CN114836231B - 一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源化工技术领域，具体涉及一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置及方法；所述装置包括热解反应室、中央集气通道、顶部气体通道、底部气体通道、冷焦器及蒸汽进出管道、固料排料口等，冷焦器蒸汽出口还与顶部气体通道及底部气体通道相连并通过阀门控制蒸汽流量，当需要同时产热解油与合成气时，则以顶部气体通道为气相流出口、以底部气体通道通入一定量的水蒸汽与高温半焦发生气化反应，起到提高油气产率与品质；当需要只产合成气时，则以底部气体通道为气相流出口、以顶部气体通道通入一定量的水蒸汽、连同煤热解所产气态产物一起汇入中央集气通道并向下流动，再与高温半焦反应，起到提高合成气产率与品质。

Description

一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置 及方法

技术领域

本发明涉及能源化工技术领域，具体涉及一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置及方法。

背景技术

通过煤热解制取的热解油或合成气可用作能源、化工等领域的重要原料。用于热解制取的热解油或合成气的煤一般均具有较高挥发份，但对两类用途的煤的具体要求仍有不同，而且其生产装置与操作条件也不相同，通常要根据社会需求、市场变化情况，并结合所在地煤质特点制定适宜的产品方案，建设相应装置并运行生产，此后难以再对其做大的产品调整。例如，专利申请CN1112153A公布了一种煤热解生产煤气和半焦的方法，其主要工艺是：将块煤或粉煤制成的煤球加入热解炉中，在900-1200℃下并以煤气为载气进行煤热解，生成的热解气从热解炉引出后再经除尘、除残留焦油等工序得到合格煤气。该方法只能生产煤气，不能生产热解油，而且以块煤或煤球为原料成本高，在炉外增加脱焦油工序进一步净化处理，也增加了投资和工艺复杂性。专利申请CN 201811176990.9 一种用于固料热解制高品质燃气的装置，其利用高温半焦颗粒床的过滤和催化裂解作用，实现在反应器内对夹带粉尘的拦截滤除和焦油组分的催化裂解制高品质气，但该装置也只能用于制气而不能制取热解油。专利申请CN201510487206.6公布了一种煤的热解装置及热解设备，用于解决煤热解制油过程中的粉尘夹带问题，提高所产焦油的品质，但该专利装置不能用于单产煤气。专利CN102703097A公布了一种用于宽粒径分布煤的干馏装置及方法，通过在反应器内设置集气腔和传热板等内构件，强化传质传热，避免反应过程中生成的含油组分进一步裂解，因而可获得高产率高品质热解油和一定量的热解气，但该装置仍以产油为主，而气的产率较低，无法实现高产率的热解气单产品方案。

由此可见，现有技术均以单一产气或同时产油产气为目标，无法利用同一装置实现二者之间方便切换使用。但市场变化往往难以准确把握，经常出现需将以产油为主调整为只产合成气，或反之。这就需要建新的装置，不仅投资巨大，而且建设周期长，形成新的投资风险。因此，迫切需要一种可方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置方案来解决此难题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置，既可用于煤热解制取高品质热解油又可单独制取合成气的装置，通过在装置中设置不同气体通道并根据主产品要求进行切换，实现不同的产品方案。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置，包括：热解反应室、中央集气通道、顶部气体通道、底部气体通道和冷焦器，其中

所述中央集气通道位于热解反应室内中间区域且集气通道两侧边壁上设有孔隙，形成热解气由固料层向中央集气通道流动的气路，所述顶部气体通道位于热解反应室顶部区域且一端与中央集气通道顶部相连，另一端通向热解反应室外；所述底部气体通道位于热解反应室底端区域外侧且在其与热解反应室共用的边壁上设有孔隙，形成气体在颗粒料层与底部气体通道之间流动的气路，所述顶部气体通道和底部气体通道在通向外部的管路上设有阀门，用于控制相应管路开关状态；所述冷焦器位于热解反应室下方且冷焦器底部设有固料排料口；

