CN103045275B - 一种自热式热解方法 - Google Patents

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Abstract

一种自热式热解方法，包括如下步骤：将煤送入流化床式热解炉中；在热解炉的底部通入流化气体，所述流化气体中含有氧气，所述氧气的量仅供部分煤燃烧，部分煤在热解炉中燃烧而消耗掉氧气且同时释放出可将煤加热至热解温度的热量，煤的热解产生半焦和煤气。

Description

一种自热式热解方法
技术领域
本发明涉及一种煤的转化方法，特别是一种煤热解及气化制取半焦和煤气的方法。
背景技术
我国能源现状是“多煤、少油、缺气”，煤直接燃烧生产热、电以及蒸汽，能耗高、对环境污染大。通过热化学转化方法将煤转化为高价值的气态、液态和固态产品，开发能够富产气体燃料、固体半焦及其它加工产品的煤炭高价值梯级转化和利用工艺，对提高煤炭资源利用效率、减少环境污染具有重要意义。
目前，对于煤的热解，主要采用的热源有气体热载体、固体热载体或电加热，以便达到加热煤的同时，不带入氧气的目的。
中国专利申请200810104399.2公开了一种褐煤干燥提质装置及工艺方法，包括褐煤分室干燥装置、流化床热解装置、热解气体燃烧装置以及其他辅助装置；将干燥、热解与燃烧结合，采用燃烧烟气与蒸汽用作干燥和热解的热源。中国专利申请200910215125.5公开了一种新型流化床半焦生产系统及其工艺，包括干燥系统和干馏系统，干燥与干馏结合，配备燃烧炉，干燥系统为流化床干燥机，过热蒸汽作流化介质，热量来自于燃烧炉烟气，干燥系统尾气净化后一部分在干燥装置循环，另一部分回收利用。中国专利申请200910235333.1公开了一种煤气-焦油-半焦联产方法，将热解与燃烧结合，固体热载体为热解提供热量，烟气进入余热锅炉补燃，利用烟气显热和补燃释放的热量对热解前粉煤干燥。
煤热解所产出的半焦温度很高，如果不能完全冷却，将可能在储存或运输中发生自燃，引发危险。目前半焦的冷却常采用通入水或水蒸气的方式，如中国专利申请201010587830.0公开的一种由煤制取半焦、焦油和煤气的方法，向半焦中直接通入水或水蒸气，使半焦出炉温度在100～180℃，但这种方式会产生难以处理的废水。
发明内容
为解决现有技术中问题的至少一个方面，提出本发明。本发明的目的在于提供一种自热式热解方法，该热解方法可以利用末煤生产半焦、可燃气或合成气产品。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种自热式热解方法，包括如下步骤：将煤送入流化床式热解炉中；在热解炉的底部通入流化气体，所述流化气体中含有氧气，所述氧气的量仅供部分煤燃烧，部分煤在热解炉中燃烧而消耗掉氧气且同时释放出可将煤加热至热解温度的热量，煤的热解产生半焦和煤气。
可选地，半焦中粒径较小的细粉随煤气从热解炉顶部排出，进入气固分离器进行气固分离，分离出的半焦细粉部分返回热解炉；未随煤气排出的粒状半焦从热解炉的下部排出。
可选地，所述煤为粒径分布于0～20mm之间的末煤。
可选地，所述流化气体为空气、空气与蒸汽的混合气体、富氧空气与蒸汽的混合气体、或纯氧与蒸汽的混合气体。
可选地，所述的流化气体在热解炉中的空塔流化速度为1.2～4.0m/s。
可选地，流化气体中所含的氧气为：每公斤煤0.05～0.35Nm3的氧气。
可选地，所述的煤中的挥发分60～95％在热解炉中析出。
可选地，当以半焦及煤气、焦油为目标产品时，所述热解炉内的反应温度为700-850℃。
可选地，当以半焦和煤气为目标产品时，所述热解炉内的反应温度为850-1050℃。
