一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统，包括燃烧单元、传热单元、碳化单元、一氧化碳生产单元、变换产氢单元、余热回收单元，燃烧单元与传热单元连通；传热单元包括传热隔墙Ⅰ和传热隔墙Ⅱ，传热隔墙Ⅰ一侧为高温烟气腔，另一侧为碳化单元，传热隔墙Ⅱ一侧为高温烟气腔，另一侧为一氧化碳生产单元；碳化单元、变换产氢单元分别与一氧化碳生产单元连通；一氧化碳生产单元生成的部分一氧化碳通入变换产氢单元。本实用新型专利技术的煤炭气化过程，大大降低了整个气化反应的不可逆性，使得煤炭的气化效率有显著上升；取消了空分装置和废热锅炉，减少了设备投资；燃料分为气化煤和供热煤，大大增加了煤种的适应性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于能源动力与煤化工领域，具体地说涉及一种外燃供热的煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统。
技术介绍
由于煤炭与气体燃料的品质及其能量转换利用方式的不同，使得燃煤电厂的发电效率比天然气联合循环电站低10 15个百分点。目前，为了实现煤炭的高效洁净利用，无论是化工生产过程还是IGCC发电系统，都必须先将煤气化，为煤炭的高效利用创造必要条件。煤气化过程是以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、二氧化碳、水蒸汽等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。煤气化所得的合成气或煤气的成分取决于燃料、气化剂的种类以及进行气化过程的条件。煤气化方法的分类多种多样，应用较为广泛的四种气化炉为鲁奇炉、恩德炉、德士古炉和谢尔炉，其冷煤气效率在65°/Γ80%左右。现有技术中，煤气化过程由于需要纯氧与煤反应，因此需要空气分离装置。产生的合成气进行净化除尘才能使用，还需要废热锅炉回收余热。这使得煤气化效率较低，投资成本很高。同时不同煤气化方法对煤种的要求各有不同。我国煤碳可采量约为I万亿吨，分为褐煤、烟煤和无烟煤。鲁奇炉可采用褐煤和部分烟煤(长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤)，可用资源量为5934.5亿吨，占总资源量的58%。德士古炉可采用大部分的烟煤，可用资源量为6728.8亿吨，占总资源量的66%。谢尔炉可采用褐煤和几乎全部的烟煤，资源量为9242亿吨，占总资源量的91%。 恩德炉可采用褐煤和少部分烟煤(长焰煤和不粘煤)，可用资源量为4479.6亿吨，占总资源量的44%。本技术中同时还涉及煤炼焦技术，传统的炼焦技术所需要的煤种主要是烟煤中的主焦煤和肥煤，仅占总资源的约9%。而本技术中所使用的为粗炼焦技术，大部分的褐煤和烟煤均可以使用，可用煤种占总资源量的约九成。综上所述，煤炭的气化过程的应用推广，还存在着气化效率低、设备投资成本高和煤种限制等障碍。因此，无论对于化工行业还是电力部门，如何提高煤炭气化的效率，降低煤炭气化的投资成本，都是亟待解决的难题。对于我国高碳能源低碳化利用以及能源可持续发展也是革新性突破。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和不足，本技术提出了一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统，该系统基于燃料“组分对口，分级转化”的原则，将煤炭气化分为碳化、生产一氧化碳化、变换产氢三个步骤。本技术提出的煤气化系统中，首先将煤炭进行碳化提纯，得到粗焦炭，然后与二氧化碳反应生成一氧化碳，最后通过变换反应生成氢气和二氧化碳，二氧化碳供给焦炭一氧化碳化单元。通过氢气、一氧化碳和焦炉煤气混合可以得到不同碳氢比的合成煤气。煤炭的碳化过程和一氧化碳生成过程所需热量由燃煤提供。相比于传统气化方法中的所有反应在气化过程中同时进行，本技术的新气化系统将不同的反应分类，在碳化、一氧化碳化和变换产氢过程中分别进行。而且本技术提出的煤气化系统不需要氧气参与反应，具有气化效率高、设备投资成本低、煤种不受限制以及气化产物可灵活调节等多种优点。本技术为解决其技术问题的技术方案具体如下:一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统，包括燃烧单元、传热单元、碳化单元、一氧化碳生产单元、变换产氢单元、余热回收单元，其特征在于，所述燃烧单元包括供热煤入口和高温空气入口，其通过高温烟气管路与传热单元连通；所述传热单元包括至少一个传热隔墙I和至少另一个传热隔墙II，所述传热隔墙I的一侧为所述传热单元的高温烟气腔，另一侧为所述碳化单元，所述至少另一个传热隔墙II的一侧为所述传热单元的高温烟气腔，另一侧为所述一氧化碳生产单元；所述碳化单元包括气化煤入口，所述碳化单元的焦炭出口、所述变换产氢单元的二氧化碳出口分别经管路与所述一氧化碳生产单元连通；所述一氧化碳生产单元生成的部分一氧化碳经管路通入所述变换产氢单元。