CN106995706A - 一种蓄热式外热加压煤热解装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄热式外热加压煤热解装置及方法，所述装置包括：热解炉、高温烟气辐射管组和空气燃烧室。本发明利用来自空气燃烧室的高温烟气，通过高温烟气辐射管组将热量提供给热解炉，从而对块煤或者粉煤进行热解；煤气压力为0.1～4.0MPa，加压可减少后续煤气利用过程的功耗；炭化室内煤气与焦油和煤焦直接分离，煤气组分纯净且热值高，气液固三相产品产率高；出热解炉的高温烟气约400～800℃，通过蓄热体后温度降至100～200℃，同时空气温度升高，因而实现烟气余热回收，能量利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及煤热解技术领域，具体涉及一种蓄热式外热加压煤热解装置及方法。
背景技术
七十年代以后，随着石油价格的上涨，供应紧张，人们对各种形式的能源发生了新的兴趣，有关煤热解的研究明显增加。在我国，内蒙及西南等地分布了大量低变质煤，比如褐煤及长焰煤，其可作为煤热解原料，进而实现煤的气-液-固组分的分质转化及分级利用。煤热解对煤的气化液化和燃烧均具有十分重要的意义，同时也是我国大量低变质煤高效清洁转化利用的重要途径之一。煤热解过程较为复杂，其受煤种、水分含量、挥发分含量、灰分含量、温度以及压力等因素的影响。通过煤热解可以生产清洁的气、液、固三种不同形态的产品，前两者可作为化学品使用，后者固态煤焦可作为进一步气化的原料。
一般煤热解开发和研究工作均侧重于常压，但随着下游加压气化和燃烧技术的的发展，加压煤热解技术引起了更多人的关注和研究。例如，国外学者曾在10MPa压力以下研究了压力对热解失重的影响，以及一定压力范围内快速加压热解的实验研究。
我国目前普遍采用的热解技术以内热常压块煤热解技术为主。其具有以下缺点：原料煤粒径大、热解时间长、气液相产品收率及热值低、煤气利用过程功耗大等。同时，随着粉煤机械采煤技术的发展进步，已经很难保证内热块煤热解技术所要求的煤料尺寸(半径小于15mm的煤料不适于块煤热解)。
因此，亟待提供一种既能克服上述煤热解技术的不足，同时也可以加工粉煤的新型煤热解设备和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄热式外热加压煤热解装置及方法，用以解决当前内热块煤热解技术不能对半径小于15mm的煤料进行热解的问题。
为实现上述目的，本发明公开了以下技术方案：
本发明公开了一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述装置包括：热解炉、高温烟气辐射管组和空气燃烧室，所述热解炉上部开有煤气出口并连接有煤气排出管道，所述高温烟气辐射管组布置在所述热解炉的内部，所述高温烟气辐射管组的上部和下部分别设置有烟气进口和烟气出口，所述空气燃烧室通过烟气管道连接至所述烟气进口，所述烟气出口通过烟气管道和烟气换向阀连接有内部装有蓄热体的第一蓄热室和第二蓄热室，第一蓄热室或第二蓄热室均连接至烟气排出管道和空气燃烧室。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述高温烟气辐射管组包括水平辐射管组和立式辐射管组，所述水平辐射管组由多根水平管交错连通形成，所述水平辐射管组包括上部水平辐射管组和下部水平辐射管组，所述上部水平辐射管组和所述下部水平辐射管组的侧面分别设置有烟气进口和烟气出口，所述立式辐射管组由多根立管平行排列形成，每根立管的顶部和底部分别与上部水平辐射管组和下部水平辐射管组相连接。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述多根水平管、所述多根立管和热解炉的壳体之间的间隙形成炭化室。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述热解炉为压力容器，其压力为0.1～4.0MPa。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述热解炉的上方布置有多个煤锁斗和煤仓，所述多个煤锁斗上部分别连接至所述煤仓底部的多个出煤口，所述多个煤锁斗下部连接至所述热解炉的上方，每个煤锁斗与每个出煤口之间均设有一个投煤星型阀，其中，每个煤锁斗的压力为0.1～4.0MPa。