所述装置还包括加料仓和加热炉，所述加料仓位于热解反应室的顶部，所述加热炉位于热解反应室两侧或四周并且由墙壁隔开；

所述冷焦器还设有水/蒸汽入口和水冷壁蒸汽排出管，所述水冷壁蒸汽排出管与底部气体通道之间连通有底部蒸汽分管、所述水冷壁蒸汽排出管与顶部气体通道之间连通有顶部蒸汽分管；所述底部蒸汽分管和顶部蒸汽分管上均分别设有阀门，用于控制流向各管路的蒸汽流量。

作为优选地，水冷壁蒸汽排出管还连接有蒸汽旁路分管，外部相连，通过蒸汽旁路分管与外部相连，蒸汽旁路分管上也设有阀门。

另外，本发明还提供一种基于上述装置煤热解制取高品质热解油或合成气的方法，包括以下步骤：

1）加热炉对热解室加热状态下，原料煤由加料仓加入热解反应室，向下移动过程中逐渐被加热800～1000℃并发生热解反应，分别获得气态产物和固态热解产物；

2当需要只产合成气时，以底部气体通道做为合成气流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的底部蒸汽分管上的阀门，同时关闭顶部气体通道通向外部的阀门，而开启与其相连的顶部蒸汽分管上的阀门，此时，冷焦器产生的部分高温水蒸汽由顶部气体通道进入反应室，连同步骤煤热解得到的气态热解产物一起进入中央集气通道并向下流动，同时，固态产物半焦继续沿热解反应室垂直方向向下移动，中央集气通道中的气态产物和水蒸汽向下流至底部气体通道的高度位置时，经由高温半焦颗粒层发生深度裂解与气化反应，生成的合成气汇入底部气体通道而被引出；固态产物半焦经冷焦器降温后由固料排料口排出；

当需要生产热解油与合成气双产品时，以顶部气体通道做为气态产物流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的顶部蒸汽分管上的阀门，同时关闭底部气体通道通向外部的阀门，而开启与其相连的底部蒸汽分管上的阀门，此时，冷焦器产生的部分高温水蒸汽由底部气体通道进入反应室底部高温区，并经由高温半焦颗粒料层时发生气化反应、生成合成气，所产合成气以及同步骤煤热解得到的气态热解产物均进入中央集气通道并向顶部气体通道流动，最后引出做进一步冷却和油/气/水分离、净化等处理，可分别得到热解油与合成气；固态产物半焦经冷焦器降温后由固料排料口排出。

作为优选地，当需要只产合成气时，热解反应室墙壁温度为900～1200℃，反应室底部区域气体通道高度位置的半焦颗粒层温度为800～1000℃。

作为优选地，当需要生产热解油与合成气双产品时，热解反应室2墙壁温度为800～1000℃，反应室底部区域气体通道6高度位置的半焦颗粒层温度为700～900℃。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1本发明通过设置中央集气通道5、顶部气体通道3和底部气体通道6这样一种组合，可以在同一装置上根据需要进行单产合成气或主产热解油/副产合成气的不同产品方案的切换，节约大量投资及建设工期。

2）将冷焦器产出的部分高温水蒸汽引向热解反应室底部区域，在流经高温半焦层时与半焦发生气化反应，增加了合成气产量，同时起到对半焦预降温作用；当需要产热解油时，合成气中较高浓度的氢气还有利于提高油的产率和品质。

附图说明

图1为本发明方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置的装置结构示意图

图中标记如下：

1-加料仓，2-热解反应室，3-顶部气体通道，4-加热炉，5-中央集气通道，6-底部气体通道，7-水冷壁蒸汽排出管，8-底部蒸汽分管，9-冷焦器，10-水/蒸汽进管，11-固料排料口，12-蒸汽旁路分管，13-顶部蒸汽分管。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图 1 所示一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置，包括：加料仓1、热解反应室2、顶部气体通道3、加热炉4、5、中央集气通道5、底部气体通道6、水冷壁蒸汽排出管7、底部蒸汽分管8、冷焦器9、水/蒸汽进管10、固料排料口11、蒸汽旁路分管12和顶部蒸汽分管13；所述加料仓1位于热解反应室2垂直上方，加料仓中的煤料可以向下移动落入热解反应室2中；所述加热炉4位于热解反应室2两侧或四周并由墙壁隔开；所述中央集气通道5位于热解反应室2的中间区域且集气腔侧面边壁上设有孔隙，所述中央集气通道5侧面边壁为带有孔隙的耐高温墙体或板材，形成热解气由固料层向中央集气通道5的流动气路；所述顶部气体通道3位于热解反应室2顶部区域且一端与中央集气通道5顶部相连，另一端通向热解反应室外；所述底部气体通道6位于热解反应室2底端区域外侧且在其与反应室共用的边壁上设有孔隙，形成气体在颗粒料层与底部气体通道6之间流动的气路，所述冷焦器9位于热解反应室2下方且冷焦器9底部设有固料排料口11。

