CN105176547A - 一种煤快速热解工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种煤快速热解工艺,通过先将粒径为0-50mm的原料煤送入长径比为40:1的直管热解段,与850-950℃的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行干馏,所述粗煤气的上升速度为2-8m/s;从而利用本发明所述热解工艺进行煤热解处理时,能够实现冷热物料的快速传热传质,热解快速,整个热解过程控制在10-30s之内,原料利用率高达100%,焦油收率高。

Description

一种煤快速热解工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤快速热解工艺,属于煤热解技术领域。
背景技术
[0002] 我国能源资源的显著特征是富煤、少油、缺气。然而,目前煤炭资源往往被作为单一用途来利用,大部分以直接燃烧为主,其他气化、液化也是以单一过程为主。煤直接燃烧是单纯地把煤作为燃料利用,不能有效利用煤中所含的高价值组分;而在煤的气化、液化等单个转化过程中,由于固体颗粒反应速率随转化程度增加而减慢,要想取得较高的转化效率,必须采取措施转化较难转化的部分,这就导致技术复杂,设备庞大,投资及生产成本高。煤热解是一种可实现煤气、焦油、半焦和蒸汽的联产技术,既能有效利用煤中的高价值组分,又能降低煤转化过程中的难度,从而通过利用储量相对丰富的煤炭资源制取焦油和煤气来替代储量相对匮乏的油气资源以及生产各种化学品,同时伴产半焦和蒸汽,在满足社会经济发展需求的同时也是一种合理利用资源的好途径。
[0003] 煤热解具有工艺过程简单,加工条件温和,投资少,生产成本低等优势。煤热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式煤热解工艺热效率低,煤料加热不均,半焦质量不均,挥发产物的二次分解严重,设备复杂,投资大,产能小;内热式煤热解工艺克服了外热式的缺点,借助热载体把热量直接传递给煤料,受热后的煤发生热解反应产生煤气、焦油和半焦。内热式煤热解工艺根据供热介质不同,又分为气体热载体煤热解和固体热载体煤热解。气体热载体煤热解工艺多采用燃料燃烧所产生的高温烟气或者煤热解所产生的高温煤气做热载体。采用高温烟气作为气体热载体,会导致煤热解析出的挥发产物被烟气稀释,从而使得煤气热值不高,有效组分浓度低,利用价值低;采用高温煤气作气体热载体,出炉热解煤气冷却后又有部分煤气再次通过外加热方式加热为高温煤气作热载体,耗能大,热效率低,且消耗掉较大部分的高品位产物煤气。固体热载体煤热解工艺则利用高温循环灰或高温半焦与煤在热解室内混合,利用固体热载体的显然将煤热解。采用高温循环灰作为固体热载体,由于煤热解所产生的半焦中掺混了大量灰热载体,灰分含量高、热值低,半焦产品品质较低,除燃烧利用外用途受到限制;而采用高温半焦做固体热载体易于半焦产品下一阶段的利用。
[0004] 中国专利文献CN102585913A公开了一种基于流化床热解技术的煤气焦油半焦蒸汽多联产方法。该方法基于流化床热解技术,以高温半焦为热载体,实现煤气、焦油、半焦和蒸汽联产,具体步骤包括:(I)将混合比例为1:5-1:15的原料煤与半焦在流化床热解炉中混合,控制运行温度为500-800°C ;原料煤发生热解并析出挥发分,挥发分经旋风分离器分离后进入煤气冷却系统,冷却分离得到焦油和热解煤气;热解煤气的一部分作为流化介质再循环回流化床热解炉,剩余热解煤气经净化后作为化工合成原料或燃气燃料,收集到的焦油用于后续加工利用,经旋风分离器分离下来的半焦颗粒经冷却后作为半焦产品;(2)将流化床热解炉内的部分半焦排出并冷却后作为半焦产品,排出量控制在流化床热解炉给煤量的60-90%,具体由流化床热解炉实际运行时的物料平衡来决定;另有一部分半焦则送至流化床半焦加热炉中,在半焦加热炉中使其中少部分半焦与空气发生燃烧反应,燃烧所放出的热量用于加热剩余未燃烧的那部分半焦颗粒以及烟气,控制流化床半焦加热炉运行温度为850-1000°C ;加热后的高温半焦由高温烟气携带进入高温旋风分离器中进行气固分离,分离下来的高温半焦返送至流化床热解炉为煤热解提供热载体,而分离后的高温烟气进入补燃式余热锅炉;从流化床热解炉送入到半焦加热炉的半焦量,由最终通过半焦加热炉获得的高温半焦能将流化床热解炉加热到500-800°C来决定;(3)分离后的高温烟气携带有可燃气体和少量细半焦颗粒,全部进入补燃式预热锅炉,在这里使这些可燃组分进一步燃尽,所产生的高温烟气通过换热将水加热为蒸汽;经换热后的高温烟气进入空气预热器加热空气,加热后的空气分别送入流化床半焦加热炉和补燃式余热锅炉提供燃烧所需氧气;通过空气预热器换热后的烟气经除尘后排空。
