雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)

黃 勇，王寧波，靳 皎，楊會民，張曉欠，黨 昱，權(quán)亞文

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心，石油和化工行業(yè)化石碳?xì)滟Y源高效利用工程研究中心，陜西 西安 710000）

雙碳發(fā)展戰(zhàn)略的提出將持續(xù)影響我國經(jīng)濟(jì)及能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，鑒于我國的能源特點(diǎn)并對經(jīng)濟(jì)進(jìn)行考量，高碳能源的清潔低碳轉(zhuǎn)化已成為能源革命的當(dāng)務(wù)之急[1-2]。煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)，是發(fā)展煤基化學(xué)品和液體燃料生產(chǎn)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（ⅠGCC）發(fā)電系統(tǒng)和多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建，以及制氫和燃料電池開發(fā)等工業(yè)過程的關(guān)鍵[3-5]，也是制約我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量綠色發(fā)展的重要因素。

我國現(xiàn)代煤氣化市場上應(yīng)用的先進(jìn)煤氣化技術(shù)分為固定床、流化床與氣流床3大類，其中，固定床氣化技術(shù)方面具有代表性的工藝有魯奇褐煤加壓氣化、碎煤移動床加壓氣化和液態(tài)排渣魯奇爐（BGL）碎煤加壓氣化等；流化床氣化技術(shù)方面具有代表性的工藝有灰熔聚粉煤氣化（U-gas）、灰熔聚流化床粉煤氣化（CAGG）和褐煤流化床氣化（SES）等；氣流床氣化分為干法加壓氣化和濕法水煤漿加壓氣化，具有代表性的干法氣化工藝有殼牌爐、航天爐、西門子氣化爐（GSP）、寧煤爐、東方爐和科林爐（CCG）等，濕法水煤漿加壓氣化工藝有水煤漿氣化（GE）單噴嘴、四噴嘴、清華爐和多元料漿等[6-10]。在已工業(yè)化的先進(jìn)煤氣化技術(shù)中，固定床氣化技術(shù)對煤種要求高、氣化溫度低、碳轉(zhuǎn)化率低且氣體處理困難，難以滿足現(xiàn)代化大規(guī)模氣化的要求。流化床氣化技術(shù)的煤種要求高、灰熔點(diǎn)低、氣化溫度不高且碳轉(zhuǎn)化率低，大型化發(fā)展也有一定的困難。氣流床具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣化溫度及壓力高和碳轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，大型化應(yīng)用前景較好[11-13]。上述各類先進(jìn)的煤氣化工藝均以適應(yīng)不同的煤質(zhì)差異、工藝特點(diǎn)、環(huán)境影響和產(chǎn)品耦合等獲得市場的青睞與認(rèn)可，得到一定范圍的推廣應(yīng)用。然而，如何拓寬煤種適應(yīng)性、發(fā)展大型煤氣化項(xiàng)目、高效回收能量并減少污染物已成為未來煤氣化技術(shù)的主要發(fā)展方向，因此急需開發(fā)一種新型的煤氣化技術(shù)，從化學(xué)反應(yīng)及工程放大的角度開展分析研究，通過調(diào)控床層顆粒流化與強(qiáng)化氣化反應(yīng)，提高單位時間與體積的處理能力及氣化效率，改善合成氣的產(chǎn)率及品質(zhì)。

陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司針對現(xiàn)有流化床氣化技術(shù)存在氣化溫度不高、灰渣及飛灰碳含量高、焦油含量高和碳轉(zhuǎn)化率低等問題，開發(fā)了雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化技術(shù)[14]，拓寬了煤種適應(yīng)性，降低了原煤品質(zhì)要求，解決了中高階煤在單一循環(huán)流化床中存在溫度低、氣化效率低及未轉(zhuǎn)化含碳物質(zhì)返回至流化床動力不足等工程化難題。通過對雙循環(huán)流化床反應(yīng)器的耦合集成，在一級循環(huán)流化床完成煤中約85%碳轉(zhuǎn)化，二級循環(huán)流化床繼續(xù)提高溫度至接近或達(dá)到灰熔點(diǎn)溫度，在高溫、活性氣氛、短接觸時間與高溫固體顆粒高倍率循環(huán)的協(xié)同影響下，完成殘?zhí)级螝饣⒔褂土呀饧盁N類重整等反應(yīng)，進(jìn)一步提高了碳轉(zhuǎn)化率及氣化效率，實(shí)現(xiàn)了粉煤的深度轉(zhuǎn)化與合成氣的高效產(chǎn)出。在輸運(yùn)床氣化爐（TRⅠG）試燒、中試可行性研究和工藝包開發(fā)等基礎(chǔ)上，建立了100 t/d雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置[15]。本研究主要考察工業(yè)試驗(yàn)裝置的連續(xù)運(yùn)行效果及產(chǎn)品性質(zhì)，分析雙循環(huán)流化床對氣化指標(biāo)的影響規(guī)律，驗(yàn)證雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工藝的可行性，實(shí)現(xiàn)流化床粉煤分級轉(zhuǎn)化制高品質(zhì)合成氣的突破，為該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化放大提供設(shè)計依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

