一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統及處理煤的方法
【專利摘要】本發明公開一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統及處理煤的方法。該系統包括快速熱解爐、分離凈化系統、重整變換系統和氣基豎爐；在快速熱解爐的出料區設有抽氣傘；抽氣傘包括傘部和柄部，傘部和柄部二者氣體連通，柄部從熱解爐本體的外部穿過熱解爐本體的側壁并延伸至熱解爐本體內部的中間位置；該方法將原料煤熱解，產生的熱解油氣經分離凈化系統和重整變換系統處理后獲得還原氣，可直接用于氣基豎爐的生產。本發明的系統和方法，有效利用了通常難以利用的粉煤，快速熱解爐產生的熱解油氣粉塵含量低，熱解油氣可快速抽離熱解爐，降低了氣基豎爐的生產成本和能耗。
【專利說明】
一種聯合熱解爐與氣基豎爐的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，尤其涉及一種聯合熱解爐與氣基豎爐的 系統及處理煤的方法。
【背景技術】
[0002] 煤本身的結構特點，決定了低階煤揮發分高、活性強，由于水分和氧含量高而熱值 低，直接利用(燃燒或氣化)效率低，經濟價值遠不如高階煤，因此，大規模開發利用的低階 煤必須先對其進行加工提質才能用于生活生產。最為科學和常用的加工方法之一是熱解， 也稱"干餾"或"熱分解"。熱解是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續加熱至較高溫度 時，所發生的一系列物理變化和化學反應，在此過程中煤會發生交聯鍵斷裂、產物重組和二 次反應，最終得到氣體(煤氣）、液體(焦油）、及固體(半焦)等產物。焦油中含有目前尚無法 人工合成的多種稠環芳香烴類化合物及雜環化合物。與直接燃燒相比，熱解實現了煤中不 同成分的梯級轉化，是一種資源高效綜合利用方法，可減少燃煤造成的環境污染，提高低階 煤資源綜合利用價值的優勢，創造顯著的經濟社會效益。
[0003] 我國是鋼鐵生產第一大國，目前廢鋼供應量遠遠滿足不了鋼鐵生產的需要。國內 廢鋼缺口得不到足夠補充，進一步加劇了市場供應的緊張局面。在這種情況下，適時發展直 接還原技術是必要的。直接還原工藝不用焦炭和燒結礦，因而可適應當前越來越嚴格的環 保要求。目前，全世界有十幾種直接還原法實現了工業化生產，包括Mid reX、HyL-m、煤基回 轉窯、轉底爐、流化床法等。只有氣基豎爐工藝Midrex和HyL-ΙΠ 可以大型化生產，產品質量 高、投資低，能耗在現行直接還原生產方法中最低。但氣基豎爐對還原氣的凈化程度要求 尚。
[0004] 此外，目前的熱解反應器中，熱解油氣在反應器中停留時間長，油氣二次反應劇 烈，影響熱解油氣的品質。熱解反應器采用塊煤作原料，成本高。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發明提出一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統及處理煤的方 法，將其他設備難以處理的粉煤高溫熱解后獲得熱解油氣，將熱解油氣快速抽出熱解爐進 行處理，將凈化后獲得的熱解氣直接送入氣基豎爐系統，降低鋼鐵冶煉成本。
[0006] 本發明的目的之一是提供一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，包括:快速熱解爐、 分離凈化系統、重整變換系統和氣基豎爐；
[0007] 所述快速熱解爐具有熱解爐本體，所述熱解爐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] 所述出料區設有半焦出口和抽氣傘;所述抽氣傘包括傘部和柄部，所述傘部和所 述柄部二者氣體連通，所述柄部從所述熱解爐本體的外部穿過所述熱解爐本體的側壁并延 伸至所述熱解爐本體內部的中間位置；
