本發明專利技術涉及固體燃料綜合利用領域，具體地，本發明專利技術涉及一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化裝置及方法。所述方法為：將O2和H2燃燒產生的高溫水蒸氣通入固體燃料中進行低溫熱解，析出揮發分，得到油氣產物和熱解半焦；油氣產物以熱態在高溫水蒸氣作用下熱裂解，經分離后得到輕質產物和重質組分；得到的熱解半焦和重質組分在攜氧高溫水蒸氣作用下氣化，得到水煤氣；水煤氣繼續與水蒸氣反應，得到CO2和H2，經分離，CO2進行封存，H2用于發電。本發明專利技術特點在于利用氫氧燃燒產生的高溫水蒸氣提供熱量；熱解產生的油氣產物以熱態直接進入熱裂解反應器；經熱裂解得到輕質烯烴和BTX等更高附加值產物；通過分級提取，實現固體燃料清潔、高效的綜合利用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于固體燃燒的熱解、熱裂解、氣化綜合利用領域，具體地，本專利技術涉及一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化裝置及方法。
技術介紹
含碳固體燃料經過各種熱轉化工藝(如燃燒、氣化、液化和熱解等)處理可以得到熱能、電能、化學品或燃料，目前大多數工業的加工方法是將煤炭、生物質等含碳原料視為性質單一的物料，通過單一過程將其全部轉化為單一產品。而煤炭直接液化、間接液化、氣化的工藝主要都是獲得一種目的產品，而且獲得油、氣產品的過程比較復雜，條件苛刻，投資較高。經基礎研究表明，以煤為代表的固體燃料，通常由有機物和無機物組成，其中的有 機物在加熱過程中會發生熱分解轉化，生成有機產物和氣體，同時殘留半焦。通過控制操作條件可以有選擇的并盡可能多的獲取有價值的化學中間體、燃料油或燃氣。我國的煤炭資源中高揮發分煤占80%以上，包括約13%的褐煤、42%的次煙煤和33%的煙煤。煤中揮發分富含可直接轉化為高價值化學品、大宗燃料油及燃氣的碳氫結構，而直接燃燒或氣化方式導致煤中揮發分被等同于煤中的固體組分，未能實現資源的梯級利用，會造成煤炭資源高值成分的浪費，也會導致煤制油氣的煤化工路線長、效率低。因此，建立經濟可行的煤基燃料和化學品生產路線已成為我國煤炭利用產業的戰略挑戰和需求。我國對熱解和氣化技術的研究已經有幾十年的歷史，中國科學院山西煤炭化學研究所、煤炭科學研究總院北京煤化學研究所、大連理工大學、中國科學院過程工程研究所等單位在煤的低溫熱解，加氫熱解等方面已做過大量的實驗研究。而且，為了把研究成果推向工業應用，國內已進行了一些多聯產的擴大試驗甚至工業性試驗。例如，國內多家研究所正在研發的多聯供技術，其中代表性的四聯供工藝特點是以循環流化床鍋爐的高溫循環灰作為熱載體，與固體燃料混合后發生熱解，析出可揮發分，分離出的油氣和燃氣被收集；分離出的固體半焦和循環灰一起返回到鍋爐燃燒室中燃燒，產熱、發電，從而實現油、煤氣、熱、電的聯產工藝。但是，大多數聯產工藝，尚未推廣和應用，尤其是聯產油品的工藝，還存在較多的問題。而且，采用熱灰、循環砂為固體熱載體的下行床或流化床熱解工藝中，所得固體產物半焦與固體熱載體顆粒呈固-固混合狀態，分離難度較大，難以得到純半焦產品；所得熱解產物中焦油產率較低，重質焦油組分含量較高。另外，這些多聯產模式均以單一煤氣化為氣頭，通過CO變換反應調整粗煤氣中的碳氫比以滿足合成部分的需要，這不僅增加了系統和技術的復雜性，導致能量的消耗，而且增加了 CO2的排放。根據國際減排要求，需將COB2分離、存儲。目前我國仍是以煤炭能源作為能源工業的主力，約占65 70%左右。煤炭以及一些重質油如煤焦油、減壓渣油等直接燃燒時將釋放大量的CO2，勢必造成國際碳稅的制約。進入21世紀，我國需要解決能源工業結構調整的問題。一方面加快水力發電，風能、太陽能等可再生能源的發展；一方面需要逐步將煤炭、重質烴轉化為氫能，使氫能和天然氣等清潔能源逐步取代現在煤炭和石油的大部分份額。因此，為了解決能源中的煤及重質烴轉變為氫氣和清潔能源的問題，有必要將新工藝的發展提上日程。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化裝置。本專利技術的再一目的在于提供一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法。根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，所述方法包括以下步驟I)將O2和H2燃燒產生的高溫水蒸氣通入固體燃料中，發 生固體燃料的低溫熱解，析出揮發分，得到熱解油氣產物，同時得到熱解半焦；2)步驟I)得到的熱解油氣產物熱態在通入的高溫水蒸氣作用下進行熱裂解，經分離后得到輕質產物和重質組分；3)步驟I)得到的熱解半焦和步驟2)中得到的重質組分在通入的攜氧高溫水蒸氣作用下氣化，得到水煤氣，同時排出爐渣；4)將步驟3)得到的水煤氣和通入的水蒸氣反應，得到CO2和H2，經分離，得到的CO2進行封存，得到的H2用于發電或返回到步驟I)中制備高溫水蒸氣。