一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法与装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103087776 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103087776 A *CN103087776A* (21)申请号 201310052860.5 (22)申请日 2013.02.18 C10J 3/46(2006.01) C10J 3/48(2006.01) C10J 3/72(2006.01) C10J 3/80(2006.01) C10J 3/84(2006.01) C10J 3/50(2006.01) (71)申请人 上海锅炉厂有限公司 地址 200245 上海市闵行区华宁路 250 号 (72)发明人 马胜 赵洋 张建文 闫凯 (74。

2、)专利代理机构 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人 翁若莹 王婧 (54) 发明名称 一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气 化方法与装置 (57) 摘要 本发明提供了一种基于化学链燃烧的干煤粉 加压气流床气化方法与装置。所述的基于化学链 燃烧的干煤粉加压气流床气化装置， 包括空气反 应器， 空气反应器连接气固分离装置， 气固分离装 置的固体出口连接燃料反应器的入口， 燃料反应 器的固体出口连接空气反应器， 燃料反应器的气 体出口连接水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝装置连 接冷凝水储罐， 冷凝水储罐连接气化炉的激冷水 入口， 水蒸汽冷凝装置的气体出口连接粉煤输送 装置， 过热蒸汽发生装置。

3、、 空气分离装置以及粉煤 输送装置连接气化喷嘴， 气化喷嘴与气化炉相连， 气化炉连接排渣装置。本发明可以实现 CO2的近 零排放 ； CO2作为输送介质与气化剂， 有利于提高 合成气的含量和热值。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103087776 A CN 103087776 A *CN103087776A* 1/1 页 2 1. 一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置， 其特征在于， 包括空气反应器， 空气反应器的出口连。

4、接气固分离装置的入口， 气固分离装置的固体出口连接燃料反应器的 入口， 燃料反应器的固体产物出口连接氧载体循环装置， 氧载体循环装置连接空气反应器， 燃料反应器的气体产物出口连接水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝装置的冷凝水出口连接冷凝 水储罐的入口， 冷凝水储罐的出口连接气化炉的激冷水入口， 水蒸汽冷凝装置的气体出口 连接粉煤输送装置， 过热蒸汽发生装置的蒸汽出口、 空气分离装置的氧气出口以及粉煤输 送装置的煤粉出口连接气化喷嘴， 气化喷嘴与气化炉相连， 气化炉连接排渣装置。 2. 一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 采用权利要求 1 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流。

5、床气化装置， 具体步骤为 ： 在空气反应器中氧载 体还原后形成的低价态物质MxOy-1与从空气反应器底部进入的空气发生氧化反应生成氧载 体 MxOy， 氮气和未反应完全的氧气以及氧载体进入气固分离装置进行气固分离， 分离出的 气体直接排空， 氧载体进入燃料反应器， 固体燃料或者气体燃料在燃料反应器中与氧载体 发生还原反应， 生成 CO2和水蒸汽以及氧载体还原后形成的低价态物质 MxOy-1， 氧载体还原 后形成的低价态物质 MxOy-1通过氧载体循环装置返回空气反应器循环利用再生氧载体， 燃 料反应器产生的 CO2和水蒸汽进入水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝成冷凝水， 冷凝水进入冷凝 水储罐， 冷。

6、凝水储罐出口的水分进入气化炉作为气化反应产生的高温合成气和液态熔渣的 冷却与洗涤介质 ； 空气分离装置将空气分离成氮气和氧气， 蒸汽发生装置产生的水蒸汽与 来自空气分离装置的氧气混合进入气化喷嘴， 来自水蒸汽冷凝装置的 CO2进入煤粉输送装 置用于输送煤粉进入气化喷嘴， 气化喷嘴将氧气与水蒸汽的混合物以及 CO2和煤粉喷入气 流床气化炉发生气化反应， CO2作为气化反应的气化剂， 反应产生的大量热量使得熔渣呈现 液态， 合成气夹带熔渣进入激冷装置， 冷凝水储罐出口的水输入激冷装置作为冷却与洗涤 介质， 激冷后的合成气通过合成气出口进入后续处理单元， 产生的玻璃态化的熔渣通过排 渣装置排出。 3。

