[发明专利]一种交互循环双流化床固体燃料气化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交互循环双流化床固体燃料气化装置，属于固体燃料能源技术领域。该交互循环双流化床固体燃料气化装置适合应用于煤气化、生物质气化等多个方面。

背景技术

随着当今社会的迅速进步，与之发展过程伴随而生的能源与环境问题日益凸显，这对能源生产和消耗方式的改进以及新能源技术的开发利用产生了现实而又紧迫的需求。

具体就我国国情而言，石油、天然气储量相对较少，尤其是石油需求与国内产量相比缺口很大，需要从海外各产油国大量进口，目前我国对外石油依存度已高达60%，对于保障国家能源安全和维护人民安定生活都是一个重要的隐患。相对于石油与天然气资源的短缺，我国煤炭资源储量丰富且产量巨大，目前煤炭占我国能源消费总量的约七成。另一方面，包括生物质在内的可燃固体废弃物在我国的产量也非常大，特别是生物质资源作为清洁可再生能源之一，此类资源的应用对于弥补能源需求缺口和改善能源消费组成结构具有重要作用，对于可持续发展的实现和生态环境的改善也具有重要的现实意义。

固体燃料气化是未来能源、燃料和化工原料工业的基本技术之一，也是当前固体燃料利用的有效技术之一。通过气化技术利用煤、生物质和各类固体废弃物转化生成产品气或合成气。产品气经处理后既可以直接作为燃料，也可以通过进一步的精制以及甲烷化等手段生产合成天然气作为天然气的替代品使用。合成气则可以被广泛地用于各类化工生产中作为化学合成过程的原料气，通过合成可以生产多种基本化工原料以及可用于替代石油产品的各类燃料油。

气化技术的研究开发至今已有一个多世纪的历史，在其发展过程中形成了多种不同的技术。当前气化技术主要包括固定床/移动床技术、流化床技术和气流床技术三类，其中流化床气化技术具有工作温度适中、生产能力较强等优点，但是仍然存在固定碳的对原料要求较高、气化转化效率不高、控制困难、焦油产量大且产气热值较低等缺点。

双流化床气化技术是一种近年来逐渐引起人们重视的特殊流化床气化技术，通过利用双流化床的特殊结构实现对可燃固体物料气化中复杂化学反应网络的解耦控制，从而对气化过程中产出的能量与物质进行高效利用。当前设计用于气化技术的双流化床装置主要包括鼓泡床耦合鼓泡床、鼓泡床耦合循环床、循环床耦合循环床三类，设计时所采用耦合气化床的类型限定了双流化床气化装置的原料和工作参数，此类装置对物料成分和尺寸的变化应对能力相对较差，不能完全适应多种可燃固体原料应用背景下的实际应用。

发明内容

技术问题：

本发明的目的之一在于提供一种交互循环双流化床固体燃料气化装置。该装置具有双流化床交互循环回路，包括流化床气化炉、气化炉旋风分离器、气化炉气动返料装置、流化床燃烧炉、燃烧炉旋风分离器、燃烧炉气动返料装置。两个返料装置的入口管段分别与旋风分离器固体出口以及反应器溢料管连接。返料装置用于将一个反应器产生固体物料可控的送入另一个反应器中从而实现双流化床反应器间的交互循环与耦合。

本发明的目的之一还在于提供交互循环双流化床固体燃料气化方法。固体燃料在气化反应器进行热解气化产生可燃气体。反应产生的焦/半焦通过返料装置被送入燃烧反应器，在混合有热载体颗粒的情况下燃烧放热。加热后的热载体通过循环回路回到气化反应器中提供气化反应所需的热量。通过使用交互循环双反应器的设计解除气化过程中所涉及的各反应间的耦合，使得对各反应间的相互作用区分利用成为可能，从而提高气化过程所产生能量与物质的利用效率并提升可燃气品质。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种交互循环双流化床固体燃料气化装置，该气化装置包括流化床气化反应器和流化床燃烧反应器；

流化床气化反应器上部出口与气化反应器旋风分离器相连接，而后经返料下降管与气化反应器返料器上部一侧相连接；流化床气化反应器中部设置有溢流斜管与返料下降管相连；气化反应器气动返料器通过燃烧反应器返料斜管与流化床燃烧反应器相连；

流化床燃烧反应器上部出口与燃烧反应器旋风分离器相连接，而后经返料下降管与燃烧反应器返料器上部一侧相连接；流化床燃烧反应器中部设置有溢流斜管与返料下降管相连；燃烧反应器气动返料器通过气化反应器返料斜管与流化床气化反应器相连。

优选的，流化床气化反应器运行的表观气速为0.4～5m/s，流化床燃烧反应器运行的表观气速为0.4～5m/s；流化床气化反应器运行的温度为700～900℃，流化床气化反应器运行的温度为800～1000℃。

本发明还提供了一种交互循环双流化床固体燃料气化方法，该方法包括如下步骤，