專利名稱：一種煤的中低溫熱解系統和利用該系統生產提質煤、高熱值熱解氣和焦油或液化合成油 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及煤的中低溫熱解，更具體地說，涉及一種煤的中低溫熱解系統和利用 該系統生產提質煤、高熱值熱解氣和煤焦油或液化合成油的方法。
背景技術：
煤的化學組成很復雜，但歸納起來可分為有機質和無機質兩大類，以有機質為主 體。煤中的有機質主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成，其中，碳、氫、氧占有機質 的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中的無機質主要是水分和礦物質，它們 的存在降低了煤的質量和利用價值，其中絕大多數是煤中的有害成分。煤與水蒸氣在一定 的溫度和壓力下可發生水煤氣反應，從而形成水煤氣、即煤合成氣或煤熱解氣和煤焦油。通 常，煤熱解氣具有如下組成=CO :45%左右，CO2 17% -20%左右，H2 34% -39%左右，CH4 0. 1-4%左右。煤焦油為煤熱解過程中所得到的一種液體產物，其分為高溫熱解煤焦油和中 低溫熱解煤焦油。中低溫熱解煤焦油是人造石油的重要來源之一，經高壓加氫可制得包括 汽油、柴油等液化油的產品。由于煤的形成年代和地質構造的不同，使得產地不同的煤在質量、組成、和性能上 存在巨大差異，多年來，人們一直在尋找一種既經濟、又高效地將低質煤轉變為高質煤、或 合理利用煤、同時又能夠保留或回收煤中有用組分的方法。US2008/0134666A1公開了一種使用非混合燃料處理器的系統和方法，該方法使用 了三個反應器，在第一個反應器中，煤與水蒸汽反應，被初步氣化成包括氫氣、一氧化碳和 二氧化碳等氣體的合成氣。合成氣中的二氧化碳被二氧化碳吸附劑材料吸附后進入第二 個反應器中，這樣從第一個反應器中排出的氣體主要是富含氫氣的氣體。在第三個反應器 中，作為氧轉移材料的金屬或金屬氧化物、例如FeO與被通入的熱空氣發生強放熱的氧化 反應。氧轉移材料與氧結合后被輸送至第二反應器中，在第三反應器中的熱空氣在耗盡氧 后形成富含氮的氣體，這樣的高溫惰性熱氣體從第三反應器中排出后可用于發電。而進入 第二反應器中的廢二氧化碳吸附劑材料在結合氧的高溫氧轉移材料進入第二反應器而帶 入的大量熱量作用下，發生熱分解釋放出二氧化碳。同時煤中未被完全氣化而產生的一些 焦炭也從第一反應器中進入第二反應器中，與來自第三反應器的結合氧的氧轉移材料反應 生成二氧化碳和水蒸汽。而從第三反應器進入第二反應器中的結合氧的氧轉移材料此時被 還原，釋放氧后重新變為未結合氧的氧轉移材料，并從第二個反應器中進入第三個反應器 中進行再一次氧化反應循環，以便結合氧。這樣從第二個反應器中釋放出的氣體將是富含 二氧化碳的氣體。通過二氧化碳吸附劑材料以及氧轉移材料在第二反應器中的再生和被還 原，并各自進入第一反應器和第三反應器，實現了吸附劑材料和氧轉移材料的循環和再生 利用，同時從第一、第二和第三反應器中各自排出富含氫的氣體、富含二氧化碳的氣體和富 含氮的氣體。上述系統和方法的優點是空氣中氧和氮等其它成分在第三反應器中實現有效分離，并產生了較純的富氫氣體、富二氧化碳氣體、以及富氮氣體，由于富氮氣體溫度較高，可 用于發電等熱利用或與第一反應器中排出的氫氣和/或第二反應器中排出的二氧化碳反 應形成氨或尿素的工業產品，這樣煤中的熱量即被有效地用于發電，又保留或回收了煤中 有用的組分，形成工業產品氨或尿素，或高熱值的氫氣。但上述系統和方法也存在著很大的缺點，首先需要三個高溫反應器，其運行和 造價成本很高；第二 三個高溫反應器的運行溫度均須接近1000°c，第三反應器甚至高達 1200°C-1550°C，在如此高溫下，氧轉移材料顆粒或焦炭在表面張力的作用下會逐漸由小顆 粒融聚成大顆粒，在由一個反應器輸送到另一個反應器中時會堵塞管道，從而造成運行事 故；第三在該系統中，煤的氣化分兩步進行，在第一反應器中煤被初步氣化，在第二反應 器中，形成的部分焦炭被充分氣化。這樣無形增加了系統的復雜性和系統運行的不安全性。US6911057和US6669917也公開了與上述US2008/0134666A1中所述的系統和方法 相似的設備和方法，由于他們的原理基本相同，所以不可避免地也具有上述無法克服的缺 點οUS6667022公開了一種將含有合成氣的氣體混合物分離成各自富含氫氣、二氧化 碳氣體的方法和裝置。其中在第一個流化床反應器中，二氧化碳吸附劑材料、例如氧化鈣或 白云石吸附合成氣中的二氧化碳，同時，合成氣中的一氧化碳與水蒸氣進一步反應形成二 氧化碳和氫氣，剩余的一氧化碳又被氧化鐵氧化成二氧化碳，同時，氧化鐵被還原為氧化亞 鐵。吸附二氧化碳后變為碳酸鹽的廢吸附劑材料和氧化亞鐵在第二個流化床反應器中與高 溫攜氧水蒸汽接觸，廢吸附劑材料發生熱分解放出二氧化碳而變為新鮮的吸附劑材料，而 氧化亞鐵被氧氣氧化成為氧化鐵，隨后，再生的吸附劑材料和氧化鐵又被循環回第一個流 化床反應器中，以便循環利用。雖然US6667022中所述的方法和裝置也涉及對二氧化碳的吸附和氧轉移材料的 應用，但其主要用于對合成氣中各組分的分離，并不涉及煤的熱解(包括中低溫熱解和高 溫熱解)或氣化。同時其第二流化床反應器的運行溫度也高達1200°C。上述所提及的專利文獻在此全文引入以作參考。
發明內容