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述热解炉的下方布置有多个焦锁斗和一个煤焦收集室，所述多个焦锁斗的上部分别连接至所述热解炉下方的多个出焦口，所述多个焦锁斗的下部连接至所述煤焦收集室，每个焦锁斗与每个出焦口之间均设有一个煤焦星型阀，其中，每个焦锁斗的压力为0.1～4.0MPa。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解装置，所述第一蓄热室和第二蓄热室分别连接至空气进气管道，所述空气进气管道上设置有空气换向阀，所述空气燃烧室还连接有燃料气进气管道。
本发明还公开了一种蓄热式外热加压煤热解方法，所述方法包括：粉煤或块煤通过煤仓、投煤星型阀、煤锁斗投入热解炉内；粉煤在热解炉的炭化室内，在高温烟气辐射管组的高温影响下，发生热解反应生成煤气、焦油及煤焦；煤气经煤气出口和煤气排出管道离开热解炉；焦油及煤焦经炭化室底部的出焦口、煤焦星型阀、焦锁斗进入煤焦收集室；其中，空气经空气进气管道、空气换向阀、第一蓄热室和第二蓄热室进入空气燃烧室，与燃料气在空气燃烧室内发生燃烧反应，产生大量400～800℃的高温烟气，高温烟气通过热解炉上的烟气进口进入上部水平辐射管组，然后通过立式辐射管组下行，进入下部水平辐射管组，最后通过烟气出口离开热解炉。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解方法，所述高温烟气从烟气出口排出后经过烟气换向阀进入第一蓄热室或第二蓄热室，蓄热室吸热，离开第一蓄热室或第二蓄热室的高温烟气的温度降低至100～200℃。
本发明公开的上述一种蓄热式外热加压煤热解方法，所述第一蓄热室和第二蓄热室内的蓄热体通过烟气换向阀依次进行周期性放热和吸热，同时空气进气管道通过空气换向阀周期性换向分别为所述第一蓄热室和第二蓄热室放入空气，经第一蓄热室或第二蓄热室内的蓄热体加热后放入空气燃烧室，所述烟气换向阀和所述空气换向阀的换向周期相同，每个换向周期为30～90s，其中，当所述第一蓄热室内蓄热体通过烟气换向阀放入高温烟气进行吸热时，所述第二蓄热室通过空气换向阀放入空气，所述第二蓄热室内的蓄热体对放入的空气进行放热，当所述第一蓄热室通过空气换向阀放入空气，所述第一蓄热室内的蓄热体对放入的空气进行放热时，所述第二蓄热室内蓄热体通过烟气换向阀放入高温烟气进行吸热。
本发明具有如下优点：
本发明利用来自空气燃烧室的高温烟气，通过高温烟气辐射管组将热量提供给热解炉，从而对块煤或者粉煤进行热解；煤气压力为0.1～4.0MPa，加压可减少后续煤气利用过程的功耗；炭化室内煤气与焦油和煤焦直接分离，煤气组分纯净且热值高，气液固三相产品产率高；出热解炉的高温烟气约400～800℃，通过蓄热体后温度降至100～200℃，同时空气温度升高，因而实现烟气余热回收，能量利用率高。
附图说明
图1为本发明公开的一种蓄热式外热加压煤热解装置的剖视图；
图2为本发明公开的一种蓄热式外热加压煤热解装置的热解炉的俯视图。
附图标记：
01：热解炉；02：空气燃烧室；03：煤气出口；04：煤气排出管道；05：立式辐射管组；06：上部水平辐射管组；07：下部水平辐射管组；08：烟气进口、09：烟气出口；10：烟气换向阀；11：第一蓄热室；12：第二蓄热室；13：烟气排出管道；14：空气进气管道；15：空气换向阀；16：燃料气进气管道；17：炭化室；18：煤锁斗；19：煤仓；20：出煤口；21：投煤星型阀；22：焦锁斗；23：煤焦收集室；24：出焦口；25：煤焦星型阀。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参考图1和图2，本实施例中公开的一种蓄热式外热加压煤热解装置包括：热解炉01、高温烟气辐射管组和空气燃烧室02，热解炉01上部开有煤气出口03并连接有煤气排出管道04，高温烟气辐射管组布置在热解炉01的内部，高温烟气辐射管组包括水平辐射管组和立式辐射管组05，水平辐射管组由多根水平管交错连通形成，水平辐射管组包括上部水平辐射管组06和下部水平辐射管组07，上部水平辐射管组06和下部水平辐射管组07的侧面分别设置有烟气进口08和烟气出口09，立式辐射管组05由多根立管平行排列形成，每根立管的顶部和底部分别与上部水平辐射管组06和下部水平辐射管组07相连接，空气燃烧室02通过烟气管道连接至烟气进口08，烟气出口09通过烟气管道和烟气换向阀10连接有内部装有蓄热体的第一蓄热室11和第二蓄热室12，第一蓄热室11或第二蓄热室12均连接至烟气排出管道13和空气燃烧室02，第一蓄热室11和第二蓄热室12分别连接至空气进气管道14，空气进气管道14上设置有空气换向阀15，空气燃烧室02还连接有燃料气进气管道16。
