本发明专利技术涉及固体燃料综合利用领域，具体地，本发明专利技术涉及一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置及方法。所述方法为：将O2和H2燃烧产生的高温水蒸气通入固体燃料中进行低温热解，析出挥发分，得到油气产物和热解半焦；油气产物以热态在高温水蒸气作用下热裂解，经分离后得到轻质产物和重质组分；得到的热解半焦和重质组分在携氧高温水蒸气作用下气化，得到水煤气；水煤气继续与水蒸气反应，得到CO2和H2，经分离，CO2进行封存，H2用于发电。本发明专利技术特点在于利用氢氧燃烧产生的高温水蒸气提供热量；热解产生的油气产物以热态直接进入热裂解反应器；经热裂解得到轻质烯烃和BTX等更高附加值产物；通过分级提取，实现固体燃料清洁、高效的综合利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体燃烧的热解、热裂解、气化综合利用领域，具体地，本专利技术涉及一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置及方法。
技术介绍
含碳固体燃料经过各种热转化工艺(如燃烧、气化、液化和热解等)处理可以得到热能、电能、化学品或燃料，目前大多数工业的加工方法是将煤炭、生物质等含碳原料视为性质单一的物料，通过单一过程将其全部转化为单一产品。而煤炭直接液化、间接液化、气化的工艺主要都是获得一种目的产品，而且获得油、气产品的过程比较复杂，条件苛刻，投资较高。经基础研究表明，以煤为代表的固体燃料，通常由有机物和无机物组成，其中的有 机物在加热过程中会发生热分解转化，生成有机产物和气体，同时残留半焦。通过控制操作条件可以有选择的并尽可能多的获取有价值的化学中间体、燃料油或燃气。我国的煤炭资源中高挥发分煤占80%以上，包括约13%的褐煤、42%的次烟煤和33%的烟煤。煤中挥发分富含可直接转化为高价值化学品、大宗燃料油及燃气的碳氢结构，而直接燃烧或气化方式导致煤中挥发分被等同于煤中的固体组分，未能实现资源的梯级利用，会造成煤炭资源高值成分的浪费，也会导致煤制油气的煤化工路线长、效率低。因此，建立经济可行的煤基燃料和化学品生产路线已成为我国煤炭利用产业的战略挑战和需求。我国对热解和气化技术的研究已经有几十年的历史，中国科学院山西煤炭化学研究所、煤炭科学研究总院北京煤化学研究所、大连理工大学、中国科学院过程工程研究所等单位在煤的低温热解，加氢热解等方面已做过大量的实验研究。而且，为了把研究成果推向工业应用，国内已进行了一些多联产的扩大试验甚至工业性试验。例如，国内多家研究所正在研发的多联供技术，其中代表性的四联供工艺特点是以循环流化床锅炉的高温循环灰作为热载体，与固体燃料混合后发生热解，析出可挥发分，分离出的油气和燃气被收集；分离出的固体半焦和循环灰一起返回到锅炉燃烧室中燃烧，产热、发电，从而实现油、煤气、热、电的联产工艺。但是，大多数联产工艺，尚未推广和应用，尤其是联产油品的工艺，还存在较多的问题。而且，采用热灰、循环砂为固体热载体的下行床或流化床热解工艺中，所得固体产物半焦与固体热载体颗粒呈固-固混合状态，分离难度较大，难以得到纯半焦产品；所得热解产物中焦油产率较低，重质焦油组分含量较高。另外，这些多联产模式均以单一煤气化为气头，通过CO变换反应调整粗煤气中的碳氢比以满足合成部分的需要，这不仅增加了系统和技术的复杂性，导致能量的消耗，而且增加了 CO2的排放。根据国际减排要求，需将COB2分离、存储。目前我国仍是以煤炭能源作为能源工业的主力，约占65 70%左右。煤炭以及一些重质油如煤焦油、减压渣油等直接燃烧时将释放大量的CO2，势必造成国际碳税的制约。进入21世纪，我国需要解决能源工业结构调整的问题。一方面加快水力发电，风能、太阳能等可再生能源的发展；一方面需要逐步将煤炭、重质烃转化为氢能，使氢能和天然气等清洁能源逐步取代现在煤炭和石油的大部分份额。因此，为了解决能源中的煤及重质烃转变为氢气和清洁能源的问题，有必要将新工艺的发展提上日程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置。本专利技术的再一目的在于提供一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法。根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，所述方法包括以下步骤I)将O2和H2燃烧产生的高温水蒸气通入固体燃料中，发 生固体燃料的低温热解，析出挥发分，得到热解油气产物，同时得到热解半焦；2)步骤I)得到的热解油气产物热态在通入的高温水蒸气作用下进行热裂解，经分离后得到轻质产物和重质组分；3)步骤I)得到的热解半焦和步骤2)中得到的重质组分在通入的携氧高温水蒸气作用下气化，得到水煤气，同时排出炉渣；4)将步骤3)得到的水煤气和通入的水蒸气反应，得到CO2和H2，经分离，得到的CO2进行封存，得到的H2用于发电或返回到步骤I)中制备高温水蒸气。