可选地，通过调节为每公斤煤所供给的氧气的量，调节热解炉内的反应温度。
可选地，所述的从热解炉底部排出的半焦进入深度热解炉中进行深度热解，半焦中残余的挥发分继续析出；经过深度热解的半焦从深度热解炉的底部排出。
可选地，所述的半焦深度热解，所产生的煤气通入热解炉或直接作为产品气输出。
可选地，所述的从深度热解炉底部排出的半焦进入间接冷却式的半焦冷却段进行冷却，使半焦被冷却至400℃以下。
可选地，所述的半焦冷却段中的半焦放出的热量被用于煤的干燥，这些热量在干燥器中释放；将煤送入热解炉中进行热解之前，先送入所述的干燥器进行干燥。
可选地，所述的从深度热解炉底部排出的半焦，在进入半焦冷却段之前，还经过一空气预热器；所述的空气预热器用于预热通入热解炉的空气、富氧空气或纯氧。
可选地，所述从气固分离器中分离出来的半焦细粉，除返回热解炉的部分外，其余被排出。
可选地，所述方法包括步骤：通过调节返回热解炉的半焦细粉的量与被排出的半焦细粉的量之间的比例，调节热解炉沿高度方向的温度分布。
可选地，当热解炉上下温度差较大时，增大返回热解炉的半焦细粉的量，减小被排出的半焦细粉的量；当热解炉上下温度差较小时，减小返回热解炉的半焦细粉的量，增加被排出的半焦细粉的量。
可选地，所述的煤气经气固分离器进行气固分离后，再进入第二级气固分离器进行气固分离，第二级气固分离器分离出的热解气作为产品气输出，第二级气固分离器分离出的半焦细粉被排出。
本发明提供的自热式热解方法，集煤的干燥、热解、半焦冷却及其余热利用于一体，可对应不同的目标产品要求，灵活调节半焦、煤气及焦油的指标，实现能源的高效梯级利用。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施例1的示意图。
图2为根据本发明的示例性实施例2的示意图。
图3为根据本发明的示例性实施例3的示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种末煤提值综合利用方法，主要适用于粒径范围为0～20mm的褐煤、烟煤等高挥发分末煤。原煤经过干燥(可选)、自热式热解、半焦深度热解与冷却三个阶段，可以产生半焦、煤气及焦油。
向热解炉中通入流化气体，可以是空气、空气与蒸汽的混合气体、富氧空气与蒸汽的混合气体、或纯氧与蒸汽的混合气体中的任意一种，流化气体中的空气量或氧气量要少于煤的理论燃烧空气量或与之对应的氧气量，从而使煤流化、并部分燃烧。燃烧释放出热量将煤加热，同时也将氧气消耗掉，使煤具备热解的条件。
流化气体在热解炉中的空塔速度为1.2～4.0m/s。
通过控制热解炉的温度和煤的停留时间，可以使煤中的60～95％挥发分析出。
流化气体中所含的氧气与煤的比例为0.05～0.35Nm3氧气：1kg煤。可以通过调节氧气/煤比来调节热解炉内的反应温度，从而实现不同的主要目标产品：以半焦为主要目标产品时，采用较低的氧气/煤比，使热解炉的反应温度为700～850℃，此时热解炉将产生半焦、煤气，以及以油气形态分布在煤气中的焦油；当以煤气为主要目标产品时，采用较高的氧气/煤比，使热解炉的反应温度为850～1050℃，此时热解炉将产生半焦、煤气，焦油量会很少。
热解炉产生的半焦，根据粒度的不同，以两种方式排出：较细的半焦细粉将主要随煤气一起从热解炉顶部进入气固分离器，较粗的粒状半焦将主要从热解炉底部排出。
气固分离器分离出的半焦细粉一部分返回热解炉继续参与物料循环，另一部分排出，可以进行冷却后作为产品储存或者用于其它的用途，如送入锅炉燃烧。通过调节半焦细粉参与循环的量与排出的量之间的比例，可以调节热解炉沿高度方向的温度分布：当热解炉上下温度差较大时，应增大参与物料循环的半焦细粉量；当热解炉上下温度差较小时，可适当减小返回热解炉的半焦细粉量，增加排出的半焦细粉量，以使热解炉的循环量维持在合适的范围、而不至于过大。