選取陜西崔木煤為研究對象，對原煤進(jìn)行破碎和篩分，制得粒徑為 0~300 μm的顆粒，在 100~120 ℃條件下烘干8 h后備用。試驗(yàn)用煤屬于褐煤，揮發(fā)分含量高，固定碳含量低。處理后煤的工業(yè)分析與元素分析結(jié)果如表1所示，粒徑分布如圖1所示。

圖1 處理后煤的粒徑分布Fig.1 Particles size distribution of treated coal

表1 處理后煤的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果Table 1 Industrial analysis and element analysis results of treated coal

1.2 試驗(yàn)裝置與方法

1.2.1 工藝原理

雙循環(huán)流化床粉煤氣化工藝原理如圖2所示，在一級循環(huán)流化床溫度比灰熔點(diǎn)低200~250 ℃條件下，完成粉煤的脫揮發(fā)分、焦油碎片的生成與裂解和含碳顆粒的快速氣化，使碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到85%左右。二級循環(huán)流化床通過高倍率惰性顆?？焖傺h(huán)與強(qiáng)化分散，提高氣化溫度至接近或達(dá)到灰熔點(diǎn)溫度。大量高溫惰性固體將粗合成氣中的含碳顆粒隔離分散，避免含碳顆粒在高溫下發(fā)生團(tuán)聚與結(jié)塊，殘?zhí)肌⒔褂图癈H4深度裂解，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%以上，實(shí)現(xiàn)兩個溫度場、兩個流化場及高倍率循環(huán)流化體系下粉煤的深度轉(zhuǎn)化與合成氣的高效產(chǎn)出。

圖2 雙循環(huán)流化床粉煤氣化工藝原理Fig.2 Process principle of pulverized coal gasification in double circulating fluidized bed

1.2.2 工藝流程

100 t/d雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置工藝流程如圖3所示。

圖3 100 t/d雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置工藝流程Fig.3 Process flow of 100 t/d double circulating fluidized bed pulverized coal pressurized gasification industrial test device

該裝置主要包括一級循環(huán)流化床反應(yīng)器、二級循環(huán)流化床反應(yīng)器、合成氣凈化及余熱回收等單元。一級循環(huán)流化床反應(yīng)器包括原料混合區(qū)、提升管、一級旋風(fēng)分離器、二級旋風(fēng)分離器及密封料腿、立管、返料腿等；二級循環(huán)流化床反應(yīng)器包括顆粒分散區(qū)、氧化區(qū)、后處理區(qū)及旋風(fēng)分離器、循環(huán)密封罐等。煤從煤斗經(jīng)過流化給料器進(jìn)入一級循環(huán)流化床反應(yīng)器的提升管，與高倍率固體顆粒及氣化劑混合并發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的粗合成氣攜帶未反應(yīng)完的含碳及惰性顆粒進(jìn)入氣固分離系統(tǒng)，分離出部分含碳顆粒經(jīng)循環(huán)返料系統(tǒng)，返回至一級循環(huán)流化床反應(yīng)器繼續(xù)發(fā)生氣化反應(yīng)。攜帶少量含碳顆粒及焦油、CH4的粗合成氣進(jìn)入二級循環(huán)流化床反應(yīng)器，在高于一級循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作溫度下完成焦油二次裂解與含碳顆粒再氣化，一級及二級循環(huán)流化床反應(yīng)器產(chǎn)生的高溫灰渣經(jīng)過換熱回收與連續(xù)減壓后排出。粗合成氣經(jīng)合成氣冷卻器后進(jìn)入深度除塵器進(jìn)行氣固分離，含有微量粉塵的粗合成氣進(jìn)入洗滌凈化單元進(jìn)行除塵、增濕和脫除鹵素，凈化合成氣經(jīng)過流量計計量與取樣分析，送入火炬燃燒放空。裝置為干法排灰，無黑水產(chǎn)生，廢水產(chǎn)生量較少，主要來自合成氣冷卻器汽包排水和堿洗廢水等。一級循環(huán)流化床反應(yīng)器的氣化劑分三路進(jìn)入提升管，從下到上的比例（質(zhì)量流量比）依次為30:60:10；二級循環(huán)流化床反應(yīng)器的氣化劑進(jìn)入氧化區(qū)，氣化劑為蒸汽和O2，汽氣比（蒸汽與O2質(zhì)量比，kg/kg）為 1.00。