另外，参考图1，热解炉01的壳体主要由外保温材料组成，热解炉01为压力容器，连接有压力提供装置，使其压力为0.1～4.0MPa，多根水平管、多根立管和热解炉01的壳体之间的间隙形成炭化室17，炭化室17的间隙空间足够半径小于15mm的块煤及粉煤通过并热解；热解炉01的上方布置有多个煤锁斗18和煤仓19，多个煤锁斗18上部分别连接至煤仓19底部的多个出煤口20，多个煤锁斗19下部连接至热解炉01的上方，每个煤锁斗19与每个出煤口20之间均设有一个投煤星型阀21，其中，每个煤锁斗19的压力通过其上部和下部的压力阀控制为0.1～4.0MPa，热解炉01的下方布置有多个焦锁斗22和一个煤焦收集室23，多个焦锁斗22的上部分别连接至热解炉01下方的多个出焦口24，多个焦锁斗22的下部连接至煤焦收集室23，每个焦锁斗22与每个出焦口24之间均设有一个煤焦星型阀25，其中，每个焦锁斗22的压力通过其上部和下部的压力阀控制为0.1～4.0MPa。
其中，第一蓄热室和第二蓄热室内由蓄热材料制成的蓄热体组成，蓄热体可以为球状、短圆柱状、短空心圆柱状、算盘珠状、枣状、蜂窝状及片状等，其材质为刚玉、莫来石、高铝、陶瓷及耐热钢等。
本实施例中公开的一种蓄热式外热加压煤热解方法包括：粉煤或块煤通过煤仓19、投煤星型阀21、煤锁斗18投入热解炉01内；粉煤在热解炉01的炭化室17内，在高温烟气辐射管组的高温影响下，发生热解反应生成煤气、焦油及煤焦；煤气经煤气出口03和煤气排出管道04离开热解炉01；焦油及煤焦经炭化室17底部的出焦口24、煤焦星型阀25、焦锁斗22进入煤焦收集室23，然后经后续工段处理分离为焦油和半焦；其中，空气经空气进气管道14、空气换向阀15、第一蓄热室11和第二蓄热室12进入空气燃烧室02，与燃料气在空气燃烧室02内发生燃烧反应，产生大量400～800℃的高温烟气，高温烟气通过热解炉01上的烟气进口08进入上部水平辐射管组06，然后通过立式辐射管组05下行，进入下部水平辐射管组07，最后通过烟气出口09离开热解炉01。
进一步地，高温烟气从烟气出口09排出后经过烟气换向阀10进入第一蓄热室11或第二蓄热室12，使蓄热室蓄热后，高温烟气通过烟气排出管道13离开第一蓄热室11或第二蓄热室12，离开第一蓄热室11或第二蓄热室12的高温烟气的温度降低至100～200℃。第一蓄热室11和第二蓄热室12内的蓄热体通过烟气换向阀10依次进行周期性放热和吸热，同时空气进气管道14通过空气换向阀15周期性换向分别为第一蓄热室11和第二蓄热室12放入空气，，经第一蓄热室11或第二蓄热室12内的蓄热体加热后放入空气燃烧室02，烟气换向阀10和空气换向阀15的换向周期相同，每个换向周期为30～90s，其中，当第一蓄热室11内蓄热体通过烟气换向阀10放入高温烟气进行吸热时，第二蓄热室12通过空气换向阀15放入空气，第二蓄热室12内的蓄热体对放入的空气进行放热，当第一蓄热室11通过空气换向阀15放入空气，第一蓄热室11内的蓄热体对放入的空气进行放热时，第二蓄热室12内蓄热体通过烟气换向阀10放入高温烟气进行吸热，当第一蓄热室11或第二蓄热室12内蓄热体通过烟气换向阀10放入高温烟气进行吸热时，第一蓄热室11或第二蓄热室12内的烟气进气阀和烟气排放阀打开，第一蓄热室11或第二蓄热室12内的空气进气阀和空气排放阀均关闭，反之，当第一蓄热室11或第二蓄热室12内蓄热体通过空气换向阀15放入空气，第一蓄热室11或第二蓄热室12内的蓄热体对放入的空气进行放热时，第一蓄热室11或第二蓄热室12内的烟气进气阀和烟气排放阀关闭，第一蓄热室11或第二蓄热室12内的空气进气阀和空气排放阀均打开。
