一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法，首先空气与还原态载氧体反应，氧化结束载氧体储热为还原反应初期煤气化供热，氧化态载氧体与煤气化产物反应放出反应热为煤气化持续供热。加压煤化学链气化装置包含两套反应器，分别循环交替进行还原和氧化过程，经两级换热回收余热后连续产出高压燃气。本发明专利技术方法与现有煤化学链气化技术相比能够显著提升气化强度和装置运行效率，直接获取高压燃气便于储存和下游加工。加压将载氧体氧解耦吸热反应转化为载氧体还原放热反应，利用反应热为煤气化供热，同时回收烟气潜热，在显著降低外部热能供给需求的同时实现节能降耗。

【技术实现步骤摘要】
一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法
本专利技术属于煤炭清洁转化利用
，具体涉及一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法。
技术介绍
煤化学链气化技术被认为是清洁高效煤炭气化的重要手段。利用载氧体的氧化和还原过程，无需空分装置即可实现空气和煤炭间的非接触释氧，在满足煤炭气化供热的同时，避免了NOX污染物的产生。传统煤化学链气化装置常采用循环流化床反应器，载氧体在燃料反应器和空气反应器间进行还原氧化循环，双床间的物料平衡影响着整套气化装置的稳定运行，载氧体的循环流率控制存在着较大的困难。此外，还原反应器中选用氧解耦类型载氧体时，例如钴氧化物、锰氧化物和铜氧化物等，在高温下释放分子氧的分解反应与煤气化反应同为吸热过程，需要外部供热来补充富氧燃烧反应的放热不足，导致系统运行能耗偏高。在煤炭高效清洁转化的倡导下，有必要设计开发一种低能耗、高气化强度、操控简易的加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有常规煤化学链气化技术采用常压循环流化床反应器时系统平衡操控难度大、燃料反应器外部供热能耗高和产气通量低等不足，提出了一种加压煤化学链气化制备燃气的装置和方法，采用该方法可以轻松实现气化装置的稳定运行、显著地降低外部供热功率、增大气化强度。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种加压煤化学链气化制备高压燃气装置，包括：空气压缩机（C1）、高压气化剂一级预热器（E1）、高压气化剂二级预热器（E2）、压缩空气一级预热器（E3）、压缩空气二级预热器（E4）、第一外部加热炉（F1）、第二外部加热炉（F2）、第一流化床反应器（R1）、第二流化床反应器（R2）、进料煤仓（T1）、气液分离罐（T2）、高压气化剂质量流量控制器（V1/V3）、压缩空气质量流量控制器（V2/V4）、高压燃气背压阀（V5/V7）、低氧空气背压阀（V6/V8）、煤仓进料球阀（V9/V10）、煤仓加压截止阀（V11）、低氧空气减压阀（V12）。高压气化剂和压缩空气通过质量流量控制器（V1/V3、V2/V4）的开闭切换，分别单独送入两台流化床反应器（R1、R2）中参与载氧体氧化和还原反应过程，交替循环，其中还原过程通过煤仓（T1）进料。所述第一外部加热炉（F1）和第二外部加热炉（F2）分别设置在第一流化床反应器（R1）和第二流化床反应器（R2）上。还原过程产生的高压燃气和氧化过程产生的低氧空气可通过截止阀（V5/V7、V6/V8）的开闭切换分别依次送入二级预热器（E2、E4），一级预热器（E1、E3）对高压气化剂和压缩空气进行预热，实现余热回收。降至室温后的高压燃气，通过气液分离罐（T2）回收冷凝水。低氧空气经减压阀（V12）减至常压、回收余热后放空。一种加压煤化学链气化制备高压燃气的方法，包括以下步骤：（a）将氧化态载氧体分别加入第一流化床反应器（R1）和第二流化床反应器（R2）中。（b）高压气化剂经一级预热器（E1）和二级预热器（E2）换热升温至还原反应温度，由高压气化剂质量流量控制器（V1）调节质量流率后送入第一流化床反应器（R1）。待反应器内空气被气化剂吹扫置换排尽后，通过调节高压燃气背压阀（V5）升压并稳定在还原反应压力。