煤熱解裝置與循環流化床聯用系統及處理煤的方法
【專利摘要】本發明提出了煤熱解裝置與循環流化床聯用系統及處理煤的方法。所述煤熱解裝置與循環流化床聯用系統包括快速熱解反應器、循環流化床以及熱解油氣處理系統，所述快速熱解反應器包括多層蓄熱式輻射管、半焦出口、顆粒移動床以及熱解氣出口，所述顆粒移動床包括殼體以及插板閥，所述殼體與所述反應器本體內壁相連接，由此限定所述顆粒移動床的內部空間，所述循環流化床通過所述半焦出口與所述快速熱解反應器相通，所述熱解油氣處理系統通過所述熱解氣出口與所述快速熱解反應器相通。通過使用本發明提出煤熱解裝置與循環流化床聯用系統及處理煤的方法，能夠有效去除熱解氣中存在的粉塵，降低煤焦油中重質組分含量，同時，合理利用熱解產物，降低發電成本。
【專利說明】
煤熱解裝置與循環流化床聯用系統及處理煤的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于煤炭分階梯級利用技術領域，具體涉及煤熱解裝置與循環流化床聯用 系統及處理煤的方法。
【背景技術】
[0002] 煤熱解后產生的半焦可以作為燃料燃燒發電，而現有的煤熱解拔頭工藝主要針對 循環流化床發電機組。如中科院過程所和浙江大學利用循環流化床鍋爐產生的熱灰作為熱 載體，并利用下行床工藝實現了對煤熱解，并把油氣回收。
[0003] 現有的系統由于采取較復雜的固體或氣體熱載體的煤熱解拔頭工藝，并且通過煤 熱解工藝產生的油氣資源，對于發電系統來說，需要配備相應油氣處理系統。因此現有的系 統配置繁多，造價昂貴。發明專利CN101435574A提到的一種爐前煤拔頭方法，該工藝熱解系 統采取燃燒系統來的熱灰作為載體。涉及到載體的燃燒和流化，相當于又增加了一套循環 流化床系統，工藝較繁瑣。實用新型專利CN203048897U提到了一種采取爐前煤拔頭的IGCC 工藝。IGCC，即整體煤氣化燃氣蒸汽聯合循環發電。該系統包括熱解和氣化多個單元，產品 既有油，又有可燃氣，還需配置燃氣發電機組，系統復雜、造價高。
[0004] 煤拔頭，旨在常壓、中低溫、無催化劑和氫氣的條件下，用溫和熱解的方式提取煤 中的氣體、液體燃料和精細化學品，并借此工藝脫硫、脫硝，從而實現油、煤氣、熱、電的多聯 產。
【發明內容】
[0005] 針對以上現有技術存在的問題，本發明提出煤熱解裝置與循環流化床聯用系統及 處理煤的方法，能夠有效去除熱解氣中存在的粉塵，提高焦油品質高，降低煤熱解工藝的復 雜性，降低煤焦油中重質組分含量，降低后續焦油的處理成本，同時，合理利用熱解產物，降 低發電成本。
[0006] 本發明提出煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，包括:快速熱解反應器、循環流化 床以及熱解油氣處理系統，
[0007] 所述快速熱解反應器具有反應器本體，所述反應器本體限定出反應空間，所述反 應空間自上而下分為進料區、熱解區以及出料區；
[0008] 所述熱解區設有多層蓄熱式輻射管，所述多層蓄熱式輻射管在所述熱解區中沿所 述反應器本體高度方向間隔分布，并且每層所述蓄熱式輻射管包括多個沿水平方向間隔分 布的蓄熱式輻射管；
[0009] 所述出料區設有半焦出口、顆粒移動床以及熱解氣出口；所述半焦出口位于所述 反應器本體的底部，將熱解后的半焦排出所述反應器本體;所述顆粒移動床包括殼體以及 插板閥，所述殼體與所述反應器本體內壁相連接，由此限定所述顆粒移動床的內部空間，所 述殼體的頂端和底端開口，所述插板閥位于所述殼體的底部，所述插板閥的手輪由所述反 應器本體外部穿過內壁，由此使所述插板閥的插板作為所述殼體的底部;熱解氣出口，所述 熱解氣出口位于所述殼體所對應的所述反應器本體的側壁上；
[0010] 所述循環流化床通過所述半焦出口與所述快速熱解反應器相通；
[0011] 所述熱解油氣處理系統通過所述熱解氣出口與所述快速熱解反應器相通。
