CN110423627A - 一种碳物料气固热载体双循环的热解装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解装置及方法，所述装置包括进料单元、立管式热解反应器、烧炭器、气固分离单元和气液分离单元；所述进料单元包括依次连接的磨粉装置和颗粒分级装置，所述立管式热解反应器向上延伸至气固分离单元内，所述气固分离单元的底部出口与烧炭器相连，所述烧炭器的底部出口与立管式热解反应器的入口相连，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器的入口相连。本发明将碳物料进行热解时，以热解粉焦烧炭处理后与热解煤气共同作为载体进行循化，可以有效提高热解产物的收率及品质；通过将原料及粉焦进行粒径分选，提高产物的分离效率，有效降低热解油品中的含尘量。
Description
技术领域
本发明属于碳物料加工技术领域，涉及一种碳物料气固热载体双循环的热解装置及方法。
背景技术
随着能源短缺和环境污染问题的日趋严峻，发展清洁、高效利用化工原料的技术成为人们的共识。在化工原料结构中，碳物料占很大比重，其中尤以煤炭为主，因此开发和推广洁净煤技术，实现煤炭资源的分级转化、合理有效利用成为研究的热点。通过热解工艺从煤中提取高附加值化学品和油品是提高煤利用价值的一种重要技术。
目前，煤热解主要分为块煤热解和粉煤热解，其中块煤热解技术相对成熟，如采用立式炭化炉，但要求原料煤的块度较大；然而随着煤炭开采机械化程度的提高，粉煤产量逐年增加，价格较低，但粉煤运输困难，尚无较好的利用途径，因而粉煤热解应运而生，成为近些年研究的热点。
CN 105001890A公开了一种煤化工加氢热解工艺及系统，所述工艺包括预热、煤加氢热解、煤气除尘后气液分离，得到气态产物和液态产物，并将热解产物充分利用，同时热解时生成的半焦进入焦加氢汽化炉，但是该半焦并未再用于热解过程，而是额外进行加氢气化，不利于煤化工加氢热解工艺整体效率的提高以及成本的降低。
CN 10594933A公开了一种粉煤热解反应烧碳循环系统，包括烧炭器、提升管反应器和沉降器，其中烧炭器和沉降器内均设有旋风分离器，烧炭器的底部设有热载体立管，与提升管反应器相连，烧炭器和沉降器的底部通过热载体循环U型管连接，本发明烧炭器的设置虽然能够提高粉煤的利用率，但并未涉及粉煤进料的控制、热解产物的分离等步骤，而目前粉煤热解技术仍存在气固分离效率低、热解油气中含尘量高的问题。
综上所述，粉煤热解综合利用技术仍是需要研究的重点方向，着重解决提高粉煤热解效率、热解油品中含尘量高的问题，提高热解油品及煤气的品质。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳物料气固热载体双循环的热解装置及方法，本发明将碳物料的热解产物充分利用，热解粉焦烧炭处理后与煤气共同作为载体进行循化，提高热解产品的收率及品质，并通过原料及粉焦粒径的选择，提高产物的分离效率，降低热解油品中的含尘量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解装置，所述装置包括进料单元、立管式热解反应器、烧炭器、气固分离单元和气液分离单元；
所述进料单元包括依次连接的磨粉装置和颗粒分级装置，所述颗粒分级装置的下部出口与立管式热解反应器的入口相连，所述立管式热解反应器向上延伸至气固分离单元内，所述气固分离单元的底部出口与烧炭器相连，所述烧炭器的底部出口与立管式热解反应器的入口相连，所述气固分离单元的顶部出口与气液分离单元的入口相连，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器的入口相连。
本发明中，所述热解过程主要包括进料、反应及分离等，其中进料单元主要用于原料粒径的控制，通过进行粒径分级，避免粒径过小的颗粒进入立管式热解反应器而影响后续的分离效率，反应后得到的固体粉焦再经烧炭升温返回作为固体载体给原料供热，产物经多次分离后的大部分煤气也返回利用，采用煤气循环，可以加快传热传质的速度，也能够降低立管式热解反应器内的油气分压，有利于油品的析出。本发明通过所述系统装置可以实现热解油尘难以分离的问题，降低热解油中的含尘量，从而提高热解产物的品质。
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，所述颗粒分级装置包括旋风分离器和/或选粉机。
优选地，所述颗粒分级装置的上部出口连接有布袋除尘器。
本发明中，经过磨粉装置后的原料颗粒，有一定的粒径分布，而颗粒分级装置的设置可以根据需要将细颗粒分离出来，避免对后续分离过程的影响。
优选地，所述气固分离单元包括沉降器，所述沉降器内设有旋风分离器。
优选地，所述沉降器包括第一沉降器和第二沉降器，所述第一沉降器的顶部出口与第二沉降器的入口相连，所述第一沉降器的底部出口与烧炭器相连。
优选地，所述第一沉降器内设有串联的沉降器第一级旋风分离器和沉降器第二级旋风分离器，所述第二沉降器内设有沉降器第三级旋风分离器。