根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，所述步驟I)中的固體燃料為煤時，應為含較高揮發分的煙煤和褐煤；也可能推廣于其它固體燃料，如油砂、生物質，油頁巖等。所述固體物料若是球團，其粒度最好為20 30毫米；物料若為粉狀，其粒度應小于3毫米。根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，所述步驟I)中由O2和H2燃燒產生的高溫水蒸氣，根據需要，其溫度可控制在1000 2000°C。所述步驟I)中用于產生超高溫水蒸氣的氫氣可以是稍許過量的；熱解中提取揮發分的溫度為500 900°C，熱解反應為常壓。所述步驟2)中熱態的熱解油氣產物在由氫氧燃燒控制器產生的高溫水蒸氣作用下發生熱裂解反應，熱裂解溫度應控制在600 900°C。所述步驟3)氣化反應的溫度應高于1000°C，壓力為3 5MPa，發生氣化反應的氣化劑為來自氧氣-水蒸氣發生器的攜氧高溫水蒸氣；氣化反應后排出的爐渣為高溫液態爐渣。此外，本專利技術還提供了一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化裝置，所述裝置包括加料器I、熱解反應器2和氣化爐6，其特征在于，所述裝置還包括氫氧燃燒控制器3、熱裂解反應器4、氧氣-水蒸氣發生器5、水煤氣轉化反應器7和冷凝分離器8 ；粉狀物料或物料球團經加料器I進入熱解反應器2，O2和H2在氫氧燃燒控制器3內反應生成的高溫水蒸氣通入熱解反應器2中，發生煤的低溫熱解，析出揮發分，得到熱解油氣產物，同時得到熱解半焦；所述熱解油氣產物熱態直接進入熱裂解反應器4，在由氫氧燃燒控制器3內反應產生的高溫水蒸氣的作用下，發生熱解油氣產物的熱裂解反應，經分離得到輕質烯烴(C2-C6)、BTX(三苯，即苯、甲苯和二甲苯)和重質組分；所述熱解半焦和重質組分進入氣化爐6，在由氧氣-水蒸氣發生器5產生的攜氧高溫水蒸氣作用下，發生半焦和重質組分的氣化反應，得到水煤氣，并通入水煤氣轉化反應器7，得到CO2和H2，得到的H2返回氫氧燃燒控制器3中循環使用，或者直接用于發電；所述的重質組分還可用于加氫裂解以得到化工產品。所述熱解反應器2采用模擬移動床熱解反應器，該模擬移動床熱解反應器中設置若干床層，每個床層與氫氧燃燒控制器3之間設有閥門，并且每個床層都設有排氣口，以及所述的排氣口都與CO紅外檢測儀連接。 所述熱解反應器2采用流化床熱解反應器或固定床熱解反應器，所述的熱解反應器的排氣口處設有CO紅外檢測儀。根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，其特點是利用氫氧燃燒產生的高溫水蒸氣作為熱解、熱裂解、氣化的能量來源，其中，氫氧燃燒的氫源可稍許過量，根據熱力學計算，若在燃燒的高溫水蒸氣中保留一些氫氣，可以起到脫酚、脫硫的效果O根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，熱解得到的油氣產物通過熱裂解生成小分子的輕質烯烴(C2-C6)、BTX(三苯)等可作為化工原料；重質油可加氫裂解生成汽油、柴油等產品；以縮核芳烴為主的重質組分可返回氣化爐氣化造氣；熱解反應器的排氣口都與紅外檢測儀連接，用于檢測出口的CO濃度；固體燃料熱解完成后排出的高溫半焦，在氣化爐中與通入的攜氧高溫水蒸氣直接發生氣化反應，可降低能耗。根據本專利技術的固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化方法，在水煤氣轉化爐中，由氣化反應生成的CO，在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解？裂解？氣化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：1)將O2和H2燃燒產生的高溫水蒸氣通入固體燃料中，發生固體燃料的低溫熱解，析出揮發分，得到熱解油氣產物，同時得到熱解半焦；2)步驟1)得到的油氣產物在通入的高溫水蒸氣作用下進行熱裂解反應，經分離后得到輕質產物和重質組分；3)步驟1)得到的熱解半焦和步驟2)中得到的重質組分在通入的攜氧高溫水蒸氣作用下氣化，得到水煤氣，同時排出爐渣；4)將步驟3)得到的水煤氣與通入的水蒸氣反應，得到CO2和H2，經分離，得到的CO2進行封存，得到的H2用于發電或返回到步驟1)中制備高溫水蒸氣。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋文立，林偉剛，李松庚，許志宏，郝麗芳，都林，王澤，姚建中，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。