一種高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統，包括密閉給料裝置(1)、高溫裂解裝置(2)和氣固分離裝置(6，7)，煤粉通過密閉給料裝置送入絕氧密閉的高溫裂解裝置中被加熱裂解，裂解產物通過氣固分離裝置被分離成可燃氣體和活性焦粉。活性焦粉從裂解爐底排出后送入料倉回收利用。潔凈可燃氣體從裂解爐排出并經冷卻后，少部分提供裂解爐必需的能量，其余回收利用。整個過程在密閉循環系統中瞬間完成，不消耗水，不存在煤的燃燒和損耗，也沒有污染排放，實現了煤的高效清潔轉化，提高了能源利用效率。
【專利說明】一種高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤炭應用工業領域，具體涉及煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統。
【背景技術】
[0002]中國是一個“富煤貧油乏氣”的國家，中國國土面積在全世界第三，而天然氣產量僅占世界排名17位。2010年全年我國天然氣產量為1000億m3，而表觀消費量達1200億m3，供需缺口達到200億m3。中石油人士預計，到2015年、2020年，我國天然氣市場需求將分別達到2400億m3和3600億m3。而中國的天然氣儲量有限，預計到2020年，缺口將達到1500-1600億m3。為了緩解國民經濟對進口天然氣的依賴性發展，因此以煤為原料生產天然氣的技術已成為關系到國家能源安全的戰略問題。
[0003]目前常用的煤制天然氣技術主要為間接合成天然氣技術，即以煤為原料，通過氣化、變換、凈化和甲烷化等過程，得到天然氣產品。由于該工藝并不是在完全密閉的系統中進行的，過程還需要大量水，故不可避免的存在煤的燃燒、氧化和損耗。同時產生的氣體成分復雜，不僅含有焦油、輕油、石腦油及酚類物質，還含有大量co2。由此決定了，煤間接合成天然氣技術存在著高污染、工藝復雜、產氣率低，能耗大等缺點。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提供了一種煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統。該系統能過將煤粉在高溫絕氧的密閉下發生瞬間裂解，能產生活性焦粉和主要成分為甲烷、乙烷和氫氣的潔凈可燃氣體。
[0005]本發明的系統包括密閉給料裝置、高溫裂解裝置和氣固分離裝置，煤粉通過密閉給料裝置送入高溫裂解裝置中被加熱裂解，裂解產物通過氣固分離裝置被分離成可燃氣體和活性焦粉。
[0006]其中，所述高溫裂解裝置在生產過程中形成環境溫度為800?1000°C的絕氧密閉環境。
[0007]所述系統還包括焦粉冷卻裝置和余熱回收裝置，由氣固分離裝置分離獲得的焦粉通過所述焦粉冷卻裝置被冷卻，余熱回收裝置將氣固分離裝置分離的可燃氣體的熱量進行回收再利用。
[0008]所述系統還包括附屬系統，所述附屬系統包括燃燒加熱裝置、焦粉儲存裝置和可燃氣體儲存裝置。
[0009]所述氣固分離裝置包括一級氣固分離裝置和二級氣固分離裝置，所述焦粉冷卻裝置包括一級焦粉冷卻裝置和二級焦粉冷卻裝置。
[0010]其中，密閉給料裝置的出口與高溫裂解裝置的原料入口連接，高溫裂解裝置的出口與一級氣固分離裝置的入口連接，一級氣固分離裝置的焦粉出口與一級焦粉冷卻裝置的入口連接，一級氣固分離裝置的氣體出口與二級氣固分離裝置的入口連接，二級氣固分離裝置的焦粉出口與二級焦粉冷卻裝置的入口連接，一級焦粉冷卻裝置與二級焦粉冷卻裝置的出口都與與焦粉儲存裝置的入口連接，二級氣固分離裝置的氣體出口與余熱回收裝置的入口連接，余熱回收裝置的出口經由引風機分別與燃燒加熱裝置的入口與可燃氣體儲存裝置的入口連接。
[0011]此外，在密閉給料裝置之前還設置有煤粉準備裝置，在所述煤粉裝備裝置中煤粉經提質干燥，含水量降至6%以下且煤粉細度為40?300目。