（c）惰性载气经煤仓加压截止阀（V11）送入煤仓，同时打开进料球阀（V9），将煤吹入第一流化床反应器（R1）中开始还原反应过程。进料结束后，关闭进料球阀（V9）。（d）煤气化产物与载氧体还原反应放出反应热为煤气化过程持续供热，产生的高压燃气分别经高压气化剂二级预热器（E2）和压缩空气一级预热器（E3）回收余热，降至室温的高压燃气经气液分离罐（T2）回收冷凝水后储存或供下一工段使用。（e）待第一流化床反应器（R1）中煤已完全气化时，停止送入高压气化剂，关闭质量流量控制器（V1）和背压阀（V5），打开压缩空气质量流量控制器（V2）和背压阀（V6）。空气经空压机（C1）加压后，分别送入压缩空气一级换热器（E3）和二级换热器（E4）换热升温至氧化反应温度后送入第二流化床反应器（R2）中开始氧化反应过程。（f）空气中的O2与还原态载氧体发生氧化反应，反应放热由低氧空气带入压缩空气二级预热器（E4）和高压气化剂一级预热器（E1）回收余热。（g）反应后的低氧空气分别经减压阀（V12）降至常压，换热回收余热后放空排入大气。（h）待第一流化床反应器（R1）中载氧体已完全氧化时，停止送入压缩空气，关闭压缩空气质量流量控制器（V2）和背压阀（V6），打开高压气化剂质量流量控制器（V1）和背压阀（V5）。（i）第二流化床反应器（R2）及相关第二装置按照步骤（a）~（h）进行高压燃气制备。（j）第一流化床反应器（R1）和第二流化床反应器（R2）按照上述步骤交替操作制备高压燃气。上述方案中，所述载氧体为氧解耦类型载氧体，如钴基载氧体、锰基载氧体或铜基载氧体中的一种。负载载氧体的惰性载体为MgO、Al2O3、SiO2、ZrO2或TiO2中的一种。氧化态载氧体中活性组分与惰性载体的质量比为0.67~1.5。按照上述方案，反应器内还原反应温度范围为：800~900℃，氧化反应温度范围为820~920℃，压力范围为：0.3~2.0MPa。为便于煤仓顺利进料，惰性载气压力高于反应器内操作压力0.2~0.5MPa。惰性载气为N2或Ar中的一种。上述方案中，高压气化剂为CO2或H2O中的一种。本专利技术与现有技术相比较，具有以下技术优势：（1）在热力学上通过加压限制氧化态载氧体分解释放氧气的吸热反应发生，利用煤气化产物与载氧体还原反应放热为煤气化过程持续供热，显著降低外部热能供给需求。（2）氧化反应温度高于还原反应温度，氧化结束载氧体储热为还原反应初期煤气化供热，省去煤气化开工时外部供热。（3）气化剂和空气通过两级预热器最大程度回收燃气和低氧空气余热，节约能耗。（4）双反应器循环交替连续产出高压燃气，极大地提升了煤化学链气化装置效率，避免了传统加压循环流化床中各压力装置间的匹配耦合操作难题。（5）加压提升反应器气化强度，无需二次压缩，直接获取高压燃气便于储存和下游加工。附图说明图1为本专利技术中还原反应过程流程示意图。图2为本专利技术中氧化反应过程流程示意图。图3为本专利技术所使用的加压煤化学链气化装置示意图。图中，C1-空气压缩机，E1-高压气化剂一级预热器，E2-高压气化剂二级预热器，E3-压缩空气一级预热器，E4-压缩空气二级预热器，F1-第一外部加热炉，F2-第二外部加热炉，R1-第一流化床反应器，R2-第二流化床反应器，T1-进料煤仓，T2-气液分离罐，V1、V3-高压气化剂质量流量控制器，V2、V4-压缩空气质量流量控制器，V5、V7-高压燃气背压阀，V6、V8-低氧空气背压阀，V9、V10-煤仓进料球阀，V11-煤仓加压截止阀，V12-低氧空气减压阀。