优选地，所述传热单元的尾气经过所述余热回收单元的热侧后经废气管路排出；所述余热回收单元的冷侧进口通入空气，冷侧出口的经预热后的空气通过高温空气管路与所述燃烧单元的高温空气入口连通。优选地,所述传热单元包括传热单元I和传热单元II,传热单元I包括所述传热隔墙I，传热单元II包括所述传热隔墙II。优选地，所述余热回收单元包括依次连接的`蓄热式余热回收单元和间壁式余热回收单元。优选地，所述高温烟气管路中设置除尘装置。用以对高温烟气进行粗除尘。优选地,所述碳化单元还包括焦炉煤气出口和焦油出口。优选地，所述变换产氢单元还包括水蒸气入口和氢气出口。优选地，所述一氧化碳生产单元的顶部设置焦炭进口和一氧化碳出口，底部设置二氧化碳进口。优选地，所述碳化单元为加热炉、均热炉或煅烧炉。优选地，所述系统还包括二氧化碳分离单元，其进口与所述变换产氢单元连通，其出口之一与所述一氧化碳生产单元的二氧化碳进口连通。优选地，所述气化煤为烟煤或褐煤，所述供热煤为所有煤种。本技术的煤气化系统将煤炭气化过程分为碳化过程、一氧化碳生产过程和变换产氢过程三个步骤。首先进行碳化过程，该过程对气化煤进行碳化提纯，所需热量由供热煤与高温空气燃烧产生的热量提供，得到粗焦炭、焦炉煤气、焦油等化工产品；其次进行一氧化碳生产过程，将碳化过程中生产的粗焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳，所需热量同样由上述供热煤与高温空气燃烧产生的热量提供；然后进行变换产氢过程，将上述一氧化碳生产过程中生产的部分一氧化碳与水蒸气变换反应生成二氧化碳和氢气，使用分离装置进行分离得到二氧化碳和纯净的氢气，分离出的二氧化碳返回所述一氧化碳生产过程与焦炭反应，一氧化碳生产过程中所需的二氧化碳完全由变换产氢过程中生产的二氧化碳提供；整个煤炭气化过程的三个步骤分别得到焦炉煤气、一氧化碳和氢气，三种气体灵活配比得到不同碳氢比的煤气化合成气。本技术的气化系统中，碳化单元的温度降低至60(Γ900° C，比传统炼焦低约200° C，碳化产品为粗焦炭、焦炉煤气和焦油等。变换反应发生的温度约在20(Γ400摄氏度，相对于传统气化的高温(1000摄氏度左右)气化吸热反应，反应的不可逆性可大幅降低。本技术的有益效果是:将煤炭的气化过程分为炼焦，气化和变换产氢三步进行，大大降低了整个气化反应的不可逆性，使得煤炭的气化效率有显著上升；取消了空分装置和废热锅炉，减少了设备投资；燃料分为气化煤和供热煤，大大增加了煤种的适应性。根据煤炭的特点不同，用煤炭外燃替代焦炉煤气燃烧向碳化室和气化室提供热量，实现煤炭的合理利用。附图说明图1为本技术的外燃煤炭的碳氢组分分级气化系统结构示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术进一步详细说明。图1示出了本技术提供的煤炭的碳氢组分分级气化系统的工艺流程。包括燃烧单元1、传热单元I 3、传热单元II 4、碳化单元2、一氧化碳生产单元5、变换产氢单元25、蓄热式余热回收单元6和间壁式余热回收单元7，燃烧单元I包括供热煤入口和高温空气入口，供热煤11和高温空气18通过所述供热煤入口和高温空气入口进入燃烧单元I并在其中燃烧生成高温烟气12，通过高温烟气管路及布设在其中的除尘装置对高温烟气进行粗除尘后将高温烟气通入传热单元I 3、传热单元II 4的高温烟气腔，传热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化系统，包括燃烧单元、传热单元、碳化单元、一氧化碳生产单元、变换产氢单元、余热回收单元，其特征在于，所述燃烧单元包括供热煤入口和高温空气入口，其通过高温烟气管路与传热单元连通；所述传热单元包括传热隔墙Ⅰ和传热隔墙Ⅱ，所述传热隔墙Ⅰ的一侧为所述传热单元的高温烟气腔，另一侧为所述碳化单元，所述传热隔墙Ⅱ的一侧为所述传热单元的高温烟气腔，另一侧为所述一氧化碳生产单元；所述碳化单元包括气化煤入口，所述碳化单元的焦炭出口、所述变换产氢单元的二氧化碳出口分别经管路与所述一氧化碳生产单元连通；所述一氧化碳生产单元生成的部分一氧化碳经管路通入所述变换产氢单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，张筱松，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：实用新型
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