7、. 如权利要求 2 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的氧载体 MxOy 为金属氧载体或非金属氧载体。 4. 如权利要求 3 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的金属氧载体为 CuO、 NiO、 Fe2O3、 MnO2或 CoO。 5. 如权利要求 3 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的非金属氧载体为 CaSO4、 BaSO4或 SrSO4。 6. 如权利要求 2 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的氧载体还原后形成的低价态物质 MxOy-1为 Fe3O4、。

8、 Ni、 Cu2O、 MnO、 CaS、 BaS 或 SrS。 7. 如权利要求 2 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的固体燃料为煤， 生物质， 石油焦， 或它们中两种以上的混合物。 8. 如权利要求 2 所述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在于， 所述的气体燃料为天然气， 合成气， 氢气， 或它们中两种以上的混合物。 权 利 要 求 书 CN 103087776 A 2 1/4 页 3 一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法与装置 技术领域 0001 本发明涉及一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法与装置， 用于煤化 工或者。

9、整体煤气化联合循环发电 (IGCC) 的气流床气化工艺。 背景技术 0002 煤气化技术是未来洁净煤技术的核心， 是发展煤基化工产品 ( 合成氨、 制甲醇、 二 甲醚等 )、 煤基多联产、 先进的 IGCC 发电、 大规模制氢、 燃料电池等工业过程的基础， 是实现 污染物近零排放的煤基高效能源系统的核心技术和龙头技术。 0003 气流床气化技术因煤种适应范围比较广、 气化温度、 压力高、 易于大型化， 成为煤 气化技术发展的主流方向。国际上有代表性的气流床气化技术主要有以水煤浆为原料的 GE(Texaco) 气化技术、 E-Gas 气化技术， 以干煤粉为原料的 Shell 气化技术、 Pren。

10、flo 气化 技术及GSP气化技术。 国内的气化技术有 ： 多喷嘴对置式水煤浆和粉煤气化、 多元料浆气化 技术、 HT-L 气化技术、 分级给氧熔渣 - 非熔渣气化技术、 两段式粉煤气化技术等。 0004 专利 CN1637118 介绍了一种多元料浆加压气化工艺， 该工艺包括多元料浆制备、 加压气化、 粗煤气净化、 灰渣排放和灰水处理五部分， 该工艺具有原料适应性广泛、 气化指 标良好、 工艺装置设备少、 装置投资少、 操作简便和环保的优点 ； 专利 CN101570699 提供了 一种固体燃料气化装置， 通过多次降温、 除杂和热量回收， 提高了最终获得的合成气的纯净 度， 该装置不仅碳转化率。

11、高， 而且余能余热回收效果好、 水耗低、 无污染。 0005 专利 CN1775920 介绍了一种用于水煤浆或粉煤气化的多喷嘴水煤浆或粉煤气化 炉。 气化室由壳体、 工艺喷嘴室、 工艺喷嘴、 预热烧嘴室、 预热烧嘴组成， 壳体内衬耐火砖， 而 洗涤冷却室由激冷环、 下降管、 破泡条及下渣口组成。专利 CN101003754 介绍了一种气流床 气化及其气化方法， 包括以下构件 ： 炉壳、 炉胆、 激冷环、 水封槽、 导流筒、 折流筒、 气化原料 和气化剂入口、 粗煤气出口以及出渣口。该发明不仅结构简单， 节约建设费用， 而且便于设 备的检修和维护。 0006 化学链燃烧 (chemical lo。