[0012]優選地，在所述煤粉裝備裝置中煤粉經提質干燥，含水量降至4%以下且煤粉細度為60?270目。
[0013]更優選地，在所述煤粉裝備裝置中煤粉經提質干燥，含水量降至4%以下且煤粉細度為140?270目。
[0014]而且，密閉給料裝置中設置有空氣置換裝置及鎖氣裝置，以防止空氣進入裂解環境中。
[0015]優選地，所述密閉給料裝置中壓力比高溫裂解裝置中的壓力高50?lOOPa。
[0016]優選地，燃燒加熱裝置為帶有蓄熱體的燃燒器。
[0017]其中，余熱回收裝置的出口經由引風機分別與燃燒加熱裝置的入口與可燃氣體儲存裝置的入口連接。
[0018]所述氣固分離裝置為旋風分離器。
[0019]有益效果
[0020]本發明所述的煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統，整個生產過程在密閉絕氧的系統環境中瞬間完成，不消耗水，不存在煤的燃燒和損耗，也沒有溫室氣體CO2等污染排放；
[0021]本發明所述的煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統，經過煤粉準備工序處理的煤粉借助密閉給料裝置以正壓的條件連續投入高溫裂解裝置中，裂解產物可以連續從裂解爐排出而被回收，與傳統的煤制氣工藝相比，可以實現連續生產，生產效率更高。
[0022]本發明所述的煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統適用于任何煤種。所得到的產物——活性焦粉和潔凈可燃氣體均可回收利用。煤粉經進料裝置進入高溫裂解裝置后，被瞬間加熱至800?1000°C，進而裂解產生可燃氣體，因為研究發現在該溫度范圍內，煤粉被迅速加熱，煤內的揮發成分瞬間裂解為可燃氣體。由于揮發份的裂解膨脹和逸出，剩余產物焦粉因此具有豐富的孔隙結構，不僅可以應用于鋼鐵冶金領域，還可用于制備如活性炭、活性焦等炭吸附材料。同時產生的潔凈燃氣主要成分為甲烷、乙烷的短鏈烷烴和氫氣，含量分別為:甲燒55%?85%,乙焼2%?12%,氫氣I %?8%, —氧化碳2%?16%，余量的為二氧化碳等氣體。潔凈燃氣的熱值約為6000?8500kcal/Nm3，而現有煤化工工藝得到的合成氣成分以氫氣、一氧化碳為主，氮氣、二氧化碳等雜質氣體較多，熱值僅為 2000 ?3000kcal/Nm3 左右。
[0023]從而實現了煤的高效清潔轉化，能源利用效率大大提高，解決了現有煤氣化技術存在的能耗高、污染重、煤種要求苛刻和煤潛能不能被充分利用的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1顯示了本發明的系統的結構，其中附圖標記對應的各裝置、部件名稱如下:
[0025]1、密閉給料裝置
[0026]2、高溫裂解裝置
[0027]3、加熱裝置
[0028]4、焦粉存儲裝置
[0029]5、可燃氣體存儲裝置
[0030]6、一級氣固分離裝置
[0031]7、二級氣固分離裝置
[0032]8、一級焦粉冷卻裝置
[0033]9、二級焦粉冷卻裝置
[0034]10、余熱回收裝置
[0035]11、引風機
[0036]12、蓄熱體
【具體實施方式】
[0037]以下實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
[0038]如圖1所示:
[0039]煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統包括密閉給料裝置1、高溫裂解裝置2和氣固分離裝置，煤粉通過密閉給料裝置I送入高溫裂解裝置2中被加熱裂解，其中所述高溫裂解裝置在生產過程中形成環境溫度為800-1000°C的絕氧密閉環境，裂解產物通過氣固分離裝置被分離成可燃氣體和活性焦粉。
[0040]系統還包括焦粉冷卻裝置和余熱回收裝置10，由氣固分離裝置分離獲得的焦粉通過所述焦粉冷卻裝置被冷卻，余熱回收裝置10將氣固分離裝置分離的可燃氣體的熱量進行回收再利用。