气固分离器分离出的煤气(可能含有油气)，必要时可以通入第二级气固分离器，分离出的半焦细粉排出进行冷却或送入锅炉燃烧，分离出的煤气作为产品气输出，可直接通入锅炉或其他工业炉窑作为燃料气，也可以经过余热回收与净化后，作为合成气及其他化工原料气使用。
煤中的挥发分在热解炉中析出大部分，约60～95％，其余部分是在半焦进入深度热解炉后析出。由于从热解炉进入深度热解炉的半焦温度很高，在高温下维持隔绝空气的条件，可使半焦中参与的挥发分继续析出。通过控制半焦从深度热解炉排出的速率，可以控制其在深度热解炉中的停留时间，以保证挥发分的充分析出。深度热解炉产生的煤气可通入热解炉中，也可以直接作为产品气排出。
从深度热解炉排出的半焦温度依然很高，需要进行冷却。在半焦冷却段内布置间接冷却式的换热装置，吸收高温半焦的显热，经过深度热解与冷却后的半焦从底部排出，可以通过排焦速率控制半焦在冷却段的停留时间，从而保证冷却后的半焦温度不超过400℃，在此温度以下，半焦即便还残留有挥发分也基本不会再析出，可保证后续半焦冷却过程的安全。排出的半焦进入半焦深度冷却装置再进行冷却，使半焦最终冷却至50℃以下进行储存。半焦深度冷却装置可设计为两级，第一级半焦冷却装置出口处半焦温度不超过100℃，通过第一级冷却后的半焦进入第二级半焦冷却装置可选地继续冷却，以防止半焦自燃。
在半焦冷却段中释放的高温半焦的显热可用于末煤的干燥，以降低末煤中的含水率并预热末煤，有利于减少给煤中堵煤的可能性，还有利于提高煤气的热值，并提高半焦的品质。将末煤先送入干燥器中进行干燥，再送入热解炉中热解。干燥器可以为移动床或鼓泡流化床，其中布置有与半焦冷却段中的换热装置相连通的对应换热装置。干燥器内的优选温度为80-200℃。
此外，从热解炉排出的半焦还可以先经过一空气预热器，加热通入热解炉的空气、富氧空气或纯氧，以提高煤气热值。
本发明的原理是：
利用部分入炉煤的燃烧放热加热其余的煤，造成高温和隔绝氧气的工况，使煤具备热解的条件。
为使煤充分热解，除了热解炉外，还设有深度热解炉，使半焦有充分的在高温下的停留时间。此外，煤中的少部分挥发分留在深度热解炉中析出，还具有提高半焦品质的目的——为防止深度热解炉中混入氧气、使半焦中的固定碳燃烧，需要保留部分挥发分，以便消耗氧气、尽量降低半焦产品的灰分。
高温半焦需要进行充分冷却，否则会有继续产生热解气和自燃的危险。利用其显热，来预热末煤及加热通入热解炉的除蒸汽外的流化气体，可以充分利用半焦余热，并有效提高煤气的热值，而且间接式冷却也使半焦的冷却过程不产生废水、也不影响半焦的品质。
热解炉产生的含有半焦细粉的煤气经过—级或两级气固分离后，可直接通入锅炉或其他工业炉窑燃烧，这样可充分利用煤气的显热；煤气也可以经过余热回收与净化后，作为合成气及其他化工原料气使用。
实施例1
如图1所示，将粒径范围在0～8mm之间的末煤A送入热解炉1中进行热解，热解炉1底部通入空气作为流化气体，空气在热解炉1内的空塔流化速度为1.2～1.4m/s，空气中所含的氧气与煤的比例关系为0.05～0.15Nm3(氧气)/kg(煤)。热解所需的热量来自部分原煤A的燃烧放热；热解炉1内的反应温度为700～750℃，煤中60～75％的挥发分析出，产生含有油气的煤气C和半焦D。煤气C夹带着半焦D的细粉从热解炉1顶部进入气固分离器6，分离出的半焦D一部分返回热解炉1，其余排出。
热解炉1底部排出的高温半焦D送入深度热解炉2内进行深度热解；残余的挥发分析出产生的煤气C通入热解炉1的稀相区。