[0009] 其中，所述抽氣傘的柄部連接分離凈化系統熱解油氣入口，所述分離凈化系統氣 體出口連接重整變換系統氣體入口，所述重整變換系統氣體出口連接氣基豎爐氣體入口。
[0010]將抽氣傘設置在出料區，可快速收集產生的熱解油氣排出快速熱解爐。經過熱解 半焦的過濾，降低了熱解油氣中的含塵量，同時，高溫半焦對熱解油氣有繼續裂解的效果。 [0011]進一步的，本發明的系統還包括焦油精制系統，所述焦油精制系統包括熱解油入 口和焦油出口，所述分離凈化系統包括液體出口；所述分離凈化系統液體出口連接所述焦 油精制系統熱解油入口。
[0012] 具體的，所述抽氣傘為錐形結構，所述傘部朝向熱解爐的底部并且傘部表面布置 有多個通孔，所述抽氣傘的傘部頂端設置有抽氣口，所述抽氣傘傘底半徑為所述熱解爐本 體寬度的1/8~1/4,傾角為45°~60°。
[0013] 進一步的，所述抽氣傘的柄部內部為中空結構，用于排出所述熱解爐本體內部的 熱解油氣。
[0014] 作為本發明優選的方案，所述快速熱解爐進一步包括燃氣入口，所述快速熱解爐 燃氣入口連接所述分離凈化系統氣體出口。
[0015] 本發明中，所述分離凈化系統包括:旋風分離器、初冷塔、鼓風機、電捕焦油器、脫 硫塔、脫氨塔、洗苯塔和氣柜;所述旋風分離器氣體入口連接快速熱解爐的抽氣傘，所述旋 風分離器氣體出口連接初冷塔氣體入口，所述初冷塔氣體出口連接鼓風機氣體入口，所述 鼓風機氣體出口連接電捕焦油器氣體入口，所述電捕焦油器氣體出口連接脫硫塔氣體入 口，所述脫硫塔氣體出口連接脫氨塔氣體入口，所述脫氨塔氣體出口連接洗苯塔氣體入口， 所述洗苯塔氣體出口連接氣柜氣體入口。快速熱解爐產生的熱解油氣進入分離凈化系統， 經油氣分離，產生的氣體經脫硫、脫氨等工序獲得熱解氣。
[0016] 本發明中，所述重整變換系統包括:精細脫硫塔、重整塔、變換塔和脫碳裝置;所述 精細脫硫塔氣體入口連接分離凈化系統氣體出口，所述精細脫硫塔氣體出口連接重整塔氣 體入口，所述重整塔氣體出口連接變換塔氣體入口，所述變換塔氣體出口連接脫碳裝置氣 體入口，所述脫碳裝置氣體出口連接所述氣基豎爐氣體入口。分離凈化系統產生的熱解氣 進入重整變換系統，通過進一步的精細脫硫、重整和變換，將熱解氣中的氣體轉化為氫氣和 一氧化碳，得到合適比例的還原氣，還原氣直接進氣基豎爐。
[0017] 本發明的另一目的是提供一種利用上述系統處理煤的方法，包括如下步驟：
[0018] 將破碎后的原料(粉煤)加入所述快速熱解爐中，使原料發生熱解反應，熱解反應 產生熱解油氣和熱解半焦；
[0019] 將所述熱解油氣通過出料區的所述抽氣傘送往所述分離凈化系統，獲得熱解氣和 熱解油，然后將所述熱解氣送入所述重整變換系統處理，獲得還原氣；
[0020] 將所述還原氣送入所述氣基豎爐。
[0021] 作為本發明優選的方案，將所述分離凈化系統產生的熱解油送入所述焦油精制系 統，獲得尚品質油品。
[0022] 作為本發明優選的方案，將所述分離凈化系統產生的部分熱解氣作為燃料送入所 述快速熱解爐。
[0023] 本發明的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統及處理煤的方法，將粉煤作為原料，熱解 產生的熱解油氣由抽氣傘快速排出；熱解油氣通過出料區內的熱解半焦后含塵量下降，降 低了焦油后續精制處理的預處理成本;熱解油氣經分離凈化，重整變換后所得還原氣直接 進入氣基豎爐，成本低，單位產品能耗低。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明實施例的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統示意圖；
[0025] 圖2是本發明實施例中快速熱解爐的結構示意圖；
[0026] 圖3是本發明實施例中抽氣傘主視圖；
[0027] 圖4是本發明實施例中抽氣傘俯視圖；