一級及二級循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)部加裝由傳熱板、分布器及過渡段組成的內(nèi)構(gòu)件。反應(yīng)器材質(zhì)選用耐高溫不銹鋼和特殊耐磨材料，防止高溫、高流速及高強(qiáng)度磨損條件下的膨脹應(yīng)力引起耐磨材料的破損脫落。一級流化床反應(yīng)器提升管內(nèi)徑為 0.38 m，高度為 60 m，試驗(yàn)溫度為 950~1000 ℃，壓力為 3.8~4.0 MPa，氣速為 6~8 m/s，反應(yīng)時間為8~10 s，固體循環(huán)倍率為100~150倍；二級流化床反應(yīng)器提升管內(nèi)徑為0.55 m，高度為20 m，試驗(yàn)溫度為1000~1150 ℃，壓力為 3.5~4.0 MPa，氣速為 6~10 m/s，反應(yīng)時間為8~15 s，固體循環(huán)倍率為100~200倍。

1.2.3 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)開始前，在雙循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)裝入已知量的惰性顆粒作為流化介質(zhì)，在流化氣及輸送氣的吹掃下，使一級及二級循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)顆粒正常流化，建立循環(huán)固體料位。利用開工預(yù)熱爐對一級及二級循環(huán)流化床反應(yīng)器進(jìn)行流化升溫，通過調(diào)節(jié)下游減壓閥的開度，控制裝置壓力達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定范圍，當(dāng)溫度、壓力及氣量滿足投煤要求時，待反應(yīng)器的流化穩(wěn)定后開始進(jìn)料，煤的進(jìn)料速率為1.5~2.0 t/h，在反應(yīng)器中通入一定量氣化劑。在調(diào)節(jié)工藝條件、控制循環(huán)返料及在線排灰的協(xié)同作用下，使一級及二級循環(huán)流化床的溫度達(dá)到試驗(yàn)要求，維持裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并對氣體及固體產(chǎn)物進(jìn)行收集。其中，氣體產(chǎn)物經(jīng)洗滌塔的洗滌凈化后收集，固體產(chǎn)物中灰渣從一級及二級灰冷器減壓排出，飛灰從減壓排灰罐收集。

1.3 產(chǎn)物分析

氣體產(chǎn)物采用利用島津GC~2014型氣相色譜儀進(jìn)行檢測，配有熱導(dǎo)池（TCD）和氫火焰離子檢測器（FⅠD），檢測H2、CO、CO2、CH4、C2H6和C2H4等氣體組分。載氣為N2、H2和He，載氣流速 20 mL/min，色譜柱溫度 100 ℃，分析時間 23 min。

1.4 計算方法

熱值（Qgas，MJ/m3）、產(chǎn)氣率（Vgas，m3/kg）、冷煤氣效率（?gas，%）和碳轉(zhuǎn)化率（?C，%）的計算方法分別如式(1)~式(4)所示。

式中，yi為合成氣中有效氣組分（H2、CO和CH4等）的含量（體積分?jǐn)?shù)，下同），%；qi為合成氣中有效氣組分的低位熱值，MJ/m3；ygas,N2為合成氣中N2的含量，%；yN2為N2的含量，%；θ為空氣煤比，m3/kg；Qnet,ar為收到基煤的低位熱值，MJ/kg；mgas為合成氣中碳的質(zhì)量，kg；mar為收到基煤中碳的質(zhì)量，kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙循環(huán)流化床氣化試驗(yàn)研究