12、oping combustion) 是一种崭新的燃烧理念， 燃料不直 接与空气接触燃烧， 而是以载氧体在两个反应器之间的循环交替反应来实现燃料的燃烧过 程 ； 载氧体在空气中进行氧化反应， 然后与燃料进行还原反应， 还原后的气相反应产物只有 CO2和 H2O( 汽 )， 通过冷凝凝结出水， 得到高纯 CO2。 0007 专利 CN102589147A 介绍了一种化学链燃烧固体燃料的方法及其装置， 气化反应 器布置在空气反应器内部， 煤与水蒸汽在气化反应器中气化， 所需热量来自外围空气反应 器放热 ； 气化反应器内生成的合成气进入燃料反应器 ； 载氧体 NiO 在燃料反应器与合成气 反应， 固体。

13、产物为低价态 Ni， 气体产物为水蒸汽与 CO2， 冷凝分离出其中的水后， 得到纯净的 CO2； 低价态Ni进入空气反应器被空气重新氧化成高价态的NiO， 释放出热量， 载氧体NiO实 现循环利用。 0008 专利 CN102183014A 介绍了一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离 CO2的 方法， 煤颗粒和气化剂在加压高密度循环流化床燃料反应器内发生气化反应， 气化产物与 说 明 书 CN 103087776 A 3 2/4 页 4 返回燃料反应器的载氧体发生燃烧反应， 生成 CO2和 H2O ； 反应产生的烟气携带失氧载氧体 和含碳煤灰， 进入一级旋风分离器进行分离， 分离下来的失氧。

14、载氧体在错流移动床空气反 应器内与横向通过的空气相互接触反应获得再生， 通过一级返料器返回燃料反应器继续参 与燃烧反应 ； 一级旋风分离器分离出烟气进一步进入二级旋风分离器分离， 二次分离出的 固体颗粒经二级返料器返回燃料反应器继续参与燃烧反应， 分离出的气体经冷凝剔除 H2O 后获得高纯度的 CO2。 0009 但是集成化学链燃烧与气流床气化技术的发明目前较少， 本发明利用化学链燃烧 产生的比较纯净的 CO2和水蒸汽作为干煤粉加压气流床气化的气化剂和输送介质， 提出了 一种基于化学链燃烧的新型的干煤粉气流床气化工艺。 发明内容 0010 本发明的目的是提供一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床。

15、气化方法与装置， 针对现有气流床气化工艺很少采用 CO2作为气化剂和输送介质的缺点， 采用化学链燃烧产 生的 CO2作为气化剂和粉煤的输送介质， 充分利用系统中产生的 CO2， 减排温室气体对气候 变化的影响 ； 产生的水蒸汽通过冷凝成水用作气化产生的合成气与熔渣的急冷水。 CO2气化 剂与碳反应生成 CO 气体， 气化反应后的气体成分主要是 CO 和 H2， CO2含量很少。 0011 本发明提供了一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置， 其特征在于， 包括空气反应器， 空气反应器的出口连接气固分离装置的入口， 气固分离装置的固体出口 连接燃料反应器的入口， 燃料反应器的固体产物出口连。

16、接氧载体循环装置， 氧载体循环装 置连接空气反应器， 燃料反应器的气体产物出口连接水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝装置的 冷凝水出口连接冷凝水储罐的入口， 冷凝水储罐的出口连接气化炉的激冷水入口， 水蒸汽 冷凝装置的气体出口连接粉煤输送装置， 过热蒸汽发生装置的蒸汽出口、 空气分离装置的 氧气出口以及粉煤输送装置的煤粉出口连接气化喷嘴， 气化喷嘴与气化炉相连， 气化炉连 接排渣装置。 0012 本发明还提供了一种基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法， 其特征在 于， 采用上述的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置， 具体步骤为 ： 在空气反应器 中氧载体还原后形成的低价态物质MxOy-1与。