本發明的目的旨在克服煤轉化和利用過程中的上述缺陷，并提供一種高效、經濟 地利用煤，并保留和回收煤中有用組分的系統和方法。更具體地說，本發明涉及一種煤的中 低溫熱解系統和利用該系統生產提質煤、高熱值熱解氣和焦油或液化合成油的方法。該方 法使得在煤熱效率被改善的同時，煤中的有用組分被有效保留或回收。本發明提供一種煤的中低溫熱解系統，包括煤的中低溫熱解爐，包括原煤入口、水蒸氣入口、提質煤出口、熱解氣輸出管道、和 至少一個在中低溫熱解爐內位于原煤入口和提質煤出口之間的中低溫熱解區，其中被輸入 的原煤在所述中低溫熱解區中與提供氧的氧轉移材料發生反應而被中低溫熱解，并生成包 括甲烷，一氧化碳、二氧化碳、和氫氣的熱解氣和煤焦油氣體或合成油氣體；和至少一個經廢氧轉移材料輸送管道和再生氧轉移材料輸送管道而與所述中低溫 熱解爐相連通的氧轉移材料再生器，其中進入氧轉移材料再生器中的廢氧轉移材料與被輸 入所述再生器中的攜氧氣體發生氧化反應而被再生，而經氧化反應損失氧或被去除氧的廢攜氧氣體從其出口被排出；經所述熱解氣輸出管道而與所述煤的中低溫熱解爐相連通的冷凝器，其中所述中 低溫熱解焦油氣體或合成油氣體經冷凝而變為煤焦油或液化合成油，并與所述熱解氣相分1 O優選地，所述的中低溫熱解區包括煤和氧轉移材料的流化床，該流化床包括底部 多孔擋板和至少一個下導管，所述下導管的底部在所述多孔擋板之下，而所述下導管的頂 部在所述多孔擋板之上.所述下導管的頂部是一個開口，例如喇叭形開口，并被篩所覆蓋，其中篩孔尺寸、 原煤或提質煤、以及氧轉移材料的粒徑具有如下關系C重量％原煤或提質煤最小粒徑>篩孔尺寸> A重量％氧轉移材料的最大粒徑，其中，C重量％和A重量％各自獨立地大于75重量％。更優選地，C重量％和A重量％各自獨立地大于85重量％。最優選地，所述C重量％和A重量％各自為100重量％。所述原煤也可是原煤和煤直接液化催化劑的混合物。所述氧轉移材料可被加載在 耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的孔隙內，并且前述下導管的頂部可是一個開口，例如喇叭形開 口，并被篩網所覆蓋，所述篩網的篩孔直徑與所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的最大直徑相 等，以使所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒通過所述篩網而進入所述下導管中。同樣優選地，所述中低溫熱解區包括煤和氧轉移材料的流化床，該流化床也可包 括底部多孔擋板和至少兩個垂直擋板，一個垂直擋板具有在多孔擋板附近、有至少一個側 切口的下端，另一個垂直擋板具有在多孔擋板之上、有至少一個側切口的上端。所述垂直擋板在多孔擋板之上、有至少一個側切口的上端被篩所覆蓋，其中篩孔 尺寸、原煤或提質煤、以及氧轉移材料的粒徑具有如下關系C重量％原煤或提質煤最小粒徑>篩孔尺寸> A重量％氧轉移材料的最大粒徑，其中，C重量％和A重量％各自獨立地大于75重量％。更優選地，所述C重量％和A重量％各自獨立地大于85重量％。最優選地，所述C重量％和A重量％各自為100重量％。所述氧轉移材料可被加載在耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的孔隙內，其中，所述垂直 擋板在多孔擋板之上、有至少一個側切口的上端被篩網所覆蓋，其中，所述篩網的篩孔直徑 與所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的最大直徑相等，以使所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒通過 所述篩網而進入所述垂直擋板與所述中低溫熱解爐內壁所形成的狹縫或通道中。上述系統可包括多個所述中低溫熱解區。所述氧轉移材料可為金屬或金屬氧化物，例如鐵的氧化物，特別是FeO或狗203。可在中低溫熱解爐和/或氧轉移材料再生器中設置一個或多個熱轉換器，以便將 多余的熱量轉移出上述系統。可在中低溫熱解爐和/或氧轉移材料再生器中設置一個或多個旋風機、旋風機級 聯、過濾器和/或隔膜，以便將其中的氣體與固體顆粒分離。在所述氧轉移材料再生器中經氧化反應損失氧或被去除氧的廢攜氧氣體可被用 于經熱交換器而加熱所述的中低溫熱解爐或其所需要的水蒸氣。優選地，在所述冷凝器中可布置一層或多層吸附二氧化碳的吸附劑，從而捕捉二氧化碳、并提高所述熱解氣的熱值。原煤在中低溫熱解區中被脫去水分、中低溫揮發分，從而變為熱值被提高的提質iS ο原煤中的硫分與氧轉移材料在所述中低溫熱解爐中發生反應形成煤或煤焦油加 氫液化反應所需的催化劑。特別是，上述催化劑可是鐵的硫化物。提質煤出口位于所述的多孔擋板的附近，并且多孔擋板向所述提質煤出口一側傾 斜，從而將提質煤排出中低溫熱解爐。在所述多孔擋板上也可具有提質煤出口，以便將提質 煤排放到中低溫熱解區的下方。進入中低溫熱解爐中的原煤粒徑為500微米-100毫米。通常，所述氧轉移材料再生器包含將所述廢氧轉移材料從所述再生器的下部提升 至所述再生器上部的提升管。根據本發明的另外一個方面，提供一種利用上述煤中低溫熱解系統生產提質煤、 高熱值熱解氣和煤焦油或液化合成油的方法該方法按順序包括以下步驟向所述中低溫熱解爐中加入原煤或原煤和煤直接加氫液化催化劑的混合物和氧 轉移材料，同時通入水蒸氣，以使中低溫熱解爐中的中低溫熱解區達到250°C -750°C的中 低溫熱解溫度；原煤中的中低溫熱解組分和氧轉移材料在中低溫熱解區中發生反應，形成包括一 氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷的熱解氣，以及中低溫熱解煤焦油氣體或合成油氣體，同時 原煤經中低溫熱解脫去水分、中低溫揮發分而變為高熱值的提質煤，其中原煤中的硫分與 氧轉移材料發生反應而形成煤或中低溫熱解煤焦油加氫液化反應所需的催化劑；從提質煤出口排出所形成的提質煤，并從熱解氣輸出管道排出所述中低溫熱解煤 焦油氣體或合成油氣體和熱解氣的混合物；廢氧轉移材料經所述廢氧轉移材料輸送管道而從中低溫熱解爐中被輸送至氧轉 移材料再生器中；所述廢氧轉移材料在所述再生器中與被通入所述再生器中的攜氧氣體發生氧化 反應而被再生；再生的氧轉移材料經所述再生氧轉移材料輸送管道從所述再生器中被輸送至所 述中低溫熱解器中，以便循環使用所述氧轉移材料；使被排出的所述中低溫熱解煤焦油氣體或合成油氣體和熱解氣的混合物經過冷 凝器，所述中低溫熱解煤焦油氣體或合成油氣體經冷凝而變為煤焦油或液化合成油，從而 與所述熱解氣相分離。其中所述攜氧氣體是空氣。被排出的所述熱解氣經二氧化碳吸附劑吸附而被去除二氧化碳，從而提高了所述 熱解氣的熱值和實現了對二氧化碳的捕捉。
