CN101935539B - 粉煤催化热解制备煤焦油的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种粉煤催化热解制备煤焦油的方法及其装置，催化热解反应器上端出口与荒煤气净化装置入口联通、中部出口与加热提升管下端入口联通并与高温半焦换热器中部入口联通，加热炉与加热提升管入口联通，加热提升管中部出口与催化热解反应器的半焦入口联通、上端出口与高温气体换热器的烟气入口联通，荒煤气净化装置出口通过循环煤气鼓风机与高温气体换热器的煤气输入端联通、下出口通过煤气鼓风机与高温半焦换热器入口联通，高温气体换热器一输出口与催化热解反应器联通、另一输出口通过烟气引风机与加热提升管入口联通，高温半焦换热器出口与催化热解反应器入口管道联通。方法由循环半焦粉加热、粉煤催化热解反应、煤焦油回收及余热利用组成。
Description
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，具体涉及到粉煤催化热解制煤焦油的方法及其装置。
背景技术
多年来，国内外对煤低温热解制煤焦油、煤气和半焦的方法及装置做了广泛研究。
德国采用鲁奇法制备煤焦油，所用的主要设备为直立式移动床，以生成煤气为热源，此法因焦油的二次分解而使收率降低，且干馏炉结构复杂，单炉规模放大受到限制。
前苏联采用ETCH-175法制备煤焦油，所用的煤固体热载体移动床热解褐煤，其主要缺点是荒煤气中的焦粉分离效率低，所制备的煤焦油收率低。
美国西数公司制备煤焦油的一种方法是热解法，所用的设备采用气流床，以半焦循环作热载体，快速短时间干馏，焦油的二次热解少，收率高。另一种方法是COED法，所用的设备为多段流化床，利用燃料气的内热式预涂层过滤器脱除微粒半焦，热效率高，但是两种方法焦油和半焦粉附着于旋风分离器和管内壁，规模放大均受到限制。还有一种方法是TOSCAL法，所用的设备是卧式转鼓即回转窑，以陶瓷球做热载体，快速加热干馏。美国结合德国的鲁奇法发明了一种鲁奇-鲁尔煤气法直立式移动床，该法以焦炭循环做热载体，高温快速加热，用高挥发分低煤化度煤制取焦油。所用的陶瓷球的热容量和耐磨性较差，仅对非黏结煤有效，扩大规模生产受到了限制。此外，美国还用ENCOAL法制备煤焦油，用回转炉栅干燥和热解，使用煤气燃烧供热，该方法适于次烟煤改制，气、液收率低。
澳大利亚采用CSIRO法制备煤焦油，所用的设备为2个流化床层，一个通过半焦燃烧生成加热用半焦，加热半焦进行循环，但热半焦在两个流化床间无法顺利移动。
日本采用IGT法制备煤焦油，所用的设备为流化床和气流床，气流床位于流化床上部，可适应大范围粒度需要，通过煤气和半焦的间接加热来实现供热，使用美国烟煤。日本还采用快速热解法制备煤焦油，所用的主要设备为两段气流床，下段半焦气化，上段煤粉粉干馏，部分半焦返回气化段，该法适于烟煤，对煤种的依存性大，且煤和半焦粉的分离困难。
我国大连理工大学研制的DG法制备煤焦油，以煤固体热载体移动床热解褐煤。北京煤化学研究所发明的MRF热解法制备煤焦油，所用的主要设备是回转炉，用褐煤、长烟煤和弱黏煤作为原料，扩大规模生产受到了限制。。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于克服上述制备煤焦油制备方法的缺点，提供一种方法简单、产品成本低、节约能源、环境污染小、煤焦油密度小、煤焦油产率高的粉煤催化热解制煤焦油的方法。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种粉煤催化热解制备煤焦油的装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：催化热解反应器的上端出口通过管道与荒煤气净化装置的入口相联通、中部出口通过安装在管道上的阀门与加热提升管的下端的入口相联通并通过管道与高温半焦换热器的中部入口相联通，加热炉与加热提升管的入口相联通，加热提升管中部出口通过管道与催化热解反应器的半焦入口相联通、上端的出口通过管道与高温气体换热器的烟气入口相联通，荒煤气净化装置上出口通过安装在管道上循环煤气鼓风机与高温气体换热器的煤气输入端相联通、下出口通过安装在管道上煤气鼓风机与高温半焦换热器的入口相联通，高温气体换热器的一输出口通过管道与催化热解反应器相连通、另一输出口通过安装在管道上的烟气引风机与加热提升管的入口相联通，高温半焦换热器的出口与催化热解反应器的入口管道相联通。