2.1.1 氣化對比試驗(yàn)

雙循環(huán)流化床的溫度隨進(jìn)煤負(fù)荷的變化如圖4所示，在進(jìn)煤負(fù)荷80%、壓力3.5~4.0 MPa的條件下，粒徑為0~300 μm的粉煤進(jìn)料穩(wěn)定，一級循環(huán)流化床反應(yīng)器溫度維持950~990 ℃，二級循環(huán)流化床反應(yīng)器溫度維持990~1100 ℃。這說明雙循環(huán)流化床體系的流化正常，氣化反應(yīng)過程平穩(wěn)，大量高溫惰性循環(huán)固體將粗合成氣中含碳顆粒隔離分散，減少顆粒團(tuán)聚的幾率，避免局部高溫結(jié)焦，解決了氣化劑混合不均勻、流化異常或碳源不足導(dǎo)致的氣化熔渣、排灰不暢等問題，裝置整體運(yùn)行穩(wěn)定。

圖4 雙循環(huán)流化床的溫度隨進(jìn)煤負(fù)荷的變化Fig.4 Variation of temperature with coal loading in double circulating fluidized bed

雙循環(huán)流化床的合成氣組分及含量如圖5所示，與一級循環(huán)流化床相比，二級循環(huán)流化床合成氣中H2和CO含量分別增加3.56%和5.75%，CO2和CH4含量分別降低3.86%和2.39%。二級循環(huán)流化床的溫度升高100~150 ℃，增加氣化劑與含碳顆粒的碰撞幾率及接觸幾率，繼續(xù)發(fā)生焦油及烴類裂解、甲基或乙基的斷裂反應(yīng)，生成小分子烴類，CO2發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，合成氣中H2和CO含量增加，可進(jìn)一步提高合成氣的熱值。

圖5 雙循環(huán)流化床的合成氣組分及含量Fig.5 Composition and content of syngas in double circulating fluidized bed

雙循環(huán)流化床的部分氣化工藝指標(biāo)如表2所示，與一級循環(huán)流化床的合成氣相比，二級循環(huán)流化床的冷煤氣效率和碳轉(zhuǎn)化率增加8.44%和7.49%，飛灰和氣化灰渣的碳含量降低10.27%和6.46%。說明在雙循環(huán)流化床氣化體系下，完成了焦油及烴類裂解、半焦深度氣化生成合成氣，增加了H2、CO等有效氣含量，降低了飛灰與氣化殘渣的碳含量，提高了冷煤氣效率與碳轉(zhuǎn)化率。飛灰由于粒徑小而未被旋風(fēng)分離器分離，難以與氣化劑接觸反應(yīng)導(dǎo)致其碳含量較高，較高溫度下二級循環(huán)流化床的飛灰碳含量低于一級循環(huán)流化床，飛灰的化學(xué)熱損失增加也會導(dǎo)致冷煤氣效率及碳轉(zhuǎn)化率的降低。增加氣化劑量利于碳轉(zhuǎn)化率的提高，但過高的氣化劑量會提高反應(yīng)氣速，減少固體顆粒在反應(yīng)器的停留時間，增加旋風(fēng)分離器的入口速度與固相濃度，影響氣固分離效率從而降低碳轉(zhuǎn)化率。因此，應(yīng)綜合考慮合成氣產(chǎn)率、熱值及碳轉(zhuǎn)化率等因素，控制適宜的氣化劑量。

表2 雙循環(huán)流化床的氣化指標(biāo)Table 2 Gasification index of double circulating fluidized bed

