本發(fā)明涉及一種半焦氣化制備合成氣的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國家對節(jié)能減排工作的重視，能源高效轉(zhuǎn)化與潔凈利用成為當(dāng)今研究熱點，其中固體燃料的氣化可大幅降低其燃燒過程的污染物排放，提高燃燒效率具有廣闊的應(yīng)用前景。用于半焦氣化的氣化劑包括純氧、空氣、水蒸氣、二氧化碳等，純氧氣化產(chǎn)氣中可燃?xì)怏w濃度高、產(chǎn)氣熱值高，但是純氧制備的高成本、高能耗，限制了純氧氣化的工業(yè)應(yīng)用。由此，亟需一種既能獲得可燃?xì)怏w濃度高、熱值高的產(chǎn)氣，又能降低成本和能耗的半焦氣化制備合成氣的方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種既能獲得可燃?xì)怏w濃度高、熱值高的產(chǎn)氣，又能降低成本和能耗的半焦氣化制備合成氣的方法及系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

本發(fā)明一方面提供一種半焦氣化制備合成氣的方法，包括如下步驟：s1、載氧體顆粒在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒；s2、混合氣與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣；s3、去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣；s4、釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s3中，將粗合成氣與冷凝介質(zhì)換熱，粗合成氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗合成氣；該方法還包括如下步驟：s5、步驟s3生成的液態(tài)水與步驟s4生成的貧氧氣體進(jìn)行換熱，形成水蒸氣，將所形成的水蒸氣的一部分直接送入步驟s1中使用，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)并可隨時從蒸汽管網(wǎng)獲取水蒸氣送入步驟s1中使用，以控制步驟s1中使用的水蒸氣的量。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s5中，還同時將步驟s3生成的液態(tài)水與工業(yè)煙氣換熱。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s3中，冷凝介質(zhì)為空氣，空氣與水蒸氣換熱形成熱空氣，熱空氣送入步驟s4中作為含氧氣體使用。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s1中，載氧體顆粒為銅基載氧體顆粒、錳基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒、銅錳復(fù)合載氧體顆粒或類鈣鈦礦載氧體顆粒，載氧體顆粒的粒徑為200-1000μm，釋氧反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300-1100℃；在步驟s2中，半焦為煤焦、生物質(zhì)焦、煅后石油焦和垃圾焦中的一種或多種組合，半焦呈顆粒狀，粒徑為50-150μm，氣化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為750-1200℃；在步驟s4中，含氧氣體中氧氣的體積濃度為5％-21％，氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-1000℃。

本發(fā)明另一方面提供一種半焦氣化制備合成氣的系統(tǒng)，包括：釋氧反應(yīng)器，釋氧反應(yīng)器能夠供載氧體顆粒與水蒸氣進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒；氣化反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器能夠供混合氣與半焦在其中進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣；粗合成氣凈化設(shè)備，粗合成氣凈化設(shè)備能夠去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，生成合成氣；氧化反應(yīng)器，氧化反應(yīng)器能夠供釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體在其中進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體；其中，釋氧反應(yīng)器能夠接收氧化反應(yīng)器中生成的氧化后的載氧體顆粒。

根據(jù)本發(fā)明，粗合成氣凈化設(shè)備包括冷凝器，冷凝器能夠?qū)⒋趾铣蓺庵械乃魵饫淠梢簯B(tài)水脫除，以去除粗合成氣中的水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，粗合成氣凈化設(shè)備還包括除塵器，冷凝器與氣化反應(yīng)器連通以接收粗合成氣，除塵器與冷凝器連通以接收去除水蒸氣后的粗合成氣并去除其中的灰分，形成合成氣并輸出。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：換熱器，換熱器能夠接收液態(tài)水和貧氧氣體，并供二者在其中換熱形成水蒸氣并輸出，釋氧反應(yīng)器與換熱器連通，以接收換熱器輸出的水蒸氣；蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)可選擇地與換熱器連通以接收換熱器輸出的水蒸氣，并且蒸汽管網(wǎng)可選擇地與釋氧反應(yīng)器連通以能夠隨時向釋氧反應(yīng)器中輸送水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，釋氧反應(yīng)器與換熱器通過第一管線連通，蒸汽管網(wǎng)通過第二管線與第一管線連通，在第二管線上設(shè)有控制閥，控制閥至少能夠在使第二管線沿從第一管線朝向蒸汽管網(wǎng)的方向單向?qū)ǖ膬Υ鏍顟B(tài)和使第二管線沿從蒸汽管網(wǎng)朝向第一管線的方向單向?qū)ǖ尼尫艩顟B(tài)之間切換。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：供熱管線，供熱管線上設(shè)有控制該供熱管線通斷的閥門，供熱管線與向換熱器輸送貧氧氣體的管線連通或者二者并聯(lián)連接至換熱器。

