本发明专利技术涉及一种粉煤流化气化与分离装置及方法，主要解决现有技术中存在的碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低、出口细粉分离效率低的问题。本发明专利技术通过一种粉煤流化气化与分离装置及方法，催化剂与粉煤原料进入流化床反应器中与气化剂进行反应，反应后的粗煤气与未完全反应的半焦在气固分离设备内进行分离，分离后的粗煤气进入后续设备进行净化与分离；分离后的半焦经过返料装置，与气化剂同时进入流化床反应器中进行混合与反应，反应后的大颗粒渣与部分含碳颗粒经过排渣装置的分离，从底部排出大颗粒渣，而其他含碳颗粒则通过排渣装置的上部流入流化床反应器继续参与反应的技术方案，较好的解决了上述技术问题，可应用于粉煤气化的工业生产中。
Fluidization gasification and separation device and method of pulverized coal
【技术实现步骤摘要】
粉煤流化气化与分离装置及方法
本专利技术涉及一种粉煤流化气化与分离装置及方法。
技术介绍
天然气是优质的燃料和重要的化工原料，具有安全可靠、绿色环保的优点。随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快，对天然气的需求日益增加。我国自身的天然气产量以无法达到天然气的需求量，供需矛盾日益突出，供应缺口唯有依赖进口得以弥补，极大程度上影响了我国的能源安全。我国又是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变，据统计，我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了66％。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。将煤转化成天然气，是煤炭清洁高效利用的重要途径，因其能量转化率高，适合我国国情，成为当前煤化工领域的研究热点之一。煤气化是煤炭高效、清洁利用的核心技术，是发展煤基化学品生产、煤基液体燃料、合成天然气(SNG)、IGCC发电、制氢、工业燃气及多联产系统等过程工业的基础。我国是世界上最大的煤气化技术应用市场。目前，多种煤气化技术已成功实现工业化应用，均采用非催化气化技术，以高温高压为代价提高碳转化率，这就带来了煤气冷却强度大、气体净化困难、能耗高、对设备要求苛刻等问题。然而，煤的催化气化过程不仅提高了气化反应速率，同时也显著降低了气化反应温度，使煤的温和气化过程得以实现。同时也可以进行许多合成过程，在催化剂的作用下，可在煤气化的同时合成甲烷、甲醇、氨等化工原料，缩短了工艺流程。其中通过煤催化气化的方法直接制取富含甲烷的合成气，是煤催化气化的一个重要研究方向。在煤气化技术的反应器方面，当前较为广泛的属于气流床气化技术。但是这种技术须使用低灰熔点(＜1350℃)和低灰含量(＜10～15％)的优质煤炭，而解决高灰熔点煤的方法通常是加入10～30％的助熔剂，使得进料的灰份更高，影响其操作性和经济性。同时，气流床熔渣气化技术过高的操作温度使气流床的投资、维修和操作成本提高。美国电力研究院(EPRI)的研究报告指出，现有工业气流床气化炉不适合高灰、高灰熔点煤的气化，世界需要工业化的流化床气化技术。流化床技术无论燃烧或气化均具有适应高灰熔点、高灰煤种的本性，循环流化床锅炉已成功燃烧煤矸石即为明证。专利CN201010279560.7公布了一种多层流化床催化气化制甲烷工艺，将气化炉分为合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段。使燃烧、气化、甲烷化反应和热解反应分段进行，控制各段的反应程度和温度分布，从而提高甲烷产率。然而气化炉上方的热解段中，细小的粉煤未经反应就从气化炉跑出，使得飞灰的碳含量较高，并且未反应完全的煤焦返混至气化炉底部渣口，直接从气化炉排出，导致反应过程中的碳转化率较低。气化炉内煤焦颗粒停留时间为2～3h时，碳转化率基本维持在60～90％的范围内。专利CN101942344A公开了一种多段分级转化流化床煤气化的方法及装置是由备煤、供气、气化、排渣、及细粉输送所组成，多段分级转化流化床气化装置是由熔聚灰分离单元，多段分级流化床热解气化反应器，半焦细粉循环输送单元组成,具有气化炉体积利用率高、处理量大、总碳利用率高的特性，适合煤分级转化集成系统，且可单独使用生产适合于大规模煤基甲烷合成及煤化工用煤气。该技术的分级气化并没有完全地利用由热解出来的焦油气，在煤质分级利用方面没有更高效地利用附加值较高的焦油气；另外一方面，该技术在排渣技术采用的融聚灰选择性分离后再干式排渣，这种技术较前人的技术有了质的突破，稳定性较高，但是由于在反应器内造渣的过程无法控制结渣的位置与大小，同时排渣过程中，由于结构的制约，无法完全地分离半焦与灰渣，因此会造成排渣效率不高，渣内碳含量不低，总体碳转化率不高。如何实现气化原料本地化，开发出适合不同煤种特性、下游产品的气化炉对我国的煤化工发展至关重要。现有气化技术的提级，实现煤炭的分级转化，将不同技术集成优化也是煤气化技术发展的一个重要趋势。同时也需要开发出适合除煤炭以外含碳固体物质的气化技术，包括生物质、液化残渣、石油残渣及含碳固体废弃物等。综上所述，煤催化气化技术由于需考虑甲烷化反应，其反应温度较低，导致反应速率和碳转化率降低，因而有必要开发一种能够提高碳转化率并提高气化强度、甲烷产率以及粉煤利用率高的煤炭转化方法。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题之一是现有技术中存在的碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低的问题，提供一种粉煤流化气化与分离装置。