耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备及方法技术

本发明专利技术提供了一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备及方法，本发明专利技术所提供的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备包括上下连通设置的两段流化床反应器，上段为热解段，下段为还原段。其中，热解段设有进料装置和排气部，且热解段内上下间隔地设有多层层板。还原段设有排灰口和若干进气口，由进气口进入的气流将还原段内的物料吹动成流化态。同时，由还原段进入热解段的气流，依次通过各层层板后经排气部排出，并将各层板处的物料吹动成流化态。本发明专利技术的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，可利用CO2还原过程中产生的高温气体热解煤粉，简化了制取工艺，提高了热源利用率。源利用率。源利用率。

【技术实现步骤摘要】
耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备及方法


[0001]本专利技术涉及化工
，特别涉及一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备。本专利技术还涉及一种还原CO2制取CO的方法。

技术介绍

[0002]利用焦炭还原CO2制CO是一种将CO2转化为化工原料的重要技术，该技术在捕集CO2的同时，还实现了煤粉(低品位的煤焦粉末)的资源化利用。目前，有很多关于制取CO的理论和应用研究，在煤焦还原CO2的气化反应动力学中提到，还原CO2的反应温度为900～1050℃，温度越高，所需反应时间越短，但还原过程还需要将原料加热到高温，这就导致煤焦还原CO2的方法在实际生产中所需的耗能也较高。此外，使用循环流化床来实现上述煤焦还原CO2，反应效率较高，但煤焦的制备与CO2的还原是分步进行的，这就存在严重的能量浪费问题。使用煤焦还原CO2制CO的技术均是分两步进行，第一步是将煤炭加热制焦，第二步为煤焦还原CO2制CO，两步反应存在能源利用不合理、整个工艺流程较为复杂等问题，严重制约了煤炭化工的可持续发展。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，可利用CO2还原过程中产生的高温气体来加热和热解煤粉，简化了制取工艺，提高了热源利用率。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，包括上下连通设置的两段流化床反应器，上段为热解段，下段为还原段；r/>[0006]所述热解段设有进料装置和排气部，且所述热解段内上下间隔地设有多层层板；所述进料装置用于将物料供入所述热解段内的顶部，所述物料依次经各层所述层板下落后，进入所述还原段；
[0007]所述还原段设有排灰口和若干进气口，由所述进气口进入的气流将所述还原段内的物料吹动成流化态；所述排灰口用于排出所述物料和所述气流反应生成的灰渣；
[0008]且，由所述还原段进入所述热解段的气流，依次通过各层所述层板后经所述排气部排出，并将各层所述层板处的所述物料吹动成流化态。
[0009]进一步的，所述还原段内设有导流结构；于所述气流吹动下，因所述导流结构的引导，所述物料在所述还原段内形成不同的流段。
[0010]进一步的，所述导流结构包括设于所述还原段中央的导流筒；所述进气口包括设于所述还原段底部的第三进气口，以及设于所述热解段的侧壁上、并将气流向下引至所述导流筒和所述热解段的内壁之间的第一进气口；所述物料随所述第三进气口进入的气流于所述导流筒内上升而形成第一流段，并随所述第一进气口进入的气流从所述导流筒外部下降而形成第二流段。
[0011]进一步的，所述导流筒呈圆筒状，且所述导流筒的底部被构造为喇叭形；所述导流筒下端口与上端口的面积之比为1.0～1.5。
[0012]进一步的，所述热解段被配置为圆筒状，所述层板采用旋流板；所述旋流板与所述热解段的内壁之间间隙设置，而形成供所述物料下落的下料通道；所述下料通道的下方设有引导结构，所述引导结构用于将通过所述下料通道的所述物料引导至下方相邻的所述旋流板上。
[0013]进一步的，所述层板依照上升气流的流向设置，所述热解段内的上升气流流通过所述层板上的开孔，将所述层板上的所述物料吹起而呈流化状态；所述排气部设于最顶层的所述层板的上方。
[0014]进一步的，所述热解段内设有与所述热解段同轴设置的导流管，各所述层板环绕所述导流管、并依照下降气流的流向设置；所述热解段内的上升气流径直通过所述导流管后迂回，再由上至下依次经过各所述层板；所述排气部设于最底层的所述层板的下方。
[0015]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0016](1)本专利技术所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，通过设置上下连通设置的两段流化床反应器，分别为热解段和还原段，可将含碳颗粒的焦化过程与焦炭还原CO2为CO过程耦合一起，将焦炭还原CO2过程中产生大量的热量用于含碳颗粒的焦化，简化了CO的制取工艺，提高了热源利用率。
[0017](2)通过设置导流结构，可使落入还原段内的半焦被气体吹动呈流化态，并在导流结构引导下形成能够形成不同的流段，形成氧化及还原的反应空间。
