本发明专利技术提供了一种煤料还原CO2制取CO的装置及方法，本发明专利技术所提供的煤料还原CO2制取CO的装置包括流化床气化炉、流化床预热器和旋风预热分离系统。其中，在流化床气化炉的底部设有气体分布器、以及供气化剂进入的进气口，和用于收集流化床气化炉内灰渣的渣斗。在流化床气化炉的外围设有流化床预热器。旋风预热分离系统包括旋风分离器、排气口、进料口、料腿管和与旋风分离器的进口连通的入口。料腿管通断可控并引至流化床气化炉内的下部。入口设于流化床气化炉内的上部。本发明专利技术的煤料还原CO2制取CO的装置，可将煤料和从流化床气化炉中出来的高温气体进行直接换热，在有效回收利用高温气体的热量的同时，也减少了流化床气化炉内反应的能耗。的能耗。的能耗。
【技术实现步骤摘要】
一种煤料还原CO2制取CO的装置及方法
[0001]本专利技术涉及煤气化
，特别涉及一种煤料还原CO2制取CO的装置，本专利技术还涉及一种煤料还原CO2制取CO的方法。
技术介绍
[0002]二氧化碳排放引起的气候变化是人类面临的全球性问题，通过对化石燃料利用所排放的CO2进行控制及利用，对实现人类的可持续发展具有十分重要的现实意义。随着C1化学的兴起，在有机合成化学工艺中出现了多种利用CO的工艺。如首钢朗泽研发了气体生物发酵技术，将含有CO的工业尾气直接转化为燃料乙醇、蛋白饲料等产品。煤焦还原CO2制取CO技术，可以为生物发酵技术生产燃料乙醇提供原料CO，进而实现CO2的有效利用。
[0003]目前，移动床气化炉内以焦炭为原料，将CO2作为气化剂制取CO已经有了工业化生产的先例。其中，移动床煤气化工艺以块煤为原料，其优点是对煤种使用范围宽、碳效率高、气化效率高、氧耗量低、反应炉的操作温度和出口煤气温度低。但移动床气化只能以不粘块煤或无烟块煤为原料，存在原料昂贵、气化强度低、粗煤气中含酚类焦油等较多等问题，造成后续净化流程加长，增加投资和成本。
[0004]传统煤气化生产合成气法除了移动床气化技术外，还有气流床和流化床煤气化技术。气流床煤气化炉反应温度高，并且采用液体排渣，气化强度高、碳转化率高、产能高，但该工艺需要以低灰熔点煤为原料，且对煤粒度要求高，故存在原料成本高的缺点。另外，为维持炉内的高反应温度，常采用纯氧做氧化剂，氧耗量大，影响经济成本。相比而言，流化床气化技术可利用0～10mm的碎煤焦，加工成本低；气化强度大，氧耗量低，粗煤气出口温度高，产品气中几乎不含焦油和酚类物质，后续分离过程相对简单。以焦炭为原料还原CO2制取CO采用流化床气化技术具有一定的优势。
[0005]与采用O2/H2O或空气/H2O作为气化剂的传统流化床煤气化技术相比，CO2部分或全部取代H2O作为气化剂需要更高的热量，如下式：
[0006]C+CO2＝2CO+173kJ/mol(1)
[0007]C+H2O＝CO+H2+124.5kJ/mol(2)
[0008]式(1)、(2)可以看出，CO2全部取代H2O作为气化剂，其反应吸热量增大40％左右。通过物料和热量衡算，可以得到一个简化的反应总式来表示：
[0009]4C+5O2+CO2＝5CO+Q(3)
[0010]上式中，3个碳被1.5个氧部分氧化生成3个CO。实际反应要复杂的多。从反应热效应看，部分氧化为放热反应，部分还原反应为吸热反应，总反应为放热反应。通过上述分析看出，CO2全部或部分取代H2O作为气化剂生成粗CO是可行的。
[0011]现有技术中，传统流化床气化法采用常温固体进料，在气化炉内升温反应，耗热量大，需要消耗更多的碳来进行燃烧反应供给CO2还原反应热量，而从气化炉出来的高温气体通常需要废热锅炉产生高压蒸汽来进行热量回收，导致投资和操作成本高。此外，传统流化床气化法还涉及到高压蒸汽的用途问题。
技术实现思路
[0012]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种煤料还原CO2制取CO的装置，可将煤料和从流化床气化炉中出来的高温气体进行直接换热，在有效回收利用高温气体的热量的同时，也减少了流化床气化炉内反应的能耗。
[0013]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0014]一种煤料还原CO2制取CO的装置，包括：
[0015]流化床气化炉，所述流化床气化炉的底部设有气体分布器、以及供气化剂进入的进气口，且所述流化床气化炉的底部连通有用于收集所述流化床气化炉内灰渣的渣斗；
[0016]流化床预热器，设于所述流化床气化炉的外围，以将所述流化床气化炉内的温度控制在预设温度范围内；
[0017]旋风预热分离系统，包括旋风分离器，与所述旋风分离器的顶部出口连通的排气口，可供煤料进入所述旋风分离器的进料口，由所述旋风分离器的底部出口引出的料腿管，以及与所述旋风分离器的进口连通的入口；所述料腿管通断可控并引至所述流化床气化炉内的下部；所述入口设于所述流化床气化炉内的上部。
[0018]进一步的，所述旋风预热分离系统包括多个所述旋风分离器，其中一个作为快速分离器并设于所述流化床气化炉内的顶部，其余各所述旋风分离器组成旋风预热单元；所述排气口、所述进料口、所述料腿管均设于所述旋风预热单元上；所述入口设于所述快速分离器上，且所述快速分离器的底部出口连通有集灰器，所述快速分离器的顶部出口与所述旋风预热单元内的所述旋风分离器的进口连通。