[0041]系統還包括燃燒加熱裝置3、焦粉儲存裝置4和可燃氣體儲存裝置5，并且所述氣固分離裝置包括一級氣固分離裝置6和二級氣固分離裝置7，所述焦粉冷卻裝置包括一級焦粉冷卻裝置8和二級焦粉冷卻裝置9，其中，密閉給料裝置I的出口與高溫裂解裝置2的原料入口連接，高溫裂解裝置2的出口與一級氣固分離裝置6的入口連接，一級氣固分離裝置6的焦粉出口與一級焦粉冷卻裝置8的入口連接，一級氣固分離裝置6的氣體出口與二級氣固分離裝置7的入口連接，二級氣固分離裝置7的焦粉出口與二級焦粉冷卻裝置9的入口連接，一級焦粉冷卻裝置8與二級焦粉冷卻裝置9的出口都與焦粉儲存裝置4的入口連接，二級氣固分離裝置7的氣體出口與余熱回收裝置10的入口連接，余熱回收裝置10的出口經由引風機11分別與燃燒加熱裝置3的入口與可燃氣體儲存裝置的入口 5連接。
[0042]在密閉給料裝置I前方還設置有進行煤粉準備工序的煤粉準備裝置，煤粉在所述煤粉裝備裝置中經提質干燥、含水量降至6%以下且煤粉細度為40?300目。
[0043]密閉給料裝置I為螺旋輸料機，密閉給料裝置上方設置有空氣置換裝置及鎖氣裝置；高溫裂解裝置2為裂解爐；燃燒加熱裝置3為加蓄熱體12的燃燒器，從而能夠充分節約能耗；氣固分離裝置為高效旋風分離器，能夠分離200目以上的煤粉顆粒，分離效率高達80%。；余熱回收裝置10與燃燒加熱裝置3和可燃氣體儲存裝置5之間設置有引風機11。
[0044]該系統的特點在于:能夠保證整個裂解過程在高溫絕氧的密閉系統中瞬時完成，裂解時不允許進入任何空氣，不存在煤炭的燃燒和損耗，不消耗水，也不排放溫室氣體co2。得到的產物為活性焦粉和潔凈可燃氣體均可回收利用。潔凈可燃氣體主要成分為甲烷、乙烷、氫氣，熱值約為5000?8500kcal/Nm3。不是現有煤化工工藝中所述的低熱值合成氣，除少部分提供裂解爐必需的能量，其余可用于更廣泛的工業生產。
[0045]本發明的裝置已經應用于生產實踐中，具體實施例包括:
[0046]實施例1
[0047]在山東即墨市工業園區建設50kg/h的煤高溫裂解中間試驗裝置。
[0048]將大同氣煤經煤粉準備工序，進一步粉碎干燥提質，獲得細度為180?200目、水份含量為O?2%的煤粉，通過帶有鎖氣裝置的進料系統，在正壓下隔絕空氣送入高溫裂解爐，送料速度為50kg/h，爐膛溫度大約800?900°C，裂解爐裂解時間約2秒，經氣固分離裝置獲得可燃氣體和活性焦粉。
[0049]在該條件下，檢測得到的氣體組分為:
[0050]甲烷74.7%，乙烷9.8%，氫氣1.5%，一氧化碳2.7%，其余主要為二氧化碳，熱值約為 8032kcal/Nm3。
[0051]實施例2
[0052]在實施例1的基礎上，原料采用內蒙古產褐煤，煤粉準備工序處理后的煤粉細度為140?170目，水分含量為I?5%，送料速度為120kg/h，爐膛溫度約850?950°C，其他條件與實施例1相同。
[0053]在該條件下，檢測得到的氣體組分為:
[0054]甲烷56.3 %，乙烷8.5 %，氫氣6.2 %，一氧化碳8.9%，其余主要為二氧化碳，潔凈可燃氣體的熱值約為6563kcal/Nm3。
[0055]實施例3
[0056]在黑龍江省大興安嶺地區建設7t/h的煤高溫裂解工業化裝置。
[0057]使用當地歐浦煤礦的褐煤。
[0058]煤粉準備工序處理后的煤粉細度為細于60目、水份含量為O?6%，煤粉通過帶有鎖氣裝置的進料系統，在正壓下隔絕空氣送入高溫裂解爐，送料速度約為5t/h ;爐膛溫度大約850?980°C，裂解時間約為3秒，經氣固分離裝置獲得可燃氣體和活性焦粉。
[0059]在該條件下，檢測得到的氣體組分為:
[0060]甲烷36.8%，乙烷10.2 %，氫氣6.5 %，一氧化碳9.2%，其余主要為二氧化碳，潔凈可燃氣體的熱值約為5172kcal/Nm3。
[0061]實施例4