优选地，所述第一沉降器的底部还依次连接有蒸汽发生器和粉焦冷却器。
本发明中，热解产生的粉焦除了进入烧炭器之外，还可采出另外使用，此时粉焦的温度仍较高，因此设置蒸汽发生器，充分回收粉焦的余热，然后在粉焦冷却器内再次冷却。
本发明中，沉降器和烧炭器的布置形式可以为高低并列式、等高并列式或同轴式任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述烧炭器内设有烧炭第一级旋风分离器。
优选地，所述烧炭器底部设有气体入口，所述气体入口连接有风机。
本发明中，所述气体由风机提供，可以选择空气和/或氧气，两者共同使用时根据氧气含量可分为富氧和贫氧。
本发明中，烧炭器内的温度通过气体中氧气的流量来控制，因此烧炭器设置气体入口，通过控制进入烧炭器的气体量控制烧炭器的温度，并通过温度变化反馈调节气体的通入量。
优选地，所述烧炭器的顶部出口连接有烧炭沉降器，所述烧炭沉降器内也设有烧炭旋风分离器。
优选地，所述烧炭沉降器包括串联的第一烧炭沉降器和第二烧炭沉降器，所述第一烧炭沉降器内设有烧炭第二级旋风分离器，所述第二烧炭沉降器内设有烧炭第三级旋风分离器。
优选地，所述第二烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置的入口相连。
优选地，所述第二烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置的入口之间依次设有烟气汽轮机和余热锅炉。
本发明中，烧炭处理后的烟气沉降分离后经过烟气汽轮机，所述烟气汽轮机回收烟气的热能转化为动能，用于驱动装置中的风机或发电。
作为本发明优选的技术方案，所述气液分离单元包括油洗塔和压缩机，所述油洗塔的入口与第二沉降器的气体出口相连，油洗塔的上部出口与压缩机相连。
优选地，所述气液分离单元还包括电捕焦油器，所述电捕焦油器的入口与压缩机的气体出口相连。
优选地，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器的入口之间设有余热锅炉。
另一方面，本发明提供了一种采用上述装置进行碳物料热解的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)碳物料经过磨粉、分选后在载体作用下发生热解反应，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，所得部分固相产物进行烧炭处理后返回步骤(1)作为固体载体使用；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物进行油气分离，得到焦油和煤气，所述部分煤气返回步骤(1)作为气体载体使用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳物料包括煤、油页岩或生物质中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：煤和油页岩的组合，油页岩和生物质的组合，煤、油页岩和生物质的组合等。
优选地，步骤(1)所述磨粉后碳物料的粒度不大于400μm，例如1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、150μm、200μm、300μm或400μm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，优选为50～150μm。
优选地，步骤(1)所述磨粉后粒度不大于5μm的颗粒所占比例不超过5％，例如0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％或5％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。
优选地，所述粒度不大于5μm的颗粒经分选后分离出去，例如5μm、4μm、3μm、2μm、1μm或0.5μm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，通过控制立管式热解反应器中的细粉含量，可以提高旋风分离器的分离效率，从而降低热解油品中的含尘量，因此，原料磨粉后进行颗粒分级，通过控制分离参数将粒径低于5μm的颗粒同气体一块分离出去，避免进入反应器。
优选地，步骤(1)所述热解反应的温度为450～620℃，例如450℃、480℃、500℃、520℃、550℃、580℃、600℃或620℃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；压力为0～0.5MpaG，例如0、0.1MpaG、0.2MpaG、0.3MpaG、0.4MpaG或0.5MpaG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，其中MpaG表示所述压力为表压。