所述冷焦器9分别设有水/蒸汽入口10和水冷壁蒸汽排出管7，所述水冷壁蒸汽排出管7通过底部蒸汽分管8与底部气体通道6相连、通过顶部蒸汽分管13与顶部气体通道3相连、通过蒸汽旁路分管12与外部相连，底部蒸汽分管8、蒸汽旁路分管12和顶部蒸汽分管13上设有阀门用于控制流向各管路的蒸汽流量。

本实施例中，在利用该装置制高品质合成气，以底部气体通道6做为合成气流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的底部蒸汽分管8上的阀门，同时关闭顶部气体通道3通向外部的阀门，而开启与其相连的顶部蒸汽分管13上的阀门，使得冷焦器9产生的部分高温水蒸汽由顶部气体通道3进入热解反应室2；控制加热炉温度1100℃，以0～20mm的大同石炭系煤为原料由加料仓1加入热解反应室2，向下移动过程中被加热升温并发生热解反应，生成的气相产物连同由顶部气体通道3引入的水蒸汽一起经由固料层进入中央集气通道5并向下流动，经由底部区域温度达900～1000℃的高温半焦层发生裂解与气化反应，生成的合成气流向底部气体通道6并最终被引出到外部做进一步冷却、净化等处理，得到合成气产品；煤热解生成的半焦经冷焦器9冷却降温后由固料排料口11排出。本实施例可实现吨煤产气量560Nm³，合成气中H₂+CO含量大于90%、CH₄在5%左右，同时产半焦0.73t。本实施例中，由于通过顶部气体通道3引入了一定量高温水蒸汽并在热解反应室底部区域与高温半焦反应生成了合成气，增加了产气量。

实施例2

本实施例中，利用实施例1的装置制取热解油与合成气，切换方法为：以顶部气体通道3做为气态产物流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的顶部蒸汽分管13上的阀门，同时关闭底部气体通道6通向外部的阀门，而开启与其相连的底部蒸汽分管8上的阀门；控制加热炉温度950℃，以0～20mm的大同石炭系煤为原料由加料仓1加入热解反应室2，向下移动过程中被加热升温并发生热解反应，生成的气相产物经由固料层进入中央集气通道5并向顶部气体通道3流动；而冷焦器9产生的部分高温水蒸汽由底部气体通道6进入反应室底部高温区，并经由高温半焦颗粒料层时发生气化反应、生成合成气，所产合成气以及上述煤热解生成的气态热解产物均经由固料层进入中央集气通道5并向顶部气体通道3流动，最后引出做进一步冷却和油/气/水分离、净化等处理，分别得到热解油与合成气；固态产物半焦经冷焦器9降温后由固料排料口11排出。本实施例可实现吨煤产出热解油72Kg、油密度0.93g/cm³,油中含尘＜0.3%，产合成气210Nm³，同时产半焦0.75t。本实施例中，由于在反应室底部区域引入水蒸汽并与高温半焦反应生成了合成气，增加了产气量，同时合成气中较高浓度的氢气存在又有利于提高热解油的产率和品质。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置，其特征在于，包括：热解反应室（2）、中央集气通道（5）、顶部气体通道（3）、底部气体通道（6）和冷焦器（9），其中