[0018](3)设置第一进气口和第三进气口，可为CO的制备提供反应所需的气体，针对第一进气口和第二进气口的进气方向进行规范，可使物料随第三进气口进入的气流在导流筒内上升而形成第一流段，为氧化反应提供所需的反应环境。同时，物料还可随第一进气口进入的气流从导流筒外部下降而形成第二流段，并在下降途中进行还原反应。如此形成环流，以便提高了CO制取的效率。
[0019](4)将导流筒制作为圆筒状，并将其底部构造为喇叭形，有利于提高气体在还原段内的流动效果，减少物料沉积的情况出现。
[0020](5)将热解段配置为圆筒状，有利于层板的安装及气体的流动。采用旋流板作为层板，可将物料进行分散。同时，引导结构的设置可确保预热后物料向下流动。
[0021](6)层板依照上升气流的流向设置，可使气体和物料在热解段内形成逆流接触，有利于延长气体与物料接触的停留时间。同时，上升的气体可将物料吹起而呈流化状态，有利于提升物料与气体的接触面积，使得高温气体高效加热煤粉，并使其发生较为充分地热解反应，进一步提高热量的利用率。
[0022](7)通过设置导流管并将层板环导流管设置，可使高温气体先上升至热解段顶部，再汇同物料一起下落，形成并流接触的加热形式，延长了气体与物料接触的停留时间。
[0023]本专利技术的另一个目的在于提出一种还原CO2制取CO的方法，该方法基于本专利技术所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备完成制备；该方法是将煤粉供入所述热解段的顶部，使煤粉在下落过程中依次经过各所述层板；同时，所述还原段中至少供入CO2和O2，并至少在所述设备启动时，对供入的气体进行预热；
[0024]由所述还原段进入所述热解段的高温气流依次通过各层所述层板，以将所述层板
处的所述煤粉吹动成流化态，并最终排出；所述高温气流与所述煤粉充分接触而使所述煤粉热解为半焦；由所述热解段下落至所述还原段的半焦与供入所述还原段的气体反应产生高温的CO，该CO形成进入所述热解段的高温气流。
[0025]进一步的，于所述还原段内设置导流结构，落入所述还原段内的半焦被气体吹动呈流化态，并在所述导流结构引导下形成不同的流段，以分别与O2和CO2进行氧化和还原反应。
[0026]进一步的，进入所述热解段的高温气流，采用与下落的煤粉并流、逆流或并流和逆流交替设置的形式流经各层所述层板。
[0027]相对于现有技术，本专利技术提出的还原CO2制取CO的方法具有以下优势：
[0028](1)本专利技术所述的还原CO2制取CO的方法，通过配合热解段，可以将含碳颗粒的焦化过程与焦炭还原CO2为CO过程耦合一起，并采用了层板作为固体分散及气固接触的主要部件，大大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，其特征在于：包括上下连通设置的两段流化床反应器，上段为热解段(1)，下段为还原段(2)；所述热解段(1)设有进料装置(10)和排气部(11)，且所述热解段(1)内上下间隔地设有多层层板(12)；所述进料装置(10)用于将物料供入所述热解段(1)内的顶部，所述物料依次经各层所述层板(12)下落后，进入所述还原段(2)；所述还原段(2)设有排灰口(204)和若干进气口，由所述进气口进入的气流将所述还原段(2)内的物料吹动成流化态；所述排灰口(204)用于排出所述物料和所述气流反应生成的灰渣；且，由所述还原段(2)进入所述热解段(1)的气流，依次通过各层所述层板(12)后经所述排气部(11)排出，并将各层所述层板(12)处的所述物料吹动成流化态。2.根据权利要求1所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，其特征在于：所述还原段(2)内设有导流结构；于所述气流吹动下，因所述导流结构的引导，所述物料在所述还原段(2)内形成不同的流段。3.根据权利要求2所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，其特征在于：所述导流结构包括设于所述还原段(2)中央的导流筒(21)；所述进气口包括设于所述还原段(2)底部的第三进气口(203)，以及设于所述还原段(2)的侧壁上、并将气流向下引至所述导流筒(21)和所述还原段(2)的内壁之间的第一进气口(201)；所述物料随所述第三进气口(203)进入的气流于所述导流筒(21)内上升而形成第一流段，并随所述第一进气口(201)进入的气流从所述导流筒(21)外部下降而形成第二流段。4.根据权利要求3所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，其特征在于：所述导流筒(21)呈圆筒状，且所述导流筒(21)的底部被构造为喇叭形；所述导流筒(21)下端口与上端口的面积之比为1.0～1.5。5.根据权利要求1至4中任一项所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO2制取CO的设备，其特征在于：所述热解段(1)被配置为圆筒状，所述层板(12)采用旋流板；所述旋流板与所述热解段(1)的内壁之间间隙设置，而形成供所述物料下落的下料通道(121)；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永琪，王铁峰，周理龙，蓝晓程，王建英，刘玉敏，赵瑞红，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：