优选地，步骤(1)所述热解反应的时间为0.5～5s，例如0.5s、1s、2s、3s、4s或5s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。
优选地，步骤(1)所述热解反应在立管式热解反应器内进行。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述气固分离在沉降器内的旋风分离器上进行。
优选地，步骤(2)所述气固分离至少进行1次，例如1次、2次、3次、4次或5次等，分离次数的选择与待分离的热解产物的量以及所需的分离程度有关，优选为2～3次。
优选地，所述沉降器的旋风分离器的入口处通入蒸汽。
本发明中，热解产物在旋风分离器内分离时，为了避免油分的析出而影响气固分离，在旋风分离器入口处通入蒸汽，以使油分维持气态，保证旋风分离器长周期运行。
优选地，气固分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器进行烧炭处理。
本发明中，热解处理后的固体粉焦产物从沉降器底部分离，除了进行烧炭处理，另一部分可冷却后回收为产品，为了充分利用粉焦的热量，先经过蒸汽发生器，生成高价值蒸汽。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述烧炭处理的温度为650～750℃，例如650℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃或750℃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。
优选地，步骤(2)所述烧炭处理过程中通入气体；所述气体可以选择空气和/或氧气，两者共同使用时根据氧气含量可分为富氧和贫氧。
优选地，步骤(2)所述烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气。
本发明中，为了控制进料的粒径，热解产生的粉焦烧炭处理后作为热载体返回反应器同样需要进行分选，将粒径小于5μm的细粉分离出去，因此在烧炭器内设置旋风分离器来进行控制。
优选地，所述烟气再经旋风分离，然后经余热锅炉换热后用于磨粉过程中碳物料的干燥。
本发明中，烧炭处理后的产物初次分离后分离出来的烟气，再次进行气固分离，此时烧炭沉降器的固体产物可作为高附加值的高炉喷吹料。
优选地，步骤(2)所述烧炭处理后的粉焦载体与步骤(1)中的碳物料混合，混合质量比例为(3～10):1，例如3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1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(2)气固分离得到的气相产物先进入油洗塔进行初次油气分离。
优选地，所述油洗塔的上部加入萃取剂，其中，萃取剂的加入主要是为了萃取热解产物中的酚，避免因酚溶于水中而使分离出来的污水中酚含量过高，将污水中酚含量降到2000ppm以下。
优选地，经油洗塔分离后的气体部分经压缩后，分离为焦油、污水和煤气。
优选地，气体部分压缩时的压力为0.05～0.65MPaG，例如0.05MPaG、0.1MPaG、0.2MPaG、0.25MPaG、0.3MPaG、0.4MPaG、0.5MPaG、0.6MPaG、0.65MPaG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。
优选地，压缩分离后的煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气，部分作为产品采出。
优选地，所述循环煤气的体积与步骤(1)中碳物料质量的比例为150～1000Nm3/t，例如150Nm3/t、200Nm3/t、280Nm3/t、360Nm3/t、450Nm3/t、500Nm3/t、600Nm3/t、700Nm3/t、800Nm3/t、900Nm3/t或1000Nm3/t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。
优选地，所述循环煤气经余热锅炉换热后再与碳物料混合。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将碳物料磨粉至粒度不大于400μm，分选出粒度不大于5μm的颗粒后，剩余原料在载体作用下发生热解反应，热解反应的温度为450～620℃，压力为0～0.5MpaG，反应时间为0.5～5s，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器进行烧炭处理，其余固体粉焦用于产生蒸汽后冷却回收，烧炭处理的温度为650～750℃，烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气，所得粉焦载体返回步骤(1)与磨粉、分选后的碳物料混合，两者质量比为(3～10):1；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物先进入油洗塔进行初次油气分离，得到的气体部分经压缩后，分离为焦油、污水和煤气，所得煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气与磨粉、分选后的碳物料混合。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明通过将碳物料进行热解，并将热解粉焦烧炭处理后与热解煤气共同作为载体进行循化，实现了产物的充分利用，可以有效提高热解产物的收率及品质；
