本發(fā)明屬于煤電化工一體化領(lǐng)域，涉及一種基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)，燃煤火力發(fā)電是二氧化碳的最大排放源之一，研究開發(fā)新型煤基燃料發(fā)電技術(shù)對(duì)我國(guó)煤炭資源的清潔高效利用以及減少二氧化碳排放具有重要意義。目前的燃煤二氧化碳回收方法包括燃燒前捕集、燃燒中捕集和燃燒后捕集等，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)燃煤二氧化碳的回收，但是獲取高濃度的二氧化碳會(huì)顯著降低發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃料和空氣的非混合燃燒，以氧載體代替空氣，在燃料反應(yīng)器中，燃料與氧載體反應(yīng)，完成燃料的氧化，被還原的氧載體返回到空氣反應(yīng)器，與空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氧載體的再生?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)避免了燃料與空氣的直接接觸，可以顯著減少傳統(tǒng)燃煤方式下氮氧化物的生成，降低了氮氧化物的處理成本，在燃料反應(yīng)器中燃料完全氧化后，產(chǎn)物主要是二氧化碳和水蒸氣，只需要簡(jiǎn)單的冷凝處理就可以得到高純度的二氧化碳，便于后續(xù)的捕集和封存?；瘜W(xué)鏈燃燒與傳統(tǒng)的燃煤方式相比，既可以減少氮氧化物的排放，降低氮氧化物的處理成本，又可以得到高純度的二氧化碳，降低二氧化碳捕集的成本。在煤直接化學(xué)鏈燃燒過程中，氧載體要在與煤的多次還原和空氣的氧化再生過程中保持反應(yīng)活性，才能保證煤的充分轉(zhuǎn)化，然而煤中的硫、氮等組分對(duì)氧載體的活性有很大的危害，嚴(yán)重的會(huì)使氧載體中毒失去活性，影響化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的進(jìn)行。

煤，尤其是低階煤，含有較多的揮發(fā)分，進(jìn)行低溫干餾可以得到半焦和相當(dāng)數(shù)量的焦油、煤氣。在干餾過程中，煤中相當(dāng)數(shù)量的硫和氮都遷移到焦油和煤氣中，半焦所含的硫、氮等污染物少于原料煤，煤氣中的含氮、含硫污染物經(jīng)過凈化工藝可以脫除。因此，煤經(jīng)過干餾和氣體凈化之后，可以得到相對(duì)潔凈的半焦和煤氣等煤基燃料，大大減輕對(duì)化學(xué)鏈燃燒過程中氧載體的毒害。干餾后的半焦溫度較高，現(xiàn)行的濕法熄焦會(huì)造成半焦余熱的浪費(fèi)，干法熄焦成本較高，還會(huì)帶來半焦的損耗。合理的利用半焦的余熱對(duì)于節(jié)能有重要的意義。

因此，如果能夠開發(fā)出一種新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將煤干餾和化學(xué)鏈燃燒技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，則會(huì)對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)的煤直接燃燒方式帶來變化。但是，目前已公開的報(bào)道中，煤干餾和化學(xué)鏈燃燒大多單獨(dú)出現(xiàn)，或者與其他工藝相結(jié)合，如中國(guó)專利cn102703097a介紹了一種用于寬粒徑分布煤的干餾裝置及方法，中國(guó)專利cn103484134a介紹了一種碳?xì)湓瞎腆w熱載體干餾反應(yīng)器與干餾方法，中國(guó)專利cn102798221a介紹了一種化學(xué)鏈燃燒裝置及其使用方法，中國(guó)專利cn105222129a介紹了一種耦合純氧氣化的燃煤化學(xué)鏈燃燒分離co2方法，未曾有將煤干餾和煤基燃料化學(xué)鏈燃燒相結(jié)合的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)⒚焊绅s與煤基燃料化學(xué)鏈燃燒相結(jié)合實(shí)現(xiàn)煤的綜合利用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)包括干餾反應(yīng)器、氣液分離器、氣體燃料反應(yīng)器、第一空氣反應(yīng)器、固體燃料反應(yīng)器、第二空氣反應(yīng)器、熱利用系統(tǒng)及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)；

干餾反應(yīng)器的頂部設(shè)有煤入口，干餾反應(yīng)器的氣體出口與氣液分離器的入口相連通，氣液分離器的氣體出口與氣體燃料反應(yīng)器的氣體入口相連通，氣體燃料反應(yīng)器的氣體出口與余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)相連通，氣體燃料反應(yīng)器的固體出口與第一空氣反應(yīng)器的固體入口相連通，第一空氣反應(yīng)器的固體出口與氣體燃料反應(yīng)器的固體入口相連通，第一空氣反應(yīng)器的氣體出口與熱利用系統(tǒng)相連通；

