CN206408171U - 一种煤粉快速热解系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤粉快速热解系统。该系统包括进料料斗、蓄热式快速热解反应器、除尘装置、冷凝器、净化装置、PSA制氢装置和甲烷合成装置。蓄热式快速热解反应器分别与进料料斗、除尘装置相连，冷凝器分别与除尘装置和净化装置相连，PSA制氢装置分别与净化装置和甲烷合成装置相连。该系统结构简单、工艺流程短，容易实现系统连续性运行和工业化推广。

Description

一种煤粉快速热解系统

技术领域

本实用新型涉及煤粉热解，具体涉及一种煤粉快速热解系统。

背景技术

快速热解方法是专门针对粉状低阶煤的一种先进的中温热解提质技术，要求其物料在均匀的温度场下加热速率高达500-1000℃/s，从反应机理上来看，可以使中、低阶煤高分子迅速发生断键反应，抑制了热解产物的二次热解反应和交联反应，降低中、低阶煤热解过程中的燃气和半焦产物，提高焦油产率，因此该技术更适合于中国国情，并能提高中低阶煤利用的经济、社会效果。为了实现高达500-1000℃/s的升温速率，一般要求物料粒径小于1mm，且采用气体或固体热载体来实现温度场和升温速率要求。目前国内外开发的中低阶煤快速热解反应器主要包括采取气体或固体热载体的流化床、下行床等工艺，但由于涉及热载体的加热、分离、温度场控制、油气净化回收等系统，使得工艺流程非常复杂，造成目前市场上存在的中低阶煤快速热解系统故障率高、热效率低，无法长时间运行，从而抑制了该项技术的发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种结构简单、热解效果好的煤粉热解系统。

本实用新型提供了一种煤粉快速热解系统，该系统包括：

进料料斗，具有煤粉入口和煤粉出口；

蓄热式快速热解反应器，具有热解原料入口、半焦出口和热解油气出口，所述热解原料入口与所述进料料斗的煤粉出口相连；

除尘装置，具有进气口、净化油气出口和排灰口，所述进气口与所述蓄热式快速热解反应器的热解油气出口相连；

冷凝器，具有净化油气入口、热解油出口和热解气出口；所述净化油气入口和所述除尘装置的净化油气出口相连；

净化装置，具有热解气入口和净化气出口，所述热解气入口与所述冷凝器的热解气出口相连；

PSA制氢装置，具有净化气入口、氢气出口和解析气出口，所述净化气入口与所述净化装置的净化气出口相连；

甲烷合成装置，具有解析气入口和甲烷出口，所述解析气入口与所述PSA制氢装置的解析气出口相连；

所述蓄热式快速热解反应器包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件，所述辐射管沿着所述反应器的高度多层布置于所述反应器本体内；所述金属挡板组件包括水平挡板和斜板，所述水平挡板在所述斜板下方；所述水平挡板的一端和所述斜板的一端分别与所述反应器本体的内侧壁相连，所述水平挡板的另一端和所述斜板的另一端相连并形成夹角。

在本实用新型的一个实施方案中，所述系统还包括热解油加氢装置，所述热解油加氢装置具有热解油入口、氢气入口和人造石油出口，所述热解油入口与所述冷凝器的热解油出口相连，所述氢气入口与所述PSA制氢装置的氢气出口相连。

在本实用新型的一个实施方案中，所述系统还包括融合成型装置，所述融合成型装置具有半焦入口、生石灰入口、粘结剂入口和型球出口，所述半焦入口与所述蓄热式快速热解反应器的半焦出口相连。

在本实用新型的一个实施方案中，所述系统还包括煤干燥装置和煤破碎装置，所述原煤干燥装置具有原煤入口和干燥煤出口，所述煤破碎装置具有干燥煤入口和煤粉出口，所述干燥煤入口与所述原煤干燥装置的干燥煤出口相连，所述煤粉出口与所述进料料斗的煤粉入口相连。

在本实用新型的一个实施方案中，所述除尘装置为两级旋风除尘器。

本实用新型采用了蓄热式快速热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，不需要热载体，而是采取蓄热式辐射管提供热量，不需要热载体的加热、分离、提升等工艺，因此系统结构简单、工艺流程短，容易实现系统连续性运行和工业化推广。

此外，本实用新型对热解制得的半焦、热解油和热解气进行转化再利用，整个工艺无中间产物，经济价值高。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种煤粉快速热解系统的结构示意图。