根據(jù)本發(fā)明，冷凝器與氧化反應(yīng)器連通，以用于供冷凝器中與水蒸氣換熱形成的熱空氣送入氧化反應(yīng)器中使用。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：分離設(shè)備，分離設(shè)備與釋氧反應(yīng)器、氣化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器連通，分離設(shè)備能夠接收混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒，并將二者分離開且分別送至氣化反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明，氧化反應(yīng)器為流化床氧化反應(yīng)器或移動床氧化反應(yīng)器；其中，氧化反應(yīng)器為流化床氧化反應(yīng)器時，系統(tǒng)還包括分離器，分離器與氧化反應(yīng)器和釋氧反應(yīng)器連通，將氧化反應(yīng)器中生成的氧化后的載氧體顆粒與貧氧氣體分離并將氧化后的載氧體顆粒送至釋氧反應(yīng)器；其中，氧化反應(yīng)器為移動床氧化反應(yīng)器時，氧化反應(yīng)器與釋氧反應(yīng)器連通，直接將氧化后的載氧體顆粒送至釋氧反應(yīng)器。

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：

在本發(fā)明提供的半焦氣化制備合成氣的方法中，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，釋氧后的載氧體顆粒再與含氧氣體反應(yīng)，實現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧和得氧之間循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)的制氧過程。這種制氧過程成本低、能耗低。并且，以生成的氧氣和水蒸氣作為氣化劑與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，因合成氣中無氮氣，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高。

在本發(fā)明提供的半焦氣化制備合成氣的系統(tǒng)中，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下在釋氧反應(yīng)器中發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，釋氧后的載氧體顆粒再在氧化反應(yīng)器中與含氧氣體反應(yīng)，實現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器之間循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)的制氧過程。這種制氧過程成本低、能耗低。并且，以生成的氧氣和水蒸氣作為氣化劑在氣化反應(yīng)器中與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，因合成氣中無氮氣，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高。

附圖說明

圖1為具體實施方式提供的半焦氣化制備合成氣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【附圖標(biāo)記】

1：釋氧反應(yīng)器；2：氧化反應(yīng)器；3：分離設(shè)備；4：換熱器；5：給料裝置；6：氣化反應(yīng)器；7：冷凝器；8：除塵器；9：儲氣裝置；10：蒸汽管網(wǎng)；11：第二管線；12：控制閥；13：閥門；14：第一管線。

具體實施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實施方式，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。其中，本文所涉及的“上”、“下”等方位術(shù)語，以圖1中示出的定向為參考。

實施例一

參照圖1，本實施例提供一種半焦氣化制備合成氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括釋氧反應(yīng)器1、分離設(shè)備3、氣化反應(yīng)器6、粗合成氣凈化設(shè)備(參照圖1中的標(biāo)記7和8)、氧化反應(yīng)器2、換熱器4、蒸汽管網(wǎng)10、儲氣裝置9、給料裝置5。

釋氧反應(yīng)器1能夠供載氧體顆粒在高溫下并在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣、以及釋氧后的載氧體顆粒，并將混合氣和釋氧后的載氧體顆粒一起輸出。在釋氧反應(yīng)器1中所進(jìn)行的釋氧反應(yīng)主要為：

mexoy+h2o(g)＝mexoy-1+0.5o2(g)+h2o(g)

分離設(shè)備3與釋氧反應(yīng)器1連通，分離設(shè)備3能夠接收包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒，并將混合氣和釋氧后的載氧體顆粒分離開且分別輸出。

氣化反應(yīng)器6與分離設(shè)備3連通以能夠接收包含氧氣和水蒸氣的混合氣，氣化反應(yīng)器6與給料裝置5連通以用于接收給料裝置5供應(yīng)的半焦。并且，氣化反應(yīng)器6供混合氣與半焦在其中、在高溫下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣，粗合成氣的主要成分包括co、ch4、h2、co2。在氣化反應(yīng)器6中進(jìn)行的氣化反應(yīng)主要包括：