本发明的催化热解反应器为：在热解反应管的垂直段上部外围设置有分离器，外筒的底部设置有高温半焦排出管，在热解反应管垂直段下部的外围套装有催化反应室，催化反应室的外侧壁上设置有与催化反应室内相联通的催化室进气管，热解反应管外壁与催化反应室内壁之间设置有环形的支撑花板，支撑花板上放置催化剂，热解反应管的垂直段下部设置有煤气分布器，热解反应管的水平段上设置有与其内相联通的高温半焦输入管、粉煤输入管、煤气输入管。本发明的加热提升管内的上部设置有烟气分离器。
本发明的催化热解反应器的分离器为：在外筒内壁上设置有环形封闭隔板，环形封闭隔板内侧设置有位于热解反应管垂直段的外围的导流管，导流管内壁与热解反应管外壁之间形成环状空间，热解反应管垂直段和环形封闭隔板下方的外筒上设置有与热解反应管内相联通、且等分圆周的4～8个旋流管，旋流管的自由端伸出于导流管管壁外。本发明的加热提升管的烟气分离器的结构与催化热解反应器的分离器相同。
本发明的旋流管的自由端加工成向下的螺旋状。
本发明的外筒的缩口段斜壁与水平面的夹角为36°～60°。
本发明的煤气分布器上加工有3～20圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为8～12mm。本发明的支撑花板上加工有3～30圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为2～4mm。
采用上述装置制备煤焦油的方法由下述步骤组成：
1、循环半焦粉加热
运转时用加热炉加热产生的热烟气加热半焦粉到燃点，关闭加热炉，空气和450～500℃循环烟气混合以8～15米/秒从加热提升管底部进入，空气与循环烟气的体积比为1∶2～3，4％～8％的半焦粉燃烧将其余半焦粉加热到750～800℃，经加热提升管上部的烟气分离器分离，分离出的800～850℃烟气从加热提升管顶部通过管道输入高温气体换热器进行换热，固体进入催化热解反应器的高温半焦输入管入口。
2、粉煤的催化热解反应
750～800℃的半焦粉从高温半焦输入管输入，经换热后的400～450℃的煤气以流速为5～15米/秒从煤气输入管进入成半焦粉流，并被半焦粉碳化，粒径小于1mm的粉煤从粉煤输入管输入，被半焦流带入催化热解反应器内，进行热解反应，粉煤与半焦粉的质量比为1∶2～3。
由高温气体换热器输出的750～800℃煤气从催化室进气管进入催化反应室与催化剂发生催化反应，催化后的煤气，以流速为5～10米/秒经煤气分布器进入催化热解反应器内参与热解反应，生成半焦和荒煤气，经催化热解反应器上部的旋流管分离，分离出的510～550℃半焦粉从高温半焦排出管排出，一部分经管道进入加 热提升管、另一部分经管道进入高温半焦换热器，分离出的荒煤气从催化热解反应器顶部经管道进入荒煤气净化装置。
上述的催化剂的活性组分为Fe2O3、CoO、NiO中的任意一种或两种的混合物或三种的混合物，单一活性组分Fe2O3、CoO、NiO的质量分数分别为10％～15％，在两种或三种活性组分的混合配比中，每种活性组分的质量分数为催化剂质量的10％～15％；催化剂的载体为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3中的任意一种；催化剂的比表面积为120m2/g～160m2/g、孔容为0.2mL/g～0.4mL/g。
3、煤焦油的回收及余热利用
荒煤气净化装置对输入的荒煤气进行净化分离成煤气和煤焦油，煤焦油从荒煤气净化装置侧面排出，一部分煤气经安装在管道上的煤气鼓风机输入到高温半焦换热器、另一部分煤气经安装在管道上的煤气鼓风机输入高温气体换热器，在高温半焦换热器内煤气被510～550℃半焦粉加热到400～450℃后，从高温半焦换热器底部经管道输入催化热解反应器的煤气输入管循环利用，半焦粉经高温半焦换热器冷却到60～80℃从侧面排出；在高温气体换热器内煤气被烟气加热升温到750～800℃，烟气由800～850℃降到150～200℃，从底部输出到催化室进气管进入催化反应室循环利用，一部分废烟气从侧面排出、另一部分废烟气经安装在管道上的烟气引风机从加热提升管的底部输入循环利用。