图中：1、进料料斗；2、蓄热式快速热解反应器；3、一级旋风除尘器；4、二级旋风除尘器；5、半焦收集装置；6、冷凝器；7、冷凝水管路；8、储油罐；9、热解油加氢装置；10、净化塔；11、净化器；12、PSA制氢装置；13、甲烷合成装置；14、干燥装置；15、煤破碎装置；16、原煤入料斗；17、提升管；18、融合成型装置；19、冷凝水管路。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

需要说明的是，本实用新型中的“水平挡板”指得是水平放置的金属挡板，“斜板”指得是倾斜放置的金属挡板，“辐射管”指得是蓄热式无热载体辐射管。此外，术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型，而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供的煤粉热解系统包括：进料料斗1、蓄热式快速热解反应器2(本申请中也简称反应器)、一级旋风除尘器3、二级旋风除尘器4、半焦收集装置5、冷凝器6、冷凝水管路7、储油罐8、热解油加氢装置9、净化塔10、净化器11、PSA制氢装置12、甲烷合成装置13、干燥装置14、煤破碎装置15、原煤入料斗16、提升管17、融合成型装置18、冷凝水管路19。

进料料斗1具有煤粉入口和煤粉出口。

参考图1，本实用新型使用的蓄热式快速热解反应器2包括反应器本体、辐射管、金属挡板组件。辐射管沿着反应器的高度多层布置于反应器本体内，金属挡板组件设置在反应器本体的内侧壁上，反应器本体上设有热解原料入口、半焦出口、燃料气进口、空气入口、烟气出口和热解油气出口，其中，热解原料入口与进料料斗1的煤粉出口相连。

本实用新型提供的蓄热式移动床热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。物料在进料料斗1中经螺旋进料器进入蓄热式移动床反应器中，煤粉在下落过程中，与辐射管充分接触，在热解过程中煤粉实现导热、对流和辐射综合换热，煤粉的传热速率大于500℃/S。

金属挡板组件是由水平挡板和斜板组成的，水平挡板在斜板下方，水平挡板的一端和斜板的一端分别与反应器本体的内侧壁相连，水平挡板的另一端和斜板的另一端相连并形成夹角。

煤粉从进料口进入后，开始下落，碰到斜板后，被弹起，然后再下落；煤粉每碰到一次斜板，即被弹到一定高度，其下落速度被减缓，因此，增加了煤粉在热解反应器内的停留时间。此外，斜板还起到对煤粉的引流作用，增加了煤粉在反应器本体内移动的距离，这也能增加煤粉在热解反应器内的停留时间。水平挡板用于支撑斜板。金属的热传导性好，采用金属挡板组件能提高煤粉热解的效果。

因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。

参考图1，根据本实用新型的实施例，反应器2和进料漏斗1之间还连接有螺旋进料器，反应器2的半焦出口与螺旋出料器相连。进料料斗1和螺旋进料器用于将煤粉送入反应器2中，螺旋出料器用于将煤粉热解后产生的固体产物运送至下一工段。螺旋进料器和螺旋出料器并不是必要装置，可视现场情况和具体的工艺决定是否要添加。

螺旋出料器还连接有冷凝水管路19，用循环水与从反应器2中排出的高温半焦换热，冷却高温半焦，并回收热量。冷凝水管路19也不是本实用新型必要的装置，可根据情况增减。

如图1所示，螺旋出料器与融合成型装置18相连，半焦、生石灰和粘结剂在融合成型装置18中混合均匀后被压制成型球，型球可直接对外出售，也可用于制备电石。融合成型装置18并不是系统必须的装置，半焦也可直接作为燃料使用，比如送往电厂，与煤掺烧。

水平挡板和斜板形成夹角的具体角度范围为15°-60°时，煤粉在热解反应器内既能充分热解，也不会堆积在斜板432上。进一步地，夹角的角度范围为20°-45°为最优方案。水平挡板的水平长度为反应器本体的宽度(其内壁的宽度)的1/3-1/2。

金属挡板组件可根据需要设置在某层辐射管的上方或下方。进一步地，金属挡板组件最佳的位置为两层辐射管之间，且水平挡板与位于它下方、并距它最近的辐射管的中心的距离为该辐射管直径的1-1.5倍。此时，位于斜板上的含碳燃料能更好的被热解。

为了最大限度的增加含碳燃料热解的时间，参考图1，上下相邻的两个金属挡板组件最好相对地设置在反应器本体的两侧。

辐射管为公称直径为200-300mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为200-400mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为500-1200mm。

反应器本体的高度为5-20m、宽度(其内壁的宽度)为2-6m、长度(其内壁的长度)为5-15m，反应器本体中辐射管的层数为10-25层。燃料气进口和空气入口分别与辐射管相连。