根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，所述步骤I)中的固体燃料为煤时，应为含较高挥发分的烟煤和褐煤；也可能推广于其它固体燃料，如油砂、生物质，油页岩等。所述固体物料若是球团，其粒度最好为20 30毫米；物料若为粉状，其粒度应小于3毫米。根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，所述步骤I)中由O2和H2燃烧产生的高温水蒸气，根据需要，其温度可控制在1000 2000°C。所述步骤I)中用于产生超高温水蒸气的氢气可以是稍许过量的；热解中提取挥发分的温度为500 900°C，热解反应为常压。所述步骤2)中热态的热解油气产物在由氢氧燃烧控制器产生的高温水蒸气作用下发生热裂解反应，热裂解温度应控制在600 900°C。所述步骤3)气化反应的温度应高于1000°C，压力为3 5MPa，发生气化反应的气化剂为来自氧气-水蒸气发生器的携氧高温水蒸气；气化反应后排出的炉渣为高温液态炉渣。此外，本专利技术还提供了一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置，所述装置包括加料器I、热解反应器2和气化炉6，其特征在于，所述装置还包括氢氧燃烧控制器3、热裂解反应器4、氧气-水蒸气发生器5、水煤气转化反应器7和冷凝分离器8 ；粉状物料或物料球团经加料器I进入热解反应器2，O2和H2在氢氧燃烧控制器3内反应生成的高温水蒸气通入热解反应器2中，发生煤的低温热解，析出挥发分，得到热解油气产物，同时得到热解半焦；所述热解油气产物热态直接进入热裂解反应器4，在由氢氧燃烧控制器3内反应产生的高温水蒸气的作用下，发生热解油气产物的热裂解反应，经分离得到轻质烯烃(C2-C6)、BTX(三苯，即苯、甲苯和二甲苯)和重质组分；所述热解半焦和重质组分进入气化炉6，在由氧气-水蒸气发生器5产生的携氧高温水蒸气作用下，发生半焦和重质组分的气化反应，得到水煤气，并通入水煤气转化反应器7，得到CO2和H2，得到的H2返回氢氧燃烧控制器3中循环使用，或者直接用于发电；所述的重质组分还可用于加氢裂解以得到化工产品。所述热解反应器2采用模拟移动床热解反应器，该模拟移动床热解反应器中设置若干床层，每个床层与氢氧燃烧控制器3之间设有阀门，并且每个床层都设有排气口，以及所述的排气口都与CO红外检测仪连接。 所述热解反应器2采用流化床热解反应器或固定床热解反应器，所述的热解反应器的排气口处设有CO红外检测仪。根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，其特点是利用氢氧燃烧产生的高温水蒸气作为热解、热裂解、气化的能量来源，其中，氢氧燃烧的氢源可稍许过量，根据热力学计算，若在燃烧的高温水蒸气中保留一些氢气，可以起到脱酚、脱硫的效果O根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，热解得到的油气产物通过热裂解生成小分子的轻质烯烃(C2-C6)、BTX(三苯)等可作为化工原料；重质油可加氢裂解生成汽油、柴油等产品；以缩核芳烃为主的重质组分可返回气化炉气化造气；热解反应器的排气口都与红外检测仪连接，用于检测出口的CO浓度；固体燃料热解完成后排出的高温半焦，在气化炉中与通入的携氧高温水蒸气直接发生气化反应，可降低能耗。根据本专利技术的固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化方法，在水煤气转化炉中，由气化反应生成的CO，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体燃料的高温水蒸气热解？裂解？气化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将O2和H2燃烧产生的高温水蒸气通入固体燃料中，发生固体燃料的低温热解，析出挥发分，得到热解油气产物，同时得到热解半焦；2)步骤1)得到的油气产物在通入的高温水蒸气作用下进行热裂解反应，经分离后得到轻质产物和重质组分；3)步骤1)得到的热解半焦和步骤2)中得到的重质组分在通入的携氧高温水蒸气作用下气化，得到水煤气，同时排出炉渣；4)将步骤3)得到的水煤气与通入的水蒸气反应，得到CO2和H2，经分离，得到的CO2进行封存，得到的H2用于发电或返回到步骤1)中制备高温水蒸气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋文立，林伟刚，李松庚，许志宏，郝丽芳，都林，王泽，姚建中，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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