2.1.2 氧煤比和汽氣比對循環(huán)流化床合成氣組分的影響

循環(huán)流化床合成氣組分及含量隨氧煤比的變化如圖6所示，在一級循環(huán)流化床溫度980 ℃、二級循環(huán)流化床溫度1100 ℃及壓力3.5~4.0 MPa條件下，當(dāng)汽氣比保持1.12 kg/kg不變，隨著氧煤比（O2與進(jìn)煤量質(zhì)量比，kg/kg）從 0.43 kg/kg增加至 0.78 kg/kg時，合成氣中CO含量增加，CO2、H2和CH4含量逐漸減小。理論上氧煤比的增加會提高氣化反應(yīng)速率，使CO和CO2含量增加，但CO2的生成速率小于其被還原的速率，導(dǎo)致CO2含量逐漸下降。高溫下水煤氣變換反應(yīng)易于達(dá)到平衡狀態(tài)，當(dāng)CO2和H2含量高于CO含量時，水煤氣變換反應(yīng)逆向移動，造成H2含量下降。升高溫度利于CH4裂解，但隨著溫度的升高，氣化反應(yīng)產(chǎn)生較多的合成氣，導(dǎo)致CH4含量下降。

圖6 循環(huán)流化床合成氣組分及含量隨氧煤比的變化Fig.6 Variation of composition and content of syngas withoxygen coal ratio in circulating fluidized bed

循環(huán)流化床合成氣組分及含量隨汽氣比的變化如圖7所示。

圖7 循環(huán)流化床合成氣組分及含量隨汽氣比的變化Fig.7 Variation of composition and content of syngas with steam oxygen ratio in circulating fluidized bed

在一級循環(huán)流化床溫度980 ℃、二級循環(huán)流化床溫度 1100 ℃、壓力 3.5~4.0 MPa的條件下，當(dāng)氧煤比保持0.46不變，隨著汽氣比從0.70增加至1.05時，合成氣中CO和H2含量增加，CO2含量下降，CH4變化不明顯。汽氣比的增加降低了反應(yīng)溫度，不利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，水煤氣變換反應(yīng)向正方向移動，導(dǎo)致CO2和H2含量不斷增加，CO含量降低。當(dāng)蒸汽分壓高于CO2和H2分壓時則不會發(fā)生逆變換反應(yīng)，總體上CO2和H2含量高于CO含量。

2.2 工業(yè)試驗(yàn)裝置的典型運(yùn)行特性

2.2.1 合成氣性質(zhì)

工業(yè)試驗(yàn)裝置的合成氣組分及含量隨時間的變化如圖8所示，在一級循環(huán)流化床溫度985 ℃、二級循環(huán)流化床溫度1100 ℃及壓力3.5~4.0 MPa條件下，合成氣的組分變化較為平穩(wěn)，H2含量為33.18%~36.25%，CO含量為41.04%~45.96%，CO2含量為16.30%~17.42%，CH4含量為3.62%~4.38%，其余組分為少量C2~C3烴類等，合成氣熱值為10119.03~10584.89 kJ/m3。

圖8 工業(yè)試驗(yàn)裝置的合成氣組分及含量隨時間的變化Fig.8 Variation of composition and content of syngas with time in industrial test device

2.2.2 平衡計算

工業(yè)試驗(yàn)裝置的物熱平衡如表3所示，反應(yīng)產(chǎn)物為合成氣、灰渣、飛灰和副產(chǎn)蒸汽、廢水。在一級循環(huán)流化床溫度980 ℃、二級循環(huán)流化床溫度1100 ℃及壓力 3.5~4.0 MPa條件下，裝置入方及出方每小時物料的質(zhì)量偏差為1.12%，物料總體平衡。每小時的熱量損失為6.72%，主要由于工業(yè)試驗(yàn)裝置中一級至二級循環(huán)流化反應(yīng)器的沿程管道散熱損失造成。

表3 工業(yè)試驗(yàn)裝置的物熱平衡Table 3 Material and heat balance of industrial test device

工業(yè)試驗(yàn)裝置的碳元素、氫元素及水含量如表4所示，在碳?xì)湓仄胶庵?，入方的碳元素主要源于煤與CO2（用于煤的氣力輸送），氫元素主要源于煤與中壓蒸汽，出方的碳元素主要匯集在合成氣、灰渣和飛灰中，合成氣中碳元素較高約占83.13%，而出方的氫元素主要匯集在合成氣、飛灰、廢水和副產(chǎn)蒸汽中。

表4 工業(yè)試驗(yàn)裝置的碳元素、氫元素及水含量Table 4 Content of carbon, hydrogen and water of industrial test device

2.2.3 典型運(yùn)行指標(biāo)

