CN202346964U - 流化床低温干馏系统和低温干馏反应器 - Google Patents

流化床低温干馏系统和低温干馏反应器 Download PDF

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赵建涛
徐亦丰
张静
刘晓生
张学权
刘蕾
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Abstract

本实用新型提供一种流化床低温干馏系统，以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加氢的作用，从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。另外，该系统采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。本实用新型还提供一种低温干馏反应器，由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应器，增加了大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两段式低温干馏反应器有利于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性。

Description

流化床低温干馏系统和低温干馏反应器
技术领域
本实用新型涉及能源化工技术领域，更具体地说，涉及一种流化床低温干馏系统和低温干馏反应器。
背景技术
我国富煤少油的资源结构特点决定了煤炭在能源消费中的主导地位，实现煤炭的高效洁净利用对解决我国燃煤污染、石油短缺以及实现资源、能源、环境整体优化与可持续发展具有重要意义。煤是由C、H、O等多种元素组成的复杂物质，其主体结构是聚合的大分子芳香环，主体结构中分散着一定量的小分子烃类化合物及杂环化合物。低温干馏过程中，低分子量的烃类化合物会从煤中释放出来，经加氢处理后可得到高品质的液体燃料。与煤的直接液化或间接液化生产液体燃料的过程相比，煤的低温干馏方法生产工艺简单，设备要求低，经济性好。
煤低温干馏工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式工艺技术成熟，但热效率低，加热不均匀，挥发产物的二次分解严重；内热式工艺克服了外热式的缺点，借助热载体把热量直接传递给煤，煤受热后发生热解反应。根据供热介质不同又分为固体热载体热解工艺和气体热载体热解工艺。固体热载体热解工艺利用高温半焦或其它的高温固体物料与煤在热解室内混合，利用热载体的显热将煤热解，包括Garrett、Toscoal、LR、DG和ETCH-175等工艺。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧的烟气引入热解室，代表性的有鲁奇三段炉、抚顺炉、美国的COED工艺、ENCOAL工艺和波兰的双沸腾床工艺等。专利200810012528.5公开了一种基于石油催化裂化工艺的流化床低温干馏工艺方法，干馏反应器采用了石油催化裂化反应器，通过内旋风收集细粉，设备结构较复杂。专利200810028510.4公开了一种基于鼓泡床流化床反应器的低温干馏工艺，鼓泡床反应器的体积利用率低，底部无排灰管，大颗粒排灰困难。
煤在氢气气氛下的低温干馏，可以实现干馏焦油的部分加氢，防止自由基缩聚生成重质焦油，具有焦油产率高、轻组分含量高的优点。另外，流化床气化炉产生的热煤气中氢气含量可达30～40％。因此，本实用新型人考虑，以气化炉产生的热煤气为热载体进行煤的低温干馏，进一步提高热效率和焦油产率，提高煤的经济价值。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种流化床低温干馏系统，该系统热效率高、焦油产率高，得到的焦油质量好。本实用新型要解决的技术问题还在于提供一种低温干馏反应器，热效率高、焦油产率高。
为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种低温干馏反应器，包括：
下部扩大段31；分别位于所述下部扩大段31上部和下部的进煤口30和固体颗粒返料口35；
通过缩口段32与所述下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33，所述上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；
通过气体分布板29与所述下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；
设置于所述布气室28侧面的热气体进口27；
位于所述气体分布板29的中部并穿过所述布气室28外壁的半焦排料口36。
优选的，所述下部扩大段31与所述上部直管段33的管径比为(1.2～3)∶1，所述下部扩大段31与所述上部直管段33的长度比为1∶(5～20)。
优选的，所述缩口段32与水平面的夹角45～75°。
优选的，所述气体分布板29为多孔板，孔径为2～10mm，开孔率为1～5％。
相应的，本实用新型还提供一种流化床低温干馏系统，由干燥预热器、低温干馏反应器、气化炉和干馏气后处理系统组成，以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，所述低温干馏反应器包括：
下部扩大段31；分别位于所述下部扩大段31上部和下部的进煤口30和固体颗粒返料口35；
