气化装置、气化方法和热化学反应装置

技术领域

本发明涉及气化技术领域，具体涉及一种气化装置、气化方法和热化学反应装置。

背景技术

现有的热化学反应装置在处理难燃物料时还普遍存在燃尽率低，燃烧效率低的问题；在固体熔融处置时还普遍采用水激冷的方式，导致大量黑水需要处理，带来严重的环境治理压力；在催化反应中普遍采用单反应催化，使催化反应过程流程长，反应装置数量多，余热未能有效应用于反应中，带来系统效率低、热效率低等问题。

煤气化作为一种典型的热化学反应，是煤炭清洁高效利用技术的核心技术之一，是发展煤基化学品、煤基清洁原料、工业燃气及多联产系统等煤化工过程工业的基础。

原料目前的煤气化技术按照气固流动形式可分为：固定床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。流化床煤气化技术可利用0～10mm的碎煤，不需要复杂的备煤系统，备煤成本低；气化强度大，一般为固定床的2～3倍；可采用空气作为气化剂；粗煤气出口温度高，几乎不含焦油和酚类。相比传统的流化床煤气化技术，近年来发展起来的循环流化床煤气化技术具有高循环倍率，气化强度更大，气固混合更充分，反应温度更均匀等特点，因此单炉气化规模更大，对煤种适应性更强。不过也存在飞灰量大、含碳量高等技术问题。

针对以上技术问题，例如可采用两级或多级旋风分离器串联提高气固分离的效率，从而减少飞灰量。但实际上，受炉膛灰浓度轴向分布和温度分布影响，炉膛气化温度较低，不足以将返回的飞灰气化消纳，而只是提高了飞灰在系统内的停留时间和将飞灰破碎成更细的物料，以致旋风分离器无法捕集到。

进一步地，为了解决返回的飞灰不能快速反应的问题，可以采用熔融气化的方式将二级分离器捕集的飞灰高温气化，例如，通过第二级气固分离器将飞灰捕集，然后通过气流床熔融气化的方式将飞灰高温气化，将产生的液渣和高温煤气通入循环流化床中下部。由于循环流化床中下部颗粒浓度较高、灰含量高，将液渣通入容易造成结渣和超温的问题，而且第二级气固分离器捕集的飞灰粒径小、轻、量少不能稳定的进入气流床进行熔融气化，因此带来循环流化床运行不稳定的新问题。

综上，目前的煤气化技术中，存在飞灰量大、飞灰含碳量高等技术问题，现有的两级或多级分离器串联的技术手段不能很好地解决上述飞灰量大、含碳量高的问题，通过气流床熔融气化处理飞灰虽然能降低飞灰量和飞灰含碳量，但熔渣直接通入炉膛底部会造成结渣和超温的问题，无法实现装置的长周期稳定运行。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种气化装置、气化方法和热化学反应装置，以至少部分解决上述技术问题。