(2)本发明通过将原料及粉焦进行粒径分选，提高产物的分离效率，可以将热解油品中的含尘量降低至1.5wt％以下；
(3)本发明所述方法将产物循环利用，热量利用率高，所需能耗低，废水排放量少。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的碳物料热解装置的结构连接示意图；
其中，1-磨粉装置，2-原料罐，3-锁斗，4-给料罐，5-布袋除尘器，6-颗粒分级装置，7-立管式热解反应器，8-第一沉降器，9-1-沉降器第一级旋风分离器，9-2-沉降器第二级旋风分离器，10-沉降器第三级旋风分离器，11-烧炭器，12-烧炭第一级旋风分离器，13-第一烧炭沉降器，14-烧炭第二级旋风分离器，15-第二烧炭沉降器，16-烧炭第三级旋风分离器，17-烧炭器立管，18-沉降器斜管，19-汽提段，20-第二沉降器，21-油洗塔，22-压缩机，23-电捕焦油器，24-余热锅炉，25-蒸汽发生器，26-粉焦冷却器，27-烟气汽轮机，28-风机。
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。
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碳物料气固热载体双循环的热解装置，所述装置的结构连接示意图如图1所示，所述装置包括进料单元、立管式热解反应器7、烧炭器11、气固分离单元和气液分离单元；
所述进料单元包括依次连接的磨粉装置1和颗粒分级装置6，所述颗粒分级装置6的下部出口与立管式热解反应器7的入口相连，所述立管式热解反应器7向上延伸至气固分离单元内，所述气固分离单元的底部出口与烧炭器11相连，所述烧炭器11的底部出口与立管式热解反应器7的入口相连，所述气固分离单元的顶部出口与气液分离单元的入口相连，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器7的入口相连。
所述颗粒分级装置6包括旋风分离器，其上部出口连接有布袋除尘器5；所述进料单元还包括依次连接的原料罐2、锁斗3和给料罐4，其中颗粒分级装置6设置于原料罐2内，所述给料罐4的出口与立管式热解反应器7的入口相连；
所述气固分离单元包括沉降器，所述沉降器包括第一沉降器8和第二沉降器20，所述第一沉降器8的顶部出口与第二沉降器20的入口相连，所述第一沉降器8的底部出口通过沉降器斜管18与烧炭器11相连；所述第一沉降器8内设有串联的沉降器第一级旋风分离器9-1和沉降器第二级旋风分离器9-2，所述第一沉降器8内的下部设有汽提段19，所述第二沉降器20内设有沉降器第三级旋风分离器10；所述第一沉降器8的底部还依次连接有蒸汽发生器25和粉焦冷却器26。
所述烧炭器11内设有烧炭第一级旋风分离器12；所述烧炭器11底部设有气体入口，所述气体入口连接有风机28；所述烧炭器11通过烧炭器立管17与立管式热解反应器7的入口相连；所述烧炭器11的顶部出口连接有烧炭沉降器，所述烧炭沉降器包括串联的第一烧炭沉降器13和第二烧炭沉降器15，所述第一烧炭沉降器13内设有烧炭第二级旋风分离器14，所述第二烧炭沉降器15内设有烧炭第三级旋风分离器16；所述烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置1的入口相连，两者之间依次设有烟气汽轮机27和余热锅炉24。
所述气液分离单元包括油洗塔21和压缩机22，所述油洗塔21的入口与第二沉降器20的气体出口相连，油洗塔21的上部出口与压缩机22相连；所述气液分离单元还包括电捕焦油器23，所述电捕焦油器23的入口与压缩机22的气体出口相连；所述压缩机22的气体出口与立管式热解反应器7的入口之间设有余热锅炉24。
实施例2：
本实施例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解装置，所述装置包括进料单元、立管式热解反应器7、烧炭器11、气固分离单元和气液分离单元；
所述进料单元包括依次连接的磨粉装置1和颗粒分级装置6，所述颗粒分级装置6的下部出口与立管式热解反应器7的入口相连，所述立管式热解反应器7向上延伸至气固分离单元内，所述气固分离单元的底部出口与烧炭器11相连，所述烧炭器11的底部出口与立管式热解反应器7的入口相连，所述气固分离单元的顶部出口与气液分离单元的入口相连，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器7的入口相连。
