[发明专利]基于螺旋热解器和流化床气化器的低阶燃料低温气化装置

说明书

基于螺旋热解器和流化床气化器的低阶燃料低温气化装置，属于低阶燃料的气化领域。电机一动力输出轴与齿轮变速箱动力输入轴传动连接，一级螺旋热解器与关风器通过齿轮变速箱相互耦合，一、二级螺旋热解器螺旋轴之间通过联轴器连接，二级螺旋热解器与流化床气化器连通；二级螺旋热解器上部设有水蒸气入口；流化床气化器与旋风分离器连通，流化床气化器与进气系统连通，排渣管与流化床气化器底部连通；旋风分离器与一级回料管连通，一级回料管与螺旋回料器连通，螺旋回料器与二级回料管连通，二级回料管与二级螺旋热解器连通。本发明利用热解焦原位催化裂解部分焦油及复吸碱金属和碱土金属催化煤焦低温气化，实现了低阶燃料的高效低温气化。

技术领域

本发明涉及一种基于螺旋热解器和流化床气化器的低阶燃料低温气化装置，属于低阶燃料的气化领域。

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）、水蒸气、二氧化碳等作为气化剂，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。

低阶燃料（低阶煤、生物质和厨余垃圾）储量及来源丰富，变质程度低，挥发分高，气化活性高。此外，低阶燃料内部富含的碱金属和碱土金属（低阶煤富含钠、钙和镁，生物质富含钾、钙和镁，而厨余垃圾中主要含有钠）对气化具有良好的催化作用，也可显著提高燃料的气化速率。对低阶燃料（低阶煤及生物质）的热力学计算表明，当反应温度高于700℃时，提供的能量足以保证该燃料的完全气化。

低阶燃料的气化一般包括两个过程，原料的热解和焦炭的气化。常规的气化过程存在两个关键问题，一是合成气中焦油含量高，低温时（200℃）容易冷凝，与水、焦炭等粘结在一起，堵塞送气管道，使气化设备运行发生困难，同时焦油中所含的能量（5%～15%）也得不到有效利用，其中焦油主要来源于低阶燃料的热解过程；二是焦炭的气化速率低，热解过程中低阶燃料内20%~70%的碱金属和碱土金属将以原子或化合物的形式释放到气相中，导致生成的焦炭内催化剂的含量减少，反应性及气化速率大幅降低，不利于碳转化率的提高及气化设备的大型化。

两段式热解气化技术将燃料的热解和焦炭的气化过程分开，进行分段控制，用以促进焦油的分解并提高焦炭的气化速率。其中，较典型的是丹麦科技大学开发的联合外热式螺旋热解器和下吸式固定床气化器的两段气化技术。生物质热解生成的含焦油热解气和高温半焦一起进入下吸式气化炉，当热解气通过高温半焦气化层时脱除其中的焦油，但受外热式螺旋热解器的限制，不易放大，而且下吸式固定床气化器的阻力较大，气化速率较低。中国专利94190559.4公布了一种耦合流化床热解器和上吸式固定床气化炉的低阶煤两段气化工艺。流化床热解过程（400-700℃，＜50atm）中生成的半焦被送入到上吸式固定床内气化（＜1200℃，＜50atm），热解气和气化气各自排出，经混合后被送向终端的发电装置，但混气中焦油含量较高。中国专利CN101440307A公布了一种耦合上吸式固定床气化炉和流化床气化炉的两段气化工艺，利用下段流化床气化炉内的高温进一步裂解上段固定床气化炉生成煤气中的焦油。中国专利CN1916123公布了一种耦合流化床和下吸式固定床的两段气化工艺，该工艺通过半焦床层的催化重整作用有效地降低了焦油含量。中国专利CN102703131公布了一种联合流化床热解器和气流床气化器的两段炉气化方法，利用气流床内的高温热解、部分氧化和半焦的催化重整作用来脱除焦油。国内专利在热解阶段采用自热式流化床或者固定床，有利于设备的放大处理。

但是，在焦油脱除方面，现有专利只在气化阶段通过高温焦炭对焦油的催化裂解或者焦油自身的高温裂解来脱除焦油，气化温度较高，而对焦油在热解阶段的脱除没有考虑；较高的气化温度必然会导致较低的冷气化效率（对煤而言为冷煤气效率），当气化温度从900℃升高到1600℃时，冷气化效率降幅达20%左右。在焦炭气化方面，现有专利通过提高温度或压力的措施来提高气化速率，对低阶燃料内碱金属和碱土金属催化剂的利用不足；较高的气化温度和压力也会导致较高的投资及运行成本。