CN102786966B - 一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统。粉粒体在混和装置内流动过程中，利用混合元件对流体的分割、导流和再混合作用，达到使固体物料均匀混合的目的。移动床反应器内发生热解反应；气提气导入分布器和热解气引出集气器交汇组合实现了油汽的分压降低和加速导出，减少了油汽聚合反应和二次裂解反应，提高了煤热解焦油收率。

Description

一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及煤热解生产半焦、煤焦油和煤气过程中的固体热载体热解方法。

背景技术

煤炭作为一种化石能源资源，其洁净、高效、综合转化利用是未来的发展方向。以煤热解为基础的多联产或梯级（分质）利用，符合洁净、高效、综合转化利用原则，受到研究开发者的关注，作为其主要过程单元的煤热解则受到更多关注。在煤热解工艺中，固体热载体法热解是其重要方法之一。在煤固体热载体法热解生产半焦、煤焦油和煤气过程中，采用移动床反应器实现煤热解过程是相对简单的方式，但由于固体热载体法热解工艺处理的是粉粒状煤，随着反应器处理量的增加，特别是达到工业化生产规模后，移动床反应器煤热解反应物料床层高度增加，煤热解反应产生的油汽（指气态煤焦油）导出阻力增加, 油汽聚合反应和二次裂解反应加剧，煤热解焦油收率随之降低。本发明一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统能够以相对简单的移动床反应器方式实现工业化生产规模的煤固体热载体热解高焦油收率目标。

发明内容

本发明提供一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统，达到煤固体热载体法热解生产半焦、煤焦油和煤气过程中物料在反应器内的停留时间分布均匀，油汽加速导出，有效减少油汽聚合反应和二次裂解反应，实现在工业化生产规模下煤固体热载体法热解高焦油收率目标。

本发明为实现上述目标采用的技术方案是：一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，具体步骤是：

（1）将干燥后的粉粒状煤与热载体（高温半焦，煤热解生成的半焦进一步加热升温得到）按比例导入无转动器件的混合装置（一种静态混合器），粉粒体（粉粒状煤与热载体）依靠重力在静态混合器内流动，静态混合元件对流动的粉粒体进行分割、导流和再混合作用，使粉粒体混合均匀；

（2）将混合均匀的粉粒体由移动床反应器顶部导入移动床反应器进行煤热解反应；移动床反应器反应段下部同时导入经过预热的气提气(即气提介质)；气提气通过气提气导入分布器，导入热解反应物料床层；煤热解反应生成的热解气（也称荒煤气，主要为煤焦油和煤气，还含有水蒸气和少量杂质）被热解气引出集气器（与气提气导入分布器纵向交汇布置在热解反应物料床层内）引出进入移动床反应器上部集气空间，通过热解气出口引出反应器，即气提气导入热解反应物料床层的同时实现煤热解反应生成的热解气从热解反应物料床层加速引出。

（3）产物热解气由移动床反应器的上部引出，进入焦油回收与煤气净化系统回收焦油净化煤气；净化后的煤气一部分作为产品输出，另一部分作为气提气导入热解反应器。

（4）产物半焦由移动床反应器出料段底部排出，其中一部分半焦作为产品输出，另一部分半焦进入加热提升管加热升温后，作为热载体（高温半焦）再次与煤混合循环使用。

所述步骤（1）中的粉粒状煤为粉粒状烟煤或粉粒状褐煤。所述干燥后的粉粒状煤与热载体混合质量比为1：2～5，优选干燥后的粉粒煤与热载体混合质量比1：2.5～4.0。

所述步骤（2）移动床反应器中热解反应条件：常压，反应温度470～600℃，优选500～550℃；反应时间10～30min，优选15～25min。

所述的气提气为：自产煤气、氮气、蒸汽、氢气等惰性或可燃性气体，优选自产煤气（即煤热解生成热解气经过回收焦油并净化后的煤气）。

所述的气提气用量(按每吨干煤计)为： 25～150Nm³，优选50～100 Nm³。

所述的气提气经预热后进入移动床反应器内，预热后气提气温度为热解反应温度±50℃,优选为热解反应温度±25℃。气提气预热采用自产高温烟气间接换热方式实现。

本发明导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，混合器底部直接连通移动床反应器，在移动床反应器反应段设有气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气由气提气导入分布器导入移动床反应器，并在料层中均匀分布，煤热解反应生成的热解气被热解气引出集气器（与气提气导入分布器纵向交汇布置在热解反应物料床层内）引出进入移动床反应器上部集气空间，经过热解气出口进入焦油回收与煤气净化系统，反应器出料段底部半焦排出管分为产品半焦和热载体循环用半焦两路，热载体循环用半焦连通加热提升管，加热提升管连通热半焦储槽；

