CN104232128A

CN104232128A - 一种高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统

Info

Publication number: CN104232128A
Application number: CN201410495633.4A
Authority: CN
Inventors: 赵建勋; 隋志文; 王照辉; 张伟; 刘美慧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明涉及一种煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统，包括密闭给料装置(1)、高温裂解装置(2)和气固分离装置(6，7)，煤粉通过密闭给料装置送入绝氧密闭的高温裂解装置中被加热裂解，裂解产物通过气固分离装置被分离成可燃气体和活性焦粉。活性焦粉从裂解炉底排出后送入料仓回收利用。洁净可燃气体从裂解炉排出并经冷却后，少部分提供裂解炉必需的能量，其余回收利用。整个过程在密闭循环系统中瞬间完成，不消耗水，不存在煤的燃烧和损耗，也没有污染排放，实现了煤的高效清洁转化，提高了能源利用效率。

Description

一种高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统

技术领域

本发明属于煤炭应用工业领域，具体涉及煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统。

背景技术

中国是一个“富煤贫油乏气”的国家，中国国土面积在全世界第三，而天然气产量仅占世界排名17位。2010年全年我国天然气产量为1000亿m³，而表观消费量达1200亿m³，供需缺口达到200亿m³。中石油人士预计，到2015年、2020年，我国天然气市场需求将分别达到2400亿m³和3600亿m³。而中国的天然气储量有限，预计到2020年，缺口将达到1500-1600亿m³。为了缓解国民经济对进口天然气的依赖性发展，因此以煤为原料生产天然气的技术已成为关系到国家能源安全的战略问题。

目前常用的煤制天然气技术主要为间接合成天然气技术，即以煤为原料，通过气化、变换、净化和甲烷化等过程，得到天然气产品。由于该工艺并不是在完全密闭的系统中进行的，过程还需要大量水，故不可避免的存在煤的燃烧、氧化和损耗。同时产生的气体成分复杂，不仅含有焦油、轻油、石脑油及酚类物质，还含有大量CO₂。由此决定了，煤间接合成天然气技术存在着高污染、工艺复杂、产气率低，能耗大等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统。该系统能过将煤粉在高温绝氧的密闭下发生瞬间裂解，能产生活性焦粉和主要成分为甲烷、乙烷和氢气的洁净可燃气体。

本发明的系统包括密闭给料装置、高温裂解装置和气固分离装置，煤粉通过密闭给料装置送入高温裂解装置中被加热裂解，裂解产物通过气固分离装置被分离成可燃气体和活性焦粉。

其中，所述高温裂解装置在生产过程中形成环境温度为800～1000℃的绝氧密闭环境。

所述系统还包括焦粉冷却装置和余热回收装置，由气固分离装置分离获得的焦粉通过所述焦粉冷却装置被冷却，余热回收装置将气固分离装置分离的可燃气体的热量进行回收再利用。

所述系统还包括附属系统，所述附属系统包括燃烧加热装置、焦粉储存装置和可燃气体储存装置。

所述气固分离装置包括一级气固分离装置和二级气固分离装置，所述焦粉冷却装置包括一级焦粉冷却装置和二级焦粉冷却装置。

其中，密闭给料装置的出口与高温裂解装置的原料入口连接，高温裂解装置的出口与一级气固分离装置的入口连接，一级气固分离装置的焦粉出口与一级焦粉冷却装置的入口连接，一级气固分离装置的气体出口与二级气固分离装置的入口连接，二级气固分离装置的焦粉出口与二级焦粉冷却装置的入口连接，一级焦粉冷却装置与二级焦粉冷却装置的出口都与与焦粉储存装置的入口连接，二级气固分离装置的气体出口与余热回收装置的入口连接，余热回收装置的出口经由引风机分别与燃烧加热装置的入口与可燃气体储存装置的入口连接。

此外，在密闭给料装置之前还设置有煤粉准备装置，在所述煤粉装备装置中煤粉经提质干燥，含水量降至6％以下且煤粉细度为40～300目。

优选地，在所述煤粉装备装置中煤粉经提质干燥，含水量降至4％以下且煤粉细度为60～270目。

更优选地，在所述煤粉装备装置中煤粉经提质干燥，含水量降至4％以下且煤粉细度为140～270目。

而且，密闭给料装置中设置有空气置换装置及锁气装置，以防止空气进入裂解环境中。

优选地，所述密闭给料装置中压力比高温裂解装置中的压力高50～100Pa。

优选地，燃烧加热装置为带有蓄热体的燃烧器。

其中，余热回收装置的出口经由引风机分别与燃烧加热装置的入口与可燃气体储存装置的入口连接。

所述气固分离装置为旋风分离器。

有益效果

本发明所述的煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统，整个生产过程在密闭绝氧的系统环境中瞬间完成，不消耗水，不存在煤的燃烧和损耗，也没有温室气体CO₂等污染排放；