2c+o2(g)＝2co(g)；

c+o2(g)＝co2(g)；

c+co2(g)＝2co(g)；

c+h2o＝co(g)+h2(g)；

co(g)+h2o(g)＝h2(g)+co2(g)；

c+2h2(g)＝ch4(g)；

ch4(g)+h2o(g)＝3h2(g)+co(g)。

粗合成氣凈化設(shè)備與氣化反應(yīng)器連通，粗合成氣凈化設(shè)備能夠接收氣化反應(yīng)器排出的粗合成氣并去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，生成合成氣并輸出。在本實施例中，粗合成氣凈化設(shè)備包括冷凝器7和除塵器8，冷凝器7與氣化反應(yīng)器6連通，冷凝器7能夠接收粗合成氣和冷凝介質(zhì)，供粗合成氣和冷凝介質(zhì)在其中換熱，冷凝介質(zhì)從粗合成氣中吸熱，使粗合成氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)水(結(jié)合圖1，在本實施例中也即冷凝水)與粗合成氣分離脫除，進(jìn)而去除粗合成氣中的水蒸氣。優(yōu)選地，冷凝介質(zhì)為空氣，空氣與水蒸氣換熱形成熱空氣。除塵器8與冷凝器7連通，除塵器8能夠接收去除水蒸氣后的粗合成氣，并去除其中的灰分，形成合成氣(也即干氣)并輸出。

儲氣裝置9與粗合成氣凈化設(shè)備中的除塵器8連通，以能夠接收除塵器8輸出的合成氣并儲存。

氧化反應(yīng)器2與分離設(shè)備3連通，氧化反應(yīng)器2能夠接收釋氧后的載氧體顆粒，并供釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體在其中、在高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒(“被氧化的載氧體顆?！敝羔屟鹾蟮妮d氧體顆粒重新被氧化后)和貧氧氣體，氧化反應(yīng)器2還與釋氧反應(yīng)器1連通以將氧化后的載氧體顆粒(“氧化后的載氧體顆?！敝羔屟鹾蟮妮d氧體顆粒重新被氧化)直接送入釋氧反應(yīng)器1中再次使用。由此，載氧體顆粒在整個系統(tǒng)中循環(huán)使用。在氧化反應(yīng)器2中進(jìn)行的氧化反應(yīng)主要為：

mexoy-1+0.5o2(g)＝mexoy

粗合成氣凈化設(shè)備中的冷凝器7與氧化反應(yīng)器2連通，以將冷凝器7中形成的熱空氣送入氧化反應(yīng)器2中作為含氧氣體使用。

換熱器4與冷凝器7和氧化反應(yīng)器2連通，換熱器4能夠接收從冷凝器7排出的液態(tài)水和從氧化反應(yīng)器2排出的貧氧氣體，并供液態(tài)水和貧氧氣體在其中換熱，液態(tài)水從貧氧氣體中獲得熱量形成水蒸氣并輸出，釋氧反應(yīng)器1與換熱器4連通，以接收換熱器4輸出的水蒸氣。

蒸汽管網(wǎng)10可選擇地與換熱器4連通以接收水蒸氣，并且蒸汽管網(wǎng)10可選擇地與釋氧反應(yīng)器1連通以能夠隨時向釋氧反應(yīng)器1中輸送水蒸氣。由此，換熱器4形成的水蒸氣可以一部分直接送入釋氧反應(yīng)器1用于反應(yīng)，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)10中，待需要提高向釋氧反應(yīng)器1的蒸汽供應(yīng)量時從蒸汽管網(wǎng)10中獲取水蒸氣對此時換熱器4產(chǎn)生的水蒸氣做補(bǔ)充。

在本實施例中還設(shè)有供熱管線，供熱管線與換熱器4連通，用于供外來工業(yè)煙氣進(jìn)入換熱器4，為液態(tài)水變?yōu)樗魵庳暙I(xiàn)熱量，供熱管線上設(shè)有控制該供熱管線通斷的閥門13。圖1中示出的為供熱管線與氧化反應(yīng)器2向換熱器4輸送貧氧氣體的管線連通，工業(yè)煙氣與貧氧氣體混合后一起進(jìn)入換熱器4。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，供熱管線與輸送貧氧氣體的管線也可分別與換熱器連通形成二者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

綜上，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下在釋氧反應(yīng)器1中發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，釋氧后的載氧體顆粒再在氧化反應(yīng)器2中與含氧氣體反應(yīng)，實現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)器1和氧化反應(yīng)器2之間循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)的制氧過程。這種制氧過程成本低、能耗低。并且，以生成的氧氣和水蒸氣作為氣化劑在氣化反應(yīng)器6中與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，因合成氣中無氮氣，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高。