本发明一方面提供了一种气化装置，包括提升段、下降段和炉膛出口。

提升段，设置有第一气化原料入口和第一气化剂入口；

下降段，设置有下降段物料入口，下降段物料入口用于通入第二气化剂，下降段的底部和提升段的顶部相接；提升段和下降段形成气化炉炉膛；

炉膛出口，设置在提升段和下降段相接处。

根据本发明的实施例，其中，下降段物料入口还用于通入第二气化原料。

根据本发明的实施例，其中，下降段物料入口由第二气化剂入口和第二气化原料入口集合而成。

根据本发明的实施例，其中，第二气化剂入口环绕第二气化原料入口设置。

根据本发明的实施例，其中，第二气化剂入口设有多个，多个第二气化剂入口以第二气化原料入口为中心，呈周向阵列分布形式布置。

根据本发明的实施例，其中，第二气化剂入口和第二气化原料入口设置为同轴通道，其中，第二气化原料入口为中心通道，第二气化剂入口为环绕第二气化原料入口的环隙通道。

根据本发明的实施例，其中，下降段物料入口设置在下降段的顶端或者上部侧面。

根据本发明的实施例，上述装置还包括分离装置。

其中分离装置，包括第一入口、第一物料出口和第二物料出口，其中第一入口和炉膛出口相连通；

其中，提升段还设置有第一返料口，第一返料口与第一物料出口相连通；下降段还设置有第二返料口，第二返料口与第二物料出口相连通。

根据本发明的实施例，其中，分离装置包括第一分离装置和第二分离装置。

第一分离装置，包括第一入口、第一固相出口和第一气相出口，其中第一固相出口和第一物料出口为同一结构；

第二分离装置，包括第二入口、第二固相出口和第二气相出口，其中第二入口和第一气相出口相连通，第二固相出口和第二物料出口为同一结构。

根据本发明的实施例，其中，分离装置还包括第三分离装置，包括第三入口、第三固相出口和第三气相出口，其中第三入口和第二气相出口连通，其中第三固相出口与下降段连通。

根据本发明的实施例，其中，第三固相出口与下降段中的第二返料口连通。

根据本发明的实施例，还包括第一返料器和第二返料器。

第一返料器，第一固相出口通过第一返料器与第一返料口相连通；和/或

第二返料器，第二固相出口通过第二返料器与第二返料口相连通。

根据本发明的实施例，其中，第一分离装置的气固分离效率低于第二分离装置的气固分离效率。

根据本发明的实施例，其中：

第一分离装置的气固分离效率为50％～90％；

第二分离装置的气固分离效率为98％～100％；

第二分离装置的抗逆压差的数值范围为：≥2kPa。

根据本发明的实施例，其中，下降段物料入口与第二返料口共用同一个入口结构。

根据本发明的实施例，其中，提升段为流化床或鼓泡床或循环流化床，下降段为气流床。

本发明的另一方面提供了一种气化方法，包括：

将第一气化原料和第一气化剂通入气化炉炉膛中的提升段、并将第二气化剂通入气化炉炉膛中的下降段，以便第一气化原料、第一气化剂、第二气化剂在气化炉炉膛中发生气化反应，使得提升段形成第一气化反应区、下降段形成第二气化反应区；

其中，第二气化反应区的温度高于第一气化反应区的温度，下降段的底部和提升段的顶部相接，提升段和下降段的相接处设有炉膛出口。

根据本发明的实施例，其中：

第二气化反应区的温度范围为：950℃～预设灰流动温度FT；

第一气化反应区的温度范围为：750℃～预没灰软化温度ST-150℃。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

将第二气化原料通入下降段，以便第二气化原料和第二气化剂在下降段发生气化反应。

根据本发明的实施例，其中：

第二气化原料和/或第二气化剂被经过射流加速后通入下降段的高温反应的核心区域。

根据本发明的实施例，其中：

第二气化原料和/或第二气化剂在第二气化反应区的平均停留时间为1～5s。

根据本发明的实施例，上述方法还包括：

将气化炉炉膛中气化反应的产物通过炉膛出口排出，并通入分离装置进行气固分离生成第一物料和第二物料，其中第一物料的粒径和大于第二物料的粒径；

将第一物料通入提升段；

将第二物料通入下降段。

根据本发明的实施例，其中：

第二气化反应区的物料流动方向和第一气化反应区的物料流动方向相反。

根据本发明的实施例，其中：

第一气化剂的氧浓度为21％～50％；

第二气化剂的氧浓度为21％～100％。

本发明的又一方面提供了一种固体物料热化学反应装置，包括：

提升段，设置有第一固体物料入口和第一气体入口；

下降段，设置有下降段物料入口，下降段物料入口用于通入第二气体，下降段的底部和提升段的顶部相接；提升段和下降段形成热化学反应区；

反应区出口，设置在提升段和下降段相接处。

根据本发明的实施例，所述下降段物料入口还可用于通入第二固体物料。

根据本发明的实施例，在炉膛中，通过通入气化剂和原料可自动形成炉膛内部物料循环，受重力作用，较大颗粒物料下沉至提升段，较小颗粒物料上升至下降段。通过在气化炉炉膛内构建相对独立的反应区域，实现气化飞灰这种难以反应物料的气化反应，提高气化炉效率。通过在下降段加设下降段物料入口，向气化炉炉膛的下降段喷入气化剂，使其发生气化燃烧反应产生大量热量，从而在下降段形成局部高温区，使得下降段的温度高于提升段的温度。通过在炉膛顶部构建独立的局部高温区，便于为反应活性较差的细颗粒固体颗粒提供高温反应条件，高温可促进飞灰气化，可提高细颗粒飞灰的碳转化率。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的气化装置的系统结构图；