圖1為本發明中低溫熱解系統操作原理的示意圖。其中有些組件是任選的。圖2A為煤與氧轉移材料在中低溫熱解爐中分離的機構的一種優選結構。圖2B為煤與氧轉移材料在中低溫熱解爐中分離的機構的另一種優選結構。
圖3為載有氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的放大圖。圖4為本發明中低溫熱解系統操作原理的又一示意圖，其中對從再生器中排出的 臟空氣進行氣固-分離。
具體實施例方式下面參考附圖進一步解釋和描述本發明，以使本領域普通技術人員清楚理解本發 明的實質和內涵。但描述僅僅是示范性的，不意味著對本發明構成任何限制。圖1表示了本發明中低溫熱解系統的一個概括性和示范性的實施方式。如圖1所 示，該系統包括一個中低溫熱解爐(100)和氧轉移材料再生器000)，所述氧轉移材料再生 器(200)通過廢氧轉移材料輸送管線(10 和再生氧轉移材料輸送管線(104)與所述熱解 爐相連通。在所述熱解爐的下部，優選為底部具有水蒸氣入口(102)，而在所述熱解爐上部、 優選為頂部具有熱解氣出口或輸出管線(111)。同時在所述熱解爐中部或上部具有原煤入 口(101)，而在所述熱解爐下部或底部具有提質煤出口(109)。在氧轉移材料再生器的底 部、中部和頂部分別具有熱空氣入口 001)、提升管(202)和臟空氣出口(203)。一定粒度的原煤從所述熱解爐的中部或上部進入所述熱解爐中，在水蒸汽和氧轉 移材料的存在下，發生物理和化學變化，被中低溫熱解，從而形成焦或提質煤，以及煤熱解 氣，煤熱解氣中主要含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、水蒸氣、和少量的硫化物氣體。焦 或提質煤的主要成分是碳。來自氧轉移材料再生器Q00)的新鮮或再生氧轉移材料從再生氧轉移材料輸送 管線(104)進入中低溫熱解爐中，發生如下反應0TM+0+C <= > C0+0TM-0 (1)C0+0TM+0 <= > C02+0TM-0 (2)0ΤΜ+0+Η2 <= > H2CHOTM-O (3)同時，原煤在所述熱解爐中發生如下水煤氣反應 CH0.8(煤)+H20<= >C0+1.4H2(4) C0+H20 <= > C02+H2 (5) C0+3H2 <= > CH4+H20 (6) 2C0+2H2 <= > CH4+C02 (7) 煤中含有的硫化物經中低溫熱解形成主要為H2S的硫化物氣體，接著發生如下反
應H2S+0TM+0 <= > H20+S02+0TM-0 (8)或4S+0TM+0 <= > H20+0TM-0S (9)這樣，中低溫熱解爐中的煤形成焦或提質煤固體以及煤熱解氣，同時新鮮攜氧的 氧轉移材料在中低溫熱解爐中被還原為釋氧的或無氧的廢氧轉移材料，并經過廢氧轉移材 料輸送管線(10 進入其再生器O00)中發生以下化學反應而再生0ΤΜ-0+02 <= > 0ΤΜ+0(10)再生后的攜氧氧轉移材料又通過再生氧轉移材料輸送管線(104)被循環回上述 熱解爐(100)中，并在其中被再一次還原。在上述熱解爐中形成的焦或提質煤經位于熱解爐(100)下部的提質煤出口(109)而被排除熱解爐外，在熱解爐中形成的煤熱解氣經位于熱解爐上部、優選頂部的煤熱解氣出口或輸出 管道(111)也被排出熱解爐外，而且該煤熱解氣中含有尚未冷凝分離的煤焦油或合成油氣 體。熱解爐的工作溫度通常為250_750°C，優選為300-700°C，更優選為350_650°C，特 別優選為400-600°C，最優選為450-550°C ；而熱解爐的工作壓力通常不大與60Bar，優選為 20-60Bar，更優選為25_55Bar，特別優選為30_50Bar，最優選為35_45Bar，例如為40Bar。水蒸汽、優選為高壓水蒸汽通常經高壓噴嘴從熱解爐的底部被注入到熱解爐中以 促進其中的水煤氣反應。對此處的水蒸汽溫度及其用量不做特別的限定，只要其能夠使熱 解爐的溫度達到所要求的工作溫度和使水煤氣反應正常進行就行，例如為200-750°C，其也 可與熱解爐中的工作溫度相同或相似。氧轉移材料再生器中的工作溫度通常為550-1000°C，優選為550_900°C，更優 選為450-850 V，特別優選為500-800 °C，最優選為550-750 V，例如600 V或700 V ；而 熱解爐的工作壓力通常不大與60Bar，優選為20_60Bar，更優選為25_55Bar，特別優選為 30-50Bar，最優選為 35_45Bar，例如為 40Bar。進入再生器(200)底部的釋氧或無氧廢氧轉移材料被從底部吹入的熱空氣攜帶 經提升管(20 上升至再生器(200)的上部，在向上運動的過程中，與熱空氣中的氧氣發生 強放熱的氧化反應，并被氧化為攜氧的新鮮或再生氧轉移材料，經再生氧轉移材料輸送管 線(104)被循環回熱解爐(100)中，而損耗或耗盡氧的臟空氣則經位于再生器(200)上部 或頂部的其出口(203)排除。這里，不對上述熱空氣的溫度和用量作特別的限定，只要其保證再生器(200)達 到所要求的工作溫度和使其中的氧化反應順利進行就行。上述熱空氣優選經高壓噴嘴被噴 入到再生器O00)的底部。上述氧轉移材料通常為金屬氧化物，優選為!^e的氧化物，而特別優選為!^OJe2O3 和/或Fii3O4，最優選為FeO。當上述氧轉移材料為FeO時，在熱解爐(100)中其將與煤熱解氣中的H2S發生以 下反應FeO+H2S <= > H20+FeS(9，)如上所述，中低溫熱解煤焦油是人造石油的重要來源之一，經高壓加氫可制得包 括汽油、柴油等液化油的產品而!