CN107937000A - 一种三段式煤粉热解处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三段式煤粉热解处理系统，包括：烘干提升管装置、长焰原料斗、热解反应器、余热回收装置、荒煤气净化装置和储气罐，其中：所述热解反应器分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，所述烘干提升管装置通过所述原料斗将长焰煤、褐煤进入所述高温热解段和中低温热解段进行分段热解处理，所述高温热解段产生的热解气经所述余热回收装置进入所述储气罐，所述中低温热解段产生的热解气进入所述荒煤气净化装置，实现对长焰煤和褐煤的综合处理，实现对煤炭中的高价值资源的梯级利用，并对热解半焦的高温显热进行充分利用，提高系统效率。
Description
技术领域
本发明属于化工中的有机原料的热解处理，具体涉及一种三段式煤粉热解处理系统。
背景技术
我国煤炭资源非常丰富，但煤炭中的低阶煤如长焰煤和褐煤等储量占了全国煤炭处理的一半以上，随着开采技术的机械化程度不断提高，粉状的低阶煤越来越多。粉状低阶煤直接燃烧不仅浪费了煤种丰富的油气资源，而且产生较大的污染。针对粉煤热解，目前的主要热解工艺包括国外的Tscoal工艺、流化床工艺及国内的DG法和旋转窑反应器等，从系统流程中来看，都是针对一种单一的煤种如褐煤或长焰煤进行热解处理，而褐煤在热解过程中油的产率较低，经济性较差，而高含油的长焰煤热解过程中耗能较大，成本高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，结合褐煤热解和长焰煤热解的特点，开发出一种三段式煤粉热解处理系统，采取单个反应工艺，非常简单方便的实现对长焰煤和褐煤的综合处理，充分提取了褐煤中的燃气资源和长焰煤中的油资源，实现对煤炭中的高价值资源的梯级利用，并对热解半焦的高温显热进行充分利用，提高系统效率。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明提出了一种三段式煤粉热解处理系统，包括：烘干提升管装置、原料斗、热解反应器、余热回收装置、荒煤气净化装置和储气罐，其中：
所述热解反应器分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，其中，所述高温热解段设有收料装置和多层加热装置，其中，所述收料装置设置于所述多层加热装置的下方，用于收集热解产生的高温半焦；在所述中低温热解段设有多层错位布置的布料锥，每层所述布料锥包括为多个；所述余热回收段设有换热装置；
所述烘干提升管装置将褐煤、长焰煤分别送至所述原料斗，通过所述原料斗分别进入所述高温热解段和中低温热解段；
所述余热回收装置一端与所述高温热解段连接，另一端与所述储气罐连接，所述荒煤气净化装置一端与所述中低温热解段相连，另一端与所述储气罐连接；所述余热回收装置和荒煤气净化装置分别将所述高温热解段、中低温热解段产生的热解气送至所述储气罐。
进一步的，所述高温热解段、中低温热解段和余热回收段竖直长度的范围比例为3:2:1-5:3:1。
进一步的，所述热解反应器包括炉体，所述炉体从上到下依次分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，所述炉体包括：第一进料口、上段热解气出口、下段热解气出口和冷焦出料口，其中，所述第一进料口设置于所述炉体的顶部，所述上段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述高温热解段的下侧，所述下段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述中低温热解段的下侧，所述冷焦出料口设置于所述炉体的底部。
进一步的，所述三段式煤粉热解处理系统还包括焦仓，所述焦仓与所述冷焦出料口连接。
进一步的，所述加热装置包括燃气进口、空气进口和烟气出口，所述换热装置包括热空气出口和冷空气进口，其中，所述换热装置的热空气出口与所述加热装置的空气进口相连，将换热后的冷却介质作为燃料返送入所述加热装置。
进一步的，所述收料装置为锥形料斗，其底部设有混料出口，侧部设有贯穿所述炉体的第二进料口，常温物料通过所述第二进料口进入所述锥形料斗与所述高温半焦混合，下落至所述布料锥上进行充分混合接触热解，得到混合半焦。
进一步的，所述烘干提升管装置包括长焰煤烘干提升管、褐煤烘干提升管，所述原料斗包括长焰煤原料斗、褐煤原料斗，所述烟气出口与所述长焰煤烘干提升管、褐煤烘干提升管、褐煤原料斗依次顺序连接；所述褐煤原料斗与所述第一进料口连接；所述长焰煤原料斗一端与所述第二进料口连接，另一端与所述长焰煤烘干提升管连接。
进一步的，所述加热装置的层数为10-30层，每层所述加热装置包括多个加热装置；所述加热装置为蓄热式辐射管，在所述加热装置中产生1000℃以上的烟气。