通过缩口段32与所述下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33，所述上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；
通过气体分布板29与所述下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；
设置于所述布气室28侧面的热气体进口27；
位于所述气体分布板29的中部并穿过所述布气室28外壁的半焦排料口36。
本实用新型提供了一种流化床低温干馏系统，该系统以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，将低阶煤干燥预热后在两段式低温干馏反应器中进行干馏反应生成夹带煤粉的干馏气；将所述夹带煤粉的干馏气上升至低温干馏反应器上部后除尘。与现有技术相比，该系统以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加氢的作用，从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。另外，该系统采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。
另外，本实用新型还提供一种低温干馏反应器，包括下部扩大段31和通过缩口段32与下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33等。与现有技术相比，由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应器，增加了大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两段式低温干馏反应器有利于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性；再次，该结构有利于焦油的快速热解，焦油易被气体快速带出，在高温段停留时间短，防止焦油的二次缩聚，焦油产率高。
附图说明
图1为本实用新型循环流化床低温干馏反应器的结构示意图；
图2为本实用新型低温干馏反应器的结构示意图；
图3为流化床低温干馏反应器和后处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种流化床低温干馏系统，由干燥预热器4、低温干馏反应器8、气化炉21和干馏气后处理系统组成，以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，图2为低温干馏反应器8的结构示意图，包括：
下部扩大段31；分别位于下部扩大段31上部和下部的进煤口30和固体颗粒返料口35；通过缩口段32与下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33，上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；通过气体分布板29与下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；设置于布气室28侧面的热气体进口27；位于气体分布板29中部并穿过布气室28外壁的半焦排料口36。
本实用新型采用的低温干馏反应器8为两段式低温干馏反应器，其中下部扩大段31与上部直管段33的管径比优选为(1.2～3)∶1，更优选为(1.5～3)∶1；下部扩大段31与上部直管段33的长度优选为1∶(5～20)，更优选为1∶(8～15)。另外，缩口段32与水平面的夹角优选为45～75°。气体分布板29为多孔板，孔径优选为2～10mm，开孔率为1～5％。
图1为本实用新型循环流化床低温干馏反应器的结构示意图，其中，1是.煤斗；2是进料器；3是干燥用热烟气；4是煤的干燥预热器；5是干燥旋风分离器；6是干燥废气；7是干燥收集的细煤粉；8是干馏反应器；9是一级旋风分离器；10是二级旋风分离器；11是细焦粉；12是水洗塔；13是洗涤废水；14是洗涤水；15是气液分离器；16是干馏气；17是焦油；18是废水；19是干馏半焦；20是干馏热煤气；21是气化炉；22是气化旋风分离器；23是气化剂；24是气化排渣；25是热煤气；26是循环冷煤气；27是干馏热煤气进口；28是布气室；29是气体分布板；30是进煤口；31是干馏反应器扩大段；32是干馏反应器缩口段；33是干馏反应器直管段；34是干馏气体出口；35是固体颗粒返料口；36是干馏半焦排料口。
如图3所示，为本实用新型流化床低温干馏反应器和后处理系统的结构示意图，干馏气后处理系统优选由一级旋风分离器9、二级旋风分离器10、立管37和固体颗粒回料装置38组成，一级旋风分离器9和固体颗粒回料装置38分别与低温干馏反应器8相连。上述固体颗粒回料装置为非机械的气力流动阀，可以是流动密封阀、L阀、J阀。采用气力流动阀控制回料量可增大固体大颗粒停留时间，提高焦油收率，同时实现焦油的快速热解，且产物焦油易被气体快速带出，在高温段停留时间短，防止焦油的二次缩聚。
图中3，物流A是高温煤气或烟气；B是煤粉；C是干馏气体；D是半焦细粉；E是回料装置的流化气体；F是干馏半焦。在低温干馏反应器工作过程中，高温煤气或烟气A由热气体进口27进入布气室28中，经气体分布板29保持气体均匀分布。经干燥、破碎的高挥发份的低阶煤(粒度＜6mm)由进煤口30加入低温干馏反应器8；大颗粒煤粉在低温干馏反应器8的下部扩大段保31保持湍动流化状态，较小的煤粉颗粒被热气体夹带到上部直管段33，细粉和干馏气从干馏反应器顶部设置的干馏气体出口34排出，经一级旋风分离器9气固分离后，颗粒依次通过颗粒循环立管37和固体颗粒回料装置38返回低温干馏反应器8进一步干馏；夹带细粉的干馏气体再进入二级旋风分离器10，进一步分离细粉和干馏气体，细粉半焦从旋风分离器排出，干馏气体送后系统回收焦油和煤气；低温干馏反应器8内的半焦从排料口36排出。