^S是煤直接液化以及煤焦油加氫反應的良好催化劑，在FeS的催化作用下，中 低溫熱解形成的煤焦油在熱解爐(100)中在20-60Bar高壓下將與煤熱解氣中含有的氫發 生以下加氫反應CxHy (煤焦油或煤)+H2 <= > CH2 (合成油) (11)其中y/x 約為 0.8。經過上述加氫反應，煤熱解氣中的焦油被轉變為人造合成石油。如果上述反應獲 得的FeS數量不足以促使上述加氫液化反應連續進行或充分進行，可在加入到中低溫熱解 爐(100)中的原煤中混入一定比例的催化劑，例如i^eS，以促使上述加氫液化反應完成。從中低溫熱解爐中排出的煤熱解氣經通常包括冷凝器的焦油收集設備被分離出煤焦油或液化合成油，從而變成純的煤熱解氣。上述熱解氣含有氫氣，甲烷，一氧化碳和二 氧化碳。將上述熱解氣通過由二氧化碳吸附劑材料組成的過濾器將得到主要成分為氫氣， 甲烷和一氧化碳的更純的煤熱解氣，上述過濾掉二氧化碳的煤熱解氣由于不含雜質，因而 是熱值非常高的優質氣態燃料。原煤在熱解爐中經中低溫熱解失去水分和中低溫揮發分后變為焦或提質煤，其熱 值也大幅度提高。與煤熱解氣冷凝分離的焦油或液化合成油是很好的化工原料或液體燃料。這樣，通常的原煤、尤其是劣質煤經本發明的中低溫熱解系統而被轉變為提質煤、 高熱值熱解氣和煤焦油或液化合成油，其利用價值和熱效率被大大提高。當上述氧轉移材料是!^e的氧化物時，這種氧轉移材料可能會存在多種形態，因為 通常作為上述氧轉移材料的狗的氧化物在中低溫熱解爐(100)和再生器O00)中會發生 以下反應在熱解爐(100)的還原氣氛下，鐵的氧化物會發生以下反應CxHy (coal) +FeO = > CO2+H20+Fe(12)或CxHy (coal) +Fe2O3 = > C02+H20+Fe(13)而在再生器O00)中，在氧化氣氛下，Fe會發生以下反應Fe+02 = > FeO(14)Fe0+02 = > Fe2O3(15)Fe203+02 = > Fe3O4(16)上述氧化反應均為強放熱反應，其間將會產生大量熱量，從而將再生器Q00)的 工作溫度維持在400-1000°C的范圍之內。上述反應具有不同的反應溫度，在400-1000°C的 反應溫度下，Fe主要被氧化為狗0。由于從上述熱解爐中排出的煤熱解氣體通常會含有固體顆粒的粉塵，優選地，使 這樣的氣體通過氣-固或氣-液分離器，例如圖1所示的旋風機114、旋風機級聯、隔膜、和 /或過濾器，以實現氣固分離，分離后的固體粉塵可進行常規的水淬處理。氣-固分離后的煤熱解氣體溫度通常在250-750°C之間。優選地，可用一個或多個 熱交換器，例如水或空氣可流經其間的盤管式或多管式熱交換器將其溫度降低到適合于冷 凝分離煤焦油或加氫液化合成油的溫度，上述溫度對于本領域普通技術人員來說是顯而易 見的，并可從相關的現有技術文獻或專有設備說明書中得到。優選地被氣固分離和冷卻的煤熱解氣體經典型地含有如圖1所示的冷凝器(300) 的煤焦油或液化合成油收集設備，而被分離成純的煤熱解氣和煤焦油或加氫液化合成油。更優選地，在上述熱交換器(11 中，如圖1所示，使用經壓縮機(301)增壓的壓 縮空氣作為熱交換器(115)的熱交換介質，被上述熱交換器加熱的壓縮空氣可作為上述再 生器(200)所需的熱空氣來源，經高壓噴嘴被直接噴到所述再生器O00)的底部。從上述再生器(200)的頂部排出的耗氧或無氧的臟空氣溫度可達550-1000°C。同 樣優選地，該高壓高溫空氣可被送入膨脹機(302)中，并驅動蒸汽鍋爐(305)或汽輪機用于 發電，所產生的蒸汽也可作為中低溫熱解爐(100)所需的蒸汽來源經高壓噴嘴被直接注入 到所述熱解爐的底部。實際上，在中低溫熱解爐(100)中存在一個中低溫熱解區(105)，該熱解區可為固11定床或流化床結構，而優選為流化床結構，煤在該區域發生熱解和/或被中低溫熱解，同樣 水煤氣反應也發生在該區域。在該區域，原煤和氧轉移材料被充分混合，高壓和高溫水蒸汽 也從底部被注入到該區域中，從而形成煤、氧轉移材料，和水蒸汽的混合物。提質煤或焦和廢氧轉移材料的混合物可通過一定的分離機構分離，分離后的提質 煤或焦被排出熱解爐外，經鈍化失活降溫變為提質煤固體產品，而分離后的廢氧轉移材料 經廢氧轉移材料輸送管線(10 進入其再生器O00)中被再生。對上述分離機構并不作特別的限定，但優選的分離機構為圖2A和圖2B中所示的 分離機構。圖2A顯示了在圖1中的中低溫熱解區(105)中煤或焦與廢氧轉移材料相分離的 機構的一種優選實施方式，其中中低溫熱解區(10 包括流化床，例如噴泉床，所述流化床 在底部具有穿孔板(106)或類似的裝置，例如泡罩塔盤或浮閥塔盤，其具有一個或多個向 上呈喇叭形開口的下導管(107)。下導管(107)的喇叭形開口被篩網(108)覆蓋。煤或焦 和氧轉移材料的粒度和篩網108的篩孔尺寸符合以下關系C重量％煤或焦的最小粒度>篩網(108)的篩孔尺寸> A重量％氧轉移材料的最 大粒度C重量％和A重量％的數值獨立地為> 60重量％，優選> 75重量％，更優選> 85 重量％，特別優選> 95重量％，最優選100重量％。此處的煤或焦和氧轉移材料的粒度以 及篩網108的篩孔尺寸都是指其直徑。如圖2A所示，新鮮/再生氧轉移材料通過下導管或中空管向下移動并進入靠近穿 孔板(106)的區域，從而進入流化床的下部，隨后被流化床向上流化并快速與其中的煤和 水蒸氣反應。在通過流化向上漂浮移動的過程中，新鮮/再生氧轉移材料被還原而完成反 應過程，并由于反應完成而變成廢氧轉移材料。當廢氧轉移材料到達或靠近下導管(107) 的上述喇叭形開口時，由于流化作用，它不得不通過覆蓋下導管(107)的上述喇叭形開口 的篩網(108)，篩網(108)允許廢氧轉移材料的小顆粒通過而將煤或焦的大顆粒保留在中 低溫熱解區(105)中。通過篩網(108)的廢氧轉移材料顆粒向下穿過下導管(107)并進入 穿孔板(106)之下的空間內。最后，廢氧轉移材料通過廢氧轉移材料輸送管線(103)離開 中低溫熱解爐(100)，并被送入氧轉移材料再生器O00)中再生。必須注意到，圖2A中的篩網(108)是任選的，可以從本發明的上述系統中省去。