该装置中流化床反应器具有流化质量好、颗粒与气体、颗粒与颗粒之间的传递接触效率高、分离效率高、系统压降低、碳转化率高、气化强度高、甲烷产率高、稳定且高效以及气化炉运行稳定的特点，保证反应的高效与稳定。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的反应方法。为解决上述技术问题之一，本专利技术采用的技术方案如下：一种煤高效流化气化装置，主要设备包括：流化床反应器2、沉降段3、气固分离设备4以及排渣装置1，其中流化床反应器2上端扩径后与沉降段3底部相连通，沉降段3与气固分离设备4相连通，气固分离设备4的底部与流化床反应器2相连通，排渣装置1的上端与流化床反应器2的底部相连通，所述气固分离设备(4)由至少2级串联的旋风分离器、或至少2级串联的旋风分离器与过滤器组合而成，所述气固分离设备(4)中旋风分离器入口截面比为3-10，所述第一级旋风分离器入口截面比不大于后面串联的旋风分离器的入口截面比，所述旋风分离器入口截面比由下面公式确定：上述技术方案中，所述流化床反应器2内部包括热解区、合成气生成区与甲烷生成区，且三个区顺序依次排列。所述气固分离设备4由2～5级串联的旋风分离器、或2～5级串联的旋风分离器与过滤器组合而成，所述气固分离设备4可设置在沉降段3的内部或者外部，所述每一组旋风分离器可由1个或多组旋风分离器并联组成，优选为2～4组。所述气固分离设备4中第一级旋风分离器入口颗粒浓度不大于20kg/m3，所述第二级旋风分离器入口颗粒浓度不大于8kg/m3。所述气固分离设备4中旋风分离器入口截面比为4-8，所述第一级旋风分离器入口截面比不大于后面串联的旋风分离器的入口截面比。所述旋风分离器的表观截面气速不大于6m/s。为解决上述问题之二，本专利技术采用的技术方案如下：一种粉煤流化气化与分离方法，包括如下几个步骤：a、催化剂与粉煤原料C进入流化床反应器2中与气化剂B进行反应，反应后的粗煤气E与未完全反应的半焦在气固分离设备4内进行分离，分离后的粗煤气E进入后续设备进行净化与分离；b、分离后的半焦经过返料装置，与气化剂B同时进入流化床反应器2中进行混合与反应，反应后的大颗粒渣与部分未完全反应的含碳颗粒经过阀门控制进入排渣装置1中，经过颗粒分级后由排渣装置1的底部排出大颗粒渣，而其他含碳颗粒则通过排渣装置1的上部流入流化床反应器2的上端继续参与反应。上述技术方案中，所述催化剂与粉煤原料C的粉煤原料的平均粒径不大于3mm，所述粒径范围在0-1mm之间的粉煤颗粒占总入炉粉煤质量的10％以上，所述无因次颗粒直径范围为1-85。所述流化床反应器2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粉煤流化气化与分离装置，主要设备包括：流化床反应器(2)、沉降段(3)、气固分离设备(4)以及排渣装置(1)，其中流化床反应器(2)上端扩径后与沉降段(3)底部相连通，沉降段(3)与气固分离设备(4)相连通，气固分离设备(4)的底部与流化床反应器(2)相连通，排渣装置(1)的上端与流化床反应器(2)的底部相连通，所述气固分离设备(4)由至少2级串联的旋风分离器、或至少2级串联的旋风分离器与过滤器组合而成，所述气固分离设备(4)中旋风分离器入口截面比为3-10，所述第一级旋风分离器入口截面比不大于后面串联的旋风分离器的入口截面比。/n
【技术特征摘要】
1.一种粉煤流化气化与分离装置，主要设备包括：流化床反应器(2)、沉降段(3)、气固分离设备(4)以及排渣装置(1)，其中流化床反应器(2)上端扩径后与沉降段(3)底部相连通，沉降段(3)与气固分离设备(4)相连通，气固分离设备(4)的底部与流化床反应器(2)相连通，排渣装置(1)的上端与流化床反应器(2)的底部相连通，所述气固分离设备(4)由至少2级串联的旋风分离器、或至少2级串联的旋风分离器与过滤器组合而成，所述气固分离设备(4)中旋风分离器入口截面比为3-10，所述第一级旋风分离器入口截面比不大于后面串联的旋风分离器的入口截面比。
2.根据权利要求1所述粉煤流化气化与分离装置，所述旋风分离器入口截面比为：
3.根据权利要求1所述粉煤流化气化与分离装置，其特征在于所述流化床反应器(2)内部包括热解区、合成气生成区与甲烷生成区，且三个区顺序依次排列。
4.根据权利要求1所述粉煤流化气化与分离装置，其特征在于所述气固分离设备(4)由2～5级串联的旋风分离器、或2～5级串联的旋风分离器与过滤器组合而成，所述气固分离设备(4)设置在沉降段(3)的内部或者外部，所述每一级旋风分离器由1个或多组旋风分离器并联组成，优选为2～4组。
5.根据权利要求1所述粉煤流化气化与分离装置，其特征在于所述气固分离设备(4)中旋风分离器入口截面比为4-8，所述过滤器为金属烧结过滤器，或陶瓷过滤器；所述过滤器的型式为烛式过滤器，或多组滤芯并联形成过滤组。
6.一种粉煤流化气化与分离方法，包括如下几个步骤：
(a)、催化剂与粉煤原料(C)进入流化床反应器(2)中与气化剂(B)进行反应，反应后的粗煤气(E)与未完全反应的半焦在气固分离设备(4)内进行分离，分离后的粗煤气(E)进入后续设备进行净化与分离；...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊，钟思青，高攀，霍威，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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