干餾反應(yīng)器的固體出口與固體燃料反應(yīng)器的一個(gè)固體入口相連通，固體燃料反應(yīng)器的固體出口與第二空氣反應(yīng)器的固體入口相連通，第二空氣反應(yīng)器的固體出口與固體燃料反應(yīng)器的另一個(gè)固體入口相連通，第二空氣反應(yīng)器的氣體出口與熱利用系統(tǒng)相連通，固體燃料反應(yīng)器的氣體出口與固體燃料反應(yīng)器的氣體入口及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)相連通，固體燃料反應(yīng)器的底部設(shè)有灰渣出口。

還包括用于為第一空氣反應(yīng)器及第二空氣反應(yīng)器提供空氣的空氣供給系統(tǒng)，空氣供給系統(tǒng)與第一空氣反應(yīng)器的氣體入口及第二空氣反應(yīng)器的氣體入口相連通。

氣液分離器的氣體出口與氣體燃料反應(yīng)器的氣體入口通過煤氣分離凈化裝置相連通。

還包括煤焦油加工系統(tǒng)，其中，氣液分離器的液體出口與煤焦油加工系統(tǒng)相連通。

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒方法包括以下步驟：

1)向干餾反應(yīng)器中加入煤，煤在干餾反應(yīng)器中熱解形成氣相產(chǎn)物及固體半焦，固體半焦進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器中，氣相產(chǎn)物進(jìn)入到氣液分離器中進(jìn)行氣液分離，氣液分離器分離出來的煤氣進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器中，第一空氣反應(yīng)器輸出的氧載體a進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器中，在氣體燃料反應(yīng)器中煤氣與氧載體a反應(yīng)生成還原態(tài)氧載體a、二氧化碳a及水蒸氣a，其中，還原態(tài)氧載體a進(jìn)入到第一空氣反應(yīng)器中，二氧化碳a及水蒸氣a進(jìn)入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中；

還原態(tài)載體a與進(jìn)入到第一空氣反應(yīng)器中的空氣進(jìn)行反應(yīng)生成氧載體a及高溫貧氧空氣a，其中，生成的氧載體a進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器中，生成的高溫貧氧空氣a進(jìn)入到熱利用系統(tǒng)中；

來自干餾反應(yīng)器的半焦進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器中，并與進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器中的氧載體b反應(yīng)生成還原態(tài)氧載體b、二氧化碳b及水蒸氣b，其中，生成的還原態(tài)氧載體b進(jìn)入到第二空氣反應(yīng)器中，生成的二氧化碳b及水蒸氣b分為兩路，其中一路返回至固體燃料反應(yīng)器中，另一路進(jìn)入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中，還原態(tài)氧載體b與進(jìn)入到第二空氣反應(yīng)器中的空氣反應(yīng)生成氧載體b及高溫貧氧空氣b，其中，氧載體b進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器中，高溫貧氧空氣b進(jìn)入到熱利用系統(tǒng)中。

固體燃料反應(yīng)器生成的二氧化碳b及水蒸氣b的質(zhì)量比為85:15；

氣體燃料反應(yīng)器生成的二氧化碳a及水蒸氣a的質(zhì)量比為85:15。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)及方法在具體操作時(shí)，將煤干餾與化學(xué)鏈燃燒技術(shù)相結(jié)合，通過煤干餾為化學(xué)鏈燃料系統(tǒng)提供潔凈的燃料，保證氧載體的活力，延長(zhǎng)氧載體的壽命，提高化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的效率，具體的，通過干餾反應(yīng)器進(jìn)行煤干餾，煤干餾的氣相產(chǎn)物通過氣體燃料反應(yīng)器及第一空氣反應(yīng)器生成二氧化碳、水蒸氣及高溫貧氧空氣；煤干餾反應(yīng)生成的半焦經(jīng)固體燃料反應(yīng)器及第二空氣反應(yīng)器生成二氧化碳、水蒸氣及高溫貧氧空氣，其中，生成的二氧化碳及水蒸氣進(jìn)入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)中進(jìn)行利用，生成的高溫貧氧空氣進(jìn)入到熱利用系統(tǒng)中進(jìn)行回收，從而實(shí)現(xiàn)將煤干餾與煤基燃料化學(xué)鏈燃燒相結(jié)合實(shí)現(xiàn)煤的綜合利用。同時(shí)，需要說明的是，煤干餾生成的半焦直接進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器中，避免熄焦帶來的能量損失，同時(shí)氣液分離器能夠分離出煤焦油，經(jīng)濟(jì)效益較好。另外，本發(fā)明產(chǎn)生的高溫貧氧空氣不含氮氧化物，與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電相比，節(jié)省了治理氮氧化物的成本，減少氮氧化物的排放。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為干餾反應(yīng)器、2為氣液分離器、3為煤氣分離凈化裝置、4為氣體燃料反應(yīng)器、5為第一空氣反應(yīng)器、6為固體燃料反應(yīng)器、7為第二空氣反應(yīng)器、8為空氣供給系統(tǒng)、9為熱利用系統(tǒng)、10為余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)包括干餾反應(yīng)器1、氣液分離器2、氣體燃料反應(yīng)器4、第一空氣反應(yīng)器5、固體燃料反應(yīng)器6、第二空氣反應(yīng)器7、熱利用系統(tǒng)9及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10；干餾反應(yīng)器1的頂部設(shè)有煤入口，干餾反應(yīng)器1的氣體出口與氣液分離器2的入口相連通，氣液分離器2的氣體出口與氣體燃料反應(yīng)器4的氣體入口相連通，氣體燃料反應(yīng)器4的氣體出口與余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10相連通，氣體燃料反應(yīng)器4的固體出口與第一空氣反應(yīng)器5的固體入口相連通，第一空氣反應(yīng)器5的固體出口與氣體燃料反應(yīng)器4的固體入口相連通，第一空氣反應(yīng)器5的氣體出口與熱利用系統(tǒng)9相連通；干餾反應(yīng)器1的固體出口與固體燃料反應(yīng)器6的一個(gè)固體入口相連通，固體燃料反應(yīng)器6的固體出口與第二空氣反應(yīng)器7的固體入口相連通，第二空氣反應(yīng)器7的固體出口與固體燃料反應(yīng)器6的另一個(gè)固體入口相連通，第二空氣反應(yīng)器7的氣體出口與熱利用系統(tǒng)9相連通，固體燃料反應(yīng)器6的氣體出口與固體燃料反應(yīng)器6的氣體入口及余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10相連通，固體燃料反應(yīng)器6的底部設(shè)有灰渣出口。

