CN108148609B - 一种一体化粉煤热解反应装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置内设置隔板，上部为沉降区，下部为贫氧燃烧区，提升管反应器从装置底部通入并伸入沉降区，在提升管反应器顶端设置第一气固分离装置，第一气固分离装置的气体出口与装置顶部的油气出口相连，第一气固分离装置排出的固体进入沉降区；装置侧壁于隔板处设置至少2个固体物料出口，一部分固体物料出口通过固体物料流通管路连接贫氧燃烧区，另一部分固体物料出口向外排出固体物料；装置侧壁于贫氧燃烧区处设置烟气出口，底部设置底部物料排出口和空气入口。本发明将提升管、沉降器和贫氧燃烧器等设备结合至一个反应装置中，可以大幅度提升热回收效率，缩短反应时间，降低副反应产物。

Description

一种一体化粉煤热解反应装置及其处理方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，涉及一种粉煤热解反应装置及其处理方法，尤其涉及一种一体化的粉煤热解反应装置及其处理方法。

背景技术

煤热解体质工艺是煤深度干燥的基础上，在氧化气氛下继续升温，发生一系列复杂的物理化学反应，脱除大部分挥发分，得到半焦、低温焦油和热解煤气等产品的过程。热解是利用煤炭组成与结构特征生产替代紧缺油气资源的煤温和转化过程，也是利用煤本身结构特点联产芳香烃化学品的最有效方法。

煤热解类型按温度分为低温、中温以及高温热解，温度不同得到的反应物也不同。低温条件下，煤热解出来的有煤气、煤焦油以及半焦。煤气经过处理后，可以作为洁净的燃料，也可以作为生产中间化学品的原料；煤焦油经过加工可制成酚、苯、萘等系列产品；煤热解得到的半焦是较好的固体洁净燃料，可用于发电，也可经煤化工用于制甲醇及氨等化学品。所以，煤的热解是将煤进行分质再利用的过程，有利于提高煤炭的利用率。

在大颗粒煤(>6mm)的低温煤热解反应系统中普遍采用直立炉工艺进行热解，而直立炉工艺对于6mm以下的粉煤低温热解并不适合。

CN 105623688 A公开了一种热载气提升快速反应的粉热解方法，包括以下步骤：步骤一，在热载气提升作用下，来自粉煤加料仓的粉煤和热载气在提升管中充分快速混合，粉煤在提升过程中温度升高并发生快速热解反应；步骤二，粉煤在提升管中反应完成后进入沉降器，并在沉降器中实现油气与粉焦固体的气固快速分离，沉降器的底部产物得到半焦产品，沉降器的顶部产物为焦油、煤气和热载气混合气。

CN 105602593A公开了一种提升管粉煤热解方法，包括以下步骤：步骤一，粉煤干燥及制备步骤；步骤二，热解反应步骤；步骤三，热解产物的分离步骤；步骤四，粉焦及烟气利用步骤。

虽然上述方法均提供了采用提升管进行粉煤热解的方法，但上述方法中均采用多个装置进行反应，进而拉长了整个生产线，使热载体中的热量未得到有效的回收就已经被消耗掉；并且，上述装置用材耗量大，材料成本大幅提高也是其主要的缺点。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种一体化粉煤热解反应装置及其处理方法。本发明所述装置将提升管、沉降器和贫氧燃烧器等设备结合至一个反应装置中不仅降低了反应系统占地面积，并且有利于将贫氧燃烧过程中产生的热量快速传输至提升管反应器，进而大幅度提升热回收效率，缩短反应时间，降低副反应产物。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种粉煤热解反应装置，所述装置内设置隔板将其分为上下两个部分，装置上部为沉降区，装置下部为贫氧燃烧区，提升管反应器从装置底部通入并伸入沉降区，并在提升管反应器顶端设置第一气固分离装置，第一气固分离装置的气体出口与装置顶部设置的油气出口相连，第一气固分离装置排出的固体进入沉降区；