图2是根据本发明另一实施例的气化装置的系统结构图；

图3A是根据本发明一实施例的第二气化剂入口和第二气化原料入口的布置形式示意图；

图3B是根据本发明另一实施例的第二气化剂入口和第二气化原料入口的布置形式示意图；

图3C是根据本发明再一实施例的第二气化剂入口和第二气化原料入口的布置形式示意图。

附图标记说明：

1、气化炉炉膛；11、下降段；12、提升段；13、炉膛出口；14、第一返料口；15、第二返料口；2、第一分离装置；3、第二分离装置；4、气化反应组织装置；

F、第一气化原料；G1、第一气化剂；G2、第二气化剂；S2、第二气化原料；P、气化产物；S、飞灰。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明一方面提供了一种气化装置，包括提升段、下降段和炉膛出口。

提升段，没置有第一气化原料入口和第一气化剂入口；

下降段，设置有下降段物料入口，下降段物料入口用于通入第二气化剂，下降段的底部和提升段的顶部相接；提升段和下降段形成气化炉炉膛；

炉膛出口，设置在提升段和下降段相接处。

图1是根据本发明一实施例的气化装置的系统结构图。

以下结合图1，对本发明实施例的气化装置进行说明。

如图1所示，该气化装置包括气化炉炉膛1。其中，气化炉炉膛1提供气化反应区域。气化炉炉膛内1的炉膛内部分为上部的下降段11和下部的提升段12，其中，下部的提升段12可以为流化床、鼓泡床、循环流化床等。在提升段12和下降段11之间设置有炉膛出口13。

下降段11的底部和提升段12的顶部相接，提升段12高度与下降段11高度比范围为2～5倍，炉膛出口13位于炉膛的中上部，设置在提升段12和下降段11相接处。

提升段12的底部设置有第一气化剂入口，用于向气化炉炉膛内通入第一气化剂G1；提升段12的中下部设置有第一气化原料入口，用于向气化炉炉膛通入第一气化原料F，气化原料为固体原料，例如煤、半焦、气化残炭等。

上部的下降段11和下部的提升段12为内部直接连通的空间，即两个反应区实际上形成一个整体的反应区，这两个反应区域是根据气化炉炉膛内物料的流动状态不同自然形成的。

因气化炉炉膛下部空间内物料颗粒浓度较高，在重力作用下返混程度比较高，呈流态化(鼓泡、流化、循环流化)状态，在提升段12形成第一气化反应区；气化炉炉膛上部空间内物料呈气固同向运动状态，返混程度比较低，物料颗粒浓度较低，下降段11形成第二气化反应区。下降段11和提升段12内产生的气体和未完全反应的固体颗粒通过炉膛的炉膛出口13排出。

根据本发明的实施例，下降段11设置有下降段物料入口，下降段物料入口用于通入第二气化剂G2。

根据本发明的实施例，在炉膛中，通过通入气化剂和原料可自动形成炉膛内部物料循环，受重力作用，较大颗粒物料位于提升段12，较小颗粒物料上升至下降段11。通过在气化炉炉膛内构建相对独立的反应区域，实现气化飞灰这种难以反应物料的气化反应，提高气化炉效率。具体的，将气化炉分为上下两个区域，通过设置在气化炉侧壁面上的气化炉炉膛出口13，实现下部提升段12和上部下降段11之间的分区，其中下降段11可用于对难以气化的细颗粒固体颗粒进行气化燃烧反应。进一步的，通过在下降段11加设下降段物料入口，向气化炉炉膛的下降段11喷入气化剂，使其发生气化燃烧反应产生大量热量，从而在下降段11形成局部高温区，使得下降段11的温度高于提升段12的温度。通过在炉膛顶部构建独立的局部高温区，便于将局部高温区的气化温度最高提升到FT(灰流动温度)，为反应活性较差的细颗粒固体颗粒提供高温反应条件，高温可促进飞灰气化，可提高细颗粒飞灰的碳转化率。通过下降段11和提升段12对不同粒径的飞灰进行差别化分级利用，确保了不同粒径的飞灰在各自在适当的温度范围、原料粒径范围内组织反应，实现气化反应分级和热量的聚集，提高整体系统的飞灰碳转化率。