本发明所述的煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统，经过煤粉准备工序处理的煤粉借助密闭给料装置以正压的条件连续投入高温裂解装置中，裂解产物可以连续从裂解炉排出而被回收，与传统的煤制气工艺相比，可以实现连续生产，生产效率更高。

本发明所述的煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统适用于任何煤种。所得到的产物——活性焦粉和洁净可燃气体均可回收利用。煤粉经进料装置进入高温裂解装置后，被瞬间加热至800～1000℃，进而裂解产生可燃气体，因为研究发现在该温度范围内，煤粉被迅速加热，煤内的挥发成分瞬间裂解为可燃气体。由于挥发份的裂解膨胀和逸出，剩余产物焦粉因此具有丰富的孔隙结构，不仅可以应用于钢铁冶金领域，还可用于制备如活性炭、活性焦等炭吸附材料。同时产生的洁净燃气主要成分为甲烷、乙烷的短链烷烃和氢气，含量分别为：甲烷55％～85％，乙烷2％～12％，氢气1％～8％，一氧化碳2％～16％，余量的为二氧化碳等气体。洁净燃气的热值约为6000～8500kcal/Nm³，而现有煤化工工艺得到的合成气成分以氢气、一氧化碳为主，氮气、二氧化碳等杂质气体较多，热值仅为2000～3000kcal/Nm³左右。

从而实现了煤的高效清洁转化，能源利用效率大大提高，解决了现有煤气化技术存在的能耗高、污染重、煤种要求苛刻和煤潜能不能被充分利用的问题。

附图说明

图1显示了本发明的系统的结构，其中附图标记对应的各装置、部件名称如下：

1、密闭给料装置

2、高温裂解装置

3、加热装置

4、焦粉存储装置

5、可燃气体存储装置

6、一级气固分离装置

7、二级气固分离装置

8、一级焦粉冷却装置

9、二级焦粉冷却装置

10、余热回收装置

11、引风机

12、蓄热体

具体实施方式

以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示：

煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统包括密闭给料装置1、高温裂解装置2和气固分离装置，煤粉通过密闭给料装置1送入高温裂解装置2中被加热裂解，其中所述高温裂解装置在生产过程中形成环境温度为800-1000℃的绝氧密闭环境，裂解产物通过气固分离装置被分离成可燃气体和活性焦粉。

系统还包括焦粉冷却装置和余热回收装置10，由气固分离装置分离获得的焦粉通过所述焦粉冷却装置被冷却，余热回收装置10将气固分离装置分离的可燃气体的热量进行回收再利用。

系统还包括燃烧加热装置3、焦粉储存装置4和可燃气体储存装置5，并且所述气固分离装置包括一级气固分离装置6和二级气固分离装置7，所述焦粉冷却装置包括一级焦粉冷却装置8和二级焦粉冷却装置9，其中，密闭给料装置1的出口与高温裂解装置2的原料入口连接，高温裂解装置2的出口与一级气固分离装置6的入口连接，一级气固分离装置6的焦粉出口与一级焦粉冷却装置8的入口连接，一级气固分离装置6的气体出口与二级气固分离装置7的入口连接，二级气固分离装置7的焦粉出口与二级焦粉冷却装置9的入口连接，一级焦粉冷却装置8与二级焦粉冷却装置9的出口都与焦粉储存装置4的入口连接，二级气固分离装置7的气体出口与余热回收装置10的入口连接，余热回收装置10的出口经由引风机11分别与燃烧加热装置3的入口与可燃气体储存装置的入口5连接。

在密闭给料装置1前方还设置有进行煤粉准备工序的煤粉准备装置，煤粉在所述煤粉装备装置中经提质干燥、含水量降至6％以下且煤粉细度为40～300目。

密闭给料装置1为螺旋输料机，密闭给料装置上方设置有空气置换装置及锁气装置；高温裂解装置2为裂解炉；燃烧加热装置3为加蓄热体12的燃烧器，从而能够充分节约能耗；气固分离装置为高效旋风分离器，能够分离200目以上的煤粉颗粒，分离效率高达80％。；余热回收装置10与燃烧加热装置3和可燃气体储存装置5之间设置有引风机11。

该系统的特点在于：能够保证整个裂解过程在高温绝氧的密闭系统中瞬时完成，裂解时不允许进入任何空气，不存在煤炭的燃烧和损耗，不消耗水，也不排放温室气体CO₂。得到的产物为活性焦粉和洁净可燃气体均可回收利用。洁净可燃气体主要成分为甲烷、乙烷、氢气，热值约为5000～8500kcal/Nm³。不是现有煤化工工艺中所述的低热值合成气，除少部分提供裂解炉必需的能量，其余可用于更广泛的工业生产。