所述装置侧壁于隔板处设置至少2个固体物料出口(例如2个、3个、4个、5个或6个以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用)，一部分固体物料出口通过固体物料流通管路连接贫氧燃烧区，另一部分固体物料出口向外排出固体物料；

所述装置侧壁于贫氧燃烧区处设置烟气出口；

所述装置底部设置底部物料排出口和空气入口。

上述装置侧壁设于隔板处的固体物料出口包括在隔板位置以及隔板靠上位置，以使物料可以排出即可。

本发明所述“一部分固体物料出口”与“另一部分固体物料出口”是对于全部固体物料出口而言，二者组成了全部的固体物料出口，即只要固体物料出口中一部分用于连接贫氧燃烧区，一部分用于外排即可，并不需要对具体数量加以限定。

本发明所述装置，将提升管反应器、沉降区和贫氧燃烧区整合至一个反应器中，一方面可以降低反应系统占地面积，另一方面有利于将贫氧燃烧过程中产生的热量快速传输至提升管反应器，进而大幅度提升热回收效率。

本发明中，沉降区中产生的粉焦在贫氧燃烧之后得到热载体，热载体通过控制阀与提升管反应器连接，高温的热载体与粉煤在提升管中充分混合使粉煤温度迅速提高到500～1000℃，从而提高装置的反应效率和热回收率。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述隔板(1)为锥形隔板，锥形隔板与中轴线夹角为35°～55°，例如35°、37°、40°、43°、45°、47°、50°、53°或55°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，采用锥形隔板有利于沉降区中旋风分离器分离出的粉焦在沉降区底部快速聚集，并且在重力作用下快速进入贫氧燃烧区进行燃烧反应，进而为提升管反应器提升反应的热量，使提升管反应器无需再额外补充热量；并且，在沉降区底部聚集的粉焦一部分进入贫氧燃烧区燃烧得到热载体于烟气，另一部分进行收集，有利于维持整个体系中的物料平衡。

本发明中，将锥形隔板与中轴线呈一定夹角设置，可以使物料在堆积至一定程度后通过重力以合适的速率进入固体物料流通管路中，故不论夹角呈水平设置还是夹角角度过小(即坡度过大)均无法使物料以合适的速率进入，不利于后续贫氧燃烧反应的进行，影响热回收效率和粉煤处理量。

作为本发明优选的技术方案，所述固体物料流通管路中设置调节阀，以进一步调控物料向下进入贫氧燃烧区的流量和速率。

优选地，所述装置底部设置的底部物料排出口连接物料排出管路。

优选地，所述物料排出管路内设置调节阀，以调节物料排出流量。

优选地，所述装置底部设置的空气入口连接气体管路。

优选地，所述气体管路内设置调节阀，以调节气体进入装置的流量。

作为本发明优选的技术方案，所述第一气固分离装置为旋风分离器。

优选地，所述第一气固分离装置个数≥2，例如2、3、4、5或6以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述第一气固分离装置于提升管反应器顶端以提升管反应器为轴对称设置。

本发明中，于提升管反应器顶端设置多个第一气固分离装置，可以有效提高粉煤处理效率。

作为本发明优选的技术方案，所述贫氧燃烧区内设置第二气固分离装置，所述第二气固分离装置的气体出口连接所述装置侧壁于贫氧燃烧区处设置的烟气出口。

优选地，所述第二气固分离装置为旋风分离器。

本发明中，第二旋风分离器对贫氧燃烧反应中产生的烟气进行进一步分离，分离出的固体物料再返回进行循环利用。

作为本发明优选的技术方案，所述装置底部的物料排出口通过物料排出管路与所述提升管反应器的进料口相连。

作为本发明优选的技术方案，所述贫氧燃烧区(4)中氧含量为＜21％，例如20％、17％、15％、13％、10％、7％、5％或3％等以及更低，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