[0005] 然而,上述利用流化床反应器进行原料煤热解时,反应器内部冷热物料的传热传质相对较慢,导致内部温度场分布不均,升温速率较慢,部分原料煤来不及发生热解反应即流出反应器,焦油产率偏低;此外,在冷热物料的对流传热过程中,伴随着颗粒碰撞,煤的粒径逐渐减小,上述方法的除尘分离效果较差。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于现有技术中采用流化床热解反应器进行煤热解反应,反应器内部冷热物料的传热传质相对较慢,导致内部温度场分布不均,升温速率较慢,部分原料煤来不及发生热解反应即流出反应器,焦油产率偏低,从而提出一种能够实现冷热物料的快速传热传质、热解快速、焦油产率高的煤快速热解工艺。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
[0008] —种煤快速热解工艺,其包括如下步骤:
[0009] 将粒径为0-50mm的原料煤送入直管热解段,与850_950°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行热解;其中所述直管热解段的长径比为20:1-40:1 ;所述粗煤气的上升速度为2-8m/s ;所述直管热解段内的温度为450-650°C ;所述原料煤在所述直管热解段的停留时间为10-30s ;所述原料煤与高温载体的质量比为1:2.5-1:10。
[0010] 在将原料煤送入直管热解段之前,先对所述原料煤进行干燥预热。
[0011] 还包括如下步骤:对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物;对所述气体产物进行除尘、油气分离得到焦油和粗煤气。
[0012] 对所述气体产物进行分离得到的所述粗煤气的一部分返回至所述直管热解段,用于对所述高温载体和原料煤进行流化。
[0013] 分离得到的粗煤气的一部分先经过喷淋净化和预热,再返回至所述直管热解段。
[0014] 对原料煤干馏的产物进行分离是在气固分离仓中进行,所述气固分离仓位于所述直管热解段的上方,与所述直管热解段的上端连接设置,所述气固分离仓的下部为汽提段,所述汽提段的截面由下向上呈增大趋势;在所述气固分离仓的上部设置有排气口,底部设置有固体出口。
[0015] 所述汽提段内交错设置多层“人”字型挡板。
[0016] 对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体返回所述直管热解段中与原料煤混合进行干馏。
[0017] 所述高温载体为高温半焦。
[0018] 对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体的一部分返回所述直管热解段中与原料煤混合进行干馏;将高温载体的另一部分与冷却水进行换热后得到载体和水蒸气。
[0019] 采用高温载体与冷却水进行换热后得到的水蒸气对粗煤气进行预热。
[0020] 所述除尘包括一级除尘和二级除尘,所述一级除尘为旋风除尘,二级除尘为过滤除尘。
[0021 ] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0022] (I)本发明所述的煤快速热解工艺,通过先将粒径为0-50_的原料煤送入长径比为40:1的直管热解段,与850-950°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行干馏,所述粗煤气的上升速度为2-8m/s ;从而整个热解过程非常快速,原料煤在所述直管热解段的停留时间仅为10-30S,较之现有技术中采用流化床热解工艺进行煤热解反应,整个热解过程需要持续6分钟以上,反应器内部冷热物料的传热传质相对较慢,导致内部温度场分布不均,升温速率较慢,部分原料煤来不及发生热解反应即流出反应器,焦油产率偏低,利用本发明所述热解工艺进行煤热解处理时,能够实现冷热物料的快速传热传质,热解快速,整个热解过程控制在10-30s之内,原料利用率高达100%,焦油收率高。