如图1所示，热解油气从右上侧部出来，并利用两级旋风分离结构除去热解油气中的固体半焦，降低了焦油含尘量，以便后续能对热解油气进一步加工。图1所示的除尘装置包括两个一级旋风除尘器3和两个二级旋风除尘器4，旋风除尘器除尘效率高，两级除尘能有效的将热解油气中的半焦清除。当然，也可选用其他除尘装置。

如图1所示，一级旋风除尘器3和二级旋风除尘器4具有进气口、净化油气出口和排灰口，其中，一级旋风除尘器3的进气口与蓄热式快速热解反应器2的热解油气出口相连。从二级旋风除尘器4排出的半焦进入半焦收集装置5中储存，另做他用。

冷凝器6具有净化油气入口、热解油出口和热解气出口；净化油气入口和一级旋风除尘器3的净化油气出口相连。如图1所示，冷凝器6连接有冷凝水管路7，用循环水与从高温油气换热，冷却高温油气，并回收热量。当然，也可采用其他方式冷却高温油气。

高温油气冷却后，其中的热解油变为液体，从热解油出口排出，进入储油罐8中储存。

如图1所示，净化装置包括净化塔10和净化器11，净化塔10用于去除从冷凝器6中排出的热解气中的油蒸汽，净化器11用于去除热解气中的热解油、苯、萘、硫等杂质。净化塔10和净化器11均具有热解气入口和净化气出口，其中，净化塔10的热解气入口与冷凝器6的热解气出口相连。

PSA制氢装置12具有净化气入口、氢气出口和解析气出口，净化气入口与净化器11的净化气出口相连。PSA制氢装置12用于将热解气解析并制备氢气。

甲烷合成装置13具有解析气入口和甲烷出口，解析气入口与PSA制氢装置12的解析气出口相连。甲烷合成装置13用于将解析气制备成甲烷。

如图1所示，系统还包括热解油加氢装置9。热解油加氢装置9具有热解油入口、氢气入口和人造石油出口，热解油入口与储油罐8相连，氢气入口与PSA制氢装置12的氢气出口相连。

用热解气制备的氢气与热解油反应，制备人造石油，增加热解油的经济价值。当然，热解油也可以另做他用，因此，热解油加氢装置9并不是系统必须的装置，可视工艺要求进行增减。

如图1所示，进料料斗1前还设有干燥装置14、煤破碎装置15、原煤入料斗16和提升管17，这些装置都不是系统必须的装置，若煤的粒径太大、水分太高时，可采用这些设备进行预处理后再送往反应器2中进行热解。

经干燥装置14干燥、煤破碎装置15破碎后的煤粉进入到原煤入料斗16，再由提升管17提升到进料料斗1中，煤粉从进料料斗1由螺旋进料器送入反应器2中，煤粉在反应器2中进行热解。

煤粉热解产生半焦和热解油气，其中半焦被沉降下来通过反应器2的螺旋出料器排出，热解油气从反应器2的侧部排出，经过一级旋风分离器3和二级旋风分离器4后收集下来的细半焦进入半焦收集装置5，经过两级旋风分离后较纯净的热解油气送入冷凝器6内快速冷却，热解油蒸汽被冷却，形成热解油进入储油装置8，从冷凝器6出来的热解气进入净化塔10后除去其中的油蒸汽，再进入净化器11后除去热解油、苯、萘、硫等杂质后进入PSA制氢装置12制备氢气，解析气进入甲烷合成器13制备合成天然气。

从PSA制氢装置12抽取出来的氢气与热解油一起进入至热解油加氢装置9，用于制备人造石油。

热解后的半焦由螺旋出料器排出，在螺旋出料器的管内有循环冷却水进行间壁换热冷却，高温半焦由循环冷却水冷却后行成冷态半焦。冷态半焦与粉状生石灰、粘结剂一起进入融合成型装置18成型后进行外售；也可以直接作为燃料使用。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述实用新型内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例

利用图1所示的系统对陕北褐煤进行处理。反应器2中，水平挡板与斜板的夹角为30°，水平挡板的水平长度1m，水平挡板与位于它下方、并距它最近的辐射管的中心的距离为200mm，辐射管是公称直径为200mm的圆形管，左右相邻的两辐射管的水平间距为200mm，上下相邻的两辐射管的竖直间距为600mm。反应器本体的高度为5m、内壁的宽度为2m、内壁的长度为5m，有15层辐射管。