所述颗粒分级装置6包括选粉机，其上部出口连接有布袋除尘器5；
所述气固分离单元包括第一沉降器8，所述第一沉降器8的底部出口通过沉降器斜管18与烧炭器11相连；所述第一沉降器8内设有串联的沉降器第一级旋风分离器9-1和沉降器第二级旋风分离器9-2，所述第一沉降器8的底部还依次连接有蒸汽发生器25和粉焦冷却器26。
所述烧炭器11内设有烧炭第一级旋风分离器12；所述烧炭器11底部设有气体入口，所述气体入口连接有风机28；所述烧炭器11通过烧炭器立管17与立管式热解反应器7的入口相连；所述烧炭器11的顶部出口连接有烧炭沉降器，所述烧炭沉降器内设有旋风分离器；所述烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置1的入口相连，两者之间设有余热锅炉24。
所述气液分离单元包括油洗塔21和压缩机22，所述油洗塔21的入口与第一沉降器8的气体出口相连，油洗塔21的上部出口与压缩机22相连；所述气液分离单元还包括电捕焦油器23，所述电捕焦油器23的入口与压缩机22的气体出口相连；所述压缩机22的气体出口与立管式热解反应器7的入口之间设有余热锅炉24。
对比例1：
本对比例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解装置，所述装置的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述装置的进料单元不包括颗粒分级装置6和烧炭第一级旋风分离器12。
对比例2：
本对比例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解装置，所述装置的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述压缩机22的气体出口不与立管式热解反应器7的入口相连。
实施例3：
本实施例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解方法，所述方法在实施例1所述装置内进行，包括以下步骤：
(1)将碳物料煤磨粉至平均粒径为100μm，分选出粒度不大于5μm的颗粒后，剩余粉煤在载体作用下在立管式热解反应器7内发生热解反应，热解反应的温度为550℃，压力为0.2MpaG，反应时间为3s，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器11进行烧炭处理，其余固体粉焦用于产生蒸汽后冷却回收，烧炭处理的温度为700℃，烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气，所得粉焦载体返回步骤(1)与磨粉、分选后的粉煤混合，两者质量比为6:1，所述烟气再经旋风分离后用于磨粉过程中煤的干燥；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物先进入油洗塔21进行初次油气分离，得到的气体部分压缩至压力为0.35MPaG，分离为焦油、污水和煤气，所得煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气经换热后与磨粉、分选后的粉煤混合，返回的循环煤气的流量为300Nm3/t原料煤。
本实施例中，采用长焰煤作为原料，所得产物中煤焦油的收率可达17％，煤气的采出量为50Nm3/t原料煤，收率为5.5％，所得焦油的含尘量低于1.5wt％。
实施例4：
本实施例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解方法，所述方法在实施例1所述装置内进行，包括以下步骤：
(1)将油页岩磨粉至平均粒径为50μm，分选出粒度不大于5μm的颗粒后，剩余燃料在载体作用下在立管式热解反应器7内发生热解反应，热解反应的温度为450℃，压力为0.05MpaG，反应时间为5s，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器11进行烧炭处理，其余固体粉焦用于产生蒸汽后冷却回收，烧炭处理的温度为650℃，烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气，所得粉焦载体返回步骤(1)与磨粉、分选后的粉料混合，两者质量比为9:1，所述烟气再经旋风分离后用于磨粉过程中原料的干燥；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物先进入油洗塔21进行初次油气分离，得到的气体部分压缩至压力为0.1MPaG，分离为焦油、污水和煤气，所得煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气经换热后与磨粉、分选后的原料混合，返回的循环煤气的流量为400Nm3/t原料。