17、从空气反应器底部进入的空气发生氧化反应生 成氧载体 MxOy， 氮气和未反应完全的氧气以及氧载体进入气固分离装置进行气固分离， 分 离出的气体直接排空， 氧载体进入燃料反应器， 固体燃料或者气体燃料在燃料反应器中与 氧载体发生还原反应， 生成 CO2和水蒸汽以及氧载体还原后形成的低价态物质 MxOy-1， 氧载 体还原后形成的低价态物质MxOy-1通过氧载体循环装置返回空气反应器循环利用再生氧载 体， 燃料反应器产生的 CO2和水蒸汽进入水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝成冷凝水， 冷凝水进 入冷凝水储罐， 冷凝水储罐出口的水分进入气化炉作为气化反应产生的高温合成气和液态 熔渣的冷却与洗涤介质 ； 。

18、空气分离装置将空气分离成氮气和氧气， 过热蒸汽发生装置产生 的水蒸汽与来自空气分离装置的氧气混合进入气化喷嘴， 来自水蒸汽冷凝装置的 CO2进入 煤粉输送装置用于输送煤粉进入气化喷嘴， 气化喷嘴将氧气与水蒸汽的混合物以及 CO2和 煤粉喷入气流床气化炉发生气化反应， CO2作为气化反应的气化剂， 反应产生的大量热量使 得熔渣呈现液态， 合成气夹带熔渣进入激冷装置， 冷凝水储罐出口的水输入激冷装置作为 冷却与洗涤介质， 激冷后的合成气通过合成气出口进入后续处理单元， 产生的玻璃态化的 说 明 书 CN 103087776 A 4 3/4 页 5 熔渣通过排渣装置排出。 0013 进一步地， 所述。

19、的氧载体 MxOy 为金属氧载体或非金属氧载体。 0014 更进一步地， 所述的金属氧载体优选为 CuO、 NiO、 Fe2O3、 MnO2或 CoO。 0015 更进一步地， 所述的非金属氧载体优选为 CaSO4、 BaSO4或 SrSO4。 0016 进一步地， 所述的氧载体还原后形成的低价态物质 MxOy-1为 Fe3O4、 Ni、 Cu2O、 MnO、 CaS、 BaS 或 SrS。 0017 进一步地， 所述的固体燃料为煤， 生物质， 石油焦， 或它们中两种以上的混合物。 0018 进一步地， 所述的气体燃料为天然气， 合成气， 氢气， 或它们中两种以上的混合物。 0019 与现有技。

20、术相比， 本发明的有益效果为 ： 0020 (1) 采用化学链燃烧与气流床气化集成的方法利用温室气体 CO2， 可以实现 CO2的 近零排放 ； CO2作为输送介质与气化剂， 有利于提高合成气的含量和热值 ； 0021 (2) 化学链燃烧产生的水蒸汽冷凝水可以作为气化反应产生的高温合成气与熔渣 的激冷水， 既节能又环保。 0022 (3) 整个系统工艺流程简单、 可靠， 有利于节约能源和资源， 本气流床气化工艺可 以用于煤化工或者 IGCC 发电， 对煤的清洁高效利用具有重要意义。 附图说明 0023 图 1 为基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置示意图。 具体实施方式 0024 为使本发。

21、明更明显易懂， 兹以优选实施例， 并配合附图作详细说明如下。 0025 实施例 0026 如图 1 所示， 为基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置示意图， 所述的基 于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化装置由空气发生器、 气固分离装置、 燃料反应器、 水蒸汽冷凝装置、 冷凝水储罐、 氧载体循环装置、 煤粉输送装置、 过热蒸汽发生装置、 气化喷 嘴、 空气分离装置、 气化炉和排渣装置组成。空气反应器的出口连接气固分离装置的入口， 气固分离装置的固体出口连接燃料反应器的入口， 气固分离装置的气体出口连接大气， 燃 料反应器的固体产物出口连接氧载体循环装置， 氧载体循环装置连接空气反应器， 燃料反。