其中混合器为一种静态混合器，混合器筒体上方安装有初始进料分布组件，初始进料分布组件采用同轴心的内进料管和外套管组成，外套管为热载体进料管，内进料管为Y形原煤进料管，Y形原煤进料管夹角为50～70度，筒体内部安装至少一级物料混合单元，料混合单元由锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅组成，锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅从上至下依次同轴心固定安装在筒体内；

其中移动床反应器由反应段和出料段两部分构成，反应段采用圆形筒体，反应器上部连通进料口（直接连通静态混合器）和热解气出口，下面固定连接出料段，反应器反应段内安装气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气导入分布器由不少于2层网格状气提气导入角状管排通过气提气导入管连通构成，热解气引出集气器由不少于2层网格状热解气引出角状管排通过热解气引出管连通构成，网格状气提气导入角状管排和网格状热解气引出角状管排纵向交替排列；气提气导入分布器和热解气引出集气器分别通过气提气导入分布器固定件和热解气引出集气器固定件与反应段壳体连接；气提气导入分布器与气提气入口连通，气提气入口设置在反应段下部；热解气引出管与热解气出口连通，其中的角状管水平放置其横截面是带直边三角形，下部是全敞开结构。

所述混合器的锥形布料板上沿圆周开设有若干个豁口。

所述混合器的复叠式物料收集混合斗由至少两级物料收集混合斗单体组成，物料收集混合斗单体结构是圆形边框连接锥形体，锥形体由板条和间隙构成，各级物料收集混合斗单体的板条和间隙错位式复叠安装。

所述混合器的混合格栅由上级格栅和下级格栅组成，上下两级格栅的栅板和间隙错位式排布，混合格栅的栅板采用弧形或双面倾角形板条，栅板底部即为筒体底部为出料口，连通移动床反应器。

所述移动床反应器的出料段采用倒锥体筒体，出料段内安装有分布锥，分布锥位于反应器出口、热半焦出口之间且与三者同轴心排布。

本发明一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统，粉粒体在混和装置内流动过程中，利用混合元件对流体的分割、导流和再混合作用，达到使固体物料均匀混合的目的。移动床反应器内发生热解反应；气提气导入分布器和热解气引出集气器交汇组合实现了油汽的分压降低和加速导出，减少了油汽聚合反应和二次裂解反应，提高了煤热解焦油收率。本发明一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统具有以下特点：

1、采用导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统克服了固体热载体法热移动床反应器粉粒状煤热解反应物料床层高度增加，焦油收率下降问题，实现了油汽的分压降低和加速导出，减少了油汽聚合反应和二次裂解反应，提高了煤热解焦油收率。

2、采用无转动器件的混合装置，利用静态混合元件对粉粒体的分割、导流和再混合作用，达到使固体物料均匀混合的目的；可实现长周期连续稳定运转，有效克服了动态混合器中的转动部件在高温下易损坏的缺点。

3、采用自产热高温烟气对气提气进行预热，不需额外补充能量。

附图说明：

图1为本发明一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统工艺流程图。

图2是本发明利用自产煤气作为气提介质时的工艺流程图。

图3是本发明混合器结构示意图。

图4是本发明混合器的复叠式物料收集混合斗结构示意图。

图5是本发明混合器的混合格栅结构示意图。

图6是本发明移动床反应器结构示意图。

具体实施方式：

下面结合一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法及系统的工艺流程，详细描述本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

本发明系统如图1所示，导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，静态混合器底部直接连通移动床反应器，在移动床反应器反应段设有气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气由气提气导入分布器导入移动床反应器，并在料层中均匀分布，煤热解反应生成的热解气被热解气引出集气器（与气提气导入分布器纵向交汇布置在热解反应物料床层内）引出进入移动床反应器上部集气空间，经过热解气出口进入焦油回收与煤气净化系统，反应器出料段底部半焦排出管分为产品半焦和热载体循环用半焦两路，热载体循环用半焦连通加热提升管，加热提升管连通热半焦储槽。