本發(fā)明還包括用于為第一空氣反應(yīng)器5及第二空氣反應(yīng)器7提供空氣的空氣供給系統(tǒng)8，空氣供給系統(tǒng)8與第一空氣反應(yīng)器5的氣體入口及第二空氣反應(yīng)器7的氣體入口相連通；氣液分離器2的氣體出口與氣體燃料反應(yīng)器4的氣體入口通過煤氣分離凈化裝置3相連通。本發(fā)明還包括煤焦油加工系統(tǒng)，其中，氣液分離器2的液體出口與煤焦油加工系統(tǒng)相連通。

本發(fā)明所述的基于煤干餾的煤基燃料化學(xué)鏈燃燒方法包括以下步驟：

1)向干餾反應(yīng)器1中加入煤，煤在干餾反應(yīng)器1中熱解形成氣相產(chǎn)物及固體半焦，固體半焦進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器6中，氣相產(chǎn)物進(jìn)入到氣液分離器2中進(jìn)行氣液分離，氣液分離器2分離出來的煤氣進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器4中，第一空氣反應(yīng)器5輸出的氧載體a進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器4中，在氣體燃料反應(yīng)器4中煤氣與氧載體a反應(yīng)生成還原態(tài)氧載體a、二氧化碳a及水蒸氣a，其中，還原態(tài)氧載體a進(jìn)入到第一空氣反應(yīng)器5中，二氧化碳a及水蒸氣a進(jìn)入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10中；

還原態(tài)載體a與進(jìn)入到第一空氣反應(yīng)器5中的空氣進(jìn)行反應(yīng)生成氧載體a及高溫貧氧空氣a，其中，生成的氧載體a進(jìn)入到氣體燃料反應(yīng)器4中，生成的高溫貧氧空氣a進(jìn)入到熱利用系統(tǒng)9中；

來自干餾反應(yīng)器1的半焦進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器6中，并與進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器6中的氧載體b反應(yīng)生成還原態(tài)氧載體b、二氧化碳b及水蒸氣b，其中，生成的還原態(tài)氧載體b進(jìn)入到第二空氣反應(yīng)器7中，生成的二氧化碳b及水蒸氣b分為兩路，其中一路返回至固體燃料反應(yīng)器6中，另一路進(jìn)入到余熱利用及二氧化碳捕集系統(tǒng)10中，還原態(tài)氧載體b與進(jìn)入到第二空氣反應(yīng)器7中的空氣反應(yīng)生成氧載體b及高溫貧氧空氣b，其中，氧載體b進(jìn)入到固體燃料反應(yīng)器6中，高溫貧氧空氣b進(jìn)入到熱利用系統(tǒng)9中。

其中，固體燃料反應(yīng)器6生成的二氧化碳b及水蒸氣b的質(zhì)量比為85:15；氣體燃料反應(yīng)器4生成的二氧化碳a及水蒸氣a的質(zhì)量比為85:15。

本發(fā)明中的煤可以為褐煤和低階煙煤。

需要指出的是，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和特點(diǎn)，具體的實(shí)施方法，如煤種、干餾爐類型、煤氣凈化方式、熱利用系統(tǒng)9類型等等仍可進(jìn)行修改和改進(jìn)，但都不會(huì)由此而背離權(quán)利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍和基本精神。