并且，通過控制釋氧反應(yīng)器1中水蒸氣的注入量，可控制釋氧反應(yīng)獲得的水蒸氣和氧氣的比例，進(jìn)而調(diào)控合成氣中h2和co的比例，為最終獲得的合成氣用于合成乙醇、甲醇等多種化學(xué)品提供不同要求的h2和co的比例。本系統(tǒng)能夠?qū)⒁徊糠謸Q熱器4獲得的水蒸氣送入蒸汽管網(wǎng)，也可隨時從蒸汽管網(wǎng)獲取水蒸氣送入釋氧反應(yīng)器，以調(diào)節(jié)釋氧反應(yīng)得到的水蒸氣和氧氣的含量比，進(jìn)而可以調(diào)整合成氣中的h2和co的比例。由此，本系統(tǒng)能夠適用于不同的目標(biāo)化學(xué)品的制備并且實現(xiàn)這種適用的方法極為簡便，大大節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。

并且，本實施例的系統(tǒng)實現(xiàn)了熱量在氣化反應(yīng)器6、釋氧反應(yīng)器1和氧化反應(yīng)器2之間的傳遞，整體系統(tǒng)能量利用效率更高。具體而言，貧氧氣體帶有的熱量用于生成水蒸氣供應(yīng)給釋氧反應(yīng)，釋氧后的載氧體顆粒又將熱量帶回至氧化反應(yīng)器2用于生成貧氧氣體，在載氧體顆粒循環(huán)使用的同時，也形成了能量的循環(huán)，降低了能耗，能量利用率高。進(jìn)一步，釋氧過程生成的混合氣在參與氣化反應(yīng)生成粗合成氣后，粗合成氣的熱量為空氣加熱，形成的熱空氣送入氧化反應(yīng)器2參加氧化反應(yīng)。綜上，從整體而言，整體系統(tǒng)的熱量在釋氧反應(yīng)、氣化反應(yīng)、空氣反應(yīng)之間循環(huán)利用，降低了能耗，能量利用率高。

并且，冷凝器7中產(chǎn)生的液態(tài)水經(jīng)過換熱形成水蒸氣作為釋氧反應(yīng)器1的載氣，整個系統(tǒng)實現(xiàn)廢水的零排放，更加環(huán)保。此外，降溫后的貧氧氣體排入大氣，也有利于環(huán)保。

并且，載氧體顆粒在生產(chǎn)過程中循環(huán)利用，節(jié)約了原料，載氧體使用效率高。

綜合上述描述，本實施例提供的系統(tǒng)，工藝流程簡單，創(chuàng)新性將釋氧反應(yīng)生成的氧氣和水蒸氣混合氣用做半焦氣化的氣化劑，制備高熱值合成氣，各反應(yīng)器等部件相互耦合實現(xiàn)了熱量以及水資源的循環(huán)利用，具有重要的節(jié)能減排現(xiàn)實意義。

進(jìn)一步，在本實施例中，釋氧反應(yīng)器1為流化床釋氧反應(yīng)器。釋氧反應(yīng)器1能夠承受的反應(yīng)溫度至少為300-1100℃。載氧體粒徑為200-1000μm，載氧體顆粒根據(jù)釋氧溫度不同可為高溫載氧體顆粒、中溫載氧體顆?；虻蜏剌d氧體顆粒，其中，高溫載氧體顆粒(釋氧溫度為900-1100℃)可為：銅基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒；中溫載氧體顆粒(釋氧溫度600-900℃)可為：錳基載氧體顆粒、銅錳復(fù)合載氧體顆粒；低溫載氧體顆粒(釋氧溫度300-600℃)可為：類鈣鈦礦型載氧體顆粒；當(dāng)然，載氧體顆粒還可為礦石、冶金渣、礦渣等工業(yè)廢料。如圖1，釋氧反應(yīng)器1的底端設(shè)有水蒸氣入口，用于供水蒸氣進(jìn)入釋氧反應(yīng)器1；釋氧反應(yīng)器1的頂端設(shè)有混合物出口，因載氧體顆粒粒徑小，會夾雜在混合氣中形成混合物在釋氧反應(yīng)器1中一起向上運動，從混合物出口排出；釋氧反應(yīng)器1的底部側(cè)壁上設(shè)有載氧體入口，以用于補(bǔ)給載氧體顆粒。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實施例中，釋氧反應(yīng)器1可以選擇現(xiàn)有任何類型，只要能夠供載氧體顆粒和水蒸氣在其中反應(yīng)生成包含水蒸氣和氧氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒即可。

進(jìn)一步，在本實施例中，分離設(shè)備3為旋風(fēng)分離器，其側(cè)壁上設(shè)有混合物入口，該混合物入口與釋氧反應(yīng)器1的混合物出口連通，以接收混合氣與釋氧后的載氧體顆粒；分離設(shè)備3的頂部設(shè)有混合氣出口，供混合氣輸出；分離設(shè)備3的底部設(shè)有載氧體出口，供釋氧后的載氧體顆粒輸出。