本发明采用催化热解反应器，催化热解反应器的上部设置分离器，粉煤被半焦流带入被半焦流带入催化热解反应器的热解反应管内。高温煤气进入催化热解反应器的催化反应室与催化剂发生催化反应，催化后的煤气进入热解反应管内参与热解反应，生成半焦和荒煤气，经分离器分离出的高温半焦粉从高温半焦排出管输出，分离出的荒煤气从荒煤气排出管输出。本发明将粉煤催化热解并快速输出，减少煤焦油的二次裂解，提高了煤焦油的收率。
附图说明
图1是本发明实施例1粉煤催化热解制煤焦油装置的工艺流程图。
图2是图1中催化热解反应器1的结构示意图。
图3是图2的A-A的剖视图。
图4是图2的B-B的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1中，本实施例的粉煤催化热解制煤焦油装置由催化热解反应器1、加热提升管2、循环煤气鼓风机3、荒煤气净化装置4、煤气鼓风机5、高温半焦换热器6、加热炉7、烟气引风机8、高温气体换热器9联接构成。
催化热解反应器1的上端出口通过管道与荒煤气净化装置4的入口相联通、中部出口通过安装在管道上的阀门与加热提升管2的下端的入口相联通并通过管道与高温半焦换热器6的中部入口相联通，加热炉7通过管道与加热提升管2的入口相联通，加热提升管2中部出口通过管道与催化热解反应器1的半焦入口相联通、上端的出口通过管道与高温气体换热器9的烟气入口相联通，荒煤气净化装置4上出口通过安装在管道上循环煤气鼓风机3与高温气体换热器9的煤气输入端相联通、下出口通过安装在管道上煤气鼓风机5与高温半焦换热器6的入口相联通，高温气体换热器9的一输出口通过管道与催化热解反应器1相连通、另一输出口通过安装在管道上的烟气引风机8与加热提升管2的入口相联通，高温半焦换热器6的出口与催化热解反应器1的入口管道相联通。
在图2中，本实施例的催化热解反应器1由荒煤气排出管1-1、环形封闭隔板1-2、旋流管1-3、导流管1-4、热解反应管1-5、外筒1-6、高温半焦排出管1-7、催化反应室1-8、催化剂1-9、支撑花板1-10、煤气分布器1-11、粉煤输入管1-12、高温半焦输入管1-13、煤气输入管1-14、催化室进气管1-15联接构成。
本实施例的热解反应管1-5由连为一体的垂直段和水平段构成，在热解反应管1-5的垂直段上部外围套装有外筒1-6，外筒1-6的顶部焊接联接有荒煤气排出管1-1，外筒1-6内壁上焊接联接有环形封闭隔板1-2，环形封闭隔板1-2内侧焊接联接有导流管1-4，导流管1-4位于热解反应管1-5垂直段的外围，导流管1-4内壁与热解反应管1-5外壁之间形成环状空间。热解反应管1-5垂直段和环形封闭隔板1-2上焊接联接有6个旋流管1-3，旋流管1-3与热解反应管1-5内相联通，并穿过导流管1-4且自由端伸出于导流管1-4管壁外，自由端加工成向下的螺旋状。环形封闭隔板1-2、旋流管1-3、导流管1-4、热解反应管1-5、外筒1-6联接构成本实施例的分离器，分离器用于气体与固体分离。
外筒1-6的缩口段斜壁与水平面的夹角为45°。外筒1-6的底部焊接联接有高温半焦排出管1-7。在热解反应管1-5垂直段下部的外围套装有催化反应室1-8，催化反应室1-8的外侧壁上焊接联接有催化室进气管1-15，催化室进气管1-15与催化反应室1-8内相联通，热解反应管1-5外壁与催化反应室1-8内壁之间焊接联接有环形的支撑花板1-10，支撑花板1-10上放置催化剂1-9，热解反应管1-5的底端焊接联接有煤气分布器1-11，煤气分布器1-11上加工有同心圆环形排列的气孔，每一圈气孔等分圆周间隔均布设置，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈气孔也可交错排列，气孔的孔径为5mm。热解反应管1-5的水平段上焊接联接有高温半焦输入管1-13和粉煤输入管1-12，高温半焦输入管1-13和粉煤输入管1-12与热解反应管1-5内相联通，高温半焦输入管1-13和粉煤输入管1-12与热解反应管1-5之间的连接处均为圆弧形管，以防止下料时造成堵塞，根据高温半焦输入管1-13和粉煤输入管1-12的几何尺寸，圆弧形管的几何尺寸按照机械设计手册进行设计，热解反应管1-5水平段的端部用螺纹紧固联接件固定联接有煤气输入管1-14。
