CN207002633U - 一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置，所述热解装置包括多级热解反应器、半焦冷却装置和半焦收集罐；所述多级热解反应器包括若干热解反应器，除首级热解反应器和末级热解反应器外的热解气进口和下一级热解反应器的热解气出口连接，热解反应器的物料出口和下一级热解反应器的热解气进口管道连接，其热解气出口和上一级热解反应器的热解气进口连接；所述末级热解反应器的物料出口和所述半焦冷却装置连接，所述半焦冷却装置的物料出口和半焦收集罐连接。本实用新型可最终得到洁净粉焦、轻质焦油以及蒸汽；而且系统装置简单，能量利用效率高。

Description

一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置

技术领域

本实用新型属于能源化工领域，具体地涉及到一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置。

背景技术

煤炭占中国能源消费结构的75％以上，其中80％以上用于直接燃烧，且50％以上供直接燃烧块煤的工业锅炉、工业窑炉及家用燃煤炉使用，但是，直接燃烧的利用方式造成煤炭利用效率低、污染物排放超标。另外，随着采煤机械化程度的提高，块煤产率由52～60％降至20～38％，加重了块煤短缺，而且还造成粉煤长期大量积压。尤其是大量的低阶煤粉煤，由于其水分含量高、热值低、以及易分化和不易运输等缺点，导致难以加工利用，因此，如何高效地利用低阶煤粉煤，成为目前煤炭利用领域急需解决的问题。而且，随着国内能源需求日益增大，对低阶煤，尤其是低阶煤粉煤的综合转化利用势必将成为未来能源需求的有力支撑。

利用热解方式将煤加工成半焦、低温焦油和焦炉气的化学过程，是目前低阶煤加工处理的有效途径之一。通过热解获得热解气、焦油以及半焦，热解气及焦油可直接作为清洁燃料燃烧，也可以通过后续加工处理，生产高附加值化工产品，实现煤炭分级利用与清洁高效转化。目前，工业上对于大颗粒(>6mm)煤的低温热解，普遍采用直立炉的工艺进行热解，例如，已成熟的兰炭生产工艺，它实现了固体能源向气体、液体能源以及固体化工原料的高效转化，对于资源利用来说，开辟了高效灵活利用资源的途径。但是，生产兰炭的原料为块状烟煤或块状褐煤，而粉煤原料导致物料层的透气性差，且容易堵塞花墙的气孔，影响正常生产，因此兰炭工艺限制了原料使用的范围。而且，针对6mm以下的粉煤热解，目前工业上也尚未有成熟的工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置，该装置可以实现粉末固体燃料的热解得到热解油气和热解半焦。本实用新型的另一目的在于提供一种生产粉焦和轻质焦油的热解方法，使用该方法可以获得洁净粉焦、蒸汽、以及轻质焦油，并实现反应中热量的回收。

本实用新型以实现粉末固体燃料在多级强旋流热解反应器中被锅炉燃烧产生的热烟气快速加热发生热解反应，生成热解油气和热解半焦；热解油气中轻质组分通过焦油捕集，获得轻质焦油；热解油气中未被捕集的重质组分进入锅炉燃烧，产生热烟气和蒸汽；高温热烟气作为热载体与固体物料和热解半焦逆流接触换热，并将固体物料和热解半焦送入强旋流热解反应器进行热解；热解半焦通过冷却并回收热量，可获得粉焦。采用本实用新型技术的装置及方法，最终获得洁净粉焦、蒸汽、以及轻质焦油。

本实用新型涉及的强旋流热解反应器，其特点是将燃烧后产生的烟气以高速射流的形式切向喷入高温热解器中，形成强烈的旋风涡流；固体物料在进入热解反应器前，在气体管道内悬浮于热烟气中，同时进行热交换，然后被热烟气带入热解反应器中；，固体物料进入热解器后，继续与高温烟气混合、加热、发生热解反应。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置，所述热解装置包括多级热解反应器、半焦冷却装置和半焦收集罐；

所述多级热解反应器包括若干热解反应器，除首级热解反应器和末级热解反应器外的热解气进口和下一级热解反应器的热解气出口连接，热解反应器的物料出口和下一级热解反应器的热解气进口管道连接，其热解气出口和上一级热解反应器的热解气进口连接；所述末级热解反应器的物料出口和所述半焦冷却装置连接，所述半焦冷却装置的物料出口和半焦收集罐连接。

上述装置中，所述多级热解反应器用于粉末固体燃料的热解，产生热解油气以及热解半焦；所述半焦冷却装置用于对产生的热解半焦进行冷却，并进行热量回收；所述半焦收集罐用于收集由末级热解反应器产生，并经半焦冷却装置冷却的粉末半焦产品；产生的热解半焦经和进入下一级热解反应器的热解气混合换热后被送入下一级热解反应器。