[0012] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述熱解油氣處理系統進 一步包括油氣分離系統、熱解氣凈化系統以及焦油精制系統，其中，所述熱解氣出口與所述 油氣分離系統相連接，所述油氣分離系統的氣體出口與所述熱解氣凈化系統連接，所述油 氣分離系統的液體出口與所述焦油精制系統連接。
[0013] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述循環流化床進一步包 括空氣入口。
[0014] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，每層所述蓄熱式輻射管包 括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管，且每個所述蓄熱式輻射管與相鄰上下兩層蓄熱 式輻射管中的每一個蓄熱式輻射管平行并且沿所述煤熱解反應器的本體高度方向上錯開 分布。
[0015] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述顆粒移動床進一步包 括第一隔層，所述第一隔層位于所述殼體內部，與所述反應器本體內壁限定出空間，所述第 一隔層表面具有多孔結構。
[0016] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述第一隔層與所述反應 器本體之間的距離小于5 cm 〇
[0017] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述顆粒移動床進一步包 括第二隔層，所述第二隔層與所述第一隔層相互平行設置，所述第二隔層與所述殼體內壁 限定出空間，所述第二隔層表面具有多孔結構。
[0018] 如上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其中，所述第二隔層與所述殼體 之間的距離小于5cm〇
[0019] 用如上所述煤熱解裝置與循環流化床聯用系統處理煤的方法，包括以下步驟：
[0020] A、利用所述快速熱解反應器對原料煤進行熱解處理，得到半焦和熱解氣；
[0021] B、將所述半焦送往循環流化床，使所述半焦在所述循環流化床中進行燃燒，用于 發電；
[0022] C、將所述熱解氣通過所述出料區的所述熱解氣出口送往所述熱解油氣處理系統， 從而對所述熱解油氣進行處理，得到可燃氣。
[0023]如上所述的方法，所述熱解氣通過所述熱解氣出口送往所述熱解油氣處理系統后 進一步包括步驟D，所述步驟D包括:所述熱解氣進入油氣分離系統，得到氣液分離后的氣體 和液體，所述液體經焦油精煉系統處理后得到焦油，所述氣體經熱解氣凈化系統處理后得 到熱解氣。
[0024] 根據本發明的一個實施方式，在上述步驟B中，還可以包括向所述循環流化床中供 入原料煤，使得半焦與循環流化床中的原料煤進行混合燃燒，從而用于發電。
[0025] 通過使用本發明所述的快速熱解反應器，采用蓄熱式輻射管式下行床處理粉煤， 能夠有效的熱解粒徑小于6~8mm的粉煤。
[0026] 通過采用蓄熱式輻射管式下行床，熱解油氣資源經底部顆粒移動床除去熱解氣中 存在的粉塵，熱解氣中的含塵量下降，熱解氣和焦油的品質提高，焦油精制處理的預處理成 本降低。高溫半焦對高溫熱解油氣中的重質焦油組分有二次裂解效果，使得熱解氣產率增 加。總焦油產率下降，焦油中輕質組分產率上升，重質組分產率下降。
[0027] 通過設置半焦出口，將熱解半焦熱裝熱送至循環流化床，提高發電系統的能量利 用率。
【附圖說明】
[0028] 通過結合以下附圖所作的詳細描述，本發明的上述或其他方面的內容將變得更清 楚和更容易理解，其中：