上述蓄热式外热加压煤热解方法可进行0.1～4.0MPa压力下的块煤及粉煤热解，原料煤与高温烟气隔绝，靠高温烟气通过高温烟气辐射管组辐射热量控制炭化室17温度在400～800℃。产品煤气组分纯净且热值高，后续煤气利用过程功耗低，焦油及煤焦易于与煤气分离。高温烟气离开热解炉01后，先与空气换热再排放，空气经换热温度升高后，与燃料气在空气燃烧室内反应燃烧。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述装置包括：热解炉、高温烟气辐射管组和空气燃烧室，所述热解炉上部开有煤气出口并连接有煤气排出管道，所述高温烟气辐射管组布置在所述热解炉的内部，所述高温烟气辐射管组的上部和下部分别设置有烟气进口和烟气出口，所述空气燃烧室通过烟气管道连接至所述烟气进口，所述烟气出口通过烟气管道和烟气换向阀连接有内部装有蓄热体的第一蓄热室和第二蓄热室，第一蓄热室或第二蓄热室均连接至烟气排出管道和空气燃烧室。
2.如权利要求1所述的一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述高温烟气辐射管组包括水平辐射管组和立式辐射管组，所述水平辐射管组由多根水平管交错连通形成，所述水平辐射管组包括上部水平辐射管组和下部水平辐射管组，所述上部水平辐射管组和所述下部水平辐射管组的侧面分别设置有烟气进口和烟气出口，所述立式辐射管组由多根立管平行排列形成，每根立管的顶部和底部分别与上部水平辐射管组和下部水平辐射管组相连接。
3.如权利要求2所述的一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述多根水平管、所述多根立管和热解炉的壳体之间的间隙形成炭化室。
4.如权利要求1所述的一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述热解炉为压力容器，其压力为0.1～4.0MPa。
5.如权利要求1所述的一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述热解炉的上方布置有多个煤锁斗和煤仓，所述多个煤锁斗上部分别连接至所述煤仓底部的多个出煤口，所述多个煤锁斗下部连接至所述热解炉的上方，每个煤锁斗与每个出煤口之间均设有一个投煤星型阀，其中，每个煤锁斗的压力为0.1～4.0MPa。
6.如权利要求5所述的一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述热解炉的下方布置有多个焦锁斗和一个煤焦收集室，所述多个焦锁斗的上部分别连接至所述热解炉下方的多个出焦口，所述多个焦锁斗的下部连接至所述煤焦收集室，每个焦锁斗与每个出焦口之间均设有一个煤焦星型阀，其中，每个焦锁斗的压力为0.1～4.0MPa。
7.如权利要求1所述一种蓄热式外热加压煤热解装置，其特征在于，所述第一蓄热室和第二蓄热室分别连接至空气进气管道，所述空气进气管道上设置有空气换向阀，所述空气燃烧室还连接有燃料气进气管道。
8.一种蓄热式外热加压煤热解方法，其特征在于，所述方法包括：
粉煤或块煤通过煤仓、投煤星型阀、煤锁斗投入热解炉内；
粉煤在热解炉的炭化室内，在高温烟气辐射管组的高温影响下，发生热解反应生成煤气、焦油及煤焦；
煤气经煤气出口和煤气排出管道离开热解炉；
焦油及煤焦经炭化室底部的出焦口、煤焦星型阀、焦锁斗进入煤焦收集室；
其中，空气经空气进气管道、空气换向阀、第一蓄热室和第二蓄热室进入空气燃烧室，与燃料气在空气燃烧室内发生燃烧反应，产生大量400～800℃的高温烟气，高温烟气通过热解炉上的烟气进口进入上部水平辐射管组，然后通过立式辐射管组下行，进入下部水平辐射管组，最后通过烟气出口离开热解炉。
9.如权利要求8所述一种蓄热式外热加压煤热解方法，其特征在于，所述高温烟气从烟气出口排出后经过烟气换向阀进入第一蓄热室或第二蓄热室，从而使蓄热体蓄热，离开第一蓄热室或第二蓄热室的高温烟气的温度降低至100～200℃。
10.如权利要求9所述的一种蓄热式外热加压煤热解方法，其特征在于，所述第一蓄热室和第二蓄热室内的蓄热体通过烟气换向阀依次进行周期性放热和吸热，同时空气进气管道通过空气换向阀周期性换向分别为所述第一蓄热室和第二蓄热室放入空气，经第一蓄热室或第二蓄热室内的蓄热体加热后放入空气燃烧室，所述烟气换向阀和所述空气换向阀的换向周期相同，每个换向周期为30～90s，其中，当所述第一蓄热室内蓄热体通过烟气换向阀放入高温烟气进行吸热时，所述第二蓄热室通过空气换向阀放入空气，所述第二蓄热室内的蓄热体对放入的空气进行放热，当所述第一蓄热室通过空气换向阀放入空气，所述第一蓄热室内的蓄热体对放入的空气进行放热时，所述第二蓄热室内蓄热体通过烟气换向阀放入高温烟气进行吸热。
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