一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的工藝流程的制作方法
【專利摘要】一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的工藝流程，該工藝中煤不與空氣直接接觸，而是采用水蒸氣作為流化及氣化介質(zhì)，通過載氧體顆粒在氣化爐R1001及再生爐R1002之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)氧和熱量的傳遞，完成煤粉和空氣不接觸的氣化反應(yīng)。整套工藝流程主要設(shè)備包括氣化爐R1001、再生爐R1002、回料閥L1001、旋風(fēng)分離器(X1001、X1002)、余熱回收器(E1001、E1002)等設(shè)備。該工藝過程中避免或減少了煤中的硫份向含硫氣體的轉(zhuǎn)化，減少了SOx的排放。煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)適應(yīng)我國高硫、高灰份、高灰熔點(diǎn)的煤種，也能降低氣化能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，是一種值得推廣的氣化技術(shù)。
【專利說明】一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的工藝流程
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及煤氣化領(lǐng)域，涉及一種煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣的工藝流程。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)80年代，德國科學(xué)家Richter等提出化學(xué)鏈燃燒的概念，該技術(shù)具有非常高的能量利用率，沒有NOx等污染物的排放?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)是將傳統(tǒng)的燃燒反應(yīng)分解為兩個化學(xué)反應(yīng):還原態(tài)的載氧體在空氣中進(jìn)行的載氧反應(yīng)和氧化態(tài)的載氧體在氣體燃料中進(jìn)行的還原反應(yīng)。載氧體在氧化及還原兩種氛圍下循環(huán)交替進(jìn)行的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氧的轉(zhuǎn)移和燃料的燃燒。在化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)展了化學(xué)鏈重整制氫技術(shù)(CLR)、水蒸氣代替空氣的化學(xué)鏈制氫過程(CLH)、以燃煤為燃料的混合燃燒-氣化化學(xué)鏈制氫技術(shù)(HLG)。近幾年，全球?qū)瘜W(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)研究較為關(guān)注，該技術(shù)具有投資成本低，應(yīng)用范圍廣(如煤炭、化工和電力行業(yè)等)，適用煤種多(尤其是高硫、高灰份、高灰熔點(diǎn)的煤種)，同時能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)。([l]Ryden M, Lyngfelt A, Mattisson T.Synthesisgas generation by chemical-looping reforming in a continuously operatinglaboratory reactor[J].Fuel,2006,85 (12/13):1631-1641.[2]Luis F.de Diego,Ortiz M, Garcia-Labiano F, et al.Synthesis gas generation by chemical-loopingreforming using a N1-based oxygen carriers[J].Energy Procedia,2009,1(I):3-10.[3]OrtizM, Luis F.de Diego, Abad A, et al.Hydrogen production by auto-thermalchemical-looping ref orming in a pressurized fluidized bed reactor usingN1-based oxygen carriers[J].Hydrogen Energy,2010,35 (I): 151-160.)
[0003]開展煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的研究，優(yōu)選出適用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的載氧體，積累煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對于開發(fā)高效、超潔凈特點(diǎn)的煤氣化技術(shù)具有重要意義。