工業(yè)試驗(yàn)裝置的典型運(yùn)行指標(biāo)如表5所示，在一級循環(huán)流化床溫度980 ℃、二級循環(huán)流化床溫度 1100 ℃及壓力 3.5~4.0 MPa條件下，合成氣產(chǎn)率為2.12 m3/kg，有效氣含量為78.17%，熱值為10267.14 kJ/m3，碳轉(zhuǎn)化率為96.13%，冷煤氣效率為73.56%。說明在一級循環(huán)流化床反應(yīng)氣速為6~8 m/s、循環(huán)倍率為100~150倍的流化體系及多段氣化劑分布的協(xié)同作用下，煤顆粒表面溫度快速升高并完成熱解氣化反應(yīng)。高溫氣體中半焦、粗灰與含碳顆粒被旋風(fēng)捕集回收，顯熱和化學(xué)能隨含碳顆粒返回至反應(yīng)區(qū)，在高溫、貧氧的環(huán)境中發(fā)生氣化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為含有固體顆粒的粗合成氣。在二級循環(huán)流化床反應(yīng)器中，大量高溫固體顆粒循環(huán)分散到粗合成氣中并包裹含碳顆粒，在氣化劑的分布式供給作用下，使粗合成氣的溫度快速升至1000~1100 ℃，焦油和半焦進(jìn)行再氣化反應(yīng)生成合成氣，烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO、H2及少量CO2，提高了碳轉(zhuǎn)化率及冷煤氣效率。

表5 工業(yè)試驗(yàn)裝置的典型運(yùn)行指標(biāo)Table 5 Typical operation indexes of industrial test device

與TRⅠG氣化爐的試燒結(jié)果相比，雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置中碳轉(zhuǎn)化率提高3.14%，CH4含量減少1.58%，合成氣中焦油含量有一定減少，主要原因如下：（1）雙循環(huán)流化床反應(yīng)體系的構(gòu)建進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度至接近或達(dá)到灰熔點(diǎn)溫度，強(qiáng)化反應(yīng)效率，快速完成脫揮發(fā)分過程、焦油生成與裂解、含碳顆粒的分級氣化反應(yīng)；（2）解決了單一提高輸運(yùn)床氣化爐溫度時，存在超溫結(jié)疤，及未轉(zhuǎn)化含碳顆粒的動力較小難以返回至氣化爐等工程化問題；（3）在高倍率惰性固體稀釋與強(qiáng)化循環(huán)分散的雙重作用下，減少了半焦和煤灰等固體顆粒之間的接觸，降低自由基聚合反應(yīng)幾率及反應(yīng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了殘?zhí)肌⒔褂图癈H4的深度裂解。

雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置通過陜西省化工學(xué)會組織的科技成果鑒定，認(rèn)為該技術(shù)具有原創(chuàng)性，整體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

3 結(jié)論

在一級循環(huán)流化床溫度980 ℃、二級循環(huán)流化床溫度 1100 ℃及壓力 3.5~4.0 MPa條件下，開展了100 t/d工業(yè)試驗(yàn)裝置在接近灰熔點(diǎn)溫度下的試驗(yàn)研究，考察了雙循環(huán)流化床加壓氣化的產(chǎn)物產(chǎn)率及產(chǎn)品性質(zhì)和雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工藝技術(shù)的可行性，得到如下結(jié)論。

（1）與一級循環(huán)流化床相比，二級循環(huán)流化床的溫度提高100~150 ℃，增加了氣化劑與含碳顆粒的碰撞幾率及接觸幾率，促使粗合成氣中焦油及烴類裂解、半焦深度氣化生成合成氣的反應(yīng)，使合成氣中H2和CO含量分別增加3.56%和5.75%，CO2和CH4含量分別降低3.86%和2.39%。冷煤氣效率和碳轉(zhuǎn)化率分別增加8.44%和7.49%，飛灰和氣化灰渣的碳含量分別降低10.27%和6.46%。

（2）100 t/d雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工業(yè)試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，合成氣產(chǎn)率為2.12 m3/kg，有效氣H2含量 為 33.18%~36.25%，CO含量為41.04%~45.96%，合成氣熱值為10119.03~10584.89 kJ/m3，碳轉(zhuǎn)化率為 96.13%，冷煤氣效率為73.56%，驗(yàn)證了雙循環(huán)流化床粉煤加壓氣化工藝技術(shù)的可行性。