从上述技术方案可以看出，本实用新型采用的低温干馏反应器以热煤气或烟气为热源，采用流态化技术，固体混合效果好，传热传质效率高，可适用于粘结性煤种。该方法以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加氢的作用，从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。另外，该方法采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。并且，该方法处理量大，固体颗粒容易回收，具有较高的系统热效率；与煤的气化、燃烧过程配合，可实现煤的分级转化，提高资源利用率。
相应的，本实用新型还提供一种低阶煤的低温干馏方法，包括：
以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，将低阶煤干燥预热后在低温干馏反应器中进行干馏反应生成夹带煤粉的干馏气；
将所述夹带煤粉的干馏气上升至低温干馏反应器上部后依次进入一级旋风分离器和二级旋风分离器进行除尘。
所述将低阶煤干燥预热具体为：以热烟气为干燥介质，将低阶煤送入干燥预热器4中对煤进行干燥和预热，控制气速为0.2～1m/s，控制温度为150～250℃，上述温度可提高传热速度和干燥效果，并减少干馏过程的能耗。更具体的，还步骤包括：将煤经破碎、筛分，粒径小于8mm的粉煤经煤斗1经进料器2送入干燥预热器4，控制气速为0.2～1m/s，温度为150～250℃对煤进行干燥和预热，优选采用热烟气为干燥介质。该干燥预热步骤减少干馏所需热量，同时部分预热过程的部分脱羧作用可以达到脱除含氧基团的作用，降低焦油含氧量，提高焦油热值。
所述干燥预热后的低阶煤在低温干馏反应器中进行干馏反应具体为：预热的煤粉进入干馏反应器8，来自气化炉的热煤气20与循环冷煤气26混合，调节煤气温度700～900℃，作为干馏反应的热载体，从干馏反应器8底部布气室28进入，携带煤粉向上运动，所述干馏反应的温度优选为450～600℃，所述低温干馏反应器的气速优选为2～10m/s。
上述步骤完成后，干馏气携带焦粉进入一级旋风分离器9，收集的焦粉循环进入干馏反应器进一步深度干馏，干馏气进入二级旋风分离器10，除去煤焦粉尘；初除尘后的气体进入水洗塔12，进一步除去粉尘，控制水洗塔气体出口温度60～80℃；
水洗后的干馏气经气液分离器15，分离干馏产物，得到低温焦油和高热值煤气；干馏反应生成的半焦19作为气化原料进入流化床气化炉21中得到热煤气，控制气化温度为900～1100℃；将所述热煤气与循环冷煤气混合得到混合气体，控制温度为700～900℃。所述气化炉为流化床气化炉，气化剂为水蒸气与氧气或空气的混合气。
本实用新型提供的该方法具有煤种适应性强、热效率高、焦油产率高、焦油质量好、结构简单、生产能力大的优点。由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应器，增加了大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两段式低温干馏反应器有利于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性；再次，改结构有利于焦油的快速热解，焦油易被气体快速带出，在高温段停留时间短，防止焦油的二次缩聚，焦油产率高。
为了进一步说明本实用新型的技术方案，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
实施例1
采用本实用新型如图所示的流化床低温干馏系统，流化床干燥预热器直径200mm，高3000mm；低温干馏反应器上部直管段内径50mm，下部扩大段内径80mm，总高12000mm；流化床气化炉直径200mm，高4000mm。原料煤为依兰六级煤，煤质分析数据如表1所示。
首先，原煤经破碎、筛分，粒径小于8mm的粉煤经煤斗1经进料器2送入干燥预热器4，控制温度180～210℃，进行干燥和预热；
将预热的煤粉进入干馏反应器8，来自气化炉的热煤气20与循环冷煤气26混合，调节煤气温度750～800℃，作为干馏反应的热载体，从干馏反应器8底部布气室28进入，携带煤粉向上运动，控制干馏温度470～500℃进行干馏反应；
干馏气携带焦粉进入一级旋风分离器9，收集的焦粉循环进入干馏反应器进一步深度干馏，干馏气进入二级旋风分离器10，除去煤焦粉尘；
初除尘后的气体进入水洗塔12进一步除去粉尘，控制水洗塔气体出口温度70～80℃；水洗后的干馏气经气液分离器15，分离干馏产物，得到低温焦油和高热值煤气；干馏产物半焦19进入气化炉21，控制气化温度1000～1050℃，以空气和水蒸气为气化剂，气化生产热煤气，热煤气经旋风除尘器22除去粉尘后，部分热煤气20作为干馏热源，部分热煤气25送后处理利用系统。
热煤气组成为：H2含量13～16％，CO含量11～14％，N2含量45～48％，CH4含量1～2％，CO2含量8～12％，H2O含量12～15％。低温干馏焦油的产率11.8％，半焦产率66.4％，低温焦油比重1.10g/ml。半焦性质和焦油的馏程分析如表1和表2所示。
表1本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据