本发明的装置已经应用于生产实践中，具体实施例包括：

实施例1

在山东即墨市工业园区建设50kg/h的煤高温裂解中间试验装置。

将大同气煤经煤粉准备工序，进一步粉碎干燥提质，获得细度为180～200目、水份含量为0～2％的煤粉，通过带有锁气装置的进料系统，在正压下隔绝空气送入高温裂解炉，送料速度为50kg/h，炉膛温度大约800～900℃，裂解炉裂解时间约2秒，经气固分离装置获得可燃气体和活性焦粉。

在该条件下，检测得到的气体组分为：

甲烷74.7％，乙烷9.8％，氢气1.5％，一氧化碳2.7％，其余主要为二氧化碳，热值约为8032kcal/Nm³。

实施例2

在实施例1的基础上，原料采用内蒙古产褐煤，煤粉准备工序处理后的煤粉细度为140～170目，水分含量为1～5％，送料速度为 120kg/h，炉膛温度约850～950℃，其他条件与实施例1相同。

在该条件下，检测得到的气体组分为：

甲烷56.3％，乙烷8.5％，氢气6.2％，一氧化碳8.9％，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为6563kcal/Nm³。

实施例3

在黑龙江省大兴安岭地区建设7t/h的煤高温裂解工业化装置。

使用当地欧浦煤矿的褐煤。

煤粉准备工序处理后的煤粉细度为细于60目、水份含量为0～6％，煤粉通过带有锁气装置的进料系统，在正压下隔绝空气送入高温裂解炉，送料速度约为5t/h；炉膛温度大约850～980℃，裂解时间约为3秒，经气固分离装置获得可燃气体和活性焦粉。

在该条件下，检测得到的气体组分为：

甲烷36.8％，乙烷10.2％，氢气6.5％，一氧化碳9.2％，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为5172kcal/Nm³。

实施例4

在实施例3的基础上，煤粉准备工序处理后的煤粉细度为200～270目，水分含量为2～10％，送料速度为10t/h，炉膛温度约900～1000℃，裂解时间约为6秒，其他条件与实施例1相同。

在该条件下，获得的洁净可燃气体检测得到的组分为：

甲烷48.4％，乙烷11.2％，氢气7.3％，一氧化碳14.2％，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为6489kcal/Nm³。

需要说明的是，上述具体实施方案仅是示例性的，并不应当被解释为可选择形式的描述。而且，应当注意，本文提供的各种实施方案的描述可以具有重叠的范围。本文论述的实施方案仅是描述性的并不是为了限制本发明的范围。

Claims

1.一种煤高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的系统，其特征在于，包括密闭给料装置(1)、高温裂解装置(2)和气固分离装置(6，7)，煤粉通过密闭给料装置送入绝氧密闭的高温裂解装置中被加热裂解，裂解产物通过气固分离装置被分离成可燃气体和活性焦粉。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述高温裂解装置在生产过程中形成环境温度为800～1000℃的绝氧密闭环境。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括焦粉冷却装置(8，9)和余热回收装置(10)，由气固分离装置(6，7)分离获得的焦粉通过所述焦粉冷却装置被冷却，余热回收装置将气固分离装置分离的可燃气体的热量进行回收再利用。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括附属系统，所述附属系统包括燃烧加热装置(3)、焦粉储存装置(4)和可燃气体储存装置(5)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述气固分离装置包括一级气固分离装置(6)和二级气固分离装置(7)，所述焦粉冷却装置包括一级焦粉冷却装置(8)和二级焦粉冷却装置(9)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，密闭给料装置(1)的出口与高温裂解装置(2)的原料入口连接，高温裂解装置的出口与一级气固分离装置的(6)入口连接，一级气固分离装置的焦粉出口与一级焦粉冷却装置(8)的入口连接，一级气固分离装置的气体出口与二级气固分离装置(7)的入口连接，二级气固分离装置的焦粉出口与二级焦粉冷却装置(9)的入口连接，一级焦粉冷却装置与二级焦粉冷却装置的出口都与焦粉储存装置(4)的入口连接，二级气固分离装置的气体出口与余热回收装置(10)的入口连接，余热回收装置的出口分别与燃烧加热装置的入口与可燃气体储存装置的入口连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，在密闭给料装置(1)之前还设置有煤粉准备装置，在所述煤粉装备装置中煤粉经提质干燥，含水量降至6％以下且煤粉细度为40～300目。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：煤粉含水量降至4％以下，细度为60～270目。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其特征在于：密闭给料装置(1)中设置有空气置换装置及锁气装置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于：燃烧加热装置(3)为带有蓄热体(12)的燃烧器。