热解煤的系统和方法转让专利
申请号 : CN201610098982.1
文献号 : CN105567267B
文献日 : 2018-02-27
发明人 : 梅磊 , 陈水渺 , 姜朝兴 , 薛逊 , 吴道洪
申请人 : 神雾科技集团股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种热解