[0028] 圖5是利用本發明實施例的系統處理煤的方法流程圖。
[0029] 圖中：
[0030] 100-快速熱解爐；
[0031 ] 1-熱解爐本體、11-進料區、12-熱解區、13-出料區；
[0032] 2-蓄熱式輻射管；
[0033] 3-抽氣傘、31-傘部、32-柄部、33-抽氣口、34-傘底；
[0034] 200-分離凈化系統；
[0035] 201-旋風分離器、202-初冷塔、203-鼓風機、204-電捕焦油器、205-脫硫塔、206-脫 氨塔、207-洗苯塔、208-氣柜；
[0036] 300-重裝變換系統；
[0037] 301 -精細脫硫塔、302-重整塔、303-變換塔、304-脫碳裝置；
[0038] 400-氣基豎爐；
[0039] 500-焦油精制系統。
【具體實施方式】
[0040]以下結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能 夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施 例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。
[0041] 如圖1所示，一方面，本發明實施例提供一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，包括： 快速熱解爐100、分離凈化系統200、重整變換系統300、氣基豎爐400和焦油精制系統500。
[0042] 如圖2所示，快速熱解爐100包括熱解爐本體1、蓄熱式輻射管2和抽氣傘3。
[0043]熱解爐本體1為熱解反應容器。反應空間自上而下分為進料區11、熱解區12以及出 料區13。出料區13設有半焦出口 14和抽氣傘3。
[0044] 具體的，出料區13可以呈倒錐形。由此，可以使經過熱解生成的半焦順利排出出料 區13。半焦出口 14應盡可能布置在熱解爐本體1底端的中心位置，便于出料區13內的半焦順 利的排出。
[0045] 蓄熱式輻射管2設置在熱解爐本體1內，蓄熱式輻射管2沿熱解爐本體1的高度方向 多層布置，每層布置多根在水平方向彼此平行的蓄熱式輻射管2,有利于爐內原料(粉煤)的 均勻受熱。
[0046] 如圖3和圖4所示，抽氣傘3包括傘部31和柄部32。傘部31和柄部32二者氣體連通， 柄部32從熱解爐的外部穿過熱解爐的側壁并延伸至熱解爐內部的中間位置。傘部31為錐形 結構，傘部31朝向熱解爐的底部并且傘部31表面布置有多個通孔。
[0047] 抽氣傘3的頂部具有抽氣口 33。抽氣口 33頂端與抽氣傘3的柄部32相連。抽氣傘柄 部32為中空結構，用于將產生的熱解油氣及時地排出熱解爐本體1外。排出熱解爐的熱解油 氣進一步進入分離凈化系統200,得到熱解氣和熱解油。
[0048] 進一步的，為更好實現熱解油氣的抽離過程，可以將抽氣傘3的傘底34半徑設定為 熱解爐本體1寬度的1/8~1/4,傾角為45°~60°。這樣的結構設計更有利于對熱解油氣進行 收集。
[0049]本發明實施例中，分離凈化系統200包括:旋風分離器201、初冷塔202、鼓風機203、 電捕焦油器204、脫硫塔205、脫氨塔206、洗苯塔207和氣柜208。旋風分離器201氣體入口連 接抽氣傘的柄部32,旋風分離器201氣體出口連接初冷塔202氣體入口，初冷塔202氣體出口 連接鼓風機203氣體入口，鼓風機203氣體出口連接電捕焦油器204氣體入口，電捕焦油器 204氣體出口連接脫硫塔205氣體入口，脫硫塔205氣體出口連接脫氨塔206氣體入口，脫氨 塔206氣體出口連接洗苯塔207氣體入口，洗苯塔207氣體出口連接氣柜208氣體入口。快速 熱解爐100產生的熱解油氣進入分離凈化系統200,經油氣分離，產生的氣體經脫硫、脫氨等 工序獲得熱解氣。