進(jìn)一步，在本實施例中，氣化反應(yīng)器6為流化床氣化反應(yīng)器，其能夠承受的氣化溫度至少為750-1200℃。如圖1，該氣化反應(yīng)器6的底部設(shè)有混合氣入口，該混合氣入口與分離設(shè)備3的混合氣出口連通，以接收氧氣和水蒸氣的混合氣；該氣化反應(yīng)器6的側(cè)壁上設(shè)有半焦入口，用于注入半焦；氣化反應(yīng)器6的側(cè)壁上還設(shè)有粗合成氣出口，用于排出粗合成氣，該粗合成氣出口與上述半焦入口相反設(shè)置。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實施例中，氣化反應(yīng)器6可以選擇現(xiàn)有任何類型，只要能夠供混合氣和半焦在其中反應(yīng)生成帶有水蒸氣和灰分的粗合成氣即可。

進(jìn)一步，在本實施例中，給料裝置5為螺旋給料機(jī)，其出料口與氣化反應(yīng)器6的半焦入口連通，以輸出半焦。半焦呈顆粒狀，顆粒直徑為50-150μm，類型包括但不限于：煤焦、煅后石油焦、生物質(zhì)焦和垃圾焦中的一種或多種組合。設(shè)置自動給料裝置5可提高整體系統(tǒng)的自動化程度，保證半焦持續(xù)均勻地加入氣化反應(yīng)器6。

進(jìn)一步，在本實施例中，冷凝器7的側(cè)壁具有粗合成入口和粗合成氣出口，該粗合成入口與氣化反應(yīng)器6的粗合成出口連通，以接收粗合成氣，粗合成氣出口供脫除水蒸氣的粗合成氣排出；冷凝器7的頂部設(shè)有冷凝介質(zhì)入口，用于注入冷凝介質(zhì)(在本實施例中為空氣)；冷凝器7的底部設(shè)有液態(tài)水出口和冷凝介質(zhì)出口，液態(tài)水出口供生成的液態(tài)水排出，冷凝介質(zhì)出口供換熱后的冷凝介質(zhì)排出。

進(jìn)一步，在本實施例中，除塵器8為布袋除塵器8，其具有粗合成氣入口和合成氣出口，該粗合成氣入口與冷凝器7的粗合成氣出口連通，供去除水蒸氣后的粗合成氣進(jìn)入除塵器8，合成氣出口供合成氣排出。

綜上，在本實施例中，冷凝器7的粗合成氣入口作為粗合成氣凈化設(shè)備的粗合成氣入口，除塵器8的合成氣出口作為粗合成氣凈化設(shè)備的合成氣出口。

當(dāng)然，本發(fā)明的粗合成氣凈化設(shè)備不局限于上述先冷凝器7后除塵器8的方案，例如，冷凝器7也可位于除塵器8的下游而先進(jìn)行灰分的脫除、再進(jìn)行水蒸氣的脫除，此時除塵器8可選擇旋風(fēng)分離器。具體地，在此情況下，粗合成氣凈化設(shè)備包括旋風(fēng)分離器(即除塵器)和冷凝器；旋風(fēng)分離器具有粗合成氣入口、粗合成氣出口和灰分出口，旋風(fēng)分離器的粗合成氣入口作為粗合成氣凈化設(shè)備的粗合成氣入口；冷凝器具有粗合成氣入口、冷凝介質(zhì)入口、冷凝介質(zhì)出口、液態(tài)水出口和合成氣出口，冷凝器的粗合成氣入口與旋風(fēng)分離器的粗合成氣出口連通，冷凝器的合成氣出口作為粗合成氣凈化設(shè)備的合成氣出口。粗合成氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器脫除灰分，然后進(jìn)入冷凝器脫除水蒸氣。

當(dāng)然，粗合成氣凈化設(shè)備可以是任何可以脫除粗合成氣中的灰分和水蒸氣的一個分離設(shè)備或多個分離設(shè)備的組合，并且灰分和水蒸氣的脫除順序不限制。其中優(yōu)選地，粗合成氣凈化設(shè)備以將水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的方式將水蒸氣脫除，以循環(huán)利用液態(tài)水，當(dāng)然，在其他實施例中，也可采用吸附的方式去除水蒸氣。

