CN105950197A - 一种煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法。所述煤热解装置与循环流化床联用系统包括快速热解反应器、循环流化床以及热解油气处理系统，所述快速热解反应器包括多层蓄热式辐射管、半焦出口以及抽气伞，所述抽气伞括伞部和柄部，所述伞部和所述柄部二者气体连通；所述循环流化床通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通；所述热解油气处理系统通过所述抽气伞柄部与所述快速热解反应器相通。通过使用本发明所述的煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法，能够有效降低煤热解工艺的复杂性，降低后续焦油含尘量，降低焦油的处理成本，同时，合理利用热解产物，降低发电成本。

Description

一种煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法
技术领域
本发明属于煤炭分阶梯级利用技术领域，具体涉及煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法。
背景技术
煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧发电，而现有的煤热解拔头工艺主要针对循环流化床发电机组。如中科院过程所和浙江大学利用循环流化床锅炉产生的热灰作为热载体，并利用下行床工艺实现了对煤热解，并把油气回收。现有的系统由于采取较复杂的固体或气体热载体的煤热解拔头工艺，并且通过煤热解工艺产生的油气资源，对于发电系统来说，需要配备相应油气处理系统。因此现有的系统配置繁多，造价昂贵。发明专利CN101435574A提到的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解系统采取燃烧系统来的热灰作为载体。涉及到载体的燃烧和流化，相当于又增加了一套循环流化床系统，工艺较繁琐。实用新型专利CN203048897U提到了一种采取炉前煤拔头的IGCC工艺。IGCC，即整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电。该系统包括热解和气化多个单元，产品既有油，又有可燃气，还需配置燃气发电机组，系统复杂、造价高。
煤拔头，旨在常压、中低温、无催化剂和氢气的条件下，用温和热解的方式提取煤中的气体、液体燃料和精细化学品，并借此工艺脱硫、脱硝，从而实现油、煤气、热、电的多联产。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明提出煤热解装置与循环流化床联用系统及处理煤的方法，能够有效降低煤热解工艺的复杂性，降低后续焦油含尘量，同时，合理利用热解产物，降低发电成本。
本发明提出煤热解装置与循环流化床联用系统，包括：快速热解反应器、循环流化床以及热解油气处理系统，
所述快速热解反应器具有反应器本体，所述反应器本体限定出反应空间，所述反应空间自上而下分为进料区、热解区以及出料区；
所述热解区设有多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；
所述出料区设有半焦出口和抽气伞；所述半焦出口位于所述反应器本体的底部，将热解后的半焦排出所述反应器本体；所述抽气伞排出热解过程中产生的热解气，所述抽气伞包括伞部和柄部，所述伞部和所述柄部二者气体连通，所述柄部从所述反应器的外部穿过所述反应器的侧壁并延伸至所述反应器内部的中间位置；
所述循环流化床通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通；
所述热解油气处理系统通过所述抽气伞柄部与所述快速热解反应器相通。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述热解油气处理系统进一步包括油气分离系统、热解气净化系统以及焦油精制系统，其中，所述抽气伞与所述油气分离系统相连接，所述油气分离系统的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述油气分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连接。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述循环流化床进一步包括空气入口。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的本体高度方向上错开分布。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述抽气伞 为锥形结构，所述伞部朝向反应器的底部并且伞部表面布置有多个通孔。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述抽气伞伞底半径为所述反应器本体宽度的1/8～1/4，倾角为45°～60°。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述抽气伞的伞部顶端设置有抽气口。
如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其中，所述抽气伞的柄部内部为中空结构，用于排出所述反应器本体内部的热解气。
用如上所述煤热解装置与循环流化床联用系统处理煤的方法，包括以下步骤：
A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气；
B、将所述半焦送往循环流化床，使所述半焦在所述循环流化床中进行燃烧，用于发电；
C、将所述热解气通过出料区的所述抽气伞送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。
如上所述的方法，所述热解气通过所述抽气伞送往所述热解油气处理系统后进一步包括步骤D，所述步骤D包括：所述热解气进入油气分离系统，得到气液分离后的气体和液体，所述液体经焦油精炼系统处理后得到焦油，所述气体经热解气净化系统处理后得到热解气。
