽或蒸汽與煤氣混合物作流化介質的流化床氣化反應器中，煤在其中裂解，完成揮發(fā)份釋放過程，同時也與蒸汽發(fā)生水煤氣反應，生成的粗煤氣由氣化反應器頂部流出；而經(jīng)過裂解和氣化反應的焦隨作為熱載體的循環(huán)焦一起從流化床氣化反應器底部排出，經(jīng)下料管及調節(jié)閥流入提升管。從提升管底部通入的空氣或空氣與蒸汽的混合物攜帶著焦以一定速度上升，并同時燃燒、放熱或發(fā)生燃燒及水煤氣反應。在這里焦被加熱并被提升到頂部的一個氣固分離裝置。被分離下來的焦分成兩路，其中大部分返回氣化反應器，并向氣化反應器提供由于煤的裂解和氣化反應所需的熱量，而另一部分則流到流化床鍋爐，作為鍋爐的燃料。同時由提升管頂部排出的熱煙氣或混合氣則可根據(jù)所制煤氣的用途而分別送入流化床鍋爐或與氣化反應器內生成的煤氣產物相混合。
在上述情況下，為了進一步降低焦油產量，提高煤氣產率，可將流化床氣化反應器分為上氣化室和下氣化室兩部分，上氣化室和下氣化室之間設有連接口，下氣化室底部通過下料管和調節(jié)閥與提升管底音相連，上氣化室與提升管頂部的氣固分離裝置之間設有連通閥，上氣化室頂部設有煤氣與熱物料的出口。原煤直接加入下氣化室。來自下氣化室的粗煤氣和流化介質通過連接口高速進入上氣化室，而來自提升管的循環(huán)焦先進入上氣化室，上氣化室中的大量熱物料與煤氣一起進入位于其出口處的旋風分離器，經(jīng)分離后的物料返回上氣化室或下氣化室。煤氣及流化介質從分離器出口導出。部分物料會由兩氣化室之間的連接口塌落入下氣化室。這樣，固體物料由上向下流動，而氣體由下向上流動，形成了氣固物料的逆流流動。由于上氣化室內的較高的溫度，粗煤氣中攜帶的焦油有相當一部分被裂解，從而進一步降低丁焦油含量，提高了煤氣產率。
附

圖1為生產城市煤氣和一般合成原料氣時本發(fā)明的工藝流程及結構原理示意圖。
附圖2為生成合成氨原料氣時本發(fā)明的工藝流程及結構原理示意圖。
附圖3為流化床氣化反應器分為上氣化室和下氣化室的流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產裝置的結構原理示意圖。
下面結合附圖詳細描述本發(fā)明的工作原理，具體結構及實施方式本發(fā)明主要包括生產蒸汽的流化床鍋爐系統(tǒng)和生產煤氣的煤氣發(fā)生系統(tǒng)。生產蒸汽的鍋爐系統(tǒng)1采用燃料適應性好的流化床鍋爐，該鍋爐應設有接受來自煤氣發(fā)生系統(tǒng)的焦炭入口或焦炭和熱煙氣的入口。煤氣發(fā)生系統(tǒng)主要由流化床氣化反應器2，提升管3，氣固分離裝置4以及相應的閥及管道組成。氣化反應器應設有給煤口8和煤氣出口9以及流化介質的進口10。當流化床氣化反應器為一個氣化室時(圖2)，需氣化的原煤由給煤口8進入氣化反應器2，其床溫控制在850℃～950℃。其流化介質視生成的煤氣用途不同而有所區(qū)別。當生產城市煤氣時，其流化介質應采用蒸汽或蒸汽和煤氣的混合物，而生產合成原料氣時，只采用蒸汽作流化介質即可。煤裂解和氣化后生成的焦隨作為熱載體的循環(huán)焦一起落入氣化反應器2底部的下料管7，下料管與一個L型調節(jié)閥6相連通，焦經(jīng)此閥流入燃燒提升管3的下部。若流化床氣化反應器采用上氣化室和下氣化室兩部分構成時(圖3)，上氣化室2a采用一個快速流化床。原煤直接加入到下氣化室2b(850℃～950℃)，煤在這里熱解放出揮發(fā)份，同時已釋放出揮發(fā)份的焦也在這里與水蒸汽發(fā)生水煤氣反應而部分氣化，生成的粗煤氣和流化介質從下氣化室2a經(jīng)連接口13高速進入上氣化室2a，煤氣和熱物料一起從上氣化室頂部的出口9進入旋風分離器11。從分離器分離下來的物料返回上氣化室2a或下氣化室2b。而上氣化室的部分物料會經(jīng)連接口13塌落入下氣化室。經(jīng)過熱解和氣化反應的焦從下氣化室的底部排出，通過下料管7經(jīng)調節(jié)閥6進入提升管底部。
提升管底部12通入空氣或空氣與蒸汽的混合物，即當生產城市煤氣和一般合成原料氣時，其底部12通入空氣；若生產合成氨原料氣時，可采用既通空氣又通蒸汽的方法?？諝饣蚩諝馀c蒸汽的混合物以一定的速度進入提升管后，攜帶著焦向上運動，并且與焦發(fā)生燃燒反應，或既燃燒又發(fā)生水煤氣反應。因此，提升管實際上是一個快速流化床，焦在其內燃燒、升溫或燃燒氣化。當循環(huán)焦到達提升管頂部的氣固分離裝置4時，燃燒放出的熱量把氣固混合物加熱到950℃～1100℃。被氣固分離器分離下來的焦，一部分經(jīng)連通閥5流入氣化反應器2，作為再循環(huán)的熱載體向氣化器提供煤裂解和氣化的熱量；對于氣化器分為上氣化室和下氣化室的情況，被氣固分離器分離下來的一部分焦流入上氣化室2b，作為熱裁體加熱上氣化室中的床料，使上氣化室中的溫度平均比下氣化室高出50～100℃，即達到900～1000℃。這樣，由下氣化室流入上氣化室的粗煤氣流經(jīng)上氣化室的床料時，由于這里較高的溫度，粗煤氣中攜帶的焦油有相當一部分被裂解。而上氣化室中的床料經(jīng)其底部落入下氣化室，作為熱載體為下氣化室提供裂解和氣化所需的熱量，并成為床料的一部分參與氣化反應。而另一部分焦被送入鍋爐燃燒。從氣固分離裝置分離出來的熱煙氣或熱煙氣與煤氣的混合氣應根據(jù)生產煤氣的不同用途，分別送入鍋爐燃燒或與氣化反應器內生成的煤氣產物相混合。