作为上述装置的一种更好选择，所述多级热解反应器的级数为3-6。

作为上述装置的一种更好选择，所述首级热解反应器的热解气出口和焦油捕集装置的气体进口连接。所述焦油捕集系统用于捕集由多级强旋流热解反应器生成的热解油气中的轻质组分，获得轻质焦油。

作为上述装置的一种更好选择，所述焦油捕集装置的气体出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。所述锅炉用于热解油气中重质组分的燃烧，同时产生热烟气和蒸汽；其中，热烟气为固体燃料在多级热解反应器中的热解提供所需热量。

作为上述装置的一种更好选择，所述首级热解反应器的热解气出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。所述锅炉用于热解油气中重质组分的燃烧，同时产生热烟气和蒸汽；其中，热烟气为固体燃料在多级热解反应器中的热解提供所需热量。

作为上述装置的一种更好选择，所述首级热解反应器的物料入口和料仓连接，所述料仓用于储存待处理的粉末固体物料。

本实用新型还提供了基于上述装置用于生产粉焦和轻质焦油的热解方法，包括：

粉末固体燃料先与来自下一级热解反应器的热解气逆流接触，并在热解气的作用下被送入多级热解反应器的首级热解反应器，并在首级热解反应器中继续被下一级的热解气加热，发生热解反应，生成热解油气和热解半焦，热解半焦进入下一级热解反应器；

热解半焦首先与来自下两级热解反应器的热解气逆流接触，在热解气的作用下被送入除首级热解反应器和末级热解反应器外的热解反应器后，其被来自下两级热解反应器的热解油气混合换热，并继续热解，热解产生的热解油气进入上一级热解反应器，热解产生的热解半焦进入下一级热解反应器；

末级热解反应器热解后的热解半焦经冷却后得到粉焦。

作为上述方法的一种更好选择，所述方法进一步包括：

首级热解反应器热解产生的热解油气经焦油捕集装置，获得轻质焦油。

作为上述方法的一种更好选择，所述方法进一步包括：

未被焦油捕集装置捕集的重质组分进入锅炉燃烧产生热烟气和蒸汽，所述热烟气用于固体物料和热解半焦的热解。

作为上述方法的一种更好选择，所述方法进一步包括：

首级热解反应器热解产生的热解油气进入锅炉燃烧产生热烟气和蒸汽，所述热烟气用于固体物料和热解半焦的热解。

作为上述方法的一种更好选择，所述热解方法进一步包括：末级热解反应器排出的热解产生的热解半焦经半焦冷却装置冷却，并回收热量，同时得到粉焦产品。

作为上述方法的一种更好选择，所述的粉末固体燃料是煤炭、生物质、油页岩或者油砂。

本实用新型生产粉焦和轻质焦油的热解方法，包括如下步骤：

1)粉末固体燃料由料仓送入，并在热烟气的作用下，被送入多级强旋流热解反应器，并在热解反应器中继续被来自锅炉的热烟气加热，发生热解反应，生成热解油气和热解半焦；

2)由热解产生的热解油气经焦油捕集装置，获得轻质焦油，可进一步精制得到高附加值产品；

3)热解油气中未被焦油捕集装置捕集的重质组分进入锅炉燃烧，同时产生热烟气和蒸汽；其中，热烟气返回多级强旋流热解反应器为热解提供热量；

4)由热解产生的热解半焦经半焦冷却装置冷却，并进行热量回收，同时得到粉焦产品，利用半焦收集罐收集。

本实用新型可应用于通过热解反应从固体燃料中获得洁净粉焦、蒸汽、液体燃料以及高附加值化学产品。所涉及的固体燃料包括：煤炭、油页岩、油砂以及生物质等含碳固体燃料；所述粉末固体燃料的粒径低于10mm。而且，本实用新型中所涉及的固体燃料，可以是同一种类固体燃料或者不同种类固体燃料。

本实用新型热解过程主要包括：固体燃料在多级强旋流热解反应器中被热烟气加热发生的热解反应，生成热解油气和热解半焦；高热值的热解油气中轻质组分经焦油捕集后，重质组分被送入锅炉中燃烧产生热烟气和蒸汽，热烟气返回强旋流反应器中为固体燃料的热解提供所需热量。

本实用新型涉及的热解过程还包括，在强旋流热解反应器中产生的热解半焦，在进入下一级反应器中继续发生热解反应。而且，为固体燃料以及热解半焦的热解反应提供热量的热载体，包括热烟气和热解产生的热解油气。