本实施例中，所得产物中煤焦油的收率可达16％，煤气的收率为5.8％，所得焦油的含尘量低于1.2wt％。
实施例5：
本实施例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解方法，所述方法在实施例1所述装置内进行，包括以下步骤：
(1)将生物质原料磨粉至平均粒径为150μm，分选出粒度不大于5μm的颗粒后，剩余原料在载体作用下在立管式热解反应器7内发生热解反应，热解反应的温度为620℃，压力为0.5MpaG，反应时间为0.5s，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，分离得到部分固体粉焦进入烧炭器11进行烧炭处理，其余固体粉焦用于产生蒸汽后冷却回收，烧炭处理的温度为750℃，烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气，所得粉焦载体返回步骤(1)与磨粉、分选后的粉料混合，两者质量比为4:1，所述烟气再经旋风分离后用于磨粉过程中原料的干燥；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物先进入油洗塔21进行初次油气分离，得到的气体部分压缩至压力为0.5MPaG，分离为油分、污水和煤气，所得煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气经换热后与磨粉、分选后的原料混合，返回的循环煤气的流量为450Nm3/t原料。
本实施例中，所得产物中油分的收率可达17％，煤气的收率为5％，所得油分的含尘量低于1.3wt％。
对比例3：
本对比例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解方法，所述方法在对比例1所述装置内进行，参照实施例3中的方法进行，区别仅在于：步骤(1)原料煤磨粉后直接进入立管式热解反应器7；步骤(2)中烧炭处理后粉焦载体和烟气直接分离。
本对比例中，由于原料颗粒未进行分选处理，细粉原料进入反应器，烧炭处理后的细粉焦也进入反应器中，造成反应后旋风分离器分离效率降低，反应后的细粉颗粒与油气分离不彻底，所得焦油的含尘量达到4.5wt％，煤焦油的品质低。
对比例4：
本对比例提供了一种碳物料气固热载体双循环的热解方法，所述方法在对比例2所述装置内进行，参照实施例3中的方法进行，区别仅在于：步骤(3)中的煤气不返回步骤(1)，步骤(1)中通入惰性气体作为气体载体。
本对比例中，气体产物不作为热载体循环，由于惰性气体不具备煤气的高热值，反应能耗增加，且气液分离时油品的析出难度增加。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明将碳物料进行热解时，以热解粉焦烧炭处理后与热解煤气共同作为载体进行循化，可以有效提高热解产物的收率及品质；通过将原料及粉焦进行粒径分选，提高产物的分离效率，将热解油品中的含尘量降低至1.5wt％以下；所述方法将产物循环利用，热量利用率高，所需能耗低，废水排放量少。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与工艺方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种碳物料气固热载体双循环的热解装置，其特征在于，所述装置包括进料单元、立管式热解反应器、烧炭器、气固分离单元和气液分离单元；
所述进料单元包括依次连接的磨粉装置和颗粒分级装置，所述颗粒分级装置的下部出口与立管式热解反应器的入口相连，所述立管式热解反应器向上延伸至气固分离单元内，所述气固分离单元的底部出口与烧炭器相连，所述烧炭器的底部出口与立管式热解反应器的入口相连，所述气固分离单元的顶部出口与气液分离单元的入口相连，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器的入口相连。
2.根据权利要求1所述的热解装置，其特征在于，所述颗粒分级装置包括旋风分离器和/或选粉机；
优选地，所述颗粒分级装置的上部出口连接有布袋除尘器；
优选地，所述气固分离单元包括沉降器，所述沉降器内设有旋风分离器；
优选地，所述沉降器包括第一沉降器和第二沉降器，所述第一沉降器的顶部出口与第二沉降器的入口相连，所述第一沉降器的底部出口与烧炭器相连；
优选地，所述第一沉降器内设有串联的沉降器第一级旋风分离器和沉降器第二级旋风分离器，所述第二沉降器内设有沉降器第三级旋风分离器；
优选地，所述第一沉降器的底部还依次连接有蒸汽发生器和粉焦冷却器。
3.根据权利要求1或2所述的热解装置，其特征在于，所述烧炭器内设有烧炭第一级旋风分离器；
优选地，所述烧炭器底部设有气体入口，所述气体入口连接有风机；
优选地，所述烧炭器的顶部出口连接有烧炭沉降器，所述烧炭沉降器内也设有烧炭旋风分离器；
优选地，所述烧炭沉降器包括串联的第一烧炭沉降器和第二烧炭沉降器，所述第一烧炭沉降器内设有烧炭第二级旋风分离器，所述第二烧炭沉降器内设有烧炭第三级旋风分离器；