该陕北褐煤的成分分析如表1所示。热解工艺流程具体如下：

将陕北褐煤干燥、破碎，选取粒径≤1mm的煤粉送入反应器2中进行热解。每根辐射管单独控温，反应器自上而下设有三个区：干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区。往辐射管中分别通入燃料气和空气，将干燥脱水区的温度控制在600℃、热解反应区的温度在控制550℃，半焦成熟区的温度控制在580℃。陕北褐煤自上而下依次通过干燥脱水区、热解反应区和半焦生成区，完成热解过程。热解产生的热解油气经过两级旋风除尘后冷凝分离成热解油和热解气，热解气再次净化，除去油蒸汽、热解油、苯、萘、硫等杂质后用于制备氢气，剩下的解析气用于制备合成天然气。热解油与制得的氢气反应，制备人造石油。半焦、粉状石灰和沥青混合后压制成型，制备型球，用于外卖。

热解还会产生烟气，烟气从烟气出口中排出反应器本体外，烟气与空气换热后会降温至200℃左右。将降温后的烟气用于干燥进入反应器2的陕北褐煤，这样能进一步提高反应器效率和燃烧效率。

本实施例具体的工艺操作参数请见表2。表3为本实施例的物料平衡表。

表1陕北褐煤的成分分析

Mad/％	Vad/％	Aad/％	Fcad/％
				9.28	6.12	35.11	49.49

表2工艺操作参数

表3物料平衡表

从表3可知，本实用新型提供的系统能有效的热解煤粉。

综上可知，本实用新型采用了蓄热式快速热解反应器，利用蓄热式辐射管作为加热源，不需要热载体，而是采取蓄热式辐射管提供热量，不需要热载体的加热、分离、提升等工艺，因此系统结构简单、工艺流程短，容易实现系统连续性运行和工业化推广。

本实用新型对热解制得的半焦、热解油和热解气进行转化再利用，整个工艺无中间产物，经济价值高。

此外，本实用新型提供的蓄热式移动床热解反应器采用了蓄热式无热载体辐射管加热技术，无需气、固热载体，提高了热解气的热值，该反应器结构简单、占地面积小，易于工业化。

反应器本体上添加了由水平挡板和斜板组成的金属挡板组件，该金属挡板组件增加了煤粉在热解反应器内停留的时间。因此，添加金属挡板组件后，反应器的高度可降低。若不改变反应器本体的高度，添加金属挡板组件后，可将辐射管的垂直间距加大，从而可减少反应器内辐射管的数量。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (5)

1.一种煤粉快速热解系统，其特征在于，所述系统包括：

进料料斗，具有煤粉入口和煤粉出口；

蓄热式快速热解反应器，具有热解原料入口、半焦出口和热解油气出口，所述热解原料入口与所述进料料斗的煤粉出口相连；

除尘装置，具有进气口、净化油气出口和排灰口，所述进气口与所述蓄热式快速热解反应器的热解油气出口相连；

冷凝器，具有净化油气入口、热解油出口和热解气出口；所述净化油气入口和所述除尘装置的净化油气出口相连；

净化装置，具有热解气入口和净化气出口，所述热解气入口与所述冷凝器的热解气出口相连；

PSA制氢装置，具有净化气入口、氢气出口和解析气出口，所述净化气入口与所述净化装置的净化气出口相连；

甲烷合成装置，具有解析气入口和甲烷出口，所述解析气入口与所述PSA制氢装置的解析气出口相连；

所述蓄热式快速热解反应器包括反应器本体、辐射管和多个金属挡板组件，所述辐射管沿着所述反应器的高度多层布置于所述反应器本体内；所述金属挡板组件包括水平挡板和斜板，所述水平挡板在所述斜板下方；所述水平挡板的一端和所述斜板的一端分别与所述反应器本体的内侧壁相连，所述水平挡板的另一端和所述斜板的另一端相连并形成夹角。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热解油加氢装置，所述热解油加氢装置具有热解油入口、氢气入口和人造石油出口，所述热解油入口与所述冷凝器的热解油出口相连，所述氢气入口与所述PSA制氢装置的氢气出口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括融合成型装置，所述融合成型装置具有半焦入口、生石灰入口、粘结剂入口和型球出口，所述半焦入口与所述蓄热式快速热解反应器的半焦出口相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括煤干燥装置和煤破碎装置，所述煤干燥装置具有原煤入口和干燥煤出口，所述煤破碎装置具有干燥煤入口和煤粉出口，所述干燥煤入口与所述煤干燥装置的干燥煤出口相连，所述煤粉出口与所述进料料斗的煤粉入口相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除尘装置为两级旋风除尘器。