具体实施方式参照图1和图2本专利技术的工艺流程，利用图3的装置图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法，其特征在于，包括：空气压缩机（C1）、高压气化剂一级预热器（E1）、高压气化剂二级预热器（E2）、压缩空气一级预热器（E3）、压缩空气二级预热器（E4）、第一外部加热炉（F1）、第二外部加热炉（F2）、第一流化床反应器（R1）、第二流化床反应器（R2）、进料煤仓（T1）、气液分离罐（T2）、高压气化剂质量流量控制器（V1/V3）、压缩空气质量流量控制器（V2/V4）、高压燃气背压阀（V5/V7）、低氧空气背压阀（V6/V8）、煤仓进料球阀（V9/V10）、煤仓加压截止阀（V11）、低氧空气减压阀（V12）；运行装置制备高压燃气的方法包括以下步骤：/n（a）将氧化态载氧体分别加入第一流化床反应器（R1）和第二流化床反应器（R2）中；/n（b）高压气化剂经一级预热器（E1）和二级预热器（E2）换热升温至还原反应温度，由高压气化剂质量流量控制器（V1）调节质量流率后送入第一流化床反应器（R1）；待反应器内空气被气化剂吹扫置换排尽后，通过调节高压燃气背压阀（V5）升压并稳定在还原反应压力；/n（c）惰性载气经煤仓加压截止阀（V11）送入煤仓，同时打开进料球阀（V9），将煤吹入第一流化床反应器（R1）中开始还原反应过程；进料结束后，关闭进料球阀（V9）；/n（d）煤气化产物与载氧体还原反应放出反应热为煤气化过程持续供热，产生的高压燃气分别经高压气化剂二级预热器（E2）和压缩空气一级预热器（E3）回收余热，降至室温的高压燃气经气液分离罐（T2）回收冷凝水后储存或供下一工段使用；/n（e）待第一流化床反应器（R1）中煤已完全气化时，停止送入高压气化剂，关闭质量流量控制器（V1）和背压阀（V5），打开压缩空气质量流量控制器（V2）和背压阀（V6）；空气经空压机（C1）加压后，分别送入压缩空气一级换热器（E3）和二级换热器（E4）换热升温至氧化反应温度后送入第二流化床反应器（R2）中开始氧化反应过程；/n（f）空气中的O...

【技术特征摘要】
1.一种加压煤化学链气化装置及制备高压燃气方法，其特征在于，包括：空气压缩机（C1）、高压气化剂一级预热器（E1）、高压气化剂二级预热器（E2）、压缩空气一级预热器（E3）、压缩空气二级预热器（E4）、第一外部加热炉（F1）、第二外部加热炉（F2）、第一流化床反应器（R1）、第二流化床反应器（R2）、进料煤仓（T1）、气液分离罐（T2）、高压气化剂质量流量控制器（V1/V3）、压缩空气质量流量控制器（V2/V4）、高压燃气背压阀（V5/V7）、低氧空气背压阀（V6/V8）、煤仓进料球阀（V9/V10）、煤仓加压截止阀（V11）、低氧空气减压阀（V12）；运行装置制备高压燃气的方法包括以下步骤：
（a）将氧化态载氧体分别加入第一流化床反应器（R1）和第二流化床反应器（R2）中；
（b）高压气化剂经一级预热器（E1）和二级预热器（E2）换热升温至还原反应温度，由高压气化剂质量流量控制器（V1）调节质量流率后送入第一流化床反应器（R1）；待反应器内空气被气化剂吹扫置换排尽后，通过调节高压燃气背压阀（V5）升压并稳定在还原反应压力；
（c）惰性载气经煤仓加压截止阀（V11）送入煤仓，同时打开进料球阀（V9），将煤吹入第一流化床反应器（R1）中开始还原反应过程；进料结束后，关闭进料球阀（V9）；
（d）煤气化产物与载氧体还原反应放出反应热为煤气化过程持续供热，产生的高压燃气分别经高压气化剂二级预热器（E2）和压缩空气一级预热器（E3）回收余热，降至室温的高压燃气经气液分离罐（T2）回收冷凝水后储存或供下一工段使用；
（e）待第一流化床反应器（R1）中煤已完全气化时，停止送入高压气化剂，关闭质量流量控制器（V1）和背压阀（V5），打开压缩空气质量流量控制器（V2）和背压阀（V6）；空气经空压机（C1）加压后，分别送入压缩空气一级换热器（E3）和二级换热器（E4）换热升温至氧化反应温度后送入第二流化床反应器（R2）中开始氧化反应过程；
（f）空气中的O2与还原态载氧体发生氧化反应，反应放热由低氧空气带入压缩空气二级预热器（E4）和高压气化剂一级预热器（E1）回收余热；
（g）反应后的低氧空气分别经减压阀（V12）降至常压，换热回收余热后放空排入大气；
（h）待第一流化床反应器（R1）中载氧体已完全氧化时，停止送入压缩空气，关闭压...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆杰，郭欣桐，李彦坤，胡修德，潘鑫，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64