一種煤物質催化分解及高溫分離的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及煤物質熱分解及氣固液三相介質的高溫分離領域，具體是一種煤物質 催化分解及高溫分離的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 煤炭是我國的主要能源，長期以來占一次能源消費總量的70%左右，并且在未來 相當長的時期內，仍將在我國的能源結構中占主導地位。據預測，我國煤炭資源儲量在5萬 億噸以上，探明儲量達到1145億噸。其中低階煤儲量占全國已探明煤炭儲量的55%以上， 達5662億噸，其中褐煤占12. 7%，低變質煙煤占42. 5%。低階煤主要分布在我國西北、華 北和東北地區，包括內蒙古鄂爾多斯、陜西榆林和新疆等主要地區。
[0003] 近年來，我國煤炭工業取得了長足的發展，煤炭產量快速增長，但是煤炭利用方式 的單一粗放等問題并沒有得到根本的改變，煤炭利用效率仍然偏低。特別是大量富含揮發 分的低階煤未經分質利用便直接燃燒或氣化，造成其中大量高附加值的油氣資源白白浪 費，同時還產生了一系列生態和環境污染問題。據統計數據顯示，2012年，我國煤炭使用對 環境PM2. 5年均濃度的貢獻估算值為56%。其中約60%的PM2. 5是由煤炭直接燃燒產生 的，約40%的PM2. 5是伴隨煤炭使用的重點行業排放的。因煤炭消費產生的一次PM2. 5、S02 和Ν0Χ排放量分別占中國污染物排放總量的62 %、93 %和70 %。隨著煤炭消費量增長，我 國C02等溫室氣體的排放量也顯著增加。
[0004] 國家能源科技"十二五"規劃將低階煤提質改性技術列入重大技術研究領域，要求 積極開發具有自主知識產權的、適應性廣的低階煤提質改性技術與工藝。2015年5月，國家 能源局印發《煤炭清潔高效利用行動計劃（2015-2020年）》的通知，明確要求在我國"穩步 推進煤炭優質化加工、分質分級梯級利用、煤礦廢棄物資源化利用等的示范，建設一批煤炭 清潔高效利用示范工程項目。"并提出了煤炭清潔高效利用的行動計劃時間表：2017年，低 階煤分級提質關鍵技術取得突破；2020年，建成一批百萬噸級分級提質示范項目。
[0005]因此，積極開展煤炭的分質分級轉化清潔高效利用，是在煤炭仍將長期是我國主 體能源的現實背景下，在因煤炭利用粗放造成嚴重環境污染和低階煤中油氣資源浪費的嚴 峻形勢下，保障能源供應安全和推動能源結構調整的迫切需要和現實選擇。
[0006]目前，國內外已形成了很多種煤物質低溫熱分解生產工藝方法，大致可分成以下 幾種類型：
[0007] (1)固定床煤熱分解工藝：包括內熱式直立爐、外熱式直立爐、內-外式直立爐等 技術；其優點是技術成熟，流程簡單，氣相粉塵少，焦油品質好，缺點是原料煤需要一定粒 度，焦油產率低，單套裝置規模較小，對環境污染較大。
[0008] (2)回轉爐煤熱分解工藝：包括美國Toscol、美國Encoal、加拿大ATP、煤科院MRF 等，其優點是對煤的粒度要求較小，可直接使用碎煤，缺點是存在大型轉動部件，設備龐大， 破損較嚴重，系統復雜，常壓操作，后處理系統難度大；
[0009] (3)移動床煤熱分解工藝：包括美國LFC、德國Lurgi-Ruhr、前蘇聯ETCH-175、大連 理工大學DG、中科院山西煤化所等技術；其優點是熱解反應器結構簡單，運行穩定，缺點是 熱載體和煤混合不均勻，焦油中重質組分高，粉塵難以除盡，半焦產品活性差；
[0010] (4)流化床煤熱分解工藝：包括美國C0ED、澳大利亞CSIR0、浙江大學、中科院工程 熱物理所、中科院過程工程所等技術；其優點是多段流化床，焦油產率高、品質好，缺點是需 要大量熱解氣返回作為流化介質，焦油中含粉焦多，單段流化床焦油中重質組分高。