[0019]进一步的，所述旋风预热单元中串联设置有多个所述旋风分离器，前一级所述旋风分离器的顶部出口和后一级所述旋风分离器的底部出口均连通至当前级所述旋风分离器的进口；第一级旋风分离器的进口和底部出口分别与所述快速分离器的顶部出口和所述料腿管连通；最末级旋风分离器的顶部出口和进口分别与所述排气口和所述进料口连通。
[0020]进一步的，所述流化床气化炉具有上下连通设置、并呈圆筒状的流化床扩大段和流化床直筒段，所述流化床扩大段与所述流化床直筒段的直径比为1.2～2.0；所述流化床直筒段的高度为2.0～30.0m，所述流化床扩大段的高度为1.0～5.0m。
[0021]进一步的，还包括换热单元，所述换热单元用于对由所述进气口进入的所述气化剂升温、以及对由所述排气口排出的尾气降温，且所述换热单元可构成所述气化剂和所述尾气之间的热交换。
[0022]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0023](1)本专利技术所述的煤料还原CO2制取CO的装置，通过设置的旋风预热分离系统可使煤料和从流化床气化炉中出来的高温气体进行直接换热，在有效回收利用高温气体的热量的同时，也可减少气化炉内煤料的消耗量。
[0024](2)通过设置快速分离器可以将从流化床气化炉中出来的富含细粉灰的粗CO气体进行气固分离，然后再通过旋风预热单元进行煤料和气体的换热工作。如此有助于对流化床气化炉排出的CO气体进行初次过滤，减少粉尘对换热工作的影响。
[0025](3)采用多个连通的旋风分离器可以有足够的空间供煤料和高温气体进行换热，以便回收高温气体中的热量。
[0026](4)设置流化床直筒段可作为CO制备的反应腔，设置的流化床扩大段可对反应后
的粗CO气体进行富集，以便保证排放气体的温度以及CO的浓度。
[0027](5)通过设置的换热单元可以对进入流化床气化炉中含有O2和CO2的气化剂进行预热，提高CO的制备效率，而且换热单元也可以对排放气体进行降温，如此可降低CO制备所需的能耗。
[0028]本专利技术的另一个目的在于提出一种煤料还原CO2制取CO的方法，以使含有O2和CO2的气化剂和煤料在预设温度范围内反应，生成CO；该方法包括以下步骤：
[0029]1)采用流化床气化炉进行反应，将所述流化床气化炉预热至预设温度范围内并保持；
[0030]2)将所述气化剂压缩至设定压力并供入所述流化床气化炉内，同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤料还原CO2制取CO的装置，其特征在于包括：流化床气化炉(1)，所述流化床气化炉(1)的底部设有气体分布器(10)、以及供气化剂(A)进入的进气口(4)，且所述流化床气化炉(1)的底部连通有用于收集所述流化床气化炉(1)内灰渣的渣斗(5)；流化床预热器(2)，设于所述流化床气化炉(1)的外围，以将所述流化床气化炉(1)内的温度控制在预设温度范围内；旋风预热分离系统(7)，包括旋风分离器，与所述旋风分离器的顶部出口连通的排气口(9)，可供煤料进入所述旋风分离器的进料口(700)，由所述旋风分离器的底部出口引出的料腿管(72)，以及与所述旋风分离器的进口连通的入口(710)；所述料腿管(72)通断可控并引至所述流化床气化炉(1)内的下部；所述入口(710)设于所述流化床气化炉(1)内的上部。2.根据权利要求1所述的煤料还原CO2制取CO的装置，其特征在于：所述旋风预热分离系统(7)包括多个所述旋风分离器，其中一个作为快速分离器(71)并设于所述流化床气化炉(1)内的顶部，其余各所述旋风分离器组成旋风预热单元(70)；所述排气口(9)、所述进料口(700)、所述料腿管(72)均设于所述旋风预热单元(70)上；所述入口(710)设于所述快速分离器(71)上，且所述快速分离器(71)的底部出口连通有集灰器(6)，所述快速分离器(71)的顶部出口与所述旋风预热单元(70)内的所述旋风分离器的进口连通。3.根据权利要求2所述的煤料还原CO2制取CO的装置，其特征在于：所述旋风预热单元(70)中串联设置有多个所述旋风分离器，前一级所述旋风分离器的顶部出口和后一级所述旋风分离器的底部出口均连通至当前级所述旋风分离器的进口；第一级旋风分离器(701)的进口和底部出口分别与所述快速分离器(71)的顶部出口和所述料腿管(72)连通；最末级旋风分离器(705)的顶部出口和进口分别与所述排气口(9)和所述进料口(700)连通。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的煤料还原CO2制取CO的装置，其特征在于：所述流化床气化炉(1)具有上下连通设置、并呈圆筒状的流化床扩大段(12)和流化床直筒段(11)，所述流化床扩大段(12)与所述流化床直筒段(11)的直径比为1.2～2.0；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡永琪，王铁峰，王建英，蓝晓程，周理龙，金涌，刘玉敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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