第二方面，本发明提供了上述粉煤热解反应装置的处理方法，所述方法包括：

(a)粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器中进行热解反应，热解反应后的物料经第一气固分离装置进行气固分离后，得到固体物料和气体物料，固体物料进入沉降区进行沉降，气体物料外排，其中固体物料为半焦，气体物料为焦油、煤气和热载气的混合气体；

(b)步骤(a)在沉降区进行沉降得到的固体物料，通过固体物料流通管路进入贫氧燃烧区进行燃烧反应，并升温，燃烧反应产生的烟气排出装置进行热量回收。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)所述粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器(5)中的流速为2m/s～35m/s，例如2m/s、5m/s、7m/s、10m/s、13m/s、15m/s、17m/s、20m/s、23m/s、25m/s、27m/s、30m/s、33m/s或35m/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)所述热解反应的温度为380℃～820℃，例如380℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃或820℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；反应压力为0.1MPa～3MPa，例如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa或3等MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(b)中当沉降得到的固体物料在沉降区积累到沉降区高度的设定值时，积累的固体物料进行外排，以维持沉降区物料平衡，否则当沉降区中的物料积累过多时，一方面会影响气固分离器的正常运行，另一方面会影响装置运行稳定，进而降低整个装置的处理效率。

本发明中，所述沉降区高度的设定值根据沉降器中压力变化来控制，压力系统控制与半焦的返料阀控制系统连接，通过设定的预期压力来控制料位的高度。

优选地，步骤(b)中燃烧反应产生的载热物料作为热载体进入提升管反应器进行循环利用。

优选地，步骤(b)中燃烧反应产生的烟气经第二气固分离装置进行气固分离后，烟气排出装置进行热量回收。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述装置，将提升管反应器、沉降区和贫氧燃烧区整合至一个反应器中，一方面可以降低反应系统占地面积，另一方面有利于将贫氧燃烧过程中产生的热量快速传输至提升管反应器，进而大幅度提升热回收效率和粉煤处理量，使热回收效率较现有粉煤热解装置提升了1～5％，较现有技术有明显提高。

附图说明

图1是本发明所述粉煤热解反应装置的结构示意图；

其中，1-隔板，2-沉降区，3-第一气固分离装置，4-贫氧燃烧区，5-提升管反应器，6-固体物料出口，7-第二气固分离装置。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，如图1所示，所述装置内设置隔板1将其分为上下两个部分，装置上部为沉降区2，装置下部为贫氧燃烧区4，提升管反应器5从装置底部通入并伸入沉降区2，并在提升管反应器5顶端设置第一气固分离装置3，第一气固分离装置3的气体出口与装置顶部设置的油气出口相连，第一气固分离装置3排出的固体进入沉降区2；

所述装置侧壁于隔板1处设置至少2个固体物料出口6，一部分固体物料出口6通过固体物料流通管路连接贫氧燃烧区4，另一部分固体物料出口6向外排出固体物料；

所述装置侧壁于贫氧燃烧区4处设置烟气出口；

所述装置底部设置底部物料排出口和空气入口。

其处理方法为：

(a)粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器5中进行热解反应，热解反应后的物料经第一气固分离装置3进行气固分离后，得到固体物料和气体物料，固体物料进入沉降区2进行沉降，气体物料外排，其中固体物料为半焦，气体物料为焦油、煤气和热载气的混合气体；

(b)步骤(a)在沉降区2进行沉降得到的固体物料，通过固体物料流通管路进入贫氧燃烧区4进行燃烧反应，燃烧反应产生的烟气排出装置进行热量回收。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置内设置隔板1将其分为上下两个部分，装置上部为沉降区2，装置下部为贫氧燃烧区4，提升管反应器5从装置底部通入并伸入沉降区2，并在提升管反应器5顶端设置2个第一气固分离装置3，第一气固分离装置3的气体出口与装置顶部设置的油气出口相连，第一气固分离装置3排出的固体进入沉降区2；