[0011] 以上幾種類型的煤物質熱分解工藝多為常壓，或低壓操作，設備占地大，環保效益 差。而且對原料煤的依賴性較大，一般要求原料煤中具有較高的揮發分，否則難以體現熱分 解工藝的經濟效益。在實際運行過程中產生大量的半焦，如何有效利用，一直沒有得到有效 的解決。
【發明內容】
[0012] 本發明的目的是提供一種煤物質催化分解及高溫分離的裝置及方法，以解決現有 煤物質熱分解及分離技術存在的問題。
[0013] 為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：
[0014] 一種煤物質催化分解及高溫分離的裝置，其特征在于：包括煤粉制備系統、分段 轉化爐、旋風分離器、精密除塵器、廢熱鍋爐、粗煤氣激冷塔、油分離塔、焦粉罐、循環氣壓縮 機、破渣機、灰渣罐、汽包、加熱爐、三組換熱器、緩沖罐、三組機栗、氣液分離器，其中：
[0015] 所述分段轉化爐具有上、下兩段反應腔體，分段轉化爐中上、下兩段反應腔體之間 通過喉管串聯為一體，上段反應腔體對應的分段轉化爐爐壁上設置多個原煤進口，下段反 應腔體對應的分段轉化爐爐壁上設置多個半焦燒嘴，分段轉化爐頂部設置有煤氣出口，分 段轉化爐底部設置有排渣口；
[0016] 所述粗煤氣激冷塔、油分離塔均為噴射型單向浮閥塔結構，粗煤氣激冷塔、油分離 塔頂部分別設有氣相出口，粗煤氣激冷塔、油分離塔底部分別設有液相出口，粗煤氣激冷 塔、油分離塔內分別沿豎向設置有多層塔板；
[0017] 所述煤粉制備系統的輸出口分別與分段轉化爐的多個原煤進口連通，分段轉化爐 的煤氣出口與旋風分離器的進氣口連通，分段轉化爐底部排渣口與破渣機進料口連通，破 渣機出料口與灰渣罐內頂部連通；
[0018] 所述旋風分離器的排渣口與焦粉罐頂部連通，旋風分離器的出氣口與精密除塵器 的進氣口連通，精密除塵器的排渣口亦與焦粉罐頂部連通，精密除塵器的出氣口與廢熱鍋 爐的進氣口連通；所述汽包進氣口連通至廢熱鍋爐頂部，汽包出氣口連通有蒸汽輸出管，廢 熱鍋爐的出氣口與粗煤氣激冷塔中最下層塔板下方內連通；
[0019] 所述粗煤氣激冷塔頂部氣相出口與循環氣壓縮機進氣口連通，循環氣壓縮機出氣 口與焦粉罐底部一側連通，焦粉罐底部另一側分別與分段轉化爐的多個半焦燒嘴連通，粗 煤氣激冷塔頂部氣相出口還與第一組換熱器的進氣口連通，第一組換熱器出氣口與氣液分 離器進氣口連通，氣液分離器的氣相出口連接有粗煤氣輸出管，氣液分離器的液相輸出連 接有冷凝液排出管，粗煤氣激冷塔底部液相出口通過第一組機栗與加熱爐進氣口連通，加 熱爐出氣口與油分離塔內塔板所在位置連通；
[0020] 所述油分離塔頂部氣相出口與第二組換熱器的進氣口連通，第二組換熱器的出氣 口與緩沖罐上部連通，緩沖罐下部通過第二組機栗分別連通至粗煤氣激冷塔、油分離塔內 頂部，油分離塔底部液相出口通過第三組機栗與第三組換熱器的進氣口連通，第三組換熱 器的出氣口連接有焦油輸出管。
[0021] 所述的一種煤物質催化分解及高溫分離的裝置，其特征在于：所述煤粉制備系統 包括破碎裝置、干燥裝置、研磨裝置、催化劑制備裝置、粉煤氣相加壓輸出裝置、粉煤倉，煤 物質依次經過破碎裝置破碎、干燥裝置干燥、研磨裝置研磨后形成粉煤，粉煤進入粉煤倉中 與催化劑制備裝置制備的粉狀催化劑混合形成混合物，從粉煤倉輸出的混合物通過原煤進 口送入分段轉化爐上段反應腔體中。
[0022] 所述的一種煤物質催化分解及高溫分離的裝置，其特征在于：所述分段轉化爐中， 上段反應腔體的爐壁采用耐火襯里，下段反應腔體的爐壁采用水冷壁，以上段反應腔體作 為粉煤熱分解段，以下段反應腔體作為半焦氣化反應段，分段轉化爐底部還