所述中央集气通道（5）位于热解反应室（2）内中间区域且集气通道（5）两侧边壁上设有孔隙，形成热解气由固料层向中央集气通道（5）流动的气路，所述顶部气体通道（3）位于热解反应室（2）顶部区域且一端与中央集气通道（5）顶部相连，另一端通向热解反应室（2）外；所述底部气体通道（6）位于热解反应室（2）底端区域外侧且在其与热解反应室（2）共用的边壁上设有孔隙，形成气体在颗粒料层与底部气体通道（6）之间流动的气路，所述顶部气体通道（3）和底部气体通道（6）在通向外部的管路上设有阀门，用于控制相应管路开关状态；所述冷焦器（9）位于热解反应室（2）下方且冷焦器（9）底部设有固料排料口（11）；

所述装置还包括加料仓（1）和加热炉（4），所述加料仓（1）位于热解反应室（2）的顶部，所述加热炉（4）位于热解反应室（2）两侧或四周并且由墙壁隔开；

所述冷焦器（9）还设有水/蒸汽入口（10）和水冷壁蒸汽排出管（7），所述水冷壁蒸汽排出管（7）与底部气体通道（6）之间连通有底部蒸汽分管（8）、所述水冷壁蒸汽排出管（7）与顶部气体通道（3）之间连通有顶部蒸汽分管（13）；所述底部蒸汽分管（8）和顶部蒸汽分管（13）上均分别设有阀门，用于控制流向各管路的蒸汽流量。

2.根据权利要求1所述的一种方便转换用于煤热解制取高品质热解油或合成气的装置，其特征在于，水冷壁蒸汽排出管（7）还连接有蒸汽旁路分管（12），外部相连，通过蒸汽旁路分管（12）与外部相连，蒸汽旁路分管（12）上也设有阀门。

3.一种基于权利要求1或2所述装置煤热解制取高品质热解油或合成气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）加热炉对热解室加热状态下，原料煤由加料仓（1）加入热解反应室（2），向下移动过程中逐渐被加热800～1000℃并发生热解反应，分别获得气态产物和固态热解产物；

2）当需要只产合成气时，以底部气体通道（6）做为合成气流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的底部蒸汽分管（8）上的阀门，同时关闭顶部气体通道（3）通向外部的阀门，而开启与其相连的顶部蒸汽分管（13）上的阀门，此时，冷焦器（9）产生的部分高温水蒸汽由顶部气体通道（3）进入反应室，连同步骤1）煤热解得到的气态热解产物一起进入中央集气通道（5）并向下流动，同时，固态产物半焦继续沿热解反应室（2）垂直方向向下移动，中央集气通道（5）中的气态产物和水蒸汽向下流至底部气体通道（6）的高度位置时，经由高温半焦颗粒层发生深度裂解与气化反应，生成的合成气汇入底部气体通道（6）而被引出；固态产物半焦经冷焦器（9）降温后由固料排料口（11）排出；

当需要生产热解油与合成气双产品时，以顶部气体通道（3）做为气态产物流出通道，开启其通向外部的管路阀门、关闭与其相连的顶部蒸汽分管（13）上的阀门，同时关闭底部气体通道（6）通向外部的阀门，而开启与其相连的底部蒸汽分管（8）上的阀门，此时，冷焦器（9）产生的部分高温水蒸汽由底部气体通道（6）进入反应室底部高温区，并经由高温半焦颗粒料层时发生气化反应、生成合成气，所产合成气以及同步骤1）煤热解得到的气态热解产物均进入中央集气通道（5）并向顶部气体通道（3）流动，最后引出做进一步冷却和油/气/水分离、净化等处理，可分别得到热解油与合成气；固态产物半焦经冷焦器（9）降温后由固料排料口（11）排出。

4.根据权利要求3所述的一种煤热解制取高品质热解油或合成气的方法，其特征在于，当需要只产合成气时，热解反应室（2）墙壁温度为900～1200℃，反应室底部区域气体通道（6）高度位置的半焦颗粒层温度为800～1000℃。

5.根据权利要求3所述的一种煤热解制取高品质热解油或合成气的方法，其特征在于，当需要生产热解油与合成气双产品时，热解反应室（2）墙壁温度为800～1000℃，反应室底部区域气体通道（6）高度位置的半焦颗粒层温度为700～900℃。

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