其中混合器筒体上方安装有初始进料分布组件29，初始进料分布组件如图3所示采用同轴心的内进料管35和外套管34组成，外套管为热载体进料管，内进料管为Y形原煤进料管，Y形原煤进料管夹角为50～70度，筒体内部安装至少一级物料混合单元，物料混合单元由锥形布料板30、复叠式物料收集混合斗31和混合格栅组成，锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅从上至下依次同轴心固定安装在筒体内。锥形布料板30如图3所示，上沿圆周开设有若干个豁口36。复叠式物料收集混合斗31如图4所示由至少两级物料收集混合斗单体组成，物料收集混合斗单体结构是圆形边框37连接锥形体，锥形体由板条38和间隙39构成，各级物料收集混合斗单体的板条和间隙错位式复叠安装。复叠式物料收集混合斗可以采用整体铸造，然后整体固定安装在筒体内，也可以各单体分别固定在筒体内。混合格栅如图5所示由上级格栅32和下级格栅33组成，上下两级格栅的栅板40和间隙41错位式排布，混合格栅的栅板40采用弧形或双面倾角形板条，栅板底部即为筒体底部为出料口。

其中移动床反应器如图6所示，其由反应段和出料段构成，反应段采用圆形筒体，反应段上面连通粉粒体（粉粒状煤与热载体）进口49和热解气出口48，下面固定连接出料段44，反应段内安装气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气导入分布器由不少于2层网格状气提气导入角状管排53通过气提气导入管46连通构成，热解气引出集气器由不少于2层网格状热解气引出角状管排52通过热解气引出管50连通构成，网格状气提气导入角状管排53和网格状热解气引出角状管排52纵向交替排列；气提气导入分布器和热解气引出集气器分别通过气提气导入分布器固定件47和热解气引出集气器固定件51与反应段壳体连接；气提气导入分布器与气提气入口45连通，气提气入口45设置在反应段下部；热解气引出管50与热解气出口48连通，其中的角状管水平放置其横截面是带直边三角形，下部是全敞开结构。

所述移动床反应器的出料段采用倒锥体筒体，出料段44内安装有分布锥43，分布锥43位于反应段出口、热半焦出口42之间且与三者同轴心排布。

实施例1

采用上述系统实施导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，以下实施例中涉及的百分比均为质量百分比（%）。实验使用的粉粒状煤性质如表1所示。

表1粉粒状煤性质（空气干燥基）

本实施例使用原料为烟煤1。使用导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法0.24吨/日热解试验装置，具体操作工艺流程见附图2；将干燥后的粉粒状烟煤1与热载体2，按1:2.5的混合比导入混合器3内，粉粒状烟煤1与热载体2在混合器3内混合成均匀粉粒体，粉粒体由混合器底部进入移动床反应器4，在移动床反应器内发生热解反应，热解反应温度为500℃，停留时间15分钟。生成热解气8和半焦，在移动床反应器反应段下部设有气提气入口管，气提气9由此进入移动床反应器，并在料层中均匀分布。气提气9采用煤气，气提煤气用量为按每吨干煤50Nm³。热解气8经过焦油回收和煤气净化系统12处理后得到净化后的煤气13和煤焦油14。所得半焦由反应器底部排出，分为产品半焦6和热载体循环用半焦7，热载体循环用半焦7导入加热提升管10，半焦7在此被高温烟气18加热，并导入热半焦储槽11作为热载体循环使用。

高温烟气18是由煤气15、空气16和补充烟气17在烟气发生炉28中产生的。含半焦粉的高温烟气19由热半焦槽11上部引出在烟气净化系统5中脱除大部分半焦粉，半焦粉21由下部排出。净化后的高温烟气20进入煤气预热器27与气提用煤气换热，换热后的热烟气22仍携带较多热量可用于原煤的干燥和空气预热。净化后的煤气13一部分作为产品煤气23外送，一部分作为气提用煤气24经过煤气压缩机25得到升压的煤气26，经煤气预热器27的加热得到满足温度和压力要求的气提煤气9，进入反应器4。

与通常煤固体热载体热解方法比较，导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法焦油收率增加11.7%。产品收率见表2。