從氣化反應器出來的粗煤氣由氣化器頂部的出氣口9流出，先進入一個旋風分離器11，將其夾帶的固體顆粒分離下來，然后進行進一步清洗處理。由旋風分離器分離下來的焦粉也可送入鍋爐燃燒。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果本發(fā)明與一般煤的全氣化工藝及裝置相比，不僅工藝簡單，投資和成本較低，而且能合理的利用能源；與循環(huán)灰作熱載體的煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝相比，由于采用了以焦作熱載體，有效地解決了氣化反應器內碳的濃度過低的問題，保證了足夠的載熱量和較高的反應溫度，從而大大提高了煤氣產率。另外，在本發(fā)明中，鍋爐實際上只起到了把煤氣發(fā)生器中產生的熱煙氣和部分焦燒掉并產氣的作用，煤氣發(fā)生系統(tǒng)與生產蒸汽的鍋爐之間的聯(lián)系并不緊密，兩部分可以獨立工作，單位煤氣產量的鍋爐容量也可相對減小。這就使得本工藝流程運行的可靠性和穩(wěn)定性大大提高，也使煤氣發(fā)生系統(tǒng)對鍋爐的依賴性大為降低，提高了本項技術的適用性。
權利要求
1.一種流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝，包括生產蒸汽的流化床鍋爐系統(tǒng)和生產煤氣的煤氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征是煤氣發(fā)生系統(tǒng)采用以焦作熱載體，煤在流化床氣化反應器內裂解和氣化，生成的焦進入提升管燃燒并被加熱，大量的焦在提升管和流化床氣化反應器之間循環(huán)，而另一部分焦被送入鍋爐爐膛燃燒。
2.按照權利要求1所述的流化床焦載熱煤氣一蒸汽聯(lián)產工藝，其特征是流化床氣化反應器內的流化介質采用蒸汽、煤氣或蒸汽與煤氣的混合物，提升管底部通空氣，提升管產生的熱煙氣被送入鍋爐爐膛燃燒。
3.按照權利要求1所述的流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝，其特征是流化床氣化反應器內的流化介質采用蒸汽，提升管底部既通空氣又通蒸汽，提升管內生成的混合氣與流化床氣化反應器內生成的煤氣產品混合。
4.一種流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產裝置，主要由生產蒸汽的流化床鍋爐[1]和生產煤氣的煤氣發(fā)生系統(tǒng)組成，其特征是煤氣發(fā)生系統(tǒng)包括一個流化床氣化反應器[2]和一個提升管[3]，提升管頂部裝有氣固分離裝置[4]，該裝置與氣化反應器之間裝有連通閥[5]，氣化反應器底部與提升管底部通過下料管[7]和調節(jié)閥[6]相連通。
5.按照權利要求4所述的流化床焦載熱煤氣一蒸汽聯(lián)產裝置，其特征是所述流化床氣化反應器分為上氣化室和下氣化室兩部分，上氣化室[2a]和下氣化室[2b]之間設有連接口[13]，下氣化室底部通過下料管和調接閥與提生管底部相連，上氣化室與提生管頂部的分離器之間設有連通閥，上氣化室頂部設有煤氣與熱物料的出口[9]。
6.按照權利要求4所述的流化床焦載熱煤氣一蒸汽聯(lián)產裝置，其特征是產生蒸汽的流化床鍋爐設有來自氣固分離裝置的熱煙氣和焦炭入口。
全文摘要
流化床焦載熱煤氣—蒸汽聯(lián)產工藝及裝置，用于生產城市煤氣和合成原料氣。該裝置包括產生蒸汽的流化床鍋爐和煤氣發(fā)生系統(tǒng)，其特點是以焦作熱載體提供煤熱解和氣化所需的熱量。煤氣發(fā)生系統(tǒng)主要由流化床氣化反應器，提升管，氣固分離裝置和相應的閥及管道組成。本發(fā)明不僅有效地解決了氣化反應器內碳濃度過低的問題，保證了合理的床溫，大大提高了煤氣產率，產生的煤氣質量好，焦油含量低，而且該裝置工藝簡單，投資和成本低。同時，由于煤氣發(fā)生系統(tǒng)對鍋爐系統(tǒng)依賴性小，從而大大提高了運行的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號C10J3/58GK1148080SQ9610983
公開日1997年4月23日 申請日期1996年9月20日 優(yōu)先權日1996年1月26日
發(fā)明者張緒偉, 程蔭桐, 李廣海 申請人:清華大學