进一步的，所述布料锥的层数为8-20层，每相邻两层的间距为100-400mm，每层中相邻两个布料锥的间距为50-300mm；所述布料锥的为棱长为50-200mm的正三棱锥。
进一步的，所述冷却介质为冷空气，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过外置连接管进入所述上段高温热解区的加热装置中与燃气燃烧，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后通过皮带机外排。
本发明的有益效果至少包括：
1）本发明所述的三段式煤粉热解处理系统结构简单，采取三段式热解反应，得到不同的产物，实现对物料的最大程度利用；
2）采取单个反应工艺，非常简单方便的实现对长焰煤和褐煤的综合处理，充分提取了褐煤中的燃气资源和长焰煤中的油资源，实现对煤炭中的高价值资源的梯级利用，并对热解半焦的高温显热进行充分利用，提高系统效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，炉体1、第一进料口101、上段热解气出口102、下段热解气出口103、冷焦出料口104、加热装置2、空气进口201、燃气进口202、烟气出口203、收料装置3、混料出口301、第二进料口302、布料锥4、换热装置5、外置连接管6、高温热解段7、中低温热解段8、余热回收段9、褐煤原料斗10、长焰煤原料斗11、褐煤烘干提升管12、长焰煤烘干提升管13、余热回收装置14、荒煤气净化装置15、焦仓16、储气罐17。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
根据本发明的实施例，图1为本发明结构示意图，参照图1所示，本发明所述三段式煤粉热解处理系统，包括：烘干提升管装置、长焰煤原料斗11、褐煤原料斗12、热解反应器、余热回收装置14、荒煤气净化装置15和储气罐17，其中：
所述热解反应器包括炉体1，所述炉体1的内腔从上到下依次分为高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9，其中，所述高温热解段7设有收料装置3和多层加热装置2，其中，所述收料装置3设置于所述多层加热装置2的下方，用于收集热解产生的高温半焦；在所述中低温热解段8设有多层错位布置的布料锥4，每层所述布料锥包括多个布料锥4；所述余热回收段9设有换热装置5。
所述烘干提升管装置包括长焰煤烘干提升管13和褐煤烘干提升管12，所述长焰煤烘干提升管13和褐煤烘干提升管12分别将褐煤、长焰煤分别送至所述褐煤原料斗10、长焰煤原料斗11，通过所述褐煤原料斗10、长焰煤原料斗11分别进入所述高温热解段7和中低温热解段8；
所述余热回收装置14一端与所述高温热解段7连接，另一端与所述储气罐17连接，所述荒煤气净化装置15一端与所述中低温热解段8相连，另一端与所述储气罐17连接；所述余热回收装置14和荒煤气净化装置15分别将所述高温热解段7、中低温热解段8产生的热解气送至所述储气罐17。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述炉体的内腔沿高度方向依次分为高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9，其中，所述高温热解段7、中低温热解段8和余热回收段9的竖直长度比例为3:2:1-5:3:1。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述炉体1包括：第一进料口101、上段热解气出口102、下段热解气出口103和冷焦出料口104，其中，所述第一进料口101设置于所述炉体1的顶部，所述上段热解气出口102设置于所述炉体1的侧部且位于所述高温热解段7的下侧，所述下段热解气出口103设置于所述炉体1的侧部且位于所述中低温热解段8的下侧，所述冷焦出料口104设置于所述炉体1的底部。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明多层所述加热装置设置于所述高温热解段，每层所述加热装置包括多个加热装置，优选的，本发明所述加热装置的层数为10-30层。
根据本发明的一些实施例，本发明所述加热装置为蓄热式辐射管，参照图1所示，包括：空气进口、贯穿所述炉体的燃气进口和烟气出口，经所述空气进口和燃气进口向所述蓄热式辐射管分别通入空气和燃气燃烧，产生1000℃以上的烟气，通过所述蓄热式辐射管对所述高温热解段内的物料进行间接加热。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述收料装置设置于所述高温热解段且位于所述蓄热式辐射管的下方，所述收料装置优选为锥形料斗，其底部设有混料出口，侧部设有贯穿所述炉体的第二进料口，物料经所述炉体的第一进料口送入所述高温热解段进行热解，产生的高温半焦落入所述锥形料斗中，再通过所述第二进料口向所述锥形料斗中送入常温物料与所述高温半焦混合，通过自身重力下落至所述布料锥上进行充分混合接触并传热进行热解，得到混合半焦。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明多层所述布料锥错位设置于所述中低温热解段，每层所述布料锥包括多个布料锥。
