[发明专利]流态化气化的预氧化反应器

说明书

流态化气化的预氧化反应器，涉及一种洁净能源预氧化反应器，与输送床或提升管气化反应器连接输送床或下行床预氧化反应器，燃料进入预氧化反应器发生干燥/热解或部分气化，在预氧化反应器生成的产物直接在流态化气化反应器中发生半焦气化和焦油深度裂解/重整，生产低焦油含量合成气或燃气。输送床和下行床预氧化反应器燃料适应性强、气固相互作用强、压降低、运行操作简便。耦合预氧化的气化过程可几乎完全转化焦油、有效降低气化水蒸气用量，实现高效气化。

技术领域

本发明涉及一种洁净能源预氧化反应器，特别是涉及一种流态化气化的预氧化反应器。

背景技术

气化是指以含碳燃料(煤、 煤焦或生物质等)为原料，以氧气(空气、富氧或工业纯氧)、水蒸汽或氢气等作气化剂，在特定的设备内，在一定温度及压力下发生一系列化学反应，将固体燃料转化为含有CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。随着世界天然气、石油资源的日益紧缺，气化是减少环境污染、节能、实现含碳燃料综合洁净利用的重要技术手段。现存气化技术通常分为固定床气化、流化床气化和气流床气化三大类。固定床气化，也称移动床气化是指煤在与生成气逆向逐渐下移过程中被从气化炉底部供入的气化剂所气化的一种技术，其气化生成气的显热被有效利用，生成气的出口温度低，从气化炉底部排出的渣含碳量低，固定床气化实际上代表了至今效率最高的气化技术。然而目前国内常用的固定床气化炉，普遍存在着原料适用性差、处理量小、放大困难、气体转化效率较低、生产的燃气中焦油含量高等问题，严重制约了气化技术的进一步放大和清洁使用。流化床气化炉具有较高的传热、传质速率，能够处理小粒径原料，适合大规模生产，生成的燃气组成和热值都比较稳定。但是生成的气体中仍含有一定量的焦油、热值不高。此外，由于灰分中较高的含碳量，造成碳转化率较低。气流床气化反应温度高，气化强度大，碳转化率高，适合大型的煤化工基地使用，然而其原料灵活性较差，较难用来处理大颗粒的生物质等原料。

鉴于单一气化技术在生产燃气方面存在的问题，20世纪末，两段气化技术一经提出就迅速成为研究的热点。两段气化技术大致可以分为两类：第一类将气化器和高温焦油重整器相结合，利用重整器内的高温、部分氧化、催化剂的催化作用来脱除焦油。此工艺流程长，气化效率低，不易工业放大，催化剂在焦油裂解过程中容易造成积碳，引起催化剂快速失活，导致焦油的转化率往往不高，且增加了催化剂再生的成本。另一种是基于解耦思想将传统的燃料气化过程分为原料热解和半焦气化两个子过程，并分别在两个反应器内进行，充分利用热解半焦的催化作用脱出焦油。此工艺流程短，在燃料气化的同时完成焦油脱除，气体中焦油含量少，净化投资少，有利于降低成本。

目前应用的两段式气化技术为固定床两段气化和流化床两段气化。中国科学院过程工程研究所开发了一种耦合流化床和下吸式固定床的两段气化工艺（CN1916123），该工艺将气化过程解耦为热解和气化两个子过程,分别在流化床热解器和下吸式固定床气化炉中进行。该工艺结合了流化床和下吸式固定床的优点，通过半焦床层的催化重整作用，能有效地降低焦油含量。由于上段流化床热解器比较适合处理较小粒径的原料,当较细小颗粒进入下吸式固定床进行气化反应时,容易造成固定床层通气性差和整体床层压降过大的问题,此外,固定床反应器也存在不易进行工业放大的弊端,因此有必要对工艺进行进一步的改进和优化。专利申请号为201210144562.4的中国专利中涉及一种用于宽粒径分布燃料的两段气化方法及其气化装置。此发明将传统的燃料气化过程分为原料热解和半焦气化两个子过程，并分别在上游的流化床热解器和下游的气流床气化炉内进行。然而此发明中的流化床气化炉操作气速较低，反应以密相区为主，反应器上部物料偏稀，密相区和稀相区温差较大，床料量大，床层压降较大，操作不灵活，难以工业放大。

两段气化工艺中热解器多为固定床和鼓泡流化床，这就不可避免地带来床层压降过大、工业不易放大的问题。

发明内容