深度热解炉2底部排出的高温半焦D送入间接换热式的半焦冷却段3进行冷却，通过控制排焦速率，使半焦有足够的停留时间，使其被冷却至400℃以下，再经半焦深度冷却装置4冷却到50℃以下送入储焦仓5储存。
实施例2
如图2所示，将粒径范围在0～20mm之间的末煤A送入热解炉1中进行热解，热解炉1底部通入富氧空气和蒸汽作为流化气体，流化气体在热解炉1内的空塔流化速度为3.5～4.0m/s，富氧空气中所含的氧气与煤的比例关系为0.2～0.35Nm3(氧气)/kg(煤)。热解所需的热量来自部分原煤A的燃烧放热；热解炉1内的反应温度为1000～1050℃，煤中80～95％的挥发分析出，产生煤气C和半焦D。煤气C夹带着半焦D的细粉从热解炉1顶部进入气固分离器6，分离出的半焦D一部分返回热解炉1，其余排出。分离出的仍夹带有半焦细粉的煤气C进入二级气固分离器7再次进行气固分离，分离出的煤气C作为产品气输出，分离出的半焦D排出进行冷却、储存。
热解炉1底部排出的高温半焦D送入深度热解炉2内进行深度热解；深度热解产生的煤气C作为产品气输出。
深度热解炉2底部排出的高温半焦D进入空气预热器9预热富氧空气F，预热后的富氧空气F与蒸汽一起通入热解炉1。半焦D接着进入间接换热式的半焦冷却段3，冷却至400℃以下，再经半焦深度冷却装置4冷却到50℃以下送入储焦仓5储存。其中半焦深度冷却装置4分为两级，第一级出口处的半焦温度不超过100℃，通过第一级冷却后的半焦进入第二级继续冷却。
实施例3
如图3所示，先将0～15mm的原煤A送入干燥器5中进行干燥。再将干燥后的末煤B送入热解炉1中进行热解。热解炉1底部通入纯氧和蒸汽作为流化气体，流化气体在热解炉1中的空塔流化速度为1.2～4.0m/s，氧气与煤的比例关系为0.05～0.35Nm3(氧气)/kg(煤)。热解所需的热量来自部分煤的燃烧放热；热解炉1内的反应温度为700～1050℃，根据对目标产品的要求而定，通过调节氧气量来实现，增加氧气量可使热解炉1的温度升高，反之则降低。煤中60～95％的挥发分析出，产生煤气C和半焦D。煤气C夹带着半焦D的细粉从热解炉1顶部进入气固分离器6，分离出的半焦D一部分返回热解炉1，其余排出，通过调节排出的半焦细粉的量来使热解炉1中沿高度的温度分布保持均匀。分离出的仍夹带有半焦细粉的煤气C进入二级气固分离器7再次进行气固分离，分离出的煤气C作为产品气输出，分离出的半焦D排出进行冷却、储存。两级气固分离出的半焦D可以单独进行冷却，也可选择送入半焦冷却段3或送入半焦深度冷却装置4进行冷却。
热解炉1底部排出的高温半焦D送入深度热解炉2内进行深度热解；深度热解产生的煤气C作为产品气输出。
深度热解炉2底部排出的高温半焦D进入间接换热式的半焦冷却段3，冷却至400℃以下，再经半焦深度冷却装置4冷却到50℃以下送入储焦仓5储存。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种自热式热解方法，其特征在于，包括如下步骤：
将煤送入流化床式热解炉中；
在热解炉的底部通入流化气体，所述流化气体中含有氧气，所述氧气的量仅供部分煤燃烧，部分煤在热解炉中燃烧而消耗掉氧气且同时释放出可将煤加热至热解温度的热量，煤的热解产生半焦和煤气，煤中的挥发分60～95％在热解炉中析出，其中，半焦中粒径较小的细粉随煤气从热解炉顶部排出、进入气固分离器进行气固分离，分离出的半焦细粉部分返回热解炉，未随煤气排出的粒状半焦从热解炉的下部排出；以及
