[发明专利]循环流化床热解-气化装置及方法

说明书

本发明涉及一种循环流化床热解‑气化装置及方法，主要解决了现有技术焦油产率低、低阶煤难以利用以及对热载体的过度依赖等问题。本发明通过采用循环流化床，并由热解炉及气化炉两部分组成，主要包括以下步骤：原料煤与生物质的混合物于热解炉上部加入，被来自于气化炉的高温循环半焦加热，发生热解反应并产生热解气、焦油以及半焦；通过分离，半焦被依次送入返料器及气化炉发生气化反应，从而获得大量的高温半焦颗粒以及合成气产品，高温循环半焦被送入热解炉继续为原料提供热量进行热解，可用于煤化工技术领域。

技术领域

本发明属于生物质和煤热解气化分级利用技术领域，具体涉及循环流化床热解-气化装置及方法。

背景技术

煤、石油、天然气是世界三大一次能源，其中煤炭在世界能源储量中约占79％，煤是产生动力、热、煤焦加工和副产柏油的主要燃料资源之一。我国是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变，据统计，我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了66％。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。我国低阶煤储量占煤炭资源总量的55％以上，但其含水分高、煤化程度低，直接燃烧的效率低，不仅浪费资源而且污染环境，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。因此，以减少污染为目的的煤炭转化技术受到了极大的重视。在众多的煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要的工艺过程。实现煤炭的高效洁净利用是我国实现能源可持续发展的关键，也是解决全球面临的能源和环境问题的有效途径。

生物质主要有植物光合作用固定太阳能而形成的碳水化合物，具有分布广泛、储量巨大、环境友好，尤其是温室气体零排放等特点，并且是唯一可以同时转化为气体、液体和固体燃料的可再生资源。相比煤炭，其结构较为疏松，氢、氧等元素的含量也较高，热解可产生富氢气体或丰富的焦油，且生物质的气化反应活性也相对较高。据报道，生物质与煤炭共气化或共热解过程中，还存在一定的协同作用，因此，生物质与煤共热解或共气化不仅克服了两者单独气化或热解过程中的一些问题，而且提高了气化或热解的效率，是一种非常经济、环保的能源利用方式。

煤或生物质气化制合成气，能够进而合成出多种化工产品(如甲醇、乙烯、丙烯等)，是热化学转化技术中最具发展情景的技术。另外生物质闪速热解，可以获得大量的生物质油，能降低对环境的污染和提高资源的利用双重效果，研究发现，生物质油是极好的液体燃料和化工产品原料，因此，生物质制油技术也同样受到了广泛的关注。

传统的生物质或煤气化制合成气工艺，通常采用空气-水蒸气、空气、空气-二氧化碳等作为气化介质，于高温条件下与原料进行气化反应，从而获得合成气，其能保证连续生产的同时，且处理效率较高。但是由于生成的气体中多夹杂焦油，一般需要后续设备来处理焦油和重整合成器等问题，致使操作繁琐，流程复杂。而传统的生物质闪速热解制油通常是指在生物质完全缺氧或有限供氧的条件下热解，其热解产物以可冷凝气体为主，最后冷凝变成生物质油，其制油工艺过程简单、液体产物收率高，但在该工艺过程中需要配套热源以供原料热解所需的热量。在现有技术中通常采用加热后的沙粒等物质作为热载体，供给原料热解所需的热量。但是，热载体的加入，不但增大了原料成本，同时也给后续分离处理带来了诸多困难，使得整个工艺流程的操作变得繁琐，且存在对设备造成磨损、动力消耗大等问题。

为解决上述传统工艺中的困难，中国发明专利CN102504842A提出了一种热解-气化-燃烧三流化床装置，旨在实现合成气-焦油联产，但该工艺热解装置采用鼓泡床反应器，中低阶煤在该反应器中停留时间分布广，且停留时间较长，降低了对目标产物焦油的选择性，不利于高品质焦油的生成。日本东京大学(Chemical Engineering Journal,164(2010)221-229；Chemical Engineering Science,66(2011)4212-4220)提出了气化热解分级利用工艺，实现了对热解时间的精确控制，同时在气化炉前实现了热解气固产物分离，避免了挥发分对半焦气化制合成气的抑制作用，但该工艺采用石英砂作为载热物质，导致设备严重磨损。