22、 应器的气体产物出口连接水蒸汽冷凝装置， 水蒸汽冷凝装置的冷凝水出口连接冷凝水储罐 的入口， 冷凝水储罐的出口连接气化炉的激冷水入口， 水蒸汽冷凝装置的气体出口连接粉 煤输送装置， 过热蒸汽发生装置的蒸汽出口、 空气分离装置的氧气出口以及粉煤输送装置 的煤粉出口连接气化喷嘴， 气化喷嘴与气化炉相连， 气化炉具有气化喷嘴、 合成气出口、 排 渣口和激冷水入口和出口， 气化炉连接排渣装置。 0027 采用上述装置的基于化学链燃烧的干煤粉加压气流床气化方法的具体步骤为 ： 在 空气反应器中氧载体还原后形成的低价态物质 Cu2O 与从空气反应器底部进入的空气发生 氧化反应生成氧载体 CuO， 氮气和未。

23、反应完全的氧气以及氧载体进入气固分离装置进行气 固分离， 分离出的气体直接排空， 氧载体进入燃料反应器， 煤在燃料反应器中与氧载体发生 还原反应， 生成 CO2和水蒸汽以及氧载体还原后形成的低价态物质 Cu2O， 氧载体还原后形成 的低价态物质 Cu2O 通过氧载体循环装置返回空气反应器循环利用再生氧载体。 说 明 书 CN 103087776 A 5 4/4 页 6 0028 燃料反应器产生的CO2和水蒸汽进入水蒸汽冷凝装置分离CO2和水蒸气， 水蒸汽冷 凝成冷凝水， 冷凝水进入冷凝水储罐， 冷凝水储罐出口的水分进入气化炉作为气化反应产 生的高温合成气和液态熔渣的冷却与洗涤介质 ； 空气分离。

24、装置将空气分离成氮气和氧气， 蒸汽发生装置产生的水蒸汽与来自空气分离装置的氧气混合进入气化喷嘴， 来自水蒸汽冷 凝装置的 CO2进入煤粉输送装置用于输送煤粉进入气化喷嘴， 气化喷嘴将氧气与水蒸汽的 混合物以及 CO2和煤粉喷入气流床气化炉发生气化反应， CO2作为气化反应的气化剂， 反应 产生的大量热量使得熔渣呈现液态， 合成气夹带熔渣进入激冷装置， 冷凝水储罐出口的水 输入激冷装置作为冷却与洗涤介质， 激冷后的合成气通过合成气出口进入后续处理单元， 产生的玻璃态化的熔渣通过排渣装置排出。 0029 本发明的核心思想是利用化学链燃烧产生的 CO2作为干煤粉加压气流床气化炉的 煤粉输送介质与气化。

25、反应的气化剂。冷凝产生的水作为合成气和熔渣的洗涤与冷却介质。 气化炉内发生的反应主要有 ： 0030 CO2+C 2CO+172MJ/kmol (1) 0031 H2O+C H2+CO+131MJ/kmol (2) 0032 本发明解决了目前的气流床气化的一些主要缺点， 由于采用化学链燃烧产生的 CO2作为气化剂， 在不降低冷煤气效率的情况下， 大幅度降低了整个气化过程的耗氧量， 从 而降低了空分装置的投资 ； 采用 CO2作为气化剂和输送煤粉有利于提高合成气的产量和 CO 含量， 对以甲醇等为目标产品的煤化工生产企业比较有利 ； 二氧化碳气化反应是吸热反应， 能够降低气化反应生成的合成气温度， 减轻了下游的合成气冷却器的负担， 降低了生产过 程的可用能损失， 提高了热量的利用效率。同时利用气化反应消耗 CO2， 利用产生的合成气 生成化工产品或者发电， 有利于实现 CO2的减排， CO2无需压缩干燥后封存， 从而减少压缩和 封存 CO2的能量损失， 降低封存的 CO2泄露的风险。 说 明 书 CN 103087776 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103087776 A 7 。