本实用新型实现了低阶煤粉煤的分级转化及高效利用，且同时解决粉煤热解工艺中细煤粉与煤焦油混合物难以分离、易堵塞设备管道等技术问题及难以工程化等现状，并保证热解过程中有较高的能量利用效率。本实用新型采用强旋流热解反应器，利用旋风流场旋流强度高、湍流混合强烈的特点，强化炉内传热传质过程，延长粉煤在炉内的停留时间，以提高炉内的热强度；而且，在强旋流热解器中，具有固体物料与热载体之间快速混合、快速加热、以及气固产物快速分离，有利于轻质焦油产生的特点。因此，本实用新型的装置采用多级强旋流热解反应器，以锅炉燃烧产生的热烟气作为热载体为热解反应提供热量，使固体燃料在强旋流热解反应器中与热烟气快速混合、且被快速加热，以发生热解反应，生成热解油气和热解半焦；热解油气中轻质组分经焦油捕集，获得轻质焦油，并经进一步加工处理，生产高附加值产品；热解油气中未被捕集的重质组分进入锅炉中燃烧，产生热烟气及蒸汽；高温热烟气返回强旋流热解器中作为热载体供热；热解半焦通过冷却并回收热量，可获得粉焦；通过本实用新型的实施，最终获得洁净粉焦、轻质焦油和蒸汽。

本实用新型相较于现有技术具有如下的优势：

1、与传统的固定床和流化床热解反应器相比，强旋流热解反应器展现了诸多优势，首先，运行过程中，固体物料进入联结管道后，随即便被上升气流冲散，使其均匀地悬浮于气流当中，气固快速混合且混合充分，固体物料随气流旋转运行；由于悬浮态时气、固之间的接触面积极大，对流传热系统比较高，因此换热速度极快，完成有效换热的时间只需0.02～0.04s；而且，热解气固产物很容易实现分离，最终热解油气被排出，固体半焦被收集；

2、本实用新型中，利用多级强旋流热解反应器的优势还在于，在单级强旋流热解反应器内部，固体物料与热载体以气固并流方式接触换热，而在多级强旋流热解器的各级反应器之间的管道中，以气固逆流方式接触换热，可延长固体燃料在逆流气中的停留时间，使固体燃料有更充分的受热过程，具有增强对流传热、提高燃料升温速率的作用，且更有利于提高轻质焦油的收率；

3、本实用新型中，由系统自身产生的热烟气和热解油气作为气体热载体，为热解反应过程提供热量，无需外部供热，提高了系统的运转负荷以及热效率；

4、在本实用新型中，热解反应器采用多级强旋流热解反应器，原料煤在进入热解器后，首先在第一级反应器中热解，产生的热解半焦进入第二级热解反应器中继续热解，以此方式在多级的强旋流热解反应器中反复热解，从而得到洁净的半焦产品；

5、利用强旋流热解反应器，其炉内容积热强度较高，设计时可缩小炉内体积，简化系统结构；而且在热解器中就可实现对油气中飞灰颗粒的初步除尘；而且，对于热解油气中含尘高的重质组分被直接送入锅炉燃烧，因此，整个系统无需炉外除尘系统，可简化后续净化系统，进一步提高了系统的可靠性和稳定性；

6、本实用新型中采用多级强旋流热解反应器对固体燃料进行热解，其中，强旋流热解反应器级数的设计，可根据研究目的、目标产品的纯度、以及热烟气在多级强旋流热解反应器出口、入口的温度来灵活决定。

综上所述，本实用新型采用多级强旋流热解反应器，并利用自身系统产生的热烟气作为气体热载体，为固体粉末燃料提供热解所需热量；而且利用强旋流热解反应器自身的优势，可在系统内实现固体物料与气体热载体的快速混合、物料的快速加热及快速热解、以及产物的快速分离，可简化系统结构；最终获得洁净粉焦、轻质焦油以及蒸汽。

附图说明

图1为本实用新型的一种生产粉焦和轻质焦油的装置与热解方法的示意图；

图2为本实用新型的一种生产粉焦和轻质焦油的装置与热解方法的实施例示意图；

附图标识

1、多级强旋流热解反应器；2、焦油捕集装置；3、锅炉；4、半焦冷却装置；5、半焦收集罐；6、料仓。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的装置作进一步说明。

如图1所示，本实用新型涉及的主要装置有：用于实现固体燃料热解的多级强旋流热解反应器1、用于获得轻质焦油的焦油捕集装置2、用于提供热解所需热量以及获得产物蒸汽的锅炉3、用于将产物半焦冷却并进行热量回收的装置4、用于获得粉焦产品的半焦收集罐5、用于储存固体物料的料仓6。

所述多级热解反应器包括若干热解反应器，除首级热解反应器和末级热解反应器外的热解反应器的物料出口和下一级热解反应器的热解气进口管道连接，其热解气进口和下一级热解反应器的热解气出口连接，其热解气出口和上一级热解反应器的热解气进口连接；所述末级热解反应器的物料出口和所述半焦冷却装置连接，所述半焦冷却装置的物料出口和半焦收集罐连接。