如图3所示，热解反应管1-5的筒壁上焊接联接有6个等分圆周均布设置的旋流管1-3，旋流管1-3使得热解反应管1-5与外筒1-6之间形成螺旋向下收敛形通道，从热解反应管1-5进入旋流管1-3的气固流逐渐加速并向下旋转，在离心力的作用下实现气固分离，分离后的气体由导流管1-4与热解反应管1-5间的环状空间导出后从荒煤气排出管1-1排出，固相部分落至外筒1-6的底部从高温半焦排出管1-7排出。
如图4所示，煤气分布器1-11上加工有同心圆环形排列的3圈气孔，每一圈气孔等分圆周间隔均布设置，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈气孔也可交错排列，气孔的孔径为10mm。
在加热提升管2内的上部安装有分离器，分离器的结构与催化热解反应器1的分离器相同。
采用上述装置制备煤焦油的方法由下述步骤组成：
1、循环半焦粉加热
运转时用加热炉7加热产生的热烟气加热半焦粉到燃点，关闭加热炉7，空气和450～500℃循环烟气混合以8～15米/秒从加热提升管2底部进入，空气与循环 烟气的体积比为1∶2.5，4％～8％的半焦粉燃烧将其余半焦粉加热到750～800℃，经加热提升管2上部的烟气分离器分离，分离出的800～850℃烟气从加热提升管2顶部通过管道输入高温气体换热器9进行换热，固体进入催化热解反应器1的高温半焦输入管1-13入口。
2、粉煤的催化热解反应
750～800℃的半焦粉从高温半焦输入管1-13输入，经换热后的400～450℃的煤气以流速为5～15米/秒从煤气输入管1-14进入成半焦粉流，并被半焦粉碳化，粒径小于1mm的粉煤从粉煤输入管1-12输入，被半焦流带入催化热解反应器1内，进行热解反应，粉煤与半焦粉的质量比为1∶2.5。
由高温气体换热器9输出的750～800℃煤气从催化室进气管1-15进入催化反应室1-8与催化剂发生催化反应；本实施例的催化剂的活性组分为Fe2O3，Fe2O3的负载量为14％，催化剂的载体为α-Al2O3，催化剂比表面积120m2/g～160m2/g，孔容0.2mL/g～0.4ml/g。催化后的煤气，以流速为5～10米/秒经煤气分布器1-11进入催化热解反应器1内参与热解反应，生成半焦和荒煤气，经催化热解反应器1上部的旋流管1-3分离，分离出的510～550℃半焦粉从催化热解反应器1高温半焦排出管1-7一部分经管道进入加热提升管2、另一部分经管道进入高温半焦换热器6，分离出的荒煤气从催化热解反应器1顶部经管道进入荒煤气净化装置4。
3、煤焦油的回收及余热利用
荒煤气净化装置4对输入的荒煤气进行净化分离成煤气和煤焦油，煤焦油从荒煤气净化装置4侧面排出，一部分煤气经安装在管道上的煤气鼓风机5输入到高温半焦换热器6、另一部分煤气经安装在管道上的循环煤气鼓风机3输入高温气体换热器9。在高温半焦换热器6内煤气被510～550℃半焦粉加热到400～450℃后，从高温半焦换热器6底部经管道输入催化热解反应器1的煤气输入管1-14循环利用，半焦粉经高温半焦换热器6冷却到60～80℃从侧面排出。在高温气体换热器9内煤气被烟气加热升温到750～800℃，烟气由800～850℃降到150～200℃，从底部输出到催化室进气管1-15进入催化反应室1-8循环利用，一部分废烟气从侧面排出、另一部分废烟气经安装在管道上的烟气引风机8从加热提升管2的底部输入循环利用，最终分离出煤焦油、煤气，煤焦油的收率为21％。
实施例2
本实施例中，催化热解反应器1的热解反应管1-5垂直段和环形封闭隔板1-2上焊接联接有4个旋流管1-3，旋流管1-3与热解反应管1-5内相联通，并穿过导流管1-4且自由端伸出于导流管1-4管壁外，自由端加工成向下的螺旋状。外筒1-6的缩口段斜壁与水平面的夹角为36℃。催化热解反应器1的煤气分布器1-11上加工有3圈同心圆环形排列的气孔，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈中气孔也可交错排列，气孔的孔径为12mm。催化热解反应器1的支撑花板1-10上加工有3圈环形排列的气孔，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈中气孔也可交错排列，气孔的孔径为4mm，催化热解反应器1的其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