根据本发明的实施例，通过反应组织和流动组织，在提升段12构建相对较低温度，气固上行流动的低温反应区域，在下降段11构建高温，气固下行流动的高温反应区域，在提升段和下降段连接处形成强烈的气气、气固、固固之间的传质、传热和反应。该反应装置可应用于难燃物料梯级燃烧，实现物料燃烧和燃烧热的聚集，提高燃烧效率；也可应用于固体熔融处置，利用提升段和下降段反应温度和流动差异，实现熔融物料激冷、破碎和余热回收，提高系统热效率和处理效率；还可应用于催化反应，利用提升段和下降段反应温度和物料粒径差异，满足化学反应过程中不同催化剂对温度的要求，实现催化反应集成，提高催化转化效率。

根据本发明的实施例，下降段物料入口还可用于通入第二气化原料S2，下降段物料入口可包括第二气化剂入口和第二气化原料入口。第二气化剂入口和第二气化原料入口可以集成或者单独设置，共同组成气化反应组织装置4。

例如，下降段物料入口可由第二气化剂入口和第二气化原料入口集合而成，形成气化反应组织装置4。

气化反应组织装置4与下降段11连通。气化反应组织装置4的第二气化原料入口用于对下降段11喷入第二气化原料S2。气化反应组织装置4的第二气化剂入口用于向下降段11送入第二气化剂G2。在优选的技术方案中，第二气化原料S2和第二气化剂G2在下降段11内发生气化燃烧反应，通过原料组织气化燃烧，使下降段11的温度进一步高于提升段12的温度，进一步强化气化燃烧反应，提高碳转化率。

根据本发明的实施例，下降段物料入口的位置设置在下降段11的顶部或者上部侧面。

根据本发明的实施例，第二气化剂入口可环绕第二气化原料入口设置，便于气化剂和原料更均匀地掺混，使其更充分发生气化燃烧反应产生大量热量，从而在下降段11形成局部高温区。

图3A、图3B、图3C是根据本发明实施例的第二气化剂入口和第二气化原料入口的布置形式示意图。

如图3A所示，例如可以是第二气化剂入口和第二气化原料入口设置为同轴通道，其中，第二气化原料入口为中心通道，第二气化剂入口为环绕第二气化原料入口的环隙通道。

如图3B所示，例如可以是第二气化剂入口设有多个，多个第二气化剂入口以第二气化原料入口为中心，呈周向阵列分布形式布置。第二气化剂入口中心线与第二气化原料入口中心线之间呈α夹角设置，α角范围为1°～45°。

如图3C所示，例如可以是第二气化剂入口也可以设置在气化反应组织装置4上部的侧壁上，第二气化剂入口中心线与气化反应组织装置4顶部距离为h，h长度范围为＜1/3R，R为气化反应组织装置4的直径。

根据本发明的实施例，当第二气化剂入口和第二气化原料入口集成设置时，气化反应组织装置4可以是喷嘴，可以为冷烧嘴，也可以为热烧嘴，用于更好地组织第二气化原料S2和第二气化剂G2在下降段11在下降段11进行气化燃烧反应。

根据本发明的实施例，第二气化剂G2为空气、富氧空气、氧气三种之一，或三者之一与水蒸气、二氧化碳混合气，氧浓度范围为21％～100％。

根据本发明的实施例，上述装置还包括分离装置。

其中分离装置包括第一入口、第一物料出口和第二物料出口，其中第一入口和炉膛出口13相连通；其中，提升段12还设置有第一返料口14，第一返料口14与第一物料出口相连通；下降段11还设置有第二返料口15，第二返料口15与第二物料出口相连通。