上述装置中，所述多级热解反应器用于粉末固体燃料的热解，产生热解油气以及热解半焦；所述半焦冷却装置用于对产生的热解半焦进行冷却，并进行热量回收；所述半焦收集罐用于收集由末级热解反应器产生，并经半焦冷却装置冷却的粉末半焦产品。

所述多级热解反应器的级数可以选择3-6。

所述首级热解反应器的热解气出口和焦油捕集装置的气体进口连接。所述焦油捕集系统用于捕集由多级强旋流热解反应器生成的热解油气中的轻质组分，获得轻质焦油。

请参见图1，所述焦油捕集装置的气体出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。所述锅炉用于热解油气中重质组分的燃烧，同时产生热烟气和蒸汽；其中，热烟气为固体燃料在多级热解反应器中的热解提供所需热量。

请参见图2，该装置中也可以不设置焦油捕集装置，此时所述首级热解反应器的热解气出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。所述锅炉用于热解油气中重质组分的燃烧，同时产生热烟气和蒸汽；其中，热烟气为固体燃料在多级热解反应器中的热解提供所需热量。

如下为利用上述装置进行轻质焦油热解的方法。

实施例1：热解系统包括四级强旋流热解反应器(图中，n为4)

霍林河褐煤(粉煤)，在来自二级强旋流热解器(1-2)的热解油气2和热烟气的作用下，被带入一级强旋流热解反应器(1-1)中，并在反应器中继续与来自二级强旋流热解器(1-2)的热解油气2混合、换热，发生热解反应，生成的热解油气1从一级反应器排出，热解半焦1在来自三级反应器(1-3)的热解油气3的作用下被送入二级热解器(1-2)；在二级热解反应器(1-2)中继续与来自三级反应器(1-3)的热解油气3混合换热，继续热解，生成的热解油气2排出并进入热解反应器(1-1)，产生的热解半焦在来自四级反应器(1-4)的热解油气4的作用下被送入三级热解器(1-3)；在三级热解反应器(1-3)中，继续与来自四级热解器(1-4)的热解油气4混合、换热以进行热解，生成的热解油气3排出进入热解反应器(1-2)，产生的热解半焦在来自锅炉燃烧产生的热烟气作用下被送入四级热解器(1-4)；在四级热解器(1-4)中，继续与来自锅炉的热烟气混合换热进行热解反应，生成的热解油气4排出进入热解反应器(1-3)，最终产物半焦4从四级强旋流热解反应器底部排出，经冷却以及热量回收，被半焦收集罐5收集；而最终由一级反应器(1-1)排出的热解油气1先经焦油捕集装置2捕集到热解油气1中的轻质组分，获得轻质焦油；热解油气2中未被捕集的重质组分进入锅炉燃烧，生成热烟气和蒸汽产品，热烟气作为热载体返回系统，由四级强旋流热解反应器(1-4)进入反应系统，与热解反应器中的固体物料混合、换热以发生热解反应；通过对霍林河褐煤粉煤的热解，最终获得了清洁的粉焦、轻质焦油和蒸汽产品。

实施例2：热解系统包括四级强旋流热解反应器(图中n为4)

本实施例，采用与实施例1相同的实验方法与步骤，采用的固体燃料为神木果园煤，主要差别在于由一级强旋流热解反应器(1-1)排出的热解油气1，全部进入进入锅炉燃烧(如图2所示)，以产生热烟气作为热解的热量，最终获得洁净粉焦和蒸汽。

实施例3：热解系统包括六级强旋流热解反应器(图中n为6)

本实施例，采用与实施例1相同的实验方法与步骤，采用的固体燃料为鄂尔多斯烟煤，主要差别在于本实施例采用的多级强旋流热解反应器为六级。

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

Claims (4)

1.一种生产粉焦和轻质焦油的热解装置，其特征在于，所述热解装置包括多级热解反应器、半焦冷却装置和半焦收集罐；

所述多级热解反应器包括若干热解反应器，除首级热解反应器和末级热解反应器外的热解气进口和下一级热解反应器的热解气出口连接，热解反应器的物料出口和下一级热解反应器的热解气进口管道连接，其热解气出口和上一级热解反应器的热解气进口连接；所述末级热解反应器的物料出口和所述半焦冷却装置连接，所述半焦冷却装置的物料出口和半焦收集罐连接。

2.根据权利要求1所述的热解装置，其特征在于：所述首级热解反应器的热解气出口和焦油捕集装置的气体进口连接。

3.根据权利要求2所述的热解装置，其特征在于：所述焦油捕集装置的气体出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。

4.根据权利要求1所述的热解装置，其特征在于：所述首级热解反应器的热解气出口和锅炉连接，所述锅炉的烟气出口和所述末级热解反应器的烟气入口连接。