表2产品收率

实施例2

本实施例使用原料为褐煤2，使用导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法0.24吨/日热解试验装置，具体操作工艺流程见附图2。将干燥后的粉粒状褐煤1与热载体2，按1:4的混合比导入混合器3内，粉粒状褐煤1与热载体2在混合器3内均匀混合成均匀粉粒体，粉粒体由混合器底部进入移动床反应器4，在移动床反应器内发生热解反应，热解反应温度为550℃，停留时间20分种。生成热解气8和半焦，在移动床反应器反应段下部设有气提气入口管，气提气9由此进入移动床反应器，并在料层中均匀分布。气提煤气用量为按每吨干煤100Nm³。热解气8经过焦油回收和煤气净化系统12处理后得到净化后的煤气13和煤焦油14。所得半焦由反应器底部排出，分为产品半焦6和热载体循环用半焦7，热载体循环用半焦7导入加热提升管10，半焦7在此被高温烟气18加热，并导入热半焦储槽11作为热载体循环使用。

高温烟气18是由煤气15、空气16和补充烟气17在烟气发生炉28中产生的。含半焦粉的高温烟气19由热半焦槽11上部引出在烟气净化系统5中脱除大部分半焦粉，半焦粉21由下部排出。净化后的高温烟气20进入煤气预热器27与气提用煤气换热，换热后的热烟气22仍携带较多热量可用于原煤的干燥和空气预热。净化后的煤气13一部分作为产品煤气23外送，一部分作为气提用煤气24经过煤气压缩机25得到升压的煤气26，经煤气预热器27的加热得到满足温度和压力要求的气提煤气9，进入反应器4。

与通常煤固体热载体热解方法比较，导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法焦油收率增加16.5%。产品收率见表3。

表3产品收率

实施例3～7

具体使用原料为褐煤1，2，烟煤1，2。使用导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法0.24吨/日热解试验装置，操作工艺流程与上述实施例2相同，具体工艺参数与产品收率见表4。

          表4 工艺参数与产品收率

注：1煤焦比指热半焦用量与干燥后煤样质量比；

2焦油收率增加百分比指相同生产条件下与无气提煤气相比。

Claims (15)

1.一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，采用导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，混合器底部直接连通移动床反应器，在移动床反应器反应段设有气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气由气提气导入分布器导入移动床反应器，并在料层中均匀分布，煤热解反应生成的热解气被热解气引出集气器引出进入移动床反应器上部集气空间，热解气引出集气器与气提气导入分布器纵向交汇布置在热解反应物料床层内，经过热解气出口进入焦油回收与煤气净化系统，反应器出料段底部半焦排出管分为产品半焦和热载体循环用半焦两路，热载体循环用半焦连通加热提升管，加热提升管连通热半焦储槽；

其中混合器为一种静态混合器，混合器筒体上方安装有初始进料分布组件，初始进料分布组件采用同轴心的内进料管和外套管组成，外套管为热载体进料管，内进料管为Y形原煤进料管，Y形原煤进料管夹角为50～70度，筒体内部安装至少一级物料混合单元，料混合单元由锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅组成，锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅从上至下依次同轴心固定安装在筒体内；

其中移动床反应器由反应段和出料段两部分构成，反应段采用圆形筒体，反应器上部连通进料口和热解气出口，进料口直接连通静态混合器，反应器下面固定连接出料段，反应器反应段内安装气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气导入分布器由不少于2层网格状气提气导入角状管排通过气提气导入管连通构成，热解气引出集气器由不少于2层网格状热解气引出角状管排通过热解气引出管连通构成，网格状气提气导入角状管排和网格状热解气引出角状管排纵向交替排列；气提气导入分布器和热解气引出集气器分别通过气提气导入分布器固定件和热解气引出集气器固定件与反应段壳体连接；气提气导入分布器与气提气入口连通，气提气入口设置在反应段下部；热解气引出管与热解气出口连通，其中的角状管水平放置其横截面是带直边三角形，下部是全敞开结构；

具体步骤是：

（1）将干燥后的粉粒状煤与热载体按比例导入无转动器件的静态混合器，粉粒体，即粉粒状煤与热载体，依靠重力在静态混合器内流动，静态混合元件对流动的粉粒体进行分割、导流和再混合作用，使粉粒体混合均匀；

（2）将混合均匀的粉粒体由移动床反应器顶部导入移动床反应器进行煤热解反应；移动床反应器反应段下部同时导入经过预热的气提气即气提介质；气提气通过气提气导入分布器，导入热解反应物料床层；煤热解反应生成的热解气被热解气引出集气器引出进入移动床反应器上部集气空间，通过热解气出口引出反应器；