优选地，所述第二烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置的入口相连；
优选地，所述第二烧炭沉降器的气体出口与磨粉装置的入口之间依次设有烟气汽轮机和余热锅炉。
4.根据权利要求1-3任一项所述的热解装置，其特征在于，所述气液分离单元包括油洗塔和压缩机，所述油洗塔的入口与第二沉降器的气体出口相连，油洗塔的上部出口与压缩机相连；
优选地，所述气液分离单元还包括电捕焦油器，所述电捕焦油器的入口与压缩机的气体出口相连；
优选地，所述气液分离单元的气体出口与立管式热解反应器的入口之间设有余热锅炉。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述装置进行碳物料热解的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)碳物料经过磨粉、分选后在载体作用下发生热解反应，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，所得部分固相产物进行烧炭处理后返回步骤(1)作为固体载体使用；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物进行油气分离，得到焦油和煤气，所述部分煤气返回步骤(1)作为气体载体使用。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳物料包括煤、油页岩或生物质中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述磨粉后碳物料的粒度不大于400μm，优选为50～150μm；
优选地，步骤(1)所述磨粉后粒度小于5μm的颗粒所占比例不超过5％；
优选地，所述粒度小于5μm的颗粒经分选后分离出去；
优选地，步骤(1)所述热解反应的温度为450～620℃，压力为0～0.5MpaG；
优选地，步骤(1)所述热解反应的时间为0.5～5s；
优选地，步骤(1)所述热解反应在立管式热解反应器内进行。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述气固分离在沉降器内的旋风分离器上进行；
优选地，步骤(2)所述气固分离至少进行1次，优选为2～3次；
优选地，所述沉降器的旋风分离器的入口处通入蒸汽；
优选地，气固分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器进行烧炭处理。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述烧炭处理的温度为650～750℃；
优选地，步骤(2)所述烧炭处理过程中通入气体，所述气体包括空气和/或氧气；
优选地，步骤(2)所述烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气；
优选地，所述烟气再经旋风分离，然后经余热锅炉换热后用于磨粉过程中碳物料的干燥；
优选地，步骤(2)所述烧炭处理后的粉焦载体与步骤(1)中的碳物料混合，混合质量比例为(3～10):1。
9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)气固分离得到的气相产物先进入油洗塔进行初次油气分离；
优选地，所述油洗塔的上部加入萃取剂；
优选地，经油洗塔分离后的气体部分经压缩后，分离为焦油、污水和煤气；
优选地，气体部分压缩时的压力为0.05～0.65MPaG；
优选地，压缩分离后的煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气，部分作为产品采出；
优选地，所述循环煤气的体积与步骤(1)中碳物料质量的比例为150～1000Nm3/t；
优选地，所述循环煤气经余热锅炉换热后再与碳物料混合。
10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将碳物料磨粉至粒度不大于400μm，分选出粒度小于5μm的颗粒后，剩余原料在载体作用下发生热解反应，热解反应的温度为450～620℃，压力为0～0.5MPaG，反应时间为0.5～5s，得到热解产物；
(2)将步骤(1)得到的热解产物进行气固分离，分离得到的部分固体粉焦进入烧炭器进行烧炭处理，烧炭处理的温度为650～750℃，烧炭处理后经旋风分离得到粉焦载体和烟气，所得粉焦载体返回步骤(1)与磨粉、分选后的碳物料混合，两者质量比为(3～10):1；
(3)将步骤(2)气固分离所得气相产物先进入油洗塔进行初次油气分离，得到的气体部分经压缩后，分离为焦油、污水和煤气，所得煤气再经电捕集后部分返回步骤(1)作为循环煤气与磨粉、分选后的碳物料混合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191108 |