[0004]化學(xué)鏈氣化(chemical looping gasification, CLG)技術(shù),是利用金屬或非金屬氧化物向燃料提供氣化所需的氧元素，通過控制晶格氧/燃料的比值來獲得以H2和CO為主要成分的合成氣?；瘜W(xué)鏈氣化系統(tǒng)包括兩個反應(yīng)器:氣化爐及再生爐。載氧體在再生爐中與空氣中的氧反應(yīng)，獲得晶格氧；在氣化爐中與燃料反應(yīng)，提供氣化反應(yīng)所需氧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)的工藝流程，使煤在氣化過程中不與空氣直接接觸，而是采用水蒸氣作為流化及氣化介質(zhì)，通過載氧體顆粒在氣化爐及再生爐之間的循環(huán)轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)氧和熱量的傳遞，完成固體燃料和空氣不接觸的氣化反應(yīng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其主要特征為:[0008]一定量的煤粉及載氧體從氣化爐R1001中部送入氣化爐R1001中，一定量水蒸汽經(jīng)氣化爐R1001下部風(fēng)室、布風(fēng)板進(jìn)入氣化爐R1001反應(yīng)區(qū)與煤粉、載氧體進(jìn)行反應(yīng)；
[0009]氣化爐R1001生成的粗合成氣由合成氣出口管送入1#旋風(fēng)分離器X1001分離煤灰及部分破碎載氧體，除塵后合成氣經(jīng)合成氣余熱回收器E1001回收熱量后送入下游工序，合成氣余熱回收器E1001回收熱量用以加熱再生爐R1002水冷壁軟水；
[0010]氣化爐R1001失氧后的載氧體經(jīng)氣化爐R1001反應(yīng)室中部返料管進(jìn)入返料閥L1001后，送入再生爐R1002進(jìn)行再生反應(yīng)，空氣經(jīng)再生爐R1002下部風(fēng)室、布風(fēng)板進(jìn)入再生爐中與載氧體進(jìn)行再生反應(yīng)，再生后載氧體經(jīng)氣力輸送送入2#旋風(fēng)分離器X1002進(jìn)行氣固分離，固體物料返回氣化爐R1001進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣體物料經(jīng)廢氣余熱回收器E1002回收余熱用來加熱再生爐R1002反應(yīng)所需空氣，尾氣高空排放，再生反應(yīng)放出大量的熱，再生爐R1002設(shè)計為水冷壁結(jié)構(gòu)，一定量軟水經(jīng)合成氣余熱回收器E1001后進(jìn)入再生爐R1002水冷壁進(jìn)一步加熱后經(jīng)汽包E1003汽水分離后，水蒸氣送入氣化爐R1001做流化氣及反應(yīng)物。
[0011]進(jìn)一步，所述的氣化爐R1001為鼓泡流化床，爐內(nèi)發(fā)生載氧體、煤粉、水蒸氣之間的反應(yīng)，反應(yīng)溫度為960-1000°C，壓力為0.1-0.3MPa，以硫酸鈣載氧體，其主要反應(yīng):
[0012]CaS04+C — CaS+CO
[0013]H20+C —H2+C0
[0014]H20+C0 — H2+C02 ;
[0015]再生爐R1002為快速床，爐內(nèi)發(fā)生載氧體與氧氣之間的反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1100-1200°C，壓力為0.1-0.3MPa，主要反應(yīng)為:
[0016]CaS+202 — CaSO40
[0017]進(jìn)一步，所述的氣化爐R1001進(jìn)料為載氧體、煤粉、水蒸氣，氣化爐R1001進(jìn)料載氧體中氧與煤中碳的摩爾比例為:0.5-1.5: 1，水蒸氣中氧元素及煤中碳元素的摩爾比計為
0.5-1.25: I，載氧體與煤粉的平均粒徑為0.15_。
[0018]進(jìn)一步,所述的載氧體為CaSO4載氧體。
[0019]進(jìn)一步，所述的氣化爐水蒸氣的進(jìn)料溫度為500-600°C，氣化爐煤粉及載氧體的進(jìn)料溫度為常溫，再生爐空氣的進(jìn)料溫度為25-200°C。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:載氧體的循環(huán)使用為煤氣化提供了氧元素，省去純氧制備的過程，節(jié)省了制備成本；在再生爐中氧載體發(fā)生氧化反應(yīng)所放出的熱被帶回氣化爐，為燃料的氣化提供了熱量，可減少能源損耗，無需外加熱就可以使氣化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。通過對本工藝所用載氧體的改進(jìn)(專利:一種抑制含硫氣體釋放的載氧體顆粒制備方法，CN201010254752.2)，能起到爐內(nèi)固硫的作用，減少了含硫氣體的排放，避免了對環(huán)境的污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0022]圖2為軟水經(jīng)再生爐以及汽包分離的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對進(jìn)一步說明。通過對煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣技術(shù)工藝流程的模擬，以24噸煤/天的規(guī)模的裝置進(jìn)行闡述。
[0024]本發(fā)明是一種煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程:氣化爐R1001進(jìn)料為載氧體(lt/h)、煤粉(0.97t/h)、水蒸氣(0.63t/h,0.3MPa,500°C )，其中水蒸氣經(jīng)氣化爐下部布風(fēng)板進(jìn)入氣化爐R1001中，即做反應(yīng)物，又做流化氣；再生爐R1002進(jìn)料為空氣(1553Nm3/h，25°C,0.2MPa)，經(jīng)再生爐 R1002下部布風(fēng)板進(jìn)入再生爐中。