Figure BDA0000118878010000071
表2低温焦油的馏程分析
Figure BDA0000118878010000081
实施例2
流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰6级煤，煤质分析数据如表3所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度200～230℃，低温干馏温度520～550℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H2含量13～16％，CO含量11～14％，N2含量45～48％，CH4含量1～2％，CO2含量8～12％，H2O含量14～16％。低温干馏焦油的产率12.3％，半焦产率66.0％，低温焦油比重1.21g/ml。半焦性质和焦油的馏程分析如表3和表4所示。
表3本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据
Figure BDA0000118878010000082
表4低温焦油的馏程分析
Figure BDA0000118878010000083
实施例3
流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰32级煤，煤质分析数据如表5所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度200～230℃，低温干馏温度500～520℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H2含量10～14％，CO含量10～12％，N2含量48～50％，CH4含量0～1％，CO2含量10～12％，H2O含量12～15％。低温干馏焦油的产率7.3％，半焦产率67.8％，低温焦油比重1.15g/ml。半焦性质和焦油的馏程分析如表5和表6所示。
表5本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据
Figure BDA0000118878010000091
表6低温焦油的馏程分析
Figure BDA0000118878010000092
实施例4
流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰32级煤，煤质分析数据如表7所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度200～230℃，低温干馏温度550～580℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H2含量10～14％，CO含量10～12％，N2含量48～50％，CH4含量0～1％，CO2含量10～12％，H2O含量12～15％。低温干馏焦油的产率8.2％，半焦产率66.6％，低温焦油比重1.25g/ml。半焦性质和焦油的馏程分析如表7和表8所示。
表7本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据
Figure BDA0000118878010000093
Figure BDA0000118878010000101
表8低温焦油的馏程分析
Figure BDA0000118878010000102
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种低温干馏反应器，其特征在于，包括：
下部扩大段(31)；分别位于所述下部扩大段(31)上部和下部的进煤口(30)和固体颗粒返料口(35)；
通过缩口段(32)与所述下部扩大段(31)的上端口相连接的上部直管段(33)，所述上部直管段(33)顶部设置有干馏气体出口(34)；
通过气体分布板(29)与所述下部扩大段(31)的下端口相连接的布气室(28)；
设置于所述布气室(28)侧面的热气体进口(27)；
位于所述气体分布板(29)的中部并穿过所述布气室(28)外壁的半焦排料口(36)。
2.根据权利要求1所述的低温干馏反应器，其特征在于，所述下部扩大段(31)与所述上部直管段(33)的管径比为(1.2～3)∶1，所述下部扩大段(31)与所述上部直管段(33)的长度比为1∶(5～20)。
3.根据权利要求1所述的低温干馏反应器，其特征在于，所述缩口段(32)与水平面的夹角45～75°。
4.根据权利要求1所述的低温干馏反应器，其特征在于，所述气体分布板(29)为多孔板，孔径为2～10mm，开孔率为1～5％。
5.一种流化床低温干馏系统，其特征在于，由干燥预热器、低温干馏反应器、气化炉和干馏气后处理系统组成，以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，所述低温干馏反应器包括：
下部扩大段(31)；分别位于所述下部扩大段(31)上部和下部的进煤口(30)和固体颗粒返料口(35)；
通过缩口段(32)与所述下部扩大段(31)的上端口相连接的上部直管段(33)，所述上部直管段(33)顶部设置有干馏气体出口(34)；
通过气体分布板(29)与所述下部扩大段(31)的下端口相连接的布气室(28)；
设置于所述布气室(28)侧面的热气体进口(27)；
位于所述气体分布板(29)的中部并穿过所述布气室(28)外壁的半焦排料口(36)。
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