[0023] (2)本发明所述的煤快速热解工艺,对原料煤干馏的产物进行分离是在气固分离仓中进行,所述气固分离仓位于所述直管热解段的上方,与所述直管热解段的上端连接设置,所述气固分离仓的下部为汽提段,所述汽提段的截面由下向上呈增大趋势;从而原料煤在所述直管热解段热解产生的干馏产物迅速上行至气固分离仓并在所述气固分离仓中快速分离为固体产物和气体产物,所述气体产物以2-6m/s速率上行至所述干馏段顶部排出;较之现有技术中采用流化床进行煤热解时,产生的油气不能及时导出,导致流化床稳定性较差,影响焦油的产率和质量,本发明工艺在实现将煤热解产生的干馏产物进行气固分离的同时还能将气体产物进行快速、有效导出,有利于提高煤快速热解反应的稳定性,并进一步提尚焦油的广率和质量。
[0024] 此外,通过设置干馏气体的上行速率低于之前所述干馏产物的上行速率,从而流化速率在迅速降低的同时使得原料煤物料之间的孔隙率迅速减小,有利于减小下一阶段进行分离除尘的负荷。
[0025] (3)本发明所述的煤快速热解工艺,所述除尘包括一级除尘和二级除尘,其中一级除尘采用异形旋风分离器,可将大部分大颗粒粉煤分离回收;二级除尘的设备采用特殊材料制备的滤芯结构,可将微米级的粉尘颗粒在尚温下尚效过滤,实现热解气的尚效除尘。
附图说明
[0026] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
[0027]图1是本发明所述煤快速热解反应装置的结构示意图。
[0028] 图中附图标记表示为:1-原煤预热器,11-破碎室,12-分选室,13-粒径调节室,14-分离器,15-干煤仓,16-加压风机,17-缓冲气罐,18-除尘器,2-煤快速热解反应装置,21-直管热解段,22-汽提段,23-气固分离仓,24-布气板,25-煤气预热器,26-载体储槽,3-燃烧器,31-载体进料口,32-高温载体排出口,33-补燃室,34-冷却室,35-鼓风口,4-除尘单元,5-油气分离单元,6-喷淋净化单元,7-储油罐,8-储气罐。
具体实施方式
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例提供一种用于进行所述煤快速热解工艺的煤快速热解反应装置,其设置有直管热解段21,所述直管热解段21的底部设置有粗煤气入口,下部设置有进煤口和高温载体入口,顶端设置有排料口 ;所述直管热解段21的长径比为30:1 ;
[0031] 基于所述煤快速热解反应装置的煤快速热解工艺,具体步骤如下:
[0032] 将粒径为0-30mm的原料煤送入直管热解段21,与900°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行干馏;在所述直管热解段21内,所述粗煤气的上升速度为6m/s,所述直管热解段21内的温度为550°C,所述原料煤与所述高温载体的质量比为1:2.5 ;
[0033] 利用上述煤热解工艺进行煤热解处理时,能够实现冷热物料的快速传热传质,热解快速,整个热解过程控制在10-20s之间,并在完成快速煤热解的同时将载体和气体产物快速导出,原料利用率高达100 %,焦油收率较高为8 %。
[0034] 实施例2
[0035] 本实施例提供一种用于进行所述煤快速热解工艺的煤快速热解反应装置,其设置包括直管热解段21和气固分离仓23。
[0036] 所述直管热解段21的底部设置有粗煤气入口,下部设置有进煤口和高温载体入口,顶端设置有排料口 ;所述直管热解段21的长径比为20:1 ;
[0037] 所述气固分离仓23位于所述直管热解段21的上方,与所述直管热解段21的上端连接设置,所述气固分离仓23的下部为汽提段22,所述汽提段22的截面由下向上呈增大趋势;在所述气固分离仓23的上部设置有排气口,底部设置有固体出口 ;所述汽提段22内交错设置多层“人”字型挡板。
[0038] 基于所述煤快速热解反应装置的煤快速热解工艺,具体步骤包括:
[0039] (I)将粒径为0-50mm的原料煤送入直管热解段21,与850°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行干馏;在所述直管热解段21内,所述粗煤气的上升速度为3m/s,所述直管热解段21内的温度为450°C,所述原料煤与所述高温载体的质量比为1:5 ;
[0040] (2)在所述气固分离仓23中对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,对所述气体产物进行除尘、油气分离得到焦油和粗煤气,分离得到的粗煤气的一部分先经过喷淋净化和预热,再返回至所述直管热解段21,用于对所述高温载体和原料煤进行流化;
