一种新型褐煤气化系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种褐煤气化技术，尤其涉及一种新型褐煤气化系统及方法。
【背景技术】
[0002]能源是社会经济发展的基础，随着社会的发展，人们对能源的需求越来越多，能源的利用和开发制约着经济社会的发展，影响着人类赖以生存的自然环境。中国经济目前正处在从高速发展向平稳增长转型的关键阶段，处于工业化、城镇化发展的阶段，对能源的需求更加紧迫。目前，煤炭占我国一次能源生产和消费总量的75%和70%。这种生产和消费结构决定了未来几十年内，煤炭的主导地位不会改变，同时生产和利用煤炭所引起的环境问题也会日益突出。随着高阶煤资源的逐步减少，对低阶煤的开发和清洁利用更加紧迫。我国褐煤探明保有资源量为1291.32亿t，占全国探明保有煤炭资源量的12.69%，开发褐煤综合高效利用途径和方法，将会缓解我国能源需求的紧张局势。
[0003]褐煤是煤化程度最浅的煤种，具有水分高、挥发分高、热值低、易风化碎裂、灰分高等特性，因此它的应用范围和运输距离受到很大限制，难于进行有效洁净利用。但是，褐煤的低变质性和高反应性使得它是气化的优质原料；煤炭气化技术也是煤炭转化的主要途径，气化所生产的合成气可以用来发电、合成液体燃料和各种化学品。
[0004]与高阶煤比，褐煤还具有氧含量高，富含碱金属碱土金属，挥发分高等特点，在热解和气化时的反应特性不同。褐煤等低阶煤在气化时，产生的活性较高的挥发分不能及时排出，与产生的焦颗粒发生相互作用。这种作用将会导致碱金属和碱土金属的挥发，改变半焦的结构(特别是促进芳环的缩聚反应)，改变催化剂的分布，最终改变焦的反应活性。
[0005]利用现有技术中的气化工艺(固定床、流化床和气流床气化工艺)气化褐煤等低阶煤时，都不同程度上受挥发分-焦相互作用的不利影响。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种节水、节能、气化效率高、产品气品质好的新型褐煤气化系统及方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]本发明的新型褐煤气化系统，包括气化炉、分离器、催化重整器、冷凝器，所述气化炉内自上而下分为上部区域、中部区域和下部区域，所述上部区域与中部区域之间设有缩径，所述上部区域的内设有下端开口的内筒，所述内筒内的空间为二次干燥区，所述中部区域为气化区，所述下部区域为储渣仓，所述储渣仓的底部设有排渣口 ；
[0009]所述气化炉的顶端设有气化炉喷嘴，所述气化炉喷嘴的下端伸入到所述内筒中，所述气化炉喷嘴的上端与螺旋进料机和空气介质的干法分选装置连接，所述上部区域的侧壁设有高温煤气入口；
[0010]所述中部区域的的上部为直筒状、下部为锥形状，所述直筒状的侧壁设有出气口，所述锥形状的侧壁设有气化剂入口；
[0011]所述出气口与所述分离器连接，所述分离器上端的气体出口分别与所述高温煤气入口和所述催化重整器的进口连接，所述催化重整器的出口与所述冷凝器连接；
[0012]所述分离器的下端设有含碳颗粒出口，所述催化重整器的上端和下端分别设有催化剂进口和失活催化剂出口，所述冷凝器设有煤气出口和循环水进、出口。
[0013]本发明的上述的新型褐煤气化系统实现褐煤气化的方法，采用褐煤为原料依次进行如下步骤:
[0014]以空气为介质脱除煤粉中的灰分和外水，并采用螺旋进料机输送至所述气化炉的二次干燥区；
[0015]在所述二次干燥区，煤粉进行二次干燥并与气化剂进行气化反应，所生成的挥发分和半焦并流进入所述气化区，所需热量来自内筒外部的高温煤气；
[0016]在所述气化区，半焦被分离和完全气化，固体部分进入所述储渣仓并通过所述排渣口排出；
[0017]在所述气化区生成的粗煤气和挥发分进入分离器，将煤气和含碳颗粒分离，分离的粗煤气一部分进入气化炉为二次干燥提供热量，含碳颗粒再次进入所述气化炉发生气化反应;
[0018]分离的粗煤气另一部分依次进入所述催化重整器和冷凝器，经过催化重整器进行净化，通过冷凝器降温，去除携带的水蒸气，获得净煤气，进入后续加工。
[0019]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的新型褐煤气化系统及方法，将干法分选、干燥、温和气化有机结合，利用空气分选，高温煤气干燥，可在常压中低温(不高于1373K)条件下进行气化，具有节水、节能、气化效率高、产品气品质好等优点，可用于褐煤及高反应性含碳原料(如生物质)的温和气化，用来高效生产煤气、水煤气以及合成气。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例提供的新型褐煤气化方法的流程示意图。
[0021]图2为本发明实施例提供的新型褐煤气化系统结构示意图。
[0022]图中:
[0023]I一螺旋进料机；2—气化炉喷嘴；3 —尚温煤气入口 ；4一内筒；5—二次干燥区；6 —出气口 ；7—气化区；8—气化剂入口 ；9一储渣仓；10—排渣口 ；11 一分离器；12—催化重整器；13—冷凝器。
【具体实施方式】
[0024]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0025]本发明的新型褐煤气化系统，其较佳的【具体实施方式】是:
[0026]包括气化炉、分离器、催化重整器、冷凝器，所述气化炉内自上而下分为上部区域、中部区域和下部区域，所述上部区域与中部区域之间设有缩径，所述上部区域的内设有下端开口的内筒，所述内筒内的空间为二次干燥区，所述中部区域为气化区，所述下部区域为储渣仓，所述储渣仓的底部设有排渣口 ；
[0027]所述气化炉的顶端设有气化炉喷嘴，所述气化炉喷嘴的下端伸入到所述内筒中，所述气化炉喷嘴的上端与螺旋进料机和空气介质的干法分选装置连接，所述上部区域的侧壁设有高温煤气入口；
[0028]所述中部区域的的上部为直筒状、下部为锥形状，所述直筒状的侧壁设有出气口，所述锥形状的侧壁设有气化剂入口；
[0029]所述出气口与所述分离器连接，所述分离器上端的气体出口分别与所述高温煤气入口和所述催化重整器的进口连接，所述催化重整器的出口与所述冷凝器连接；
[0030]所述分离器的下端设有含碳颗粒出口，所述催化重整器的上端和下端分别设有催化剂进口和失活催化剂出口，所述冷凝器设有煤气出口和循环水进、出口。
[0031]所述气化炉的炉体采用耐火砖砌筑，外壁采用不锈钢材料。
[0032]所述催化重整器为一个或多个串联布置。
[0033]本发明的上述的新型褐煤气化系统实现褐煤气化的方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0034]采用褐煤为原料依次进行如下步骤:
[0035]以空气为介质脱除煤粉中的灰分和外水，并采用螺旋进料机输送至所述气化炉的二次干燥区；
[0036]在所述二次干燥区，煤粉进行二次干燥并与气化剂进行气化反应，所生成的挥发分和半焦并流进入所述气化区，所需热量来自内筒外部的高温煤气；
[0037]在所述气化区，半焦被分离和完全气化，固体部分进入所述储渣仓并通过所述排渣口排出；
[0038]在所述气化区生成的粗煤气和挥发分进入分离器，将煤气和含碳颗粒分离，分离的粗煤气一部分进入气化炉为二次干燥提供热量，含碳颗粒再次进入所述气化炉发生气化反应;
[0039]分离的粗煤气另一部分依次进入所述催化重整器和冷凝器，经过催化重整器进行净化，通过冷凝器降温，去除携带的水蒸气，获得净煤气，进入后续加工。
[0040]气化过程中采用的气化剂为H20、O2及其混合气，所述气化炉采用自热式，并通过调节氧气、水蒸气的配比，维持反应温度。
[0041]所述气化炉的工作温度在800?1100°C。
[0042]所述催化重整器所用的催化剂为褐煤或负载金属褐煤经热解及水蒸气活化所得。
[0043]该方法生产煤气、水煤气及合成气能应用于甲醇、合成氨的生产、发电、化工领域。
[0044]为充分利用褐煤煤质特性，本发明的新型褐煤气化系统及方法，将褐煤的干燥、分选和气化有机结合，开发出了适合我国褐煤高灰、高水、高活性及易碎裂粉化等煤质特征的新型褐煤气化工艺系统(简称“DDI”气化技术)。以褐煤为原料，水蒸气和氧气为气化剂，采用下行床干燥、气化结合的方式，能够有效提高气体的质量和半焦转化效率。
[0045]能够有效气化褐煤和高转化率。
[0046]本发明的新型褐煤气化系统及方法，气化系统包括干法分选、二次干燥、温和气化炉和催化重整单元等。褐煤原煤首先进行破碎，送入干法分选装置在空气条件下脱灰脱水；分选后的原料经螺旋进料机，送入温和气化炉；煤粉和气化剂(H20、02、N2, 0)2等)一起从气化炉顶部喷嘴并流进入气化炉，气化炉内设有内筒，煤粉和气化剂在内筒发生二次干燥和部分气化，生成挥发分和半焦，内筒外部由高温煤气提供热量；气化炉分为三个区域，上部区域主要发生二次干燥和部分气化反应，在中部区域，半焦和挥发分分离，半焦发生完全气化反应，下部区域为储渣仓和排渣口 ；生成的半焦和挥发分从上部区域进入中部区域，在此挥发分和半焦分离，半焦与二次通入的气化剂(H2OA)2)发生完全气化反应，生成的粗煤气和挥发分一起经出气口排出；粗煤气经分离器脱除含碳颗粒后，一部分从气化炉上部进入为二次干燥提供热量，另一部分进入催化重整装置，将少量的焦油催化转化为轻质气体，冷凝后得到高质量的合成气，分离器排出的含碳颗粒再次进入气化炉进行气化；在气化炉中部区域，半焦完全气化产生的灰渣进入储渣仓，通过排渣口排出。催化重整装置所用催化剂为褐煤或褐煤负载金属经活化后的半焦炭，具有成本低、无环境污染等特点。本发明将干法分选、干燥、温和气化有机结合，利用空气分选，高温煤气干燥，在常压中低温(不高于1373K)条件下进行气化，具