[0029] 圖1為本發明煤熱解裝置與循環流化床聯用系統的結構示意圖；
[0030] 圖2為本發明煤熱解裝置與循環流化床聯用系統的工藝流程圖；
[0031 ]圖3為本發明中快速熱解反應器的結構示意圖；
[0032] 圖4為本發明中快速熱解反應器的顆粒移動床的主視圖；
[0033] 圖5為本發明中快速熱解反應器的顆粒移動床俯視圖；
[0034] 圖6為本發明中快速熱解反應器的插板閥的結構示意圖。
[0035]附圖中各標號表示如下：
[0036] 100:快速熱解反應器；
[0037] 1:反應器本體、11:進料區、12:熱解區、13:出料區；
[0038] 2:蓄熱式輻射管；
[0039] 3:顆粒移動床、31:殼體、32:插板閥、321:手輪、322:插板、
[0040] 33:第一隔層、34:第二隔層；
[0041] 4:熱解氣出口；
[0042] 5:半焦；
[0043] 6:物料入口；
[0044] 7:半焦出口；
[0045] 200:循環流化床；
[0046] 300 :熱解油氣處理系統；
[0047] 301:油氣分離系統、302:熱解氣凈化系統、303:焦油精制系統。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0049] 在此記載的【具體實施方式】/實施例為本發明的特定的【具體實施方式】，用于說明本 發明的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本發明實施方式及本發明范圍的限制。 除在此記載的實施例外，本領域技術人員還能夠基于本申請權利要求書和說明書所公開的 內容采用顯而易見的其它技術方案，這些技術方案包括采用對在此記載的實施例的做出任 何顯而易見的替換和修改的技術方案，都在本發明的保護范圍之內。
[0050] 圖1為本發明煤熱解裝置與循環流化床聯用系統的結構示意圖。如圖1所示，本發 明所提出的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統包括快速熱解反應器1〇〇、循環流化床200以 及熱解油氣處理系統300。
[0051] 圖3為本發明中快速熱解反應器100的結構示意圖。如圖3所示，本發明提出的快速 熱解反應器100包括反應器本體1。
[0052]所述反應器本體1限定出反應空間，所述反應空間至上而下可分為進料區11、熱解 區12以及出料區13。
[0053]所述進料區11包括物料入口 6。所述物料入口 6位于所述反應器本體1的頂端。
[0054]具體的，所述物料入口6可盡可能布置在所述反應器本體1頂端的中心位置，便于 從所述物料口 6進入到反應器內的物料能夠均勻的散落在所述熱解區12內部。
[0055] 進一步的，反應器本體1內的反應溫度為500°C~700°C，壓力小于8kPa。進入到所 述熱解區12內的物料粒徑應小于6~8_。
[0056]所述熱解區12包括多層蓄熱式輻射管2。所述多層蓄熱式輻射管2在所述熱解區12 中沿所述反應器本體1高度方向間隔分布，并且每層所述蓄熱式輻射管2包括多個沿水平方 向間隔分布的蓄熱式福射管2。
[0057]進一步的，每層所述蓄熱式輻射管2包括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管 2,且每層蓄熱式輻射管2與上下兩層蓄熱式輻射管2平行，并且沿反應器本體1高度方向交 錯分布。
[0058]具體的，如圖1所示，所述蓄熱式輻射管2的外徑為200~300mm。相鄰所述蓄熱式輻 射管2外壁間的水平距離為200~500mm，豎直距離200~700mm。所述多層蓄熱式福射管2的 層數可以為10~25層。經發明人發現，該種結構布置可以使得熱解區中溫度場分布均勻，從 而可以顯者提尚物料的快速熱解效率，進而提尚焦油的廣率。