使得从热解炉下部排出的半焦进入深度热解炉中进行深度热解，在所述深度热解的步骤中，从热解炉下部进入深度热解炉的半焦在高温下维持隔绝空气的条件，且从热解炉下部进入深度热解炉的半焦的温度高而能够使得半焦中残余的挥发分继续析出，而经过深度热解的半焦从深度热解炉的底部排出；且通过控制半焦从深度热解炉排出的速率，控制其在深度热解炉中的停留时间，以保证挥发分的充分析出。
2.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，所述煤为粒径分布于0～20mm之间的末煤。
3.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，所述流化气体为空气、空气与蒸汽的混合气体、富氧空气与蒸汽的混合气体、或纯氧与蒸汽的混合气体。
4.按权利要求1或3所述的自热式热解方法，其特征在于，所述的流化气体在热解炉中的空塔流化速度为1.2～4.0m/s。
5.按权利要求1或3所述的自热式热解方法，其特征在于，流化气体中所含的氧气为：每公斤煤0.05～0.35Nm3的氧气。
6.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，当以半焦及煤气、焦油为目标产品时，所述热解炉内的反应温度为700-850℃。
7.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，当以半焦和煤气为目标产品时，所述热解炉内的反应温度为850-1050℃。
8.按权利要求6或7所述的自热式热解方法，其特征在于，通过调节为每公斤煤所供给的氧气的量，调节热解炉内的反应温度。
9.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，还包括将在所述深度热解的步骤中产生的煤气通入热解炉或直接作为产品气输出的步骤。
10.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，还包括步骤：
将从深度热解炉底部排出的半焦送入间接冷却式的半焦冷却段进行冷却，使半焦被冷却至400℃以下。
11.按权利要求10所述的自热式热解方法，其特征在于，所述的半焦冷却段中的半焦放出的热量被用于煤的干燥，这些热量在干燥器中释放；将煤送入热解炉中进行热解之前，先送入所述的干燥器进行干燥。
12.按权利要求10所述的自热式热解方法，其特征在于，所述的从深度热解炉底部排出的半焦，在进入半焦冷却段之前，还经过一空气预热器；所述的空气预热器用于预热通入热解炉的空气、富氧空气或纯氧。
13.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，所述从气固分离器中分离出来的半焦细粉，除返回热解炉的部分外，其余被排出。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，包括步骤：通过调节返回热解炉的半焦细粉的量与被排出的半焦细粉的量之间的比例，调节热解炉沿高度方向的温度分布。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，
当热解炉上下温度差较大时，增大返回热解炉的半焦细粉的量，减小被排出的半焦细粉的量；
当热解炉上下温度差较小时，减小返回热解炉的半焦细粉的量，增加被排出的半焦细粉的量。
16.按权利要求1所述的自热式热解方法，其特征在于，所述的煤气经气固分离器进行气固分离后，再进入第二级气固分离器进行气固分离，第二级气固分离器分离出的热解气作为产品气输出，第二级气固分离器分离出的半焦细粉被排出。
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