在 這種情況下，將有一定量煤或焦的顆粒或煤粉塵被夾雜帶入廢氧轉移材料顆粒中，并與廢 氧轉移材料一起進入氧轉移材料再生器O00)中，經與通入的熱空氣一起燃燒而轉變為二 氧化碳等氣體，從而與再生或新鮮的氧轉移材料分離。在中低溫熱解區(105)，煤被熱解并有可能與氧轉移材料發生碰撞，因此，在中低 溫熱解區(105)的煤或焦的粒度分布與剛剛進入熱解爐(100)中的原煤的粒度分布可能不 同，也就是說，在中低溫熱解區(105)中的煤或焦的粒度分布要比剛剛進入熱解爐(100)中 的原煤的粒度寬。因此，即使存在上述覆蓋下導管(107)的上述喇叭形開口的篩網(108)， 也仍會有一小部分煤或焦的細顆粒或粉塵進入上述廢氧轉移材料中。這部分煤或焦的細顆 粒或粉塵隨廢氧轉移材料進入再生器O00)中后，會被燃燒掉。如果廢氧轉移材料主要是 狗，在進入再生器(200)之前，也可通過磁選的方法將廢氧轉移材料和上述煤或焦的細顆 粒或粉塵相分離。
篩網(108)應能夠承受約900°C以下、例如750°C的高溫，并在上述高溫下具有足 夠的強度和抗變形能力。可使用多種材料制備上述篩網(108)，例如基于Fe、Co和/或Ni 的耐高溫合金或基于SiC和/或Si3N4的多孔耐高溫陶瓷膜。在流化床的作用下，煤或焦和氧轉移材料顆粒被流化并漂浮在穿孔板(106)上 方。但是，由于氧轉移材料顆粒的粒度比煤或焦顆粒的粒度小得多，導致廢氧轉移材料顆 粒的重量比煤或焦顆粒的重量也小得多。由此，廢氧轉移材料顆粒的相對于穿孔板(106) 的流化或漂浮高度比煤或焦顆粒高得多，因此，廢氧轉移材料顆粒能夠接近或到達下導管(107)的向上呈喇叭形的開口，并很容易被上述開口捕捉。結果，煤或焦顆粒和廢氧轉移材 料顆粒的分離由此實現。在中低溫熱解區(105)中，溢流管(即向上呈喇叭形開口的下導管(107))的頂部 開口相對于穿孔板(106)的位置決定了流化床的高度，其用于將氧轉移材料顆粒溢流速率 控制到所要求的數值，從而控制中低溫熱解區(10 中氧轉移材料的反應飽和狀態，由此 控制氧轉移材料在中低溫熱解爐(100)中的中低溫熱解區(105)中的相對數量。原煤在中低溫熱解區(10 中被熱解和中低溫熱解后變為半焦或焦，在與廢氧轉 移材料分離后，經本領域普通技術人員所熟知的常規機構、例如多孔擋板(106)中預置的 排焦口(未示出)被排放到多孔擋板(106)下方的特定區域，并由該特定區域經中低溫熱 解爐(100)下部或底部的另一排焦口(109)排出熱解爐(100)之外。在用具有如圖2A所示的中低溫熱解區(105)的如圖1所示的系統進行煤的中低 溫熱解過程之前，在本發明中低溫熱解方法實施之前，原煤經原煤入口(101)被裝入中低 溫熱解區(10 中。一旦開始操作，高溫高壓水蒸氣通過穿孔板(106)上的孔進入流化床 中，并迅速使中低溫熱解爐(100)達到其工作壓力和溫度。同時，氧轉移材料顆粒進入流化 床中并與煤顆粒一起被流化。在煤和氧轉移材料顆粒因流化而向上飄浮的過程中，煤被熱 解而脫去水分和中低溫揮發分變為焦或半焦，而氧轉移材料被其中的碳、一氧化碳和/或 氫氣還原并釋放出氧離子后變為廢氧轉移材料。如果煤或焦和廢氧轉移材料的粒度與篩網(108)的篩孔尺寸之間的關系符合以上所描述的關系，理論上講，篩網(108)僅允許廢氧轉 移材料顆粒通過而將煤或焦顆粒保留下來。被流化的廢氧轉移材料顆粒通過溢流穿過篩網 (108)進入下導管(107)中，并下落到中低溫熱解區(105)以下的空間里，并最終通過廢氧 轉移材料輸送管線(103)離開中低溫熱解爐(100)。在本發明的一個優選實施方式中，氧轉移材料顆粒的粒度為1至1000微米，而煤 顆粒的粒度為500微米到100毫米或更大。熱解爐(100)的溫度和壓力在適合于煤的中低 溫熱解的范圍內，例如2000C -900°C，特別是250°C _750°C;1大氣壓-100巴，特別是20-60巴。圖2B顯示了在圖1中所示的中低溫熱解區(105)中煤和/或焦與氧轉移材料分 離的機構的的另一優選實施方式。該實施方式與圖2A基本相同，不同之處是使用了至少兩 個各具有一個或多個側切口末端的垂直擋板(107’ )代替向上呈喇叭形開口的垂直下導管 (107)(即溢流管)。本領域普通技術人員顯然可以認識到，該中低溫熱解區(10 的操作 原理與圖2A中的完全相同。如圖2B所示，在中低溫熱解爐(100)的垂直內壁和至少兩個垂直擋板(107’ )之 間存在縫隙或通道，新鮮/再生氧轉移材料通過中低溫熱解爐(100)的垂直內壁和一個具有至少一個側切口的下端的垂直擋板(107’ )之間的縫隙或通道，并通過所述下端側切口 進入靠近穿孔板(106)的區域，從而進入流化床的下部，隨后被流化床向上流化并迅速被 其中的碳、一氧化碳、和/或氫氣還原而失去氧變為廢氧轉移材料。在通過流化向上漂浮移 動的過程中，新鮮/再生氧轉移材料被還原并完成反應過程，而由此變成廢氧轉移材料。在 廢氧轉移材料靠近或到達另一個垂直擋板(107’ )的至少一個側切口的上端時，由于流化 作用，其不得不通過覆蓋上述具有至少一個側切口的上端的篩網(108)，篩網(108)允許廢 氧轉移材料的小顆粒通過而將煤或焦的大顆粒保留在中低溫熱解區(10 中。通過篩網 (108)的廢氧轉移材料顆粒向下穿過中低溫熱解爐(100)的垂直內壁和上述具有至少一個 側切口上端的垂直擋板(107’ )之間的縫隙或通道，并進入穿孔板(106)之下的空間。最 后，廢氧轉移材料通過廢氧轉移材料輸送管線(103)離開熱解爐(100)，并被送入氧轉移材 料再生器O00)中再生。在上述情況下，煤和/或焦和氧轉移材料的粒度和篩網(108)的篩孔尺寸符合以 下關系C重量％煤或焦的最小粒度>篩網(108)篩孔尺寸> A重量％氧轉移材料的最大 粒度C重量％和A重量％的數值獨立地為> 60重量％，優選> 75重量％，更優選> 85 重量％，特別優選> 95重量％，最優選100重量％。此處的煤和氧轉移材料的粒度以及篩 網(10 的篩孔尺寸都是指其直徑。