根据本发明的实施例，分离装置可以为一级分离装置、或二级分离装置、或二级以上的多级分离装置。

分离装置为一级分离装置的情况下，一级分离装置的固相出口(第一物料出口)和第一返料口14连通，一级分离装置的气相出口(第二物料出口)和第二返料口15连通。

分离装置为两级分离装置的情况下，可将固体颗粒经过两次分离后，在各级分离装置处分离出不同粒径(统计学的平均粒径)的固体颗粒(未完全气化的原料)，颗粒粒径逐级递减，通过两级分离装置分别分离出一级固相物料和二级固相物料，并将较大粒径的一级固相物料通过第一物料出口返回提升段12的第一气化反应区、将较小粒径的二级固相物料通过第二物料出口返回下降段11的第二气化反应区。

根据本发明的实施例，通过上述分离装置分离出不同粒径大小的未完全反应的固体颗粒，并且按照粒径粗细，分为两级或多级，例如，包括粗颗粒固体颗粒和细颗粒固体颗粒，并且将粗颗粒固体颗粒和细颗粒固体颗粒分别返回至气化装置不同的区域，粗颗粒固体颗粒反应性较好，将其返回底部的提升段12，即第一气化反应区，细颗粒固体颗粒反应性较差，将其返回上部的下降段11，即第二气化反应区，实现含碳固体颗粒的分级利用，确保了不同粒径的固体颗粒在各自在适当的温度范围、原料粒径范围内组织反应，并且集成为一体化，实现气化反应分级和热量的聚集，可提高整体系统的碳转化率。

根据本发明的实施例，如图1所示，上述系统中，分离装置为两级分离装置，包括相互连通的第一分离装置2和第二分离装置3。通过两级分离装置分别分离出一级固相物料和二级固相物料，并将较大粒径的一级固相物料返回第一气化反应区、将较小粒径的二级固相物料返回第二气化反应区。具体地，第一分离装置2用于对初级飞灰颗粒进行气固分离后生成一级气相物料和一级固相物料，并将一级固相物料返回提升段12；第二分离装置3用于对一级气相物料进行气固分离后生成二级气相物料和二级固相物料，并将二级固相物料返回下降段11。

根据本发明的实施例，具体地，第一分离装置2包括第一入口、第一固相出口和第一气相出口，其中第一固相出口作为第一物料出口；第一分离装置2的第一入口与炉膛出口13连通，第一分离装置2的第一固相出口与设置在提升段12的第一返料口14连通，用于将一级固相物料返回提升段12。气化装置1中的气化反应生成的初级飞灰颗粒通过炉膛出口13离开，进入第一分离装置2，并在第一分离装置2的分离作用下，捕集大量一级固相物料，经过输送通道返回至设置在气化装置1炉膛稀相区或稀相与密相区的过渡区的第一返料口14，将一级固相物料返回提升段12。

根据本发明的实施例，第二分离装置3包括第二入口、第二固相出口和第二气相出口，第二固相出口作为第二物料出口。第二分离装置3的第二入口与第一分离装置2的第一气相出口连通，第二分离装置3的第二固相出口与下降段11设置的第二返料口15连通，将二级固相物料返回下降段11。第一分离装置2的气相出口出来的一级气相物料经过第二分离装置3的气固分离后生成二级气相物料(气化产物P和飞灰S)和二级固相物料，并将二级固相物料返回下降段11。

根据本发明的实施例，本发明实施例的系统采用两级气固分离串联的方式将飞灰物料实现两级分离，并通过分级返料部件将气固分离器捕集的固体原料返回气化炉炉膛的不同位置进行不同温度的气化反应，不仅提高了循环流化床分级气化装置的系统分离效率；而且通过在气化装置炉膛顶部设置局部高温区将二级气固分离装置捕集的细固体物料和系统逃逸的飞灰进行高温气化，将大幅降低循环流化床分级气化装置的飞灰量和飞灰含碳量。

分离装置为两级以上的分离装置的情况下，通过第一和二级分离装置分别分离出一级固相物料和二级固相物料，并将较大粒径的一级固相物料返回第一气化反应区，将较小粒径的二级固相物料返回第二气化反应区。将二级分离装置之后的分离装置统称为第三分离装置，第三分离装置，包括第三入口、第三固相出口和第三气相出口，其中第三入口和第二分离装置3的第二气相出口连通，其中第三固相出口与下降段连通。