[0062]在實施例3的基礎上，煤粉準備工序處理后的煤粉細度為200?270目，水分含量為2?10%，送料速度為10t/h，爐膛溫度約900?1000°C，裂解時間約為6秒，其他條件與實施例1相同。
[0063]在該條件下，獲得的潔凈可燃氣體檢測得到的組分為:
[0064]甲烷48.4 %，乙烷11.2 %，氫氣7.3 %，一氧化碳14.2 %，其余主要為二氧化碳，潔凈可燃氣體的熱值約為6489kcal/Nm3。
[0065]需要說明的是，上述具體實施方案僅是示例性的，并不應當被解釋為可選擇形式的描述。而且，應當注意，本文提供的各種實施方案的描述可以具有重疊的范圍。本文論述的實施方案僅是描述性的并不是為了限制本發明的范圍。
【權利要求】
1.一種煤高溫裂解制備可燃氣體和活性焦粉的系統，其特征在于，包括密閉給料裝置(I)、高溫裂解裝置(2)和氣固分離裝置出，7)，煤粉通過密閉給料裝置送入絕氧密閉的高溫裂解裝置中被加熱裂解，裂解產物通過氣固分離裝置被分離成可燃氣體和活性焦粉。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，其中所述高溫裂解裝置在生產過程中形成環境溫度為800?1000°C的絕氧密閉環境。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述系統還包括焦粉冷卻裝置(8，9)和余熱回收裝置(10)，由氣固分離裝置(6，7)分離獲得的焦粉通過所述焦粉冷卻裝置被冷卻，余熱回收裝置將氣固分離裝置分離的可燃氣體的熱量進行回收再利用。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括附屬系統，所述附屬系統包括燃燒加熱裝置(3)、焦粉儲存裝置(4)和可燃氣體儲存裝置(5)。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的系統，其特征在于，所述氣固分離裝置包括一級氣固分離裝置(6)和二級氣固分離裝置(7)，所述焦粉冷卻裝置包括一級焦粉冷卻裝置(8)和二級焦粉冷卻裝置(9)。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的系統，其特征在于，密閉給料裝置(I)的出口與高溫裂解裝置(2)的原料入口連接，高溫裂解裝置的出口與一級氣固分離裝置的(6)入口連接，一級氣固分離裝置的焦粉出口與一級焦粉冷卻裝置(8)的入口連接，一級氣固分離裝置的氣體出口與二級氣固分離裝置(7)的入口連接，二級氣固分離裝置的焦粉出口與二級焦粉冷卻裝置(9)的入口連接，一級焦粉冷卻裝置與二級焦粉冷卻裝置的出口都與焦粉儲存裝置(4)的入口連接，二級氣固分離裝置的氣體出口與余熱回收裝置(10)的入口連接，余熱回收裝置的出口分別與燃燒加熱裝置的入口與可燃氣體儲存裝置的入口連接。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的系統，其特征在于，在密閉給料裝置(I)之前還設置有煤粉準備裝置，在所述煤粉裝備裝置中煤粉經提質干燥，含水量降至6%以下且煤粉細度為40?300目。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于:煤粉含水量降至4%以下，細度為60?270 目。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的系統，其特征在于:密閉給料裝置(I)中設置有空氣置換裝置及鎖氣裝置。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的系統，其特征在于:燃燒加熱裝置(3)為帶有蓄熱體(12)的燃燒器。
【文檔編號】C10B53/04GK104232128SQ201410495633
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】趙建勛, 隋志文, 王照輝, 張偉, 劉美慧 申請人:趙建勛