根据本发明的一个实施方式，在上述步骤B中，还可以包括向所述循环流化床中供入原料煤，使得半焦与循环流化床中的原料煤进行混合燃烧，从而用于发电。
通过使用本发明所述的快速热解反应器，采用蓄热式辐射管式下行床处理粉煤，能够有效的热解粒径小于6～8mm的粉煤。
通过采用抽气伞结构，将热解产生的油气迅速导出反应器本体，二次反应少，热解油气通过出料区内的热解半焦后含尘量下降，有效降低 了热解油气中的含尘量，降低了焦油后续精制处理的预处理成本，同时减少焦油中重质组分含量，有效的提高焦油及热解油气的品质。
通过设置半焦出口，将热解半焦热装热送至循环流化床，提高发电系统的能量利用率。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解，其中：
图1为本发明煤热解装置与循环流化床联用系统的结构示意图；
图2为本发明煤热解装置与循环流化床联用系统的工艺流程图；
图3为本发明中快速热解反应器的结构示意图；
图4为本发明中快速热解反应器的抽气伞主视图；
图5为本发明中快速热解反应器的抽气伞伞部俯视图。
附图中各标号表示如下：
100：快速热解反应器；
1：反应器本体、11：进料区、12：热解区、13：出料区；
2：蓄热式辐射管；
3：抽气伞、31：伞部、32：柄部、33：抽气口、34：伞底；
4：半焦；
5：物料入口；
6：半焦出口；
200：循环流化床；
300：热解油气处理系统；
301：油气分离系统、302：热解气净化系统、303：焦油精制系统。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
图1为本发明煤热解装置与循环流化床联用系统的结构示意图。如图1所示，本发明所提出的煤热解装置与循环流化床联用系统包括快速热解反应器100、循环流化床200以及热解油气处理系统300。
图3为本发明中快速热解反应器100的结构示意图。如图3所示，本发明提出的快速热解反应器100包括反应器本体1。
所述反应器本体1限定出反应空间，所述反应空间至上而下可分为进料区11、热解区12以及出料区13。
所述进料区11包括物料入口5。所述物料入口5位于所述反应器本体1的顶端。
具体的，所述物料入口5可尽可能布置在所述反应器本体1顶端的中心位置，便于从所述物料口5进入到反应器内的物料能够均匀的散落在所述热解区12内部。
进一步的，进入到所述热解区12内的物料粒径应小于6～8mm。
所述热解区12包括多层蓄热式辐射管2。所述多层蓄热式辐射管2在所述热解区12中沿所述反应器本体1高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管2包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管2。
进一步的，每层所述蓄热式辐射管2包括多个平行并且均匀分布的 蓄热式辐射管2，且每层蓄热式辐射管2与上下两层蓄热式辐射管2平行，并且沿反应器本体1高度方向交错分布。
具体的，所述蓄热式辐射管2的外径为200～300mm。相邻所述蓄热式辐射管2外壁间的水平距离为200～500mm，竖直距离200～700mm。所述多层蓄热式辐射管2的层数可以为10～25层。发明人发现，该种结构布置可以使得热解区中温度场分布均匀，从而可以显著提高物料的快速热解效率，进而提高焦油的产率。
本发明中，蓄热式辐射管2为蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。由此，可以通过调整通入蓄热式辐射管2内的燃气的流量来实现对热解过程的温度控制，从而可以显著提高物料的快速热解效率，进而提高焦油的产率。
本发明中，所述蓄热式辐射管2还可以由燃烧器或其他供热装置代替，其技术方案不仅仅局限于此。
如图3所示，所述出料区13包括半焦出口6。所述半焦出口6位于所述反应器本体1的底部，用于将热解后的半焦4排出所述反应器本体1。
具体的，所述出料区13可以呈倒锥形。由此，可以使经过热解生成的半焦4顺利排出所述出料区13。所述半焦出口6应尽可能布置在所述反应器本体1底端的中心位置，便于出料区13内的半焦4顺利的排出反应器外。
抽气伞3用于排出热解过程中产生的热解气。所述抽气伞3布置在所述出料区13。图4为本发明快速热解反应器100的抽气伞3主视图。如图4所示，所述抽气伞3包括伞部31和柄部32，二者气体连通连接。所述柄部32从反应器的外部穿过反应器的侧壁并延伸至反应器内部的中间位置。所述伞部31为锥形结构，所述伞部31朝向反应器的底部并且伞部31表面布置有多个通孔。
图5为本发明中快速热解反应器100的抽气伞伞部31俯视图。如图5所示，抽气伞3的顶部具有抽气口33。所述抽气口33顶端与抽气 伞3的柄部32相连。所述抽气伞柄部32为中空结构，用于将半焦4产生的热解气及时地排出所述反应器本体1外。排出反应器外的热解气进一步进入油气分离系统301，得到焦油和热解气。
进一步的，为更好实现热解气的抽离过程，可以将所述抽气伞3的伞底34半径设定为所述反应器本体1宽度的1/8～1/4，倾角为45°～60°。这样的结构设计更有利于对热解气进行收集。
如图1所示，所述循环流化床200通过所述半焦出口6与所述快速热解反应器100相通。
进一步的，所述循环流化床200还包括空气入口。
空气通过空气入口进入到循环流化床200内部，支持粉碎后的热解半焦进行充分燃烧，进行发电。
同时，还可以向所述循环流化床200中供入原料煤，使得半焦4与循环流化床200中的原料煤进行混合燃烧，从而用于发电。
如图1所示，所述热解油气处理系统300通过所述抽气伞柄部32与所述快速热解反应器100相通。
所述抽气伞3的柄部32内部为中空结构。通过抽气伞3排出反应器外的热解气通过抽气伞3的柄部32的内部进入到热解油气处理系统300，进一步进行热解气的处理。
进一步的，所述热解油气处理系统300包括油气分离系统301、热解气净化系统302以及焦油精制系统303。其中，所述抽气伞3与所述油气分离系统301相连接。所述油气分离系统301的气体出口与所述热解气净化系统302连接。所述油气分离系统301的液体出口与所述焦油精制系统303连接。
具体的，所述热解气通过抽气伞3的柄部32内部进入到油气分离系统301。热解气经过油气分离系统301的作用后形成部分气体和液体。气体即热解气，液体即焦油。产生的热解气进入到热解气净化系统302，通过脱硫、脱氨等工序得纯净可燃气。产生的焦油进入到焦油精制系统 303，经加氢精制可得高附加值油品。