根据本发明的一些实施例，所述布料锥的层数为8-20层，每相邻两层的间距为100-400mm，每层中相邻两个布料锥的间距为50-300mm；所述布料锥的为棱长为50-200mm的正三棱锥，材质为陶瓷或耐热钢。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述换热装置设置于所述余热回收段，所述换热装置包括冷空气进口和热空气出口，所述换热装置的热空气出口通过所述外置连接管与所述加热装置的空气入口相连；根据本发明的一些实施例，本发明所述换热装置优选为换热管，所述冷却介质为冷空气。
根据本发明的实施例，参照图1所示，本发明所述外置连接管设置于所述炉体外，且所述外置连接管的两端分别与所述加热装置的空气入口和所述换热装置的热空气出口相连，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后通过皮带机外排。
在本发明的具体实施例中，所述褐煤原料斗、长焰煤原料斗中的褐煤和长焰煤分别通过所述第一进料口、第二进料口进入所述高温热解段、中低温热解段，褐煤在所述高温热解段中，与表面温度为1000℃以上的辐射管接触并依靠重力下落，在下落过程中产生大量热解气和高温半焦，并在高温下焦油充分裂解，其中热解气的温度为650-850℃，热解半焦的温度为500-750℃；
高温热解气从所述上段热解气出口排出进入所述余热回收装置，在所述余热回收装置中，热解气温度降低至120℃以下，进入所述储气罐，作为原料气外供；
所述热解半焦进入中低温热解段与通过所述第二进料口进入所述中低温热解段的长焰煤进行初步混合，并经过所述三角形布料锥的分布实现充分的加热，使长焰煤在热解温度500-600℃的中低温热解温度范围产生大量的油气，并经所述下段热解气出口送入所述荒煤气净化装置，回收大量的煤焦油和热解气，煤焦油直接作为产品排出，而热解气也送至所述储气罐作为原料气外供；
褐煤半焦和生物质半焦充分混合后，得到混合半焦，温度为400-550℃，通过所述余热回收段，把常温空气预热至300-400℃后送至高温热解段的加热管，而半焦降至60℃以下后直接通过所述冷焦出料口送至所述焦仓。
根据本发明的具体实施例，从所述高温热解段出来的烟气温度为350-400℃，经所述换热装置的烟气出口进入所述所述长焰煤烘干提升管对长焰煤进行烘干，从所述长焰煤烘干提升管来的烟气温度降至250-350℃后再送至所述褐煤烘干提升管对褐煤进行烘干，从而保证褐煤烘干过程中要求温度较低，保证褐煤烘干过程中不易着火而产生安全隐患。
根据本发明的一些实施例，本发明所述三段式煤粉和生物质热解反应系统的工作原理为：褐煤经所述褐煤烘干提升管烘干提升后进入所述褐煤料斗，其此时，来自高温热解段的烟气温度经换热后为350-400℃；所述褐煤料斗的原料通过所述第一进料口将褐煤送入所述高温热解段，通过蓄热式辐射管间接加热，热解温度控制为800-1100℃，物料在所述高温热解段通过自身重力下落，并发生热解反应，物料中的有机物大部分释放出来产生温度为600-800℃的热解气和高温半焦，所述热解气从所述上段热解气出口排出进入所述余热回收装置，在所述余热回收装置中所述热解气的温度降至120℃以下，并最终进入所述储气罐，作为原料气外供；而产生的温度为600-850℃的高温半焦通过所述锥形料斗进行汇集，此时，通过所述第二进料口再向所述锥形料斗通入长焰煤与所述高温半焦混合，通过自身重力下落至所述中低温热解段，通过所述布料锥，所述高温半焦与所述常温长焰煤充分混合接触，并经过所述三角布料锥实现充分加热，使长焰煤在热解温度450-600℃的中低温热解温度范围产生大量的热解气和混合半焦，所述热解气最终进入所述荒煤气净化装置，最终进入所述储气罐作为原料气外供。
所述混合半焦下落至所述余热回收段，通过所述换热管进行换热，对所述混合半焦进一步进行余热回收，更具体的，经所述换热管的入口通入冷空气进行换热，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，充分利用热量，节约高温热解段燃气的消耗，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后经冷焦出料口通过皮带机外排。
根据本发明的一些实施例，本发明采取高温热解段热解可以对原料中的挥发分得到最大程度的提取，并通过高温裂解，原料中产生的油蒸汽裂解为燃气，可以产生大量优质燃料气或原料气，而通过中低温热解段热解可以得到油产率非常高温的热解产物，实现对原料和热量的充分利用，并利用余热回收段对混合半焦的热量充分回收，将余热回收段的混热后的热空气，通过所述外置连接管进入所述高温热解段的加热装置中与燃气燃烧，充分利用热量，节约高温热解段燃气的消耗，从而提高能量利用效率，降低生产成本。