必須注意到，圖2B中的篩網(108)是任選的，其可從本發明的上述系統中省去。在 這種情況下，將有少量煤或焦的顆粒或粉塵被夾雜帶入廢氧轉移材料顆粒中，并與廢氧轉 移材料顆粒一起進入氧轉移材料再生器O00)中，經與通入的熱空氣一起燃燒而轉變為二 氧化碳等氣體，從而與再生或新鮮氧轉移材料分離。在中低溫熱解區(10 中，煤被熱解并有可能與氧轉移材料發生碰撞，因此，在中 低溫熱解區(105)中煤或焦的粒度分布與剛剛進入中低溫熱解爐(100)中的原煤粒度分布 可能不同，也就是說，在中低溫熱解區(105)中煤或焦的粒度分布要比剛剛進入中低溫熱 解爐(100)中的原煤的粒度寬。因此，即使存在上述覆蓋垂直擋板(107’)的具有至少一個 側切口的上端的篩網(108)，也仍會有一部分煤或焦的細顆粒或粉塵進入上述廢氧轉移材 料中。這部分煤或焦的細顆粒或粉塵隨廢氧轉移材料顆粒進入再生器O00)中后，會被燃 燒掉。如果廢氧轉移材料主要是狗，在進入再生器(200)之前，也可通過磁選的方法將廢氧 轉移材料和上述煤或焦的細顆粒或粉塵分離。篩網(108)應能夠承受約900°C以下、例如約750°C的高溫，并在上述高溫下具有 足夠的強度和抗變形能力。可使用多種材料制備上述篩網(108)，例如基于Fe、Co和/或 Ni的耐高溫合金或基于SiC和/或Si3N4的多孔耐高溫陶瓷膜。在流化床的作用下，煤或焦和氧轉移材料顆粒被流化并漂浮在穿孔板(106)上 方。但是，由于廢氧轉移材料顆粒的粒度比煤或焦顆粒的粒度小得多，導致廢氧轉移材料顆 粒的重量比煤或焦顆粒的重量也小得多。由此，廢氧轉移材料顆粒的相對于穿孔板(106) 的流化或漂浮高度比煤或焦顆粒高得多，因此，使得廢氧轉移材料能夠接近或到達另一垂 直擋板(107’)的具有至少一個側切口的上端，并很容易被該垂直擋板(107’)的具有至少 一個側切口的上端捕捉。結果，煤或焦顆粒和廢氧轉移材料顆粒的分離由此實現。
在中低溫熱解區(105)中，垂直擋板(107’ )的頂端相對于穿孔板(106)的位置 決定了流化床的高度，其用于將氧轉移材料的溢流速率控制到所要求的數值，從而控制中 低溫熱解區(10 中氧轉移材料的反應飽和狀態，由此控制氧轉移材料在中低溫熱解爐 (100)中的中低溫熱解區(105)中的相對數量。原煤在中低溫熱解區(10 中被中低溫熱解后變為半焦或焦，在與廢氧轉移材 料分離后，經本領域普通技術人員所熟知的常規機構、例如多孔擋板(106)中預置的排焦 口(未示出)被排放到多孔擋板(106)下方的特定區域，并由該特定區域經中低溫熱解爐 (100)下部或底部的另一排焦口(109)排出中低溫熱解爐(100)之外。在用具有如圖2B所示的中低溫熱解區(105)的如圖1所示的系統進行煤的中低 溫熱解過程之前，在本發明中低溫熱解方法實施之前，原煤經原煤入口(101)被裝入中低 溫熱解區(105)中。一旦開始操作，高溫高壓的水蒸氣通過穿孔板(106)上的孔進入流化 床中，并迅速使中低溫熱解爐(100)達到工作溫度和工作壓力。同時，氧轉移材料顆粒進入 流化床中并與煤顆粒一起被流化。在煤和氧轉移材料因流化而向上飄浮移動的過程中，煤 被熱解而脫去水分和中低溫揮發分變為焦或半焦，而氧轉移材料被還原并釋放出氧離子變 為廢氧轉移材料。如果煤或焦和廢氧轉移材料的粒度與篩網(108)的篩孔尺寸之間的關系 符合以上所描述的關系，理論上講，篩網(108)僅允許廢氧轉移材料顆粒通過而將煤或焦 顆粒保留下來。被流化的廢氧轉移材料顆粒通過溢流穿過篩網(108)進入中低溫熱解爐 (100)垂直內壁與垂直擋板(107’)形成的間隙或通道中，并下落到中低溫熱解區(105)以 下的空間里，最終通過廢氧轉移材料輸送管線(103)離開中低溫熱解爐(100)。在本發明的一個優選實施方式中，氧轉移材料顆粒的粒度為1至1000微米，而煤 或焦顆粒的粒度為500微米到100毫米或更大。中低溫熱解爐(100)的溫度和壓力在適合 于煤的中低溫熱解的范圍內，例如2000C -900°C，特別是2500C -750°C ；1大氣壓-100巴， 特別是20-60巴。也可選擇另外一種方式來實現煤或焦顆粒與廢氧轉移材料之間的物理分離。即將 氧轉移材料加載在耐高溫的多孔陶瓷材料顆粒的內部空隙之內，并且這些內部孔隙與外部 相連通。通過耐高溫多孔陶瓷材料顆粒與煤或焦顆粒之間的分離來實現煤或焦顆粒與氧轉 移材料之間的分離。眾所周知，原煤和焦的比重通常在1. 0-1. 8之間，而作為氧轉移材料的 金屬氧化物則遠大于上述數值，例如狗的各種氧化物和！^的比重則在3. 5-5之間，大多數 的耐高溫陶瓷，例如碳化硅和氮化硅陶瓷的比重也在3.0之上。因此，內部空隙被上述氧轉 移材料填充的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的表觀比重遠遠大于煤或焦顆粒的表觀比重。當將 上述載有氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒作為惰性材料在上述中低溫熱解區(105) 中與煤或焦顆粒一起被流化或混合時，在中低溫熱解爐(100)的操作條件下，陶瓷材料顆 粒內部空隙中的氧轉移材料同樣會被還原并失去氧，之后載有被還原的廢氧轉移材料的耐 高溫多孔陶瓷材料顆粒經廢氧轉移材料輸送管線(10 進入再生器Q00)中，在上述內部 空隙中的廢氧轉移材料同樣被進入再生器O00)中的熱空氣中的氧氣氧化，從而轉變為新 鮮或再生氧轉移材料，由此可知，氧轉移材料無論是在中低溫熱解爐(100)中被還原，還是 在再生器O00)中被氧化均是在耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的內部空隙中進行的。可加載氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料可是各種抗還原氣氛和氧化氣氛的耐 高溫陶瓷惰性材料，而優選是碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等。