[0059] 本發明中，蓄熱式輻射管2為蓄熱式燃氣輻射管，即通過輻射管管體將燃燒燃氣產 生的熱量以輻射的方式進行供熱。由此，可以通過調整通入蓄熱式輻射管2內的燃氣的流量 來實現對熱解過程的溫度控制，從而可以顯著提高物料的快速熱解效率，進而提高焦油的 產率。
[0060] 本發明中，所述蓄熱式輻射管2還可以由燃燒器或其他供熱裝置代替，其技術方案 不僅僅局限于此。
[0061] 如圖1所示，所述出料區13包括半焦出口 7。所述半焦出口 7位于所述反應器本體1 的底部，用于將熱解后的熱解半焦5排出所述反應器本體1。
[0062] 具體的，所述出料區13可以呈倒錐形。由此，可以使得熱解生成的半焦5順利排出 出料區13。所述半焦出口 7應盡可能布置在所述反應器本體1底端的中心位置，便于出料區 13內的半焦5順利的排出反應器外。
[0063] 顆粒移動床3用于除去熱解氣中存在的粉塵。如圖4所示，所述顆粒移動床3包括殼 體31以及插板閥32。所述殼體31與所述反應器本體1內壁相連接，由此限定所述顆粒移動床 3的內部空間。所述殼體31的頂端和底端開口，所述插板閥32位于所述殼體31的底部。如圖6 所示，所述插板閥32的手輪321由所述反應器本體1外部穿過內壁，由此使所述插板閥32的 插板322作為所述殼體31的底部。
[0064] 熱解產生的半焦5落入顆粒移動床3的內部。高溫熱解氣穿過顆粒移動床3內部的 半焦5,熱解氣中的粉塵被去除。通過控制顆粒移動床3底部的插板閥32控制顆粒移動床3內 的半焦5的移動速度。顆粒移動床內部顆粒移動速度宜小于lm/s(米/秒）。
[0065]熱解氣出口 4位于所述殼體31所對應的所述反應器本體1的側壁上。
[0066]進一步的，所述粉煤快速熱解裝置還包括第一隔層33。如圖5所示，所述第一隔層 33位于所述殼體31的內部，與所述反應器本體1內壁限定出空間，所述第一隔層33表面具有 多孔結構。
[0067]所述第一隔層33表面的多孔結構，有助于產生的熱解氣通過第一隔層33進入到熱 解氣出口 4。同時，所述第一隔層33具有過濾作用，能夠有效去除熱解氣中存在的粉塵，提高 熱解氣質量。
[0068]具體的，所述第一隔層33與所述反應器本體1之間的距離小于5cm。
[0069] 進一步的，所述粉煤快速熱解裝置還包括第二隔層34。所述第二隔層34與所述第 一隔層33相互平行設置。所述第二隔層34與所述殼體31內壁限定出空間，所述第二隔層34 表面具有多孔結構。
[0070] 所述第二隔層34表面的多孔結構，有助于產生的熱解氣通過第二隔層34進入到熱 解氣出口 4。同時，所述第二隔層34具有過濾作用，能夠有效去除熱解氣中存在的粉塵，提高 熱解氣質量。
[0071] 具體的，所述第二隔層34與所述反應器本體1之間的距離小于5cm。
[0072] 如圖1所示，所述循環流化床200通過所述半焦出口 7與所述快速熱解反應器100相 通。
[0073] 通過將所述半焦5通入循環流化床200中，實現了熱解半焦5與循環流化床200中的 煤的摻燒，保障燃燒的穩定性，提高了熱解半焦的利用率，降低了發電成本。
[0074]進一步的，所述循環流化床200還包括空氣入口。
[0075]空氣通過空氣入口進入到循環流化床200內部，支持粉碎后的熱解半焦進行充分 燃燒，進行發電。
[0076]同時，還可以向所述循環流化床200中供入原料煤，使得半焦4與循環流化床200中 的原料煤進行混合燃燒，從而用于發電。
[0077]如圖1所示，所述熱解油氣處理系統300通過所述熱解氣出口 4與所述快速熱解反 應器100相通。
[0078] 進一步的，所述熱解油氣處理系統300包括油氣分離系統301、熱解氣凈化系統302 以及焦油精制系統303。其中，所述熱解氣出口4與所述油氣分離系統301相連接。所述油氣 分離系統301的氣體出口與所述熱解氣凈化系統302連接。所述油氣分離系統301的液體出 口與所述焦油精制系統303連接。