進(jìn)一步，在本實施例中，儲氣裝置9為儲氣柜，其包括合成氣入口，該合成氣入口與除塵器8的合成氣出口連通，以接收合成氣。

進(jìn)一步，在本實施例中，氧化反應(yīng)器2為移動床氧化反應(yīng)器，氧化反應(yīng)器2可承受的反應(yīng)溫度為200-1000℃。氧化反應(yīng)器2的頂部具有載氧體入口，該載氧體入口與分離設(shè)備3的載氧體出口連通，供釋氧后的載氧體顆粒進(jìn)入；氧化反應(yīng)器2的底部設(shè)有含氧氣體入口，供含氧氣體進(jìn)入，含氧氣體中氧氣的體積濃度為5-21％，優(yōu)選空氣或含氧的工業(yè)煙氣，冷凝器7的冷凝介質(zhì)出口與氧化反應(yīng)器2的含氧氣體入口連通，以將冷凝器7中產(chǎn)生的熱空氣作為含氧氣體送入氧化反應(yīng)器2中使用；氧化反應(yīng)器2的上部側(cè)壁設(shè)有貧氧氣體出口，供貧氧氣體輸出；氧化反應(yīng)器2的下部側(cè)壁設(shè)有載氧體出口，該載氧體出口與釋氧反應(yīng)器1的載氧體入口連通，以將氧化后的載氧體顆粒送入釋氧反應(yīng)器1重復(fù)利用，優(yōu)選地，氧化反應(yīng)器2的載氧體出口高于釋氧反應(yīng)器1的載氧體入口，二者采用傾斜直管連接，以有利于載氧體顆粒順利進(jìn)入釋氧反應(yīng)器1中。

當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，氧化反應(yīng)器2的類型可以是任一現(xiàn)有的氧化反應(yīng)器2的類型，只要能夠供釋氧后的載氧體顆粒和含氧氣體在其中進(jìn)行氧化反應(yīng)即可。例如，氧化反應(yīng)器2可為流化床氧化反應(yīng)器，該氧化反應(yīng)器2的頂端設(shè)置載氧體入口，該載氧體入口與分離設(shè)備3的載氧體出口連通，供釋氧后的載氧體顆粒進(jìn)入；氧化反應(yīng)器2的底端設(shè)有含氧氣體入口，供含氧氣體進(jìn)入；氧化反應(yīng)器2的上部側(cè)壁設(shè)有氣固混合物出口，供貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒形成的氣固混合物輸出。此時，氧化反應(yīng)器2中形成的貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒因氧化反應(yīng)器2的自身結(jié)構(gòu)原因而以混合物的形式排出氧化反應(yīng)器2，此時采用分離器對貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒進(jìn)行分離。分離器為氣固分離器，優(yōu)選為旋風(fēng)分離器。分離器的側(cè)壁上設(shè)有氣固混合物入口，該氣固混合物入口與氧化反應(yīng)器2的氣固混合物出口連通，以接收貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒形成的氣固混合物；分離器的頂端設(shè)有貧氧氣體出口，供分離出的貧氧氣體排出；分離器的底端設(shè)有載氧體顆粒出口，該載氧體出口與釋氧反應(yīng)器1的載氧體入口連通，以將氧化后的載氧體顆粒送入至釋氧反應(yīng)器1中繼續(xù)參加釋氧反應(yīng)。由此，分離器與氧化反應(yīng)器2連通，以接收氧化反應(yīng)器2輸出的貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒，分離器將貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒分離并分別輸出，其中，分離器與釋氧反應(yīng)器1連通以向其送入氧化后的載氧體顆粒。

進(jìn)一步，在本實施例中，換熱器4為余熱鍋爐，換熱器4具有供熱氣體入口、廢氣出口、連通在供熱氣體入口和廢氣出口之間的第一流體通道、液態(tài)水入口、水蒸氣出口、連通在液態(tài)水入口和水蒸氣出口之間的第二流體通道，第一流體通道和第二流體通道之間能夠進(jìn)行熱交換。供熱氣體入口與氧化反應(yīng)器2的貧氧氣體出口連通，以接收貧氧氣體作為熱源，貧氧氣體沿第一流體通道流動至廢氣出口，廢氣出口可與大氣連通、可與下游任意工藝設(shè)備連通、也可與存儲器連通以儲存貧氧氣體(合理收集貧氧氣體可用于化肥等生產(chǎn))；液態(tài)水入口與冷凝器7的液態(tài)水出口連通，以接收液態(tài)水，液態(tài)水沿第二流體通道流動逐漸形成水蒸氣，至水蒸氣出口；水蒸氣出口通過第一管線14與釋氧反應(yīng)器1的水蒸氣入口連通，以直接將換熱器4形成的水蒸氣送入釋氧反應(yīng)器1。當(dāng)然，如在設(shè)置分離器的情況下，供熱氣體入口與分離器的貧氧氣體出口連通。