[0041] 将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体的一部分返回所述直管热解段21中与原料煤混合进行干馏,将高温载体的另一部分与冷却水进行换热后得到载体和水蒸气,所述水蒸气用于对粗煤气进行预热。
[0042] 利用上述煤热解工艺进行煤热解处理时,能够实现冷热物料的快速传热传质,热解快速,整个热解过程控制在10-20s之间,并在完成快速煤热解的同时将载体和气体产物快速导出,原料利用率高达100%,焦油收率较高为15%。
[0043] 实施例3
[0044] 本实施例提供一种用于进行所述煤快速热解工艺的煤快速热解反应装置,其结构如图1所述,依次连接设置包括:原煤预热器1、煤快速热解反应装置2、燃烧器3、分离除尘装置、喷淋净化单元6。
[0045] 所述原煤预热器I用于对原料煤进行预热,所述原煤预热器I的顶部设置有原煤输入口,底部设置有高温烟气输入口,下部设置有出煤口,上部设置有烟气输出口 ;在原煤预热器I的上游,与原煤预热器I的原煤输入口依次连接设有破碎室11、分选室12、粒径调节室13,用于对预热前的原煤进行筛选;在原煤预热器I的下游,与原煤预热器I的出煤口连接设置有干煤仓15,与所述原煤预热器I的烟气输出口连接设置有分离器14,所述分离器14的顶部设有气体出口,底部设置有固体排出口,与所述分离器的气体出口还连接设置有除尘器18,所述分离器14位于所述干煤仓15的上方且所述干煤仓15与所述分离器14的固体排出口连通设置,所述干煤仓15的底部设有出煤口 ;
[0046] 所述的煤快速热解反应装置2由下至上依次设置的直管热解段21和气固分离仓23 ;所述直管热解段21的底部设置有粗煤气入口,下部设置有进煤口和高温载体入口,顶端设置有排料口 ;所述进煤口设置在所述高温载体入口的上部,所述直管热解段21的长径比为20:1,所述直管热解段21的进煤口与所述干煤仓5的出煤口连通设置;所述的气固分离仓23位于所述直管热解段21的上方,与所述直管热解段21的上端连接设置;所述气固分离仓23由所述汽提段22和直筒结构组成,所述直筒结构位于所述汽提段22的上方,所述直筒结构与所述汽提段22高度比为1:1 ;所述汽提段22的截面由下向上呈增大趋势;在所述气固分离仓23的上部设置有排气口,底部设置有载体出口 ;所述汽提段22内交错设置多层“人”字型挡板;本实施例中,在所述直管热解段21的下部设置有布气板24,所述布气板24位于所述煤气入口上方,且位于所述进煤口和高温载体入口的下方;所述布气板24上设置有布气孔,所述布气孔的孔隙率为2%。
[0047] 本实施例中,所述直管热解段21的顶端延伸至所述气固分离仓23内设置,所述直管热解段21伸入所述气固分离仓23内的部分高度占所述气固分离仓23总高度的3/4 ;所述直管热解段21位于所述气固分离仓23下方的部分与所述气固分离仓23的高度比为10:1 ;与所述气固分离仓23的载体出口连通设置有载体储槽26,用于收集气固分离仓排出的载体;
[0048] 在所述燃烧器3的下部设置有载体进料口 31和高温载体排出口 32,顶部设置有高温烟气出口,底部设置有蒸汽入口和鼓风口 35,其中,所述载体进料口 31设置在高温载体排出口 32的上部;所述载体进料口 31与所述气固分离仓23的载体出口连通设置,所述高温载体排出口 32与所述直管热解段21下部的高温载体入口连通设置;与所述高温烟气出口依次连接设有补燃室33和冷却室34,所述补燃室用于将高温烟气中的可燃成分完全燃尽,减少系统的不安全因素,并副产部分蒸汽供系统使用,提高整体热效率;
[0049] 所述分离除尘装置与所述气固分离仓23的排气口连通设置;所述分离除尘装置包括依次连接设置的除尘单元4和油气分离单元5 ;所述除尘单元4包括第一除尘器和第二除尘器,所述第一除尘器为旋风除尘器,所述第二除尘器为过滤除尘器;与所述油气分离单元5连接设置有储油罐7,用于收集产生的煤焦油;
[0050] 所述喷淋净化单元6与所述油气分离单元5的气体出口连接设置,所述喷淋净化单元6的气体出口与所述直管热解段21的粗煤气入口连通设置,并在所述喷淋净化单元6的气体出口与所述直管热解段21的粗煤气入口之间设置有煤气预热器25,本实施例中,所述喷淋净化单元6的气体出口连接设置有储气罐8,用于收集粗煤气。
[0051] 进一步,还提供一种基于所述煤热解反应系统的煤热解工艺,其包括如下步骤:
[0052] 基于所述煤快速热解反应装置的煤快速热解工艺,具体步骤包括:
[0053] (I)先将粒径为0_50mm的原料煤送入原煤预热器进行干燥预热,通入高温烟气对原料煤进行干燥预热,所述预热干燥的温度为180°C ;
[0054] (2)将预热干燥后的原料煤送入直管热解段21,与950°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行干馏;在所述直管热解段21内,所述粗煤气的上升速度为8m/s,所述直管热解段21内的温度为650°C,所述原料煤与所述高温载体的质量比为1:10 ;
[0055] (3)在所述气固分离仓23中对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,对所述气体产物进行除尘、油气分离得到焦油和粗煤气,所述除尘包括一级除尘和二级除尘,所述一级除尘为旋风除尘,二级除尘为过滤除尘;
[0056] 分离得到的粗煤气的一部分先经过喷淋净化和预热,再返回至所述直管热解段21,用于对所述高温载体和原料煤进行流化;
[0057] 将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体的一部分返回所述直管热解段21中与原料煤混合进行干馏,将高温载体的另一部分与冷却水进行换热后得到载体和水蒸气,所述水蒸气用于对粗煤气进行预热;所述高温烟气通入原煤预热器I对原料煤进行干燥预热。
[0058] 利用上述煤热解工艺进行煤热解处理时,能够实现冷热物料的快速传热传质,热解快速,整个热解过程控制在10-30s之间,并在完成快速煤热解的同时将载体和气体产物快速导出,原料利用率高达100%,焦油收率较高为10%。
[0059] 显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种煤快速热解工艺,其特征在于,包括如下步骤: 将粒径为0-50mm的原料煤送入直管热解段,与850_950°C的高温载体混合并在粗煤气的流化下进行热解;其中所述直管热解段的长径比为20:1-40:1 ;所述粗煤气的上升速度为2-8m/s ;所述直管热解段内的温度为450-650°C ;所述原料煤在所述直管热解段的停留时间为10-30s ;所述原料煤与高温载体的质量比为1:2.5-1:10。
2.根据权利要求1所述的煤快速热解工艺,其特征在于,在将原料煤送入直管热解段之前,先对所述原料煤进行干燥预热。
3.根据权利要求1或2所述的煤快速热解工艺,其特征在于,还包括如下步骤:对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物;对所述气体产物进行除尘、油气分离得到焦油和粗煤气。
4.根据权利要求3所述的煤快速热解工艺,其特征在于,对所述气体产物进行分离得到的所述粗煤气的一部分返回至所述直管热解段,用于对所述高温载体和原料煤进行流化。
5.根据权利要求4所述的煤快速热解工艺,其特征在于,分离得到的粗煤气的一部分先经过喷淋净化和预热,再返回至所述直管热解段。
6.根据权利要求3-5任一所述的煤快速热解工艺,其特征在于,对原料煤干馏的产物进行分离是在气固分离仓中进行,所述气固分离仓位于所述直管热解段的上方,与所述直管热解段的上端连接设置,所述气固分离仓的下部为汽提段,所述汽提段的截面由下向上呈增大趋势;在所述气固分离仓的上部设置有排气口,底部设置有固体出口。
7.根据权利要求6所述的煤快速热解工艺,其特征在于,所述汽提段内交错设置多层“人”字型挡板。
8.根据权利要求1-7任一所述的煤快速热解工艺,其特征在于,对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体返回所述直管热解段中与原料煤混合进行干馏。
9.根据权利要求1-8任一所述的煤快速热解工艺,其特征在于,所述高温载体为高温半焦。
10.根据权利要求1-9任一所述的煤快速热解工艺,其特征在于,对原料煤干馏的产物进行分离,得到气体产物和固体产物,将所述固体产物在氧气和水蒸气存在条件下进行燃烧反应,生成高温载体和高温烟气,将生成的所述高温载体的一部分返回所述直管热解段中与原料煤混合进行干馏;将高温载体的另一部分与冷却水进行换热后得到载体和水蒸气。
11.根据权利要求10所述的煤快速热解工艺,其特征在于,采用高温载体与冷却水进行换热后得到的水蒸气对粗煤气进行预热。
12.根据权利要求3-11所述的煤快速热解工艺,其特征在于,所述除尘包括一级除尘和二级除尘,所述一级除尘为旋风除尘,二级除尘为过滤除尘。
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