采用本实施例粉煤催化热解制备煤焦油的装置制备煤焦油的方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，催化热解反应器1的热解反应管1-5垂直段和环形封闭隔板1-2上焊接联接有8个旋流管1-3，旋流管1-3与热解反应管1-5内相联通，并穿过导流管1-4且自由端伸出于导流管1-4管壁外，自由端加工成向下的螺旋状。外筒1-6的缩口段斜壁与水平面的夹角为60°。催化热解反应器1的煤气分布器1-11上加工有20圈同心圆环形排列的气孔，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈中气孔也可交错排列，气孔的孔径为8mm。催化热解反应器1的支撑花板1-10上加工有30圈环形排列的气孔，每一圈气孔等分圆周间隔均布排列，一圈气孔中的1个与相邻一圈中的1个气孔排列在同一半径上，一圈气孔与相邻一圈中气孔也可交错排列，气孔的孔径为2mm，催化热解反应器1的其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
采用本实施例粉煤催化热解制备煤焦油的装置制备煤焦油的方法与实施例1相同。
实施例4
在以上的实施例1～3的循环半焦粉加热步骤1中，空气与循环烟气的体积比为1∶2，该步骤的其它步骤与实施例1相同。在粉煤的催化热解反应步骤2中，粉 煤与半焦粉的质量比为1∶2，所用的催化剂的活性组分为Fe2O3，Fe2O3的负载量为10％，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例5
在以上的实施例1～3的循环半焦粉加热步骤1中，空气与循环烟气的体积比为1∶3，该步骤的其它步骤与实施例1相同。在制备煤焦油方法的粉煤催化热解反应步骤2中，粉煤与半焦粉的质量比为1∶3，所用的催化剂的活性组分为Fe2O3，Fe2O3的负载量为15％，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例6
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用CoO替换，CoO的负载量与相应的实施例相同，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例7
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用NiO替换，NiO的负载量与相应的实施例相同，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例8
在以上的实施例1～5的制备煤焦油方法的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用Fe2O3和CoO的混合物替换，Fe2O3的的负载量与相应的实施例相同，CoO的负载量与Fe2O3的负载量相同，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例9
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用Fe2O3和NiO的混合物替换，Fe2O3的负载量与相应的实施例相同，NiO的负载量与Fe2O3的负载量相同，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例10
在以上的实施例1～5的制备煤焦油方法的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用CoO和NiO的混合物替换，CoO的负载量与相应实施例中Fe2O3的负载量相同，NiO的负载量与CoO的负载量相同，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例11
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用CoO、NiO、NiO的混合物替换，Fe2O3、CoO、NiO的负载量分别为14％，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例12