（3）产物热解气由移动床反应器的上部引出，进入焦油回收与煤气净化系统回收焦油净化煤气；净化后的煤气一部分作为产品输出，另一部分作为气提气导入热解反应器；

（4）产物半焦由移动床反应器出料段底部排出，其中一部分半焦作为产品输出，另一部分半焦进入加热提升管加热升温后，作为热载体再次与煤混合循环使用。

2.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述步骤（1）中的粉粒状煤为粉粒状烟煤或粉粒状褐煤；所述干燥后的粉粒状煤与热载体混合质量比为1：2～5。

3.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述步骤（2）移动床反应器中热解反应条件：常压，反应温度470～600℃；反应时间10～30min。

4.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气为：自产煤气、氮气、蒸汽、氢气或可燃性气体。

5.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气用量按每吨干煤计为：25～150Nm³。

6.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气经预热后进入移动床反应器内，预热后气提气温度为热解反应温度±50℃；气提气预热采用自产高温烟气间接换热方式实现。

7.根据权利要求2所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述步骤（1）中，干燥后的粉粒煤与热载体混合质量比1：2.5～4.0。

8.根据权利要求3所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述步骤（2）移动床反应器中热解反应条件：反应温度500～550℃；反应时间15～25min。

9.根据权利要求4所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气采用自产煤气是煤热解生成热解气经过回收焦油并净化后的煤气。

10.根据权利要求5所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气用量按每吨干煤计为：50～100 Nm³。

11.根据权利要求1所述的一种导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解方法，其特征在于，所述的气提气经预热后进入移动床反应器内，预热后气提气温度为热解反应温度±25℃；气提气预热采用自产高温烟气间接换热方式实现。

12.导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，混合器底部直接连通移动床反应器，其特征在于，在移动床反应器反应段设有气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气由气提气导入分布器导入移动床反应器，并在料层中均匀分布，煤热解反应生成的热解气被热解气引出集气器引出进入移动床反应器上部集气空间，热解气引出集气器与气提气导入分布器纵向交汇布置在热解反应物料床层内，经过热解气出口进入焦油回收与煤气净化系统，反应器出料段底部半焦排出管分为产品半焦和热载体循环用半焦两路，热载体循环用半焦连通加热提升管，加热提升管连通热半焦储槽；

其中混合器为一种静态混合器，混合器筒体上方安装有初始进料分布组件，初始进料分布组件采用同轴心的内进料管和外套管组成，外套管为热载体进料管，内进料管为Y形原煤进料管，Y形原煤进料管夹角为50～70度，筒体内部安装至少一级物料混合单元，料混合单元由锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅组成，锥形布料板、复叠式物料收集混合斗和混合格栅从上至下依次同轴心固定安装在筒体内；

其中移动床反应器由反应段和出料段两部分构成，反应段采用圆形筒体，反应器上部连通进料口和热解气出口，进料口直接连通静态混合器，反应器下面固定连接出料段，反应器反应段内安装气提气导入分布器和热解气引出集气器，气提气导入分布器由不少于2层网格状气提气导入角状管排通过气提气导入管连通构成，热解气引出集气器由不少于2层网格状热解气引出角状管排通过热解气引出管连通构成，网格状气提气导入角状管排和网格状热解气引出角状管排纵向交替排列；气提气导入分布器和热解气引出集气器分别通过气提气导入分布器固定件和热解气引出集气器固定件与反应段壳体连接；气提气导入分布器与气提气入口连通，气提气入口设置在反应段下部；热解气引出管与热解气出口连通，其中的角状管水平放置其横截面是带直边三角形，下部是全敞开结构。

13.根据权利要求12所述的导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，其特征在于，所述混合器的锥形布料板上沿圆周开设有若干个豁口；所述混合器的复叠式物料收集混合斗由至少两级物料收集混合斗单体组成，物料收集混合斗单体结构是圆形边框连接锥形体，锥形体由板条和间隙构成，各级物料收集混合斗单体的板条和间隙错位式复叠安装。

14.根据权利要求12所述的导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，其特征在于，所述混合器的混合格栅由上级格栅和下级格栅组成，上下两级格栅的栅板和间隙错位式排布，混合格栅的栅板采用弧形或双面倾角形板条，栅板底部即为筒体底部为出料口，连通移动床反应器。

15.根据权利要求12所述的导引式气提强化油汽加速导出的煤固体热载体热解系统，其特征在于，移动床反应器的出料段采用倒锥体筒体，出料段内安装有分布锥，分布锥位于反应器出口、热半焦出口之间且三者同轴心排布。

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