所述装置侧壁于隔板1处设置2个固体物料出口6，一个固体物料出口6通过固体物料流通管路连接贫氧燃烧区4，另一个固体物料出口6向外排出固体物料；装置侧壁于贫氧燃烧区4处设置烟气出口；装置底部设置底部物料排出口和空气入口。

其中，所述隔板1为锥形隔板，锥形隔板与中轴线夹角为40°～42°；所述固体物料流通管路中设置调节阀，装置底部设置的底部物料排出口连接物料排出管路，物料排出管路内设置调节阀，装置底部设置的空气入口连接气体管路，气体管路内设置调节阀。

第一气固分离装置3为旋风分离器，第一气固分离装置3于提升管反应器5顶端以提升管反应器5为轴对称设置；贫氧燃烧区4内设置1个第二气固分离装置7，第二气固分离装置7的气体出口连接所述装置侧壁于贫氧燃烧区4处设置的烟气出口，第二气固分离装置7为旋风分离器。

装置底部的物料排出口通过物料排出管路与所述提升管反应器5的进料口相连。

所述装置的处理方法为：

(a)粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器5中在温度为500℃～550℃，压力为1MPa～1.3MPa的条件下进行热解反应，热解反应后的物料进入第一气固分离装置3进行气固分离，得到固体物料和气体物料，固体物料进入沉降区2进行沉降，气体物料外排，其中固体物料为半焦，气体物料为焦油、煤气和热载气的混合气体；

(b)步骤(a)在沉降区2进行沉降得到的固体物料，分为两部分，一部分作为产品排出，另一部分通过固体物料流通管路进入贫氧燃烧区4进行燃烧反应，燃烧反应产生的载热物料作为热载体进入提升管反应器5循环利用，燃烧反应产生的烟气经第二气固分离装置7进行气固分离后排出装置进行热量回收。

本实施例中所述装置热回收效率较现有粉煤热解装置提升了5％。

实施例2：

本实施例提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置的结构与实施例1中相同，区别仅在于：锥形隔板与中轴线夹角为35°～37°，第一气固分离装置的个数为3个，第二气固分离装置7的个数为2个。

所述装置的处理方法参照实施例1，区别仅在于：步骤(a)中热解反应温度为400℃～420℃，反应压力为0.1MPa～0.5MPa。

本实施例中所述装置的热回收效率较现有粉煤热解装置提升了4％。

实施例3：

本实施例提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置的结构与实施例1中相同，区别仅在于：锥形隔板与中轴线夹角为53°～55°。

所述装置的处理方法参照实施例1，区别仅在于：步骤(a)中热解反应温度为780℃～800℃，反应压力为2.8MPa～3MPa。

本实施例中所述装置的热回收效率较现有粉煤热解装置提升了4％。

对比例1：

本对比例提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置结构及其处理方法参照CN 105623688 A中装置和结构。

本对比例中，对比实施例1和对比例1中结构，实施例1中装置热回收效率较对比例1中提高了5％。

对比例2：

本对比例提供了一种粉煤热解反应装置及其处理方法，所述装置结构及其处理方法参照CN 105602593A中装置和结构。

本对比例中，对比实施例1和对比例2中结构，实施例1中装置热回收效率较对比例1中提高了4％。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述装置，将提升管反应器、沉降区和贫氧燃烧区整合至一个反应器中，一方面可以降低反应系统占地面积，另一方面有利于将贫氧燃烧过程中产生的热量快速传输至提升管反应器，进而大幅度提升热回收效率和粉煤处理量，使热回收效率较现有粉煤热解装置提升了1％～5％，较现有技术有明显提高。

申请人申明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细应用方法，但本发明并不局限于上述详细应用方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品原料的等效替换及辅助成分的添加、具体操作条件和方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (19)