[0079] 具體的，所述熱解氣經過顆粒移動床3除塵后，通過熱解氣出口4進入到油氣分離 系統301。熱解氣經過油氣分離系統301的作用后形成部分氣體和液體。氣體即熱解氣，液體 即焦油。產生的熱解氣進入到熱解氣凈化系統302,通過脫硫、脫氨等工序得純凈可燃氣。產 生的焦油進入到焦油精制系統303，經加氫精制可得高附加值油品。
[0080] 圖2為本發明煤熱解裝置與循環流化床聯用系統的工藝流程圖。如圖2所示，用如 上所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統處理煤的方法，包括以下步驟：
[0081] A、利用所述快速熱解反應器對原料煤進行熱解處理，得到半焦和熱解氣。
[0082] 將粉煤經物料入口 6投入到反應器本體1內部。粉煤在蓄熱式輻射管2的作用下熱 解形成熱解氣，并產生熱解半焦5。
[0083] B、將所述半焦送往循環流化床，使所述半焦在所述循環流化床中進行燃燒，用于 發電。
[0084]將產生的熱解半焦4通過半焦出口 6送至循環流化床200內部，將熱解半焦6燃燒發 電。利用熱解半焦進行燃燒發電，提高了熱解半焦的利用率，并且降低了發電成本。同時，還 可以向所述循環流化床200中供入原料煤，使得半焦4與循環流化床200中的原料煤進行混 合燃燒，從而用于發電。
[0085] C、將所述熱解氣通過出料區的所述熱解氣出口送往所述熱解油氣處理系統，從而 對所述熱解油氣進行處理，得到可燃氣。
[0086]將熱解產生的熱解氣通過熱解氣出口 4送至熱解油氣處理系統300,對熱解氣進行 進一步處理。
[0087]所述熱解氣通過所述熱解氣出口 4送往所述熱解油氣處理系統300后進一步包括 步驟D，所述步驟D包括:所述熱解氣進入油氣分離系統301，得到氣液分離后的氣體和液體。 所述液體經焦油精煉系統303處理后得到焦油。所述氣體經熱解氣凈化系統302處理后得到 熱解氣。
[0088]將熱解后產生的熱解氣通過熱解氣出口 4送入到油氣分離系統301。熱解氣經過油 氣分離系統301的作用后形成部分氣體和液體。氣體即熱解氣，液體即焦油。產生的熱解氣 進入到熱解氣凈化系統302,通過脫硫、脫氨等工序得純凈可燃氣。產生的焦油進入到焦油 精制系統303，經加氫精制可得高附加值油品。
[0089] 應用例
[0090] 本應用例利用如圖1所示的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統對粉煤進行熱解， 并獲得可燃氣。將待熱解原料褐煤粉碎到粒徑小于6~8mm。其褐煤分析數據見表1。熱解產 物數據如圖2所示。
[0091] 表1:印尼褐煤分析數據。
[0093]表2:熱解產物數據。
[0095] 與傳統循環流化床鍋爐相比，從熱解反應器排出的熱態熱解半焦直接進循環流化 床鍋爐，整個系統能量利用效率提高了3.1%，把凈煤氣和煤焦油的收益折算到發電成本 中，發電成本降低了約6.3%，焦油預處理成本降低6.2%。
[0096] 上述披露的各技術特征并不限于已披露的與其他特征的組合，本領域技術人員還 可根據發明目的進行各技術特征之間的其他組合，以實現本發明之目的為準。
【主權項】
1. 煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，包括:快速熱解反應器、循環流化 床以及熱解油氣處理系統， 所述快速熱解反應器具有反應器本體，所述反應器本體限定出反應空間，所述反應空 間自上而下分為進料區、熱解區以及出料區； 所述熱解區設有多層蓄熱式輻射管，所述多層蓄熱式輻射管在所述熱解區中沿所述反 應器本體高度方向間隔分布，并且每層所述蓄熱式輻射管包括多個沿水平方向間隔分布的 蓄熱式輻射管； 所述出料區設有半焦出口、顆粒移動床以及熱解氣出口；所述半焦出口位于所述反應 器本體的底部，將熱解后的半焦排出所述反應器本體;所述顆粒移動床包括殼體以及插板 閥，所述殼體與所述反應器本體內壁相連接，由此限定所述顆粒移動床的內部空間，所述殼 體的頂端和底端開口，所述插板閥位于所述殼體的底部，所述插板閥的手輪由所述反應器 本體外部穿過內壁，由此使所述插板閥的插板作為所述殼體的底部;熱解氣出口，所述熱解 氣出口位于所述殼體所對應的所述反應器本體的側壁上； 所述循環流化床通過所述半焦出口與所述快速熱解反應器相通； 所述熱解油氣處理系統通過所述熱解氣出口與所述快速熱解反應器相通。2. 根據權利要求1所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述熱解油 氣處理系統進一步包括油氣分離系統、熱解氣凈化系統以及焦油精制系統，其中，所述熱解 氣出口與所述油氣分離系統相連接，所述油氣分離系統的氣體出口與所述熱解氣凈化系統 連接，所述油氣分離系統的液體出口與所述焦油精制系統連接。3. 根據權利要求1所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述循環流 化床進一步包括空氣入口。4. 根據權利要求1所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，每層所述蓄 熱式輻射管包括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管，且每個所述蓄熱式輻射管與相鄰 上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個蓄熱式輻射管平行并且沿所述煤熱解反應器的本體高 度方向上錯開分布。5. 根據權利要求1所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述顆粒移 動床進一步包括第一隔層，所述第一隔層位于所述殼體內部，與所述反應器本體內壁限定 出空間，所述第一隔層表面具有多孔結構。6. 根據權利要求5所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述第一隔 層與所述反應器本體之間的距離小于5cm。7. 根據權利要求1所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述顆粒移 動床進一步包括第二隔層，所述第二隔層與所述第一隔層相互平行設置，所述第二隔層與 所述殼體內壁限定出空間，所述第二隔層表面具有多孔結構。8. 根據權利要求7所述的煤熱解裝置與循環流化床聯用系統，其特征在于，所述第二隔 層與所述殼體之間的距離小于5cm〇9. 用權利要求1-8任一項所述煤熱解裝置與循環流化床聯用系統處理煤的方法，包括 以下步驟： A、 利用所述快速熱解反應器對原料煤進行熱解處理，得到半焦和熱解氣； B、 將所述半焦送往循環流化床，使所述半焦在所述循環流化床中進行燃燒，用于發電； C、將所述熱解氣通過所述出料區的所述熱解氣出口送往所述熱解油氣處理系統，從而 對所述熱解油氣進行處理，得到可燃氣。10.根據權利要求9所述的方法，所述熱解氣通過所述熱解氣出口送往所述熱解油氣處 理系統后進一步包括步驟D，所述步驟D包括:所述熱解氣進入油氣分離系統，得到氣液分離 后的氣體和液體，所述液體經焦油精煉系統處理后得到焦油，所述氣體經熱解氣凈化系統 處理后得到熱解氣。
【文檔編號】C10B47/00GK105885894SQ201610428895
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】梅磊, 陳水渺, 肖磊, 薛遜, 姜朝興, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司