圖3是上述耐高溫多孔陶瓷材料15顆粒的放大示意圖，其表面和內部具有相互連通的孔隙，以便于加載氧轉移材料。圖3所示 的上述陶瓷顆粒是球形，這是一種優選的形式，但也可以是其它形狀，例如橢圓形、立方形、 以及不規則的顆粒狀等等。可用任何本領域普通技術人員所熟知的常規方法制備上述加載氧轉移材料的耐 高溫多孔陶瓷材料顆粒，而其中最典型的方法是將上述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒浸泡在氧 轉移材料的前驅體溶液中，當浸泡飽和后，經干燥和燒成步驟，從而將上述耐高溫的多孔陶 瓷材料顆粒內部孔隙中的氧轉移材料前驅體轉化為氧轉移材料。當氧轉移材料是1 的氧 化物時，其前驅體可是狗的各種氯鹽溶液。上述的浸泡、干燥和燒成過程可重復進行多次， 但最終載有氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒應保持一定的孔隙率，例如15-30體 積％孔隙率，以便于孔隙內的氧轉移材料的氧化和還原。如上所述，由于加載氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的表觀密度遠遠大于 煤和焦顆粒的表觀密度，因此上述多孔陶瓷材料顆粒重量比具有相同體積的煤或焦的顆粒 重量大得多。所以，二者在流化床的相同流化力作用下，上述煤或焦顆粒流化或漂浮高度要 比上述加載氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的流化或漂浮高度高得多，換言之，在 上述加載氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的流化或漂浮高度下，僅可能流化或漂浮 有粒徑比上述多孔陶瓷材料顆粒大得多的煤或焦顆粒，粒徑比上述多孔陶瓷材料顆粒小或 相等的煤或焦顆粒在更高的高度處流化或漂浮，如果此時，將圖2A和圖2B所示的下導管 (107)的向上呈喇叭形的開口高度和垂直擋板(107’ )的具有至少一個側切口的上端的高 度調整至上述加載氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的流化或漂浮高度，并將其上的 篩網(108)的篩孔直徑調整至與上述多孔陶瓷材料顆粒的粒徑相等，此時在流化床的作用 下，該篩網可使加載廢氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒通過，而不允許粒徑遠遠大 于上述多孔陶瓷材料顆粒粒徑的處于同一流化或漂浮高度的煤或焦顆粒通過，這樣，就實 現了加載廢氧轉移材料的耐高溫多孔陶瓷材料顆粒與煤或焦顆粒的物理分離，進而實現了 廢氧轉移材料和煤或焦顆粒的物理分離。需要指出的是在圖1所示的中低溫熱解爐(100)中，可以具有一個或多個中低溫 熱解區(105)，每個熱解區的結構可以相同也可以不同，例如結構為圖2A和圖2B所示的中 低溫熱解區(105)可以交替布置。由于中低溫熱解爐(100)中的氣氛是還原氣氛，而再生器O00)中的氣氛是氧化 氣氛，在中低溫熱解爐(100)和再生器(200)經管線(103)和(104)相連通的情況下，兩個 反應器需要氣氛隔離。如圖1所示，可將水蒸汽作為氣氛隔離介質而將二者的氣氛相互隔1 O煤在中低溫 熱解爐(100)中停留的時間通常取決于所用煤熱解爐或煤中低溫熱 解爐的類型和操作條件。這些工藝參數可從相關設備的使用手冊或產品說明書中查到，也 可從本領域普通技術人員所熟知的現有技術文獻中查閱到。對于流化床類型的煤熱解爐或 中低溫熱解爐而言，通常煤在其中停留的時間約為20分鐘-2小時，例如約20分鐘-1小時， 而優選約為30分鐘-45分鐘。從氧轉移材料再生器(200)上部或頂部排出的耗氧或無氧臟空氣會含有一定量 的固體粉塵顆粒，這些固體顆粒可能包括氧轉移材料細顆粒或粉塵，和被帶入再生器(200) 中的少量煤或焦的細小顆粒或粉塵和其燃燒產物。優選地，用常規固-氣或液-氣分離設備，例如圖4所示的旋風機007)、過濾器(209)和/或隔膜，對上述夾帶這些固體細顆粒或 粉塵的耗氧或無氧臟空氣在排放或進行熱利用之前進行一級或多級固-氣分離處理。，下面用詳細的示范性實施例進一步描述本發明，但這些實施例不構成對本發明的 任何限制。實施例1 采取如圖1和圖2所示的系統來實施本發明的生產提質煤、高熱值熱解氣和煤焦 油或液化合成油的方法首先，將以下化學組成的煙煤用常規的破碎設備破碎成具有以下粒徑分布的顆 粒。5mm > 95重量％的煙煤顆粒粒徑> ；IOmm > 100重量％的煙煤顆粒粒徑> 500微米。煤的化學組成如下表 權利要求
1.一種煤的中低溫熱解系統，包括煤的中低溫熱解爐，包括原煤入口、水蒸氣入口、提質煤出口、熱解氣輸出管道、和至少 一個在中低溫熱解爐內位于原煤入口和提質煤出口之間的中低溫熱解區，其中被輸入的原 煤在所述中低溫熱解區中與提供氧的氧轉移材料發生反應而被中低溫熱解，并生成包括甲 烷，一氧化碳、二氧化碳、和氫氣的熱解氣和焦油或合成油氣；和至少一個經廢氧轉移材料輸送管道和再生氧轉移材料輸送管道而與所述中低溫熱解 爐相連通的氧轉移材料再生器，其中進入氧轉移材料再生器中的廢氧轉移材料與被輸入所 述再生器中的攜氧氣體發生氧化反應而被再生，再生的氧轉移材料經再生氧轉移材料輸送 管線被循環回所述中低溫熱解爐中，而經氧化反應損失氧或被去除氧的氣體從其出口被排 出；和經上述熱解氣輸出管道而與所述煤的中低溫熱解爐相連通的冷凝器，其中所述焦油氣 體或合成油氣體經冷凝而變為焦油或液化合成油，并與所述熱解氣相分離。
2.根據權利要求1的系統，其中，所述的中低溫熱解區包括煤和氧轉移材料顆粒的流 化床，該流化床包括底部多孔擋板和至少一個下導管，所述下導管的底部在所述多孔擋板 之下，而所述下導管的頂部在所述多孔擋板之上.