更進(jìn)一步，圖1中示出的為供熱管線與換熱器4的供熱氣體入口和氧化反應(yīng)器2的貧氧氣體出口/分離器的貧氧氣體出口之間連接的管線連通，工業(yè)煙氣與貧氧氣體混合后一起進(jìn)入換熱器4的供熱氣體入口。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，供熱管線與向換熱器4輸送貧氧氣體的管線也可分別與供熱氣體入口連通形成二者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，在本實施例中，釋氧反應(yīng)器1的水蒸氣入口與換熱器4的水蒸氣出口通過第一管線14連通，蒸汽管網(wǎng)10通過第二管線11與第一管線14連通，在第二管線11上設(shè)有控制閥12，控制閥12至少能夠在使第二管線11沿從第一管線14朝向蒸汽管網(wǎng)10的方向單向?qū)ǖ膬Υ鏍顟B(tài)和使第二管線11沿從蒸汽管網(wǎng)10朝向第一管線14的方向單向?qū)ǖ尼尫艩顟B(tài)之間切換。由此，當(dāng)控制閥12處于儲存狀態(tài)時，從換熱器4排出的水蒸氣的一部分經(jīng)過第一管線14直接進(jìn)入釋氧反應(yīng)器1，另一部分經(jīng)過第二管線11(包括經(jīng)過調(diào)整控制閥12)進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)10；當(dāng)控制閥12處于釋放狀態(tài)時，從換熱器4排出的水蒸氣全部直接進(jìn)入釋氧反應(yīng)器1，同時蒸汽管網(wǎng)10中的水蒸氣經(jīng)過第二管線11(包括經(jīng)過調(diào)整控制閥12)進(jìn)入第一管線14并繼而進(jìn)入釋氧反應(yīng)器1。因此，可通過調(diào)整控制閥12的狀態(tài)，調(diào)整是否從蒸汽管網(wǎng)10中向釋氧反應(yīng)器1中補(bǔ)給水蒸氣，進(jìn)而控制水蒸氣的注入量，由此控制釋氧反應(yīng)獲得的水蒸氣和氧氣的含量比。

在本實施例的系統(tǒng)中，上述的“連通”可以是兩個部件直接連接而導(dǎo)通，也可以是兩個部件通過管線連通，并且在管線上也可以設(shè)置其他部件，只要是能實現(xiàn)相應(yīng)物料的傳輸即可。并且，本實施例中的分離器和分離設(shè)備等行使分離功能的裝置的設(shè)置，均是基于其上游設(shè)備本身是否具有氣固分離功能、固固分離、固液分離等分離功能而確定，因此，在執(zhí)行主要工藝步驟的設(shè)備(氣化、釋氧、氧化設(shè)備)選用不同類型時，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以刪除上述實施例中的行使分離功能的裝置，或在上述實施例中添加行使分離功能的裝置。

實施例二

本實施例提供一種半焦氣化制備合成氣的方法，該方法應(yīng)用上述實施例一的系統(tǒng)，包括如下步驟：

s1、載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)器1中、在高溫下并在水蒸氣的氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣、以及釋氧后的載氧體顆粒，混合氣和釋氧后的載氧體顆粒經(jīng)過分離設(shè)備3分離后分別送入氣化反應(yīng)器6和氧化反應(yīng)器2；

s2、混合氣與半焦在氣化反應(yīng)器6中、在高溫下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣；

s3、粗合成氣依次經(jīng)過冷凝器7和除塵器8去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣，存儲在儲氣裝置9中，具體地，先在冷凝器7中將粗合成氣與冷凝介質(zhì)(在本實施例中為空氣)換熱，粗合成氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗合成氣并且空氣變?yōu)闊峥諝?，然后再在除塵器8中去除粗合成氣中的灰分，得到合成氣；

s4、釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體(可采用步驟s3中形成的熱空氣)在氧化反應(yīng)器2中、在高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用。

s5，將步驟s3生成的液態(tài)水與步驟s4生成的貧氧氣體和外來的工業(yè)煙氣進(jìn)行換熱，形成水蒸氣，將所形成的水蒸氣的一部分直接送入步驟s1中使用，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)并可隨時從蒸汽管網(wǎng)中獲取水蒸氣送入步驟s1中使用，以控制步驟s1中使用的水蒸氣的量。將用于換熱后的貧氧氣體排入大氣。

可理解，上述步驟并非僅執(zhí)行1次，而是在工藝過程中持續(xù)進(jìn)行的。

優(yōu)選地，在步驟s1中，載氧體顆粒為銅基載氧體顆粒、錳基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒、銅錳復(fù)合載氧體顆粒或類鈣鈦礦載氧體顆粒，載氧體顆粒還可為礦石、冶金渣、礦渣等工業(yè)廢料。

優(yōu)選地，在步驟s1中，載氧體顆粒的粒徑為200-1000μm。

優(yōu)選地，在步驟s1中，釋氧反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300-1100℃。