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用CoO、NiO、NiO的混合物替换，Fe2O3、CoO、NiO的负载量分别为10％，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例13
在以上的实施例1～5的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的活性组分Fe2O3用CoO、NiO、NiO的混合物替换，Fe2O3、CoO、NiO的负载量分别为15％，催化剂的载体与实施例1相同，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施 例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例14
在以上的实施例1～13的制备煤焦油方法的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的载体α-Al2O3用β-Al2O3替换，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
实施例15
在以上的实施例1～13的粉煤催化热解反应步骤2中，所用的催化剂的载体α-Al2O3用γ-Al2O3替换，该步骤的其它步骤与实施例1相同。其它步骤与实施例1相同，制备成煤焦油。
制备煤焦油所用的装置与相应的实施例相同。
Claims (6)
1.一种粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：催化热解反应器(1)的上端出口通过管道与荒煤气净化装置(4)的入口相联通、中部出口通过安装在管道上的阀门与加热提升管(2)的下端的入口相联通并通过管道与高温半焦换热器(6)的中部入口相联通，加热炉(7)与加热提升管(2)的入口相联通，加热提升管(2)中部出口通过管道与催化热解反应器(1)的半焦入口相联通、上端的出口通过管道与高温气体换热器(9)的烟气入口相联通，荒煤气净化装置(4)上出口通过安装在管道上循环煤气鼓风机(3)与高温气体换热器(9)的煤气输入端相联通、下出口通过安装在管道上煤气鼓风机(5)与高温半焦换热器(6)的入口相联通，高温气体换热器(9)的一输出口通过管道与催化热解反应器(1)相连通、另一输出口通过安装在管道上的烟气引风机(8)与加热提升管(2)的入口相联通，高温半焦换热器(6)的出口与催化热解反应器(1)的入口管道相联通；
上述的催化热解反应器(1)为：在热解反应管(1-5)的垂直段上部外围设置有分离器，外筒(1-6)的底部设置有高温半焦排出管(1-7)，在热解反应管(1-5)垂直段下部的外围套装有催化反应室(1-8)，催化反应室(1-8)的外侧壁上设置有与催化反应室(1-8)内相联通的催化室进气管(1-15)，热解反应管(1-5)外壁与催化反应室(1-8)内壁之间设置有环形的支撑花板(1-10)，支撑花板(1-10)上放置催化剂(1-9)，热解反应管(1-5)的垂直段下部设置有煤气分布器(1-11)，热解反应管(1-5)的水平段上设置有与其内相联通的高温半焦输入管(1-13)、粉煤输入管(1-12)、煤气输入管(1-14)，高温半焦输入管(1-13)和粉煤输入管(1-12)与热解反应管(1-5)之间的连接处均为圆弧形管；所说的加热提升管(2)内的上部设置有烟气分离器。
2.按照权利要求1所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于所说的催化热解反应器(1)的分离器为：在外筒(1-6)内壁上设置有环形封闭隔板(1-2)，环形封闭隔板(1-2)内侧设置有位于热解反应管(1-5)垂直段的外围的导流管(1-4)，导流管(1-4)内壁与热解反应管(1-5)外壁之间形成环状空间，热解反应管(1-5)垂直段和环形封闭隔板(1-2)下方的外筒(1-6)上设置有与热解反应管(1-5)内相联通、且等分圆周的4～8个旋流管(1-3)，旋流管(1-3)的 自由端伸出于导流管(1-4)管壁外；所说的加热提升管(2)的烟气分离器的结构与催化热解反应器(1)的分离器相同。