[0025]一定粒度的載氧體加入氣化爐R1001中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的載氧體經(jīng)氣化爐R1001中部返料口進(jìn)入返料閥L1001中，經(jīng)返料閥L1001內(nèi)流化氣(水蒸氣0.2Mpa，500°C)送入再生爐R1002，再生爐R1002內(nèi)發(fā)生載氧體與空氣中的氧的再生反應(yīng)，再生后的載氧體經(jīng)氣力輸送進(jìn)入2#旋風(fēng)分離器X1002，經(jīng)旋風(fēng)分離器X1002分離后的固體物料進(jìn)入氣化爐R1001中，2#旋風(fēng)分離器X1002分離后的廢氣進(jìn)入廢氣余熱回收器E1002回收余熱，熱量用于加熱再生爐R1002入爐空氣，降溫后的尾氣(主要為氮?dú)?高空排出。
[0026]氣化爐R1001 生成的合成氣(0.1Mpa，1000°C，氣體成分:C043.7%，Η247.7%，CO2I0.43%，摩爾比)經(jīng)合成氣出口管進(jìn)入1#旋風(fēng)分離器Χ1001除塵后進(jìn)入合成氣余熱回收器Ε1001回收余熱；合成氣余熱回收器Ε1001冷卻介質(zhì)為軟水，加熱后軟水送入再生爐R1002的水冷壁；再生爐R1002為水冷壁結(jié)構(gòu)，可以充分利用系統(tǒng)熱量。再生爐R1002水的流程為:一定流量常溫軟水進(jìn)入合成氣余熱回收器Ε1001，如圖2所示，送入再生爐R1002水冷壁后經(jīng)汽包Ε1003進(jìn)行汽水分離，所分離水蒸氣進(jìn)入氣化爐R1001及返料閥L1001作為反應(yīng)物或流化氣繼續(xù)得到利用。返料閥L1001為流動密封閥，以水蒸氣為流化介質(zhì)。
[0027]如表1所示，24噸/天煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程模擬結(jié)果如下。
[0028]表1 24噸/天煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程模擬結(jié)果
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其特征在于: 一定量的煤粉及載氧體從氣化爐RlOOl中部送入氣化爐R1001中，一定量水蒸汽經(jīng)氣化爐R1001下部風(fēng)室、布風(fēng)板進(jìn)入氣化爐R1001反應(yīng)區(qū)與煤粉、載氧體進(jìn)行反應(yīng)； 氣化爐R1001生成的粗合成氣由合成氣出口管送入1#旋風(fēng)分離器X1001分離煤灰及部分破碎載氧體，除塵后合成氣經(jīng)合成氣余熱回收器E1001回收熱量后送入下游工序，合成氣余熱回收器E1001回收熱量用以加熱再生爐R1002水冷壁軟水； 氣化爐R1001失氧后的載氧體經(jīng)氣化爐R1001反應(yīng)室中部返料管進(jìn)入返料閥L1001后，送入再生爐R1002進(jìn)行再生反應(yīng)，空氣經(jīng)再生爐R1002下部風(fēng)室、布風(fēng)板進(jìn)入再生爐中與載氧體進(jìn)行再生反應(yīng)，再生后載氧體經(jīng)氣力輸送送入2#旋風(fēng)分離器X1002進(jìn)行氣固分離，固體物料返回氣化爐R1001進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣體物料經(jīng)廢氣余熱回收器E1002回收余熱用來加熱再生爐R1002反應(yīng)所需空氣，尾氣高空排放，再生反應(yīng)放出大量的熱，再生爐R1002設(shè)計為水冷壁結(jié)構(gòu)，一定量軟水經(jīng)合成氣余熱回收器E1001后進(jìn)入再生爐R1002水冷壁進(jìn)一步加熱后經(jīng)汽包E1003汽水分離后，水蒸氣送入氣化爐R1001做流化氣及反應(yīng)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其特征在于:所述的氣化爐R1001為鼓泡流化床，爐內(nèi)發(fā)生載氧體、煤粉、水蒸氣之間的反應(yīng)，反應(yīng)溫度為960-1000°C，壓力為0.1-0.3MPa，以硫酸鈣載氧體，其主要反應(yīng):
CaS04+C — CaS+CO
H20+C — H2+C0
H20+C0 — H2+C02 ； 再生爐R1002為快速床，爐內(nèi)發(fā)生載氧體與氧氣之間的反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1100-1200°C，壓力為0.1-0.3MPa，主要反應(yīng)為:
CaS+202 — CaSO4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其特征在于:所述的氣化爐R1001進(jìn)料為載氧體、煤粉、水蒸氣，氣化爐R1001進(jìn)料載氧體中氧與煤中碳的摩爾比例為:0.5-1.5: 1，水蒸氣中氧元素及煤中碳元素的摩爾比計為0.5-1.25: I，載氧體與煤粉的平均粒徑為0.15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其特征在于:所述的載氧體為CaSO4載氧體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于煤炭化學(xué)鏈載氧體制備合成氣工藝流程，其特征在于:所述的氣化爐水蒸氣的進(jìn)料溫度為500-600°C，氣化爐煤粉及載氧體的進(jìn)料溫度為常溫，再生爐空氣的進(jìn)料溫度為25-200°C。
【文檔編號】C10J3/54GK103695040SQ201310745124
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】李磊, 郭慶杰, 郭寶貴, 田紅景, 于利紅, 劉永卓, 李彩艷, 趙梅梅, 荊波, 褚夫奎, 尹立志, 金剛, 路文學(xué), 傅進(jìn)軍, 李海鳴, 王軍 申請人:兗礦集團(tuán)有限公司, 水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心, 青島科技大學(xué)