图2为本发明煤热解装置与循环流化床联用系统的工艺流程图。如图2所示，用如上所述的煤热解装置与循环流化床联用系统处理煤的方法，包括以下步骤：
A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气。
将粉煤经物料入口5投入到反应器本体1内部。粉煤在蓄热式辐射管2的作用下热解形成热解气，并产生热解半焦。
B、将所述半焦送往循环流化床，使所述半焦在所述循环流化床中进行燃烧，用于发电。
将产生的热解半焦4通过半焦出口6送至循环流化床200内部，将热解半焦6燃烧发电。利用热解半焦进行燃烧发电，提高了热解半焦的利用率，并且降低了发电成本。同时，还可以向所述循环流化床200中供入原料煤，使得半焦4与循环流化床200中的原料煤进行混合燃烧，从而用于发电。
C、将所述热解气通过出料区的所述抽气伞送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。
将热解产生的热解气通过抽气伞3的柄部32内部送至热解油气处理系统300，对热解气进行进一步处理。
所述热解气通过所述抽气伞3送往所述热解油气处理系统300后进一步包括步骤D，所述步骤D包括：所述热解气进入油气分离系统301，得到气液分离后的气体和液体。所述液体经焦油精炼系统303处理后得到焦油。所述气体经热解气净化系统302处理后得到热解气。
将热解后产生的热解气通过抽气伞3的柄部32内部送入到油气分离系统301。热解气经过油气分离系统301的作用后形成部分气体和液体。气体即热解气，液体即焦油。产生的热解气进入到热解气净化系统302，通过脱硫、脱氨等工序得纯净可燃气。产生的焦油进入到焦油精 制系统303，经加氢精制可得高附加值油品。
应用例
本应用例利用如图1所示的煤热解装置与循环流化床联用系统对粉煤进行热解，并获得可燃气。待热解原料褐煤的粒径应小于6～8mm。其褐煤分析数据见表1。热解产物数据如图2所示。
表1：印尼褐煤分析数据。
表2：热解产物数据。
项目 热解气 热解焦油 半焦
产率％ 15.38 9.72 63.74
与传统循环流化床锅炉相比，从热解反应器排出的热态热解半焦直接进循环流化床锅炉，整个系统能量利用效率提高了3.1％，把净煤气和煤焦油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约6.3％，焦油预先处理成本降低6.4％。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其他组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，包括：快速热解反应器、循环流化床以及热解油气处理系统，
所述快速热解反应器具有反应器本体，所述反应器本体限定出反应空间，所述反应空间自上而下分为进料区、热解区以及出料区；
所述热解区设有多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；
所述出料区设有半焦出口和抽气伞；所述半焦出口位于所述反应器本体的底部，将热解后的半焦排出所述反应器本体；所述抽气伞排出热解过程中产生的热解气，所述抽气伞包括伞部和柄部，所述伞部和所述柄部二者气体连通，所述柄部从所述反应器的外部穿过所述反应器的侧壁并延伸至所述反应器内部的中间位置；
所述循环流化床通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通；
所述热解油气处理系统通过所述抽气伞柄部与所述快速热解反应器相通。
2.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述热解油气处理系统进一步包括油气分离系统、热解气净化系统以及焦油精制系统，其中，所述抽气伞与所述油气分离系统相连接，所述油气分离系统的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述油气分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连接。
3.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述循环流化床进一步包括空气入口。
4.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的本体高度方向上错开分布。
5.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述抽气伞为锥形结构，所述伞部朝向反应器的底部并且伞部表面布置有多个通孔。
6.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述抽气伞伞底半径为所述反应器本体宽度的1/8～1/4，倾角为45°～60°。
7.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述抽气伞的伞部顶端设置有抽气口。
8.根据权利要求1所述的煤热解装置与循环流化床联用系统，其特征在于，所述抽气伞的柄部内部为中空结构，用于排出所述反应器本体内部的热解气。
9.用权利要求1-8任一项所述煤热解装置与循环流化床联用系统处理煤的方法，包括以下步骤：
A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气；
B、将所述半焦送往循环流化床，使所述半焦在所述循环流化床中进行燃烧，用于发电；
C、将所述热解气通过出料区的所述抽气伞送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。
10.根据权利要求9所述的方法，所述热解气通过所述抽气伞送往所述热解油气处理系统后进一步包括步骤D，所述步骤D包括：所述热解气进入油气分离系统，得到气液分离后的气体和液体，所述液体经焦油精炼系统处理后得到焦油，所述气体经热解气净化系统处理后得到热解气。
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