3.按照权利要求2所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的旋流管(1-3)的自由端加工成向下的螺旋状。
4.按照权利要求1或2所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的外筒(1-6)的缩口段斜壁与水平面的夹角为36°～60°。
5.按照权利要求1所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的煤气分布器(1-11)上加工有3～20圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为8～12mm；所说的支撑花板(1-10)上加工有3～30圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为2～4mm。
6.一种使用权利要求1装置制备煤焦油的方法，其特征在于由下述步骤组成：
(1)循环半焦粉加热
运转时用加热炉(7)加热产生的热烟气加热半焦粉到燃点，关闭加热炉(7)，空气和450～500℃循环烟气混合以8～15米/秒从加热提升管(2)底部进入，空气与循环烟气的体积比为1∶2～3，4％～8％的半焦粉燃烧将其余半焦粉加热到750～800℃，经加热提升管(2)上部的烟气分离器分离，分离出的800～850℃烟气从加热提升管(2)顶部通过管道输入高温气体换热器(9)进行换热，固体进入催化热解反应器(1)的高温半焦输入管(1-13)入口；
(2)粉煤的催化热解反应
750～800℃的半焦粉从高温半焦输入管(1-13)输入，经换热后的400～450℃的煤气以流速为5～15米/秒从煤气输入管(1-14)进入形成半焦粉流，并被半焦粉碳化，粒径小于1mm的粉煤从粉煤输入管(1-12)输入，被半焦流带入催化热解反应器(1)内，进行热解反应，粉煤与半焦粉的质量比为1∶2～3；
由高温气体换热器(9)输出的750～800℃煤气从催化室进气管(1-15)进入催化反应室(1-8)与催化剂发生催化反应，催化后的煤气，以流速为5～10米/秒经煤气分布器(1-11)进入催化热解反应器(1)内参与热解反应，生成半焦和荒煤气，经催化热解反应器(1)上部的旋流管(1-3)分离，分离出的510～550℃半焦粉从高温半焦排出管(1-7)排出，一部分经管道进入加热提升管(2)、另一部分经管道进入高温半焦换热器(6)，分离出的荒煤气从催化热解反应器(1)顶部 经管道进入荒煤气净化装置(4)；
上述的催化剂的活性组分为Fe2O3、CoO、NiO中的任意一种或两种的混合物或三种的混合物，单一活性组分Fe2O3、CoO、NiO的负载量分别为10％～15％，在两种或三种活性组分的混合配比中，每种活性组分的负载量为10％～15％；催化剂的载体为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3中的任意一种；催化剂的比表面积为120m2/g～160m2/g、孔容为0.2mL/g～0.4mL/g；
(3)煤焦油的回收及余热利用
荒煤气净化装置(4)对输入的荒煤气进行净化分离成煤气和煤焦油，煤焦油从荒煤气净化装置(4)侧面排出，一部分煤气经安装在管道上的煤气鼓风机(5)输入到高温半焦换热器(6)、另一部分煤气经安装在管道上的循环煤气鼓风机(3)输入高温气体换热器(9)，在高温半焦换热器(6)内煤气被510～550℃半焦粉加热到400～450℃后，从高温半焦换热器(6)底部经管道输入催化热解反应器(1)的煤气输入管(1-14)循环利用，半焦粉经高温半焦换热器(6)冷却到60～80℃从侧面排出；在高温气体换热器(9)内煤气被烟气加热升温到750～800℃，烟气由800～850℃降到150～200℃，从底部输出到催化室进气管(1-15)进入催化反应室(1-8)循环利用，一部分废烟气从侧面排出、另一部分废烟气经安装在管道上的烟气引风机(8)从加热提升管(2)的底部输入循环利用。
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