1.一种粉煤热解反应装置，其特征在于，所述装置内设置隔板(1)将其分为上下两个部分，装置上部为沉降区(2)，装置下部为贫氧燃烧区(4)；提升管反应器(5)从装置底部通入并伸入沉降区(2)，并在提升管反应器(5)顶端设置第一气固分离装置(3)，第一气固分离装置(3)的气体出口与装置顶部设置的油气出口相连，第一气固分离装置(3)排出的固体进入沉降区(2)；

所述装置侧壁于隔板(1)处设置至少2个固体物料出口(6)，一部分固体物料出口(6)通过固体物料流通管路连接贫氧燃烧区(4)，另一部分固体物料出口(6)向外排出固体物料；

所述装置侧壁于贫氧燃烧区(4)处设置烟气出口；

所述装置底部设置底部物料排出口和空气入口；

所述隔板(1)为锥形隔板，锥形隔板与中轴线夹角为35°～55°。

2.根据权利要求1所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述固体物料流通管路中设置调节阀。

3.根据权利要求2所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述装置底部设置的底部物料排出口连接物料排出管路。

4.根据权利要求3所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述物料排出管路内设置调节阀。

5.根据权利要求2所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述装置底部设置的空气入口连接气体管路。

6.根据权利要求5所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述气体管路内设置调节阀。

7.根据权利要求1或2所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述第一气固分离装置(3)为旋风分离器。

8.根据权利要求7所述的粉煤热解反应装置，所述第一气固分离装置(3)个数≥2。

9.根据权利要求1或2所述的粉煤热解反应装置，所述第一气固分离装置(3)于提升管反应器(5)顶端以提升管反应器(5)为轴对称设置。

10.根据权利要求1或2所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述贫氧燃烧区(4)内设置第二气固分离装置(7)，所述第二气固分离装置(7)的气体出口连接所述装置侧壁于贫氧燃烧区(4)处设置的烟气出口。

11.根据权利要求10所述的粉煤热解反应装置，所述第二气固分离装置(7)为旋风分离器。

12.根据权利要求3所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述装置底部的物料排出口通过物料排出管路与所述提升管反应器(5)的进料口相连。

13.根据权利要求1或2所述的粉煤热解反应装置，其特征在于，所述贫氧燃烧区(4)中氧含量＜21％。

14.根据权利要求1-13任一项所述的粉煤热解反应装置的处理方法，其特征在于，所述方法包括：

(a)粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器(5)中进行热解反应，热解反应后的物料经第一气固分离装置(3)进行气固分离后，得到固体物料和气体物料，固体物料进入沉降区(2)进行沉降，气体物料外排，其中固体物料为半焦，气体物料为焦油、煤气和热载气的混合气体；

(b)步骤(a)在沉降区(2)进行沉降得到的固体物料通过固体物料流通管路进入贫氧燃烧区(4)进行燃烧反应，燃烧反应产生的烟气排出装置进行热量回收。

15.根据权利要求14所述的处理方法，其特征在于，步骤(a)所述粉煤与热载体在提升气的作用下进入提升管反应器(5)中的流速为2m/s～35m/s。

16.根据权利要求14所述的处理方法，其特征在于，步骤(a)所述热解反应的温度为380℃～820℃，反应压力为0.1MPa～3MPa。

17.根据权利要求14或15所述的处理方法，其特征在于，步骤(b)中当沉降得到的固体物料在沉降区(2)积累到沉降区高度的设定值时，积累的固体物料进行外排。

18.根据权利要求14或15所述的处理方法，其特征在于，步骤(b)中燃烧反应产生的载热物料作为热载体进入提升管反应器(5)进行循环利用。

19.根据权利要求14或15所述的处理方法，其特征在于，步骤(b)中燃烧反应产生的烟气经第二气固分离装置(7)进行气固分离后，烟气排出装置进行热量回收。

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