[发明专利]一种高效清洁低碳煤分级利用方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源清洁与高效利用领域，具体为一种在三联循环流化床中实现的煤分级转化，电、煤气、焦油多联产，污染物近零排放，低成本CO₂捕集的方法与装置。

背景技术

煤作为一种储量丰富、价格低廉的化石燃料，在化工领域及电力行业占据着极其重要的地位。尤其在我国，煤炭资源相对丰富，在能源结构中所占比例很大。但是煤炭通常直接被用于燃烧发电。煤炭中的高工业附加值、低热值的组分被直接燃烧掉，大大降低了煤的实际利用价值；同时煤直接燃烧发电产生了大量CO₂，加剧了温室效应，造成了全球气候恶化。特别是近些年，能源紧缺，全球变暖，气候灾害严重，使能源资源的节能减排技术越来越受到人们的重视。

目前，在煤的高效利用方面，较成熟的方法是煤的分级转化多联产技术。该方法基于煤热解技术，将煤在热解炉反应器2中热解，气液产物被分离收集，用做化工原料等；剩余半焦被用于流化床燃烧放热，进而用于发电。该方法实现了煤的电、气、焦油的多联产综合利用，有效地提高了煤炭资源的利用率，具有良好的经济效益。但是并没有解决CO₂大量排放的问题。

而化学链氧解耦燃烧技术(CLOU)避免了燃料与空气直接接触，通过氧载体在空气反应器及燃料反应器内循环来传递氧气供给燃料燃烧。该方法是一种新型燃烧技术，具有CO₂高效低能耗回收、化学能梯级利用、抑制NO_x生成和近零排放等优点，是解决能源高效清洁利用的重要技术之一。但是化学链氧解耦燃烧技术通常直接以化石燃料作为燃料，没有充分利用燃料中的高附加值组分。

鉴于煤分级多联产技术与化学链氧解耦燃烧技术优良的互补特性，本发明试图在已有成熟技术的基础上，实现煤的分级转化、高效利用并低成本的捕集CO₂。

发明内容

本发明提供一种高效清洁低碳煤分级利用方法与装置，目的在于实现煤的分级转化和高效清洁利用，可以保证燃料(特别是固体燃料如煤粉)高效利用和高浓度CO₂富集，提高燃料的综合利用价值，实现电、气、焦油多联产并减少CO₂及其他污染物(如NO_x和SO_x)排放。

本发提供的清洁低碳煤分级利用方法，该方法包括下述步骤：

第1步将热解炉反应器调节为500～900℃，送入热解燃料，并通入流化气流化，燃料热解为粗煤气和半焦；

第2步粗煤气经过气液分离，获得清洁煤气及焦油，进行收集利用，半焦送入化学链氧解耦燃料反应器中，与氧载体释放的O₂反应放热，产物为煤灰和水蒸气、CO₂，煤灰分离并收集，气体产物冷凝除水蒸气后可获得高纯度的CO₂，将一部分CO₂作为化学链氧解耦燃料反应器的流化气，一部分CO₂送入热解炉反应器；

第3步部分高纯度的CO₂及部分清洁煤气送入热解炉反应器作为循环烟气和流化气，调节CO₂占流化气的比例以获得不同气化程度的半焦，同时获得不同产量的煤气；

第4步释放了O₂的氧载体送入空气反应器与空气反应氧化，恢复活性，并释放热量，再送回所述化学链氧解耦燃料反应器进行循环使用；

第5步持续不断的送入燃料，重复上述第1步至第4步，直到任务完成，以实现连续的煤气、焦油生产，燃料反应器及空气反应器中化学反应产生热量用于发电，并实现高纯度CO₂的连续捕集。

本发明提供的清洁低碳煤分级利用装置，其特征在于，该装置包括给煤机、热解炉反应器、第一旋风分离器，一级冷却器、二级冷却器、焦油收集器、第一流动密封阀、燃料反应器、第二旋风分离器、第二流动密封阀、空气反应器、第三旋风分离器、第三流动密封阀、第四旋风分离器、冷凝器、煤灰收集器、第五旋风分离器和氧载体收集器；