優(yōu)選地，在步驟s2中，半焦為煤焦、生物質(zhì)焦、煅后石油焦和垃圾焦中的一種或多種組合，半焦呈顆粒狀，粒徑為50-150μm。

優(yōu)選地，在步驟s2中，氣化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為750-1200℃；

優(yōu)選地，在步驟s4中，含氧氣體中氧氣的體積濃度為5％-21％，氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-1000℃。

綜上，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，釋氧后的載氧體顆粒再與含氧氣體反應(yīng)，實現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間循環(huán)，實現(xiàn)連續(xù)的制氧過程。這種制氧過程成本低、能耗低。并且，以生成的氧氣和水蒸氣作為氣化劑在氣化反應(yīng)器6中與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，因合成氣中無氮氣，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高。

并且，通過控制參與釋氧反應(yīng)的水蒸氣的量，進(jìn)而可控制釋氧反應(yīng)獲得的水蒸氣和氧氣的含量比。因為最終獲得的合成氣可能是用于合成乙醇、甲醇等多種化學(xué)品，因此面對不同的目標(biāo)化學(xué)品，合成氣中的h2和co的比例是可能有不同要求的，本方法能夠通過先將一部分換熱獲得的水蒸氣儲存起來以作為調(diào)節(jié)參與釋氧反應(yīng)的水蒸氣的量的方式，調(diào)整釋氧反應(yīng)得到的水蒸氣和氧氣的含量比，就等于可以調(diào)整合成氣中的h2和co的比例。由此，本方法能夠適用于不同的目標(biāo)化學(xué)品的制備并且實現(xiàn)這種適用的方法極為簡便，大大節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。

并且，本實施例的系統(tǒng)實現(xiàn)了熱量在氣化反應(yīng)、釋氧反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間的傳遞，整體能量利用效率更高。具體而言，貧氧氣體帶有的熱量用于生成水蒸氣供應(yīng)給釋氧反應(yīng)，釋氧后的載氧體顆粒又將熱量用于生成貧氧氣體，在載氧體顆粒循環(huán)使用的同時，也形成了能量的循環(huán)，降低了能耗，能量利用率高。進(jìn)一步，釋氧過程生成的混合氣在參與氣化反應(yīng)生成粗合成氣后，粗合成氣的熱量為空氣加熱，形成的熱空氣再次參加氧化反應(yīng)。綜上，從整體而言，熱量在釋氧反應(yīng)、氣化反應(yīng)、空氣反應(yīng)之間循環(huán)利用，降低了能耗，能量利用率高。

并且，液態(tài)水經(jīng)過換熱形成水蒸氣作為釋氧反應(yīng)的載氣，實現(xiàn)廢水的零排放，更加環(huán)保。此外，降溫后的貧氧氣體排入大氣，也有利于環(huán)保。

并且，載氧體顆粒在生產(chǎn)過程中循環(huán)利用，生產(chǎn)過程中無需外加，節(jié)約了原料，載氧體使用效率高。

綜合上述描述，本實施例提供的方法，工藝流程簡單，創(chuàng)新性將釋氧反應(yīng)生成的氧氣和水蒸氣混合氣用做半焦氣化的氣化劑，制備高熱值合成氣，各反應(yīng)相互耦合實現(xiàn)了熱量以及水資源的循環(huán)利用，具有重要的節(jié)能減排現(xiàn)實意義。

當(dāng)然，本發(fā)明的方法不局限于采用實施例一所示出的系統(tǒng)，只要能夠完成上述步驟s1至步驟s5即可。并且，需強(qiáng)調(diào)的是，雖然在方法中以s1-s5進(jìn)行了排序，但不構(gòu)成對步驟先后順序的限定，除非后步驟必須利用先步驟的產(chǎn)物或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的需要先步驟先執(zhí)行的情況，否則并不局限于上述實施例所列出的順序，并且結(jié)合上述詳細(xì)描述可知，一些步驟同時進(jìn)行最為有益，例如步驟s2和步驟s4。

可理解，在上述實施例的系統(tǒng)和方法中，在生產(chǎn)剛剛啟動時，向釋氧反應(yīng)器1中注入的載氧體顆粒和水蒸氣、向氧化反應(yīng)器2中注入的含氧氣體(空氣)均是系統(tǒng)外來的，但當(dāng)生產(chǎn)穩(wěn)定后，向釋氧反應(yīng)器1中注入的載氧體顆粒和水蒸氣以及向氧化反應(yīng)器2中注入的含氧氣體(空氣)均是在系統(tǒng)中循環(huán)使用的。

以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。