具体地，第三分离装置的第三固相出口可与下降段中的第二返料口15连通，与第二分离装置3共用一个返料口，第三分离装置也可以通过其他返料口单独返料，第三固相出口与设置在下降段中的其他返料口(不同于第二返料口15)连通。

根据本发明的实施例，上述装置还包括第一返料器和第二返料器。第一分离装置2的第一固相出口通过第一返料器与第一返料口14相连通；和/或第二分离装置3的第二固相出口通过第二返料器与第二返料口15相连通。

根据本发明的实施例，优选地，第一分离装置2的气固分离效率低于第二分离装置3的气固分离效率。

其中：第一分离装置2的气固分离效率为50％～90％；第二分离装置3的气固分离效率为98％～100％。

根据本发明的实施例，第一分离装置2的气固分离部件为低分离效率、低阻气固分离器，优选气固分离效率范围为60％～80％，其阻力为常规旋风分离器阻力的20％～75％。第一分离装置2的返料部件为非机械返料装置，包括但不限于U阀、J阀、N阀和L阀，优选为U阀。

第二分离装置3可以由一组气固分离装置组成，也可以由多组气固分离装置串联组成。第二分离装置3的气固分离部件为高效气固分离器。

根据本发明的实施例，通过将第一分离装置设置为较低的分离效率，可避免将较细粒径的飞灰捕捉回底部第一气化反应区(底部第一气化反应区温度较低，不利于细颗粒飞灰的再气化)，通过将第二分离装置设置为高效的分离装置，可以尽可能地将气化产物飞灰中的含碳细颗粒飞灰返回炉膛上部的局部高温区，进一步进行高温气化反应，提高整体碳转化率。

根据本发明的实施例，第二分离装置采用高逆压差返料装置，抗逆压差的数值范围为：≥2kPa，可以克服较高的返料压差，抗串气效果更佳。

根据本发明的实施例，第二分离装置3将二级固相物料返回下降段11，具体可通过以下两种方式实现：

其中一种方式参见图1，如图1所示，第二分离装置3的第二固相出口与设置在下降段11的第二返料口15(炉膛中部或者下部)连通，通过第二返料口15将二级固相物料返回下降段11。

本发明实施例中，将二级固相物料返回下降段11的第二种方式参见图2。该情形下，下降段物料入口与第二返料口共用同一个入口结构。

图2是根据本发明另一实施例的气化装置的系统结构图。

如图2所示，该实施例所示的气化装置结构与图1所示大体相同，不同之处在于第二分离装置3的第二固相出口与气化反应组织装置4的第二气化原料入口连通。在该情形下，气化原料是第二气化原料S2和第二分离装置3分离出的二级固相物料的混合物，通过气化反应组织装置4的组织作用，将第二气化原料S2、二级固相物料和第二气化剂G2一并喷入下降段11。其中，第二气化原料S2可以为气化装置自身通过分离装置产生的全部或部分飞灰S，也可以是飞灰S与其他固体或气体原料的混合物。

根据本发明的实施例，通过气化反应组织装置4的组织作用，将二级固相物料和第二气化原料S2和第二气化剂G2一并喷入下降段11，使得细颗粒的二级固相飞灰物料能够处于喷射装置4射流的高温区，及时发生高温气化反应，有利于细颗粒飞灰的充分气化，且有利于气化反应组织装置4的稳定运行。

本发明的另一方面提供了一种利用上述气化装置进行气化的方法，以下结合图1对该方法进行说明，该气化方法包括：

将第一气化原料F和第一气化剂G1通入气化炉炉膛中1的提升段12、并将第二气化剂G2通入气化炉炉膛中1的下降段11，以便第一气化原料F、第一气化剂G1、第二气化剂G2在气化炉炉膛1中发生气化反应，使得提升段12形成第一气化反应区、下降段11形成第二气化反应区。其中，第二气化反应区的温度高于第一气化反应区的温度，下降段11的底部和提升段12的顶部相接，提升段12和下降段11的相接处设有炉膛出口13。