发明人发现，根据本发明所述的三段式煤粉热解反应系统结构简单，采取三段式热解反应，得到不同的产物，实现对物料的最大程度利用；同时，本发明利用高温热解段产生的热解高温半焦作为中低温热解段的热载体，实现了对含碳有机物的分段热解利用，并对高温半焦的余热进行充分回收，实现能量的充分利用，从而降低热解工艺中的能耗，并且实现工艺的简化，另外，实现对长焰煤和褐煤的综合处理，充分提取了褐煤中的燃气资源和长焰煤中的油资源，实现对煤炭中的高价值资源的梯级利用，并对热解半焦的高温显热进行充分利用，提高系统效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。
Claims (10)
1.一种三段式煤粉热解处理系统，包括：烘干提升管装置、原料斗、热解反应器、余热回收装置、荒煤气净化装置和储气罐，其中：
所述热解反应器分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，其中，所述高温热解段设有收料装置和多层加热装置，其中，所述收料装置设置于所述多层加热装置的下方，用于收集热解产生的高温半焦；在所述中低温热解段设有多层错位布置的布料锥，每层所述布料锥包括为多个；所述余热回收段设有换热装置；
所述烘干提升管装置将褐煤、长焰煤分别送至所述原料斗，通过所述原料斗分别进入所述高温热解段和中低温热解段；
所述余热回收装置一端与所述高温热解段连接，另一端与所述储气罐连接，所述荒煤气净化装置一端与所述中低温热解段相连，另一端与所述储气罐连接；所述余热回收装置和荒煤气净化装置分别将所述高温热解段、中低温热解段产生的热解气送至所述储气罐。
2.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述高温热解段、中低温热解段和余热回收段竖直长度的范围比例为3:2:1-5:3:1。
3.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述热解反应器包括炉体，所述炉体从上到下依次分为高温热解段、中低温热解段和余热回收段，所述炉体包括：第一进料口、上段热解气出口、下段热解气出口和冷焦出料口，其中，所述第一进料口设置于所述炉体的顶部，所述上段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述高温热解段的下侧，所述下段热解气出口设置于所述炉体的侧部且位于所述中低温热解段的下侧，所述冷焦出料口设置于所述炉体的底部。
4.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述三段式煤粉热解处理系统还包括焦仓，所述焦仓与所述冷焦出料口连接。
5.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述加热装置包括燃气进口、空气进口和烟气出口，所述换热装置包括热空气出口和冷空气进口，其中，所述换热装置的热空气出口与所述加热装置的空气进口相连，将换热后的冷却介质作为燃料返送入所述加热装置。
6.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述收料装置为锥形料斗，其底部设有混料出口，侧部设有贯穿所述炉体的第二进料口，常温物料通过所述第二进料口进入所述锥形料斗与所述高温半焦混合，下落至所述布料锥上进行充分混合接触热解，得到混合半焦。
7.根据权利要求6所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述烘干提升管装置包括长焰煤烘干提升管、褐煤烘干提升管，所述原料斗包括长焰煤原料斗、褐煤原料斗，所述烟气出口与所述长焰煤烘干提升管、褐煤烘干提升管、褐煤原料斗依次顺序连接；所述褐煤原料斗与所述第一进料口连接；所述长焰煤原料斗一端与所述第二进料口连接，另一端与所述长焰煤烘干提升管连接。
8.根据权利要求7所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述加热装置的层数为10-30层，每层所述加热装置包括多个加热装置；所述加热装置为蓄热式辐射管，在所述加热装置中产生1000℃以上的烟气。
9.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述布料锥的层数为8-20层，每相邻两层的间距为100-400mm，每层中相邻两个布料锥的间距为50-300mm；所述布料锥的为棱长为50-200mm的正三棱锥。
10.根据权利要求1所述的三段式煤粉热解处理系统，其特征在于，所述冷却介质为冷空气，所述冷空气换热后升温至300-400℃通过外置连接管进入所述上段高温热解区的加热装置中与燃气燃烧，所述混合半焦经过换热后温度降至60℃后通过皮带机外排。
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