3.根據權利要求2的系統，其中，所述下導管的頂部是一個開口，并被篩所覆蓋，其中 篩孔尺寸、原煤或提質煤、以及所述氧轉移材料的粒徑具有如下關系C重量％原煤或提質煤最小粒徑>篩孔尺寸> A重量％所述氧轉移材料的最大粒徑，其中，C重量％和A重量％各自獨立地大于75重量％。
4.根據權利要求3的系統，其中所述C重量％和A重量％各自獨立地大于85重量％。
5.根據權利要求4的系統，其中所述C重量％和A重量％各自為100重量％。
6.根據權利要求3的系統，其中所述開口是喇叭形開口。
7.根據權利要求1的系統，其中，所述的原煤是原煤和煤直接液化催化劑的混合物。
8.根據權利要求2的系統，其中，所述氧轉移材料被加載在耐高溫多孔陶瓷材料顆粒 的孔隙內。
9.根據權利要求8的系統，其中，所述下導管的頂部是一個開口，并被篩所覆蓋，所述 篩的篩孔直徑與所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的最大直徑相等，以使所述耐高溫多孔陶瓷 材料顆粒通過所述篩而進入所述下導管中。
10.根據權利要求9的系統，其中，所述開口是一個喇叭形開口。
11.根據權利要求1的系統，其中，所述的中低溫熱解區包括煤和氧轉移材料顆粒的流 化床，該流化床包括底部多孔擋板和至少兩個垂直擋板，一個垂直擋板具有在多孔擋板附 近、有至少一個側切口的下端，另一個垂直擋板具有在多孔擋板之上、有至少一個側切口的 上端。
12.根據權利要求11的系統，其中，所述垂直擋板有至少一個側切口的上端被篩所覆 蓋，其中篩孔尺寸、原煤或提質煤、以及所述氧轉移材料的粒徑具有如下關系C重量％原煤或提質煤最小粒徑>篩孔尺寸> A重量％所述氧轉移材料的最大粒徑，其中，C重量％和A重量％各自獨立地大于75重量％。
13.根據權利要求12的系統，其中所述C重量％和A重量％各自獨立地大于85重量％。
14.根據權利要求13的系統，其中所述C重量％和A重量％各自為100重量％。 2
15.根據權利要求11的系統，其中，所述氧轉移材料被加載在耐高溫多孔陶瓷材料顆 粒的孔隙內。
16.根據權利要求15的系統，其中，所述垂直擋板有至少一個側切口的上端被篩所覆 蓋，其中，所述篩的篩孔直徑與所述耐高溫多孔陶瓷材料顆粒的最大直徑相等，以使所述耐 高溫多孔陶瓷材料顆粒通過所述篩而進入所述垂直擋板與所述中低溫熱解爐內壁所形成 的狹縫或通道中。
17.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中所述中低溫熱解爐包括多個所述中 低溫熱解區。
18.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中所述氧轉移材料為鐵的氧化物。
19.根據權利要求18的系統，其中所述鐵的氧化物為FeO和/或狗203。
20.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中在所述中低溫熱解爐和/或氧轉移 材料再生器中設置一個或多個熱轉換器，以便將多余的熱量轉移出上述系統。
21.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中在所述中低溫熱解爐和/或氧轉移 材料再生器中設置一個或多個旋風機、旋風機級聯、過濾器、和/或隔膜，以便將其中的氣 體與固體顆粒分離。
22.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中在所述氧轉移材料再生器中經氧化 反應損失氧或被去除氧的所述攜氧氣體被用于經熱交換器而加熱所述的中低溫熱解爐或 其所需要的水蒸氣。
23.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中在所述冷凝器中布置一層或多層二 氧化碳吸附劑，從而捕捉二氧化碳、并提高所述熱解氣的熱值。
24.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中原煤在中低溫熱解區中被脫去水 分、中低溫揮發分，從而變為熱值被提高的提質煤。
25.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中原煤中的硫分與氧轉移材料在所述 中低溫熱解爐中發生反應形成煤或煤焦油加氫液化反應所需的催化劑。
26.根據權利要求25的系統，其中所述的催化劑是鐵的硫化物。
27.根據前述權利要求2-16任何之一的系統，其中提質煤出口位于所述多孔擋板的附近·
28.根據權利要求27的系統，其中所述多孔擋板向所述提質煤出口一側傾斜，從而將 提質煤排出中低溫熱解爐。
29.根據前述權利要求2-16任何之一的系統，其中在所述多孔擋板上具有提質煤出 口，以便將提質煤排放到中低溫熱解區的下方。
30.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中進入中低溫熱解爐中的原煤粒徑為 500微米-100毫米。
31.根據前述權利要求1-16任何之一的系統，其中所述氧轉移材料再生器包含將所述 廢氧轉移材料從所述再生器的下部提升至所述再生器上部的提升管。
32.一種使用根據前述權利要求1-31任何之一的煤中低溫熱解系統生產提質煤、高熱 值熱解氣和焦油或液化合成油的方法該方法按順序包括以下步驟向所述中低溫熱解爐中加入原煤或原煤和煤直接液化催化劑的混合物和氧轉移材料， 同時通入水蒸氣，以使中低溫熱解爐中的中低溫熱解區達到250°C -750°C的中低溫熱解溫度；原煤中的中低溫熱解組分和氧轉移材料在所述中低溫熱解區中發生反應，形成包括一 氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷的熱解氣，以及中低溫熱解煤焦油氣或合成油氣，同時原煤 經中低溫熱解脫去水分、中低溫揮發分而變為高熱值的提質煤；從提質煤出口排出所形成的提質煤，從熱解氣輸出管道排出所述熱解氣和中低溫熱解 煤焦油氣體或合成油氣體的混合物；廢氧轉移材料經所述廢氧轉移材料輸送管道而從中低溫熱解爐中被輸送至氧轉移材 料再生器中；所述廢氧轉移材料在所述再生器中與被通入所述再生器中的攜氧氣體發生氧化反應 而被再生；再生氧轉移材料經所述再生氧轉移材料輸送管道從所述再生器中被輸送至所述中低 溫熱解爐中，以便循環使用所述氧轉移材料；使被排出的所述熱解氣和中低溫熱解煤焦油氣體或合成油氣體的混合物經過冷凝器， 所述中低溫熱解煤焦油氣體或合成油氣體經冷凝而變為煤焦油或液化合成油，從而與所述 熱解氣相分離。
33.根據權利要求32所述的方法，其中攜氧氣體是空氣。
34.根據權利要求32所述的方法，其中被排出的所述熱解氣經二氧化碳吸附劑吸附而 被去除二氧化碳，從而提高了所述熱解氣的熱值和實現了對二氧化碳的捕捉。
35.根據權利要求32所述的方法，其中，原煤中的硫分與氧轉移材料發生反應形成煤 或煤焦油加氫液化反應所需的催化劑。
全文摘要
本發明涉及一種煤的中低溫熱解系統和利用該系統生產提質煤、高熱值熱解氣和焦油或液化合成油的方法，所述系統和方法還可對二氧化碳實現有效捕捉。該系統包括一個中低溫熱解爐和至少一個與所述中低溫熱解爐相連通的氧轉移材料再生器和冷凝器。其中在中低溫熱解爐中，原煤被中低溫熱解并產生提質煤、高熱值熱解氣和焦油或液化合成油氣體，焦油或液化合成油氣體經冷凝變為焦油或液化合成油；而在氧轉移材料再生器中，廢氧轉移材料經氧化而被再生，并重新進入中低溫熱解爐中，從而實現氧轉移材料的再生循環。
文檔編號C10J3/84GK102041103SQ20101052679
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者劉科 申請人:北京低碳清潔能源研究所