根据本发明的实施例，提升段12为流化床或鼓泡床或循环流化床，下降段11为气流床。

根据本发明的实施例，上述方法还包括通过气化反应组织装置向第二气化反应区喷入第二气化原料S2和第二气化剂G2，以便通过第二气化原料S2和第二气化剂G2在第二气化反应区内的燃烧放热使得第二气化反应区的温度高于第一气化反应区的温度。

其中，第一气化剂G1可以为空气、富氧空气、氧气三种之一与水蒸气、二氧化碳混合气，氧浓度21％～50％；第二气化剂G2为空气、富氧空气、氧气三种之一与水蒸气、二氧化碳混合气，氧浓度21％～100％。

根据本发明的实施例，第一气化反应区的温度范围为：750℃～预设灰软化温度ST-150℃，第一气化反应区的运行表观风速为2m/s～8m/s。第二气化反应区的温度范围为：950℃～预设灰流动温度FT；第二气化原料S2和/或第二气化剂G2被经过射流加速后通入下降段11高温反应的核心区域；第二气化原料S2和/或第二气化剂在第二气化反应区的平均停留时间为1～5s。其中，预设灰软化温度ST和预设灰流动温度FT与飞灰颗粒种类有关，可根据国标中相关测量方法测量得到。

根据本发明的实施例，通过加设气化反应组织装置4，通过气化反应组织装置4向下降段11喷入气化剂和原料，可以在下降段11形成局部高温区，使得下降段11的温度高于提升段12的温度，在该局部高温区内将气固分离装置3捕集的细的固体物料和细的固体原料S2进行高温气化反应，最高气化温度可达到FT(灰流动温度)，因细颗粒飞灰反应性较差，将其返回上部的高温第二气化反应区，高温可促进飞灰气化，可提高细颗粒飞灰的碳转化率。

根据本发明的实施例，第二气化反应区的物料流动方向和第一气化反应区的物料流动方向相反。具体地，气化反应组织装置4的喷射方向可设置为由炉膛顶部向炉膛底部方向喷射，气化装置1可采用流化床，流化床中的布风装置的出风方向可以是由炉膛底部向炉膛顶部方向吹风。通过在炉膛内构造出相对独立的气化反应区，两个反应区的流向相反，第二气化反应区的高温气化反应生产的渣在高温气体夹带和重力作用下向炉膛下部流动，与来自第一气化反应区向上的气固物料进行相向快速掺混，实现激冷效果，通过来自炉膛下部的高速物流与来自上部的物流对冲，将上部飞灰形成的液渣分散为固体细渣，有利于高温气化的稳定运行。

根据本发明的实施例，上述方法还包括将气化炉炉膛1中气化反应的产物通过炉膛出口13排出，并通入分离装置进行气固分离生成第一物料和第二物料，其中第一物料的粒径和大于第二物料的粒径；将第一物料通入提升段12；将第二物料通入下降段11。

根据本发明的实施例，通过上述方法，实现了采用分级分离返料的方法将气化的粗细物料进行分级气化，将易捕集、易气化的粗物料送入循环床炉膛部分，利用循环床物料循环，延长反应停留时间，提高气化效率；将难捕集、难气化的细物料送入气流床炉膛部分进行高温快速气化，实现循环流化床内不同粒径分布的固体颗粒分级气化，提高系统气化效率和碳转化率。

本发明的又一方面提供了一种固体物料热化学反应装置，包括提升段、下降段和反应区出口。

其中，提升段设置有第一固体物料入口和第一气体入口；下降段设置有下降段物料入口，下降段物料入口用于通入第二气体，下降段的底部和提升段的顶部相接；提升段和下降段形成热化学反应区；反应区出口设置在提升段和下降段相接处。

上述固体物料热化学反应装置可用气化反应的场景，用于气化反应的场景时，该热化学反应装置可以是本发明上述实施例描述的气化装置，其结构形式在此不再赘述。

上述固体物料热化学反应装置不限于气化反应的场景，也可用于其他热化学反应的场景，例如燃烧、固体熔融处置、催化反应。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。