[0050]進一步的，快速熱解爐100還包括燃氣入口，快速熱解爐100燃氣入口連接分離凈 化系統200氣體出口。分離凈化系統產生的部分熱解氣可作為燃料進入快速熱解爐，為熱解 反應提供能量。
[0051 ]本發明實施例中，重整變換系統300包括:精細脫硫塔301、重整塔302、變換塔303 和脫碳裝置304。精細脫硫塔301氣體入口連接分離凈化系統200氣體出口，精細脫硫塔301 氣體出口連接重整塔302氣體入口，重整塔302氣體出口連接變換塔303氣體入口，變換塔 303氣體出口連接脫碳裝置304氣體入口，脫碳裝置304氣體出口連接氣基豎爐400氣體入 口。分離凈化系統200產生的熱解氣進入重整變換系統300,通過進一步的精細脫硫、重整和 變換，將熱解氣中的氣體轉化為氫氣和一氧化碳，得到合適比例的還原氣，還原氣直接進氣 基豎爐400。
[0052]氣基豎爐400是直接生產還原鐵的反應器，重整變換系統300產生的還原氣輸送到 氣基豎爐400，用于還原反應。
[0053]進一步的，本發明實施例的焦油精制系統500包括熱解油入口和焦油出口，分離凈 化系統200包括液體出口；分離凈化系統200液體出口連接焦油精制系統500熱解油入口。分 離凈化系統200分離出的熱解油經分離凈化系統液體出口進入焦油精制系統500，經加氫精 制可得尚品質油品。
[0054]如圖5所示，另一方面，本發明實施例提供一種利用上述系統處理煤的方法，包括 如下步驟：
[0055] 1、將破碎后的原料(粉煤)加入快速熱解爐中，使原料發生熱解反應，熱解反應產 生熱解油氣和熱解半焦；
[0056] 2、將熱解油氣通過出料區的抽氣傘送往分離凈化系統，獲得熱解氣和熱解油，然 后將熱解氣送入重整變換系統處理，獲得還原氣；
[0057] 3、將還原氣送入氣基豎爐；
[0058] 4、將分離凈化系統產生的熱解油送入焦油精制系統，獲得高品質油品；
[0059] 5、將分離凈化系統產生的部分熱解氣作為燃料送入快速熱解爐。
[0060] 實施例
[0061] 將原料煤粉碎到粒徑3mm以下，送入快速熱解爐與氣基豎爐聯用系統，控制快速熱 解爐內溫度900°C，熱解爐內設置了多層蓄熱式輻射管和抽氣傘，產生的熱解油氣經抽氣傘 抽離快速熱解爐。熱解油氣經分離凈化系統和焦油精制系統后，可得熱解氣和高品質油品。 熱解氣經重整變換系統處理后獲得還原氣，還原氣直接進入氣基豎爐進行生產。經分離凈 化系統后的熱解氣中組成如表1所示。
[0062]表1熱解氣組成成分 [0063]
[0064] 經重整變換脫碳后的還原氣H2和⑶的總量為93.6%，出/⑶體積比為4.7:1，與高爐 冶煉系統和焦爐煤氣-氣基豎爐冶煉系統相比，快速熱解爐-氣基豎爐具有明顯的優勢，具 有更大的經濟價值。和焦爐煤氣-氣基豎爐冶煉系統相比，快速熱解爐-氣基豎爐單元產品 的能耗降低6.8%，單位產品成本平均降低50~80元/噸。
[0065]需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本 發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對 本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除上下文另有所指 外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的 全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權項】
1. 一種聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，包括:快速熱解爐、分離凈化系統、 重整變換系統和氣基豎爐； 所述快速熱解爐具有熱解爐本體，所述熱解爐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； 所述出料區設有半焦出口和抽氣傘;所述抽氣傘包括傘部和柄部，所述傘部和所述柄 部二者氣體連通，所述柄部從所述熱解爐本體的外部穿過所述熱解爐本體的側壁并延伸至 所述熱解爐本體內部的中間位置； 其中，所述抽氣傘的柄部連接分離凈化系統熱解油氣入口，所述分離凈化系統氣體出 口連接重整變換系統氣體入口，所述重整變換系統氣體出口連接氣基豎爐氣體入口。2. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，進一步包括焦油 精制系統，所述焦油精制系統包括熱解油入口和焦油出口，所述分離凈化系統包括液體出 P； 所述分離凈化系統液體出口連接所述焦油精制系統熱解油入口。3. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，所述抽氣傘為錐 形結構，所述傘部朝向熱解爐的底部并且傘部表面布置有多個通孔，所述抽氣傘的傘部頂 端設置有抽氣口，所述抽氣傘傘底半徑為所述熱解爐本體寬度的1/8~1/4,傾角為45°~ 60。。4. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，所述抽氣傘的柄 部內部為中空結構，用于排出所述熱解爐本體內部的熱解油氣。5. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，所述快速熱解爐 進一步包括燃氣入口，所述快速熱解爐燃氣入口連接所述分離凈化系統氣體出口。6. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，所述分離凈化系 統包括:旋風分離器、初冷塔、鼓風機、電捕焦油器、脫硫塔、脫氨塔、洗苯塔和氣柜； 其中，所述旋風分離器氣體入口連接所述抽氣傘，所述旋風分離器氣體出口連接初冷 塔氣體入口，所述初冷塔氣體出口連接鼓風機氣體入口，所述鼓風機氣體出口連接電捕焦 油器氣體入口，所述電捕焦油器氣體出口連接脫硫塔氣體入口，所述脫硫塔氣體出口連接 脫氨塔氣體入口，所述脫氨塔氣體出口連接洗苯塔氣體入口，所述洗苯塔氣體出口連接氣 柜氣體入口。7. 根據權利要求1所述的聯合熱解爐與氣基豎爐的系統，其特征在于，所述重整變換系 統包括:精細脫硫塔、重整塔、變換塔和脫碳裝置； 其中，所述精細脫硫塔氣體入口連接分離凈化系統氣體出口，所述精細脫硫塔氣體出 口連接重整塔氣體入口，所述重整塔氣體出口連接變換塔氣體入口，所述變換塔氣體出口 連接脫碳裝置氣體入口，所述脫碳裝置氣體出口連接所述氣基豎爐氣體入口。8. -種利用權利要求1~7任一所述系統處理煤的方法，其特征在于，包括如下步驟： 將破碎后的原料加入所述快速熱解爐中，使原料發生熱解反應，熱解反應產生熱解油 氣和熱解半焦； 將所述熱解油氣通過出料區的所述抽氣傘送往所述分離凈化系統，獲得熱解氣和熱解 油，然后將所述熱解氣送入所述重整變換系統處理，獲得還原氣； 將所述還原氣送入所述氣基豎爐。9. 根據權利要求8所述處理煤的方法，其特征在于，將所述分離凈化系統產生的熱解油 送入所述焦油精制系統，獲得尚品質油品。10. 根據權利要求8所述處理煤的方法，其特征在于，將所述分離凈化系統產生的部分 熱解氣作為燃料送入所述快速熱解爐。
【文檔編號】C10C1/00GK106085482SQ201610658792
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610658792.0, CN 106085482 A, CN 106085482A, CN 201610658792, CN-A-106085482, CN106085482 A, CN106085482A, CN201610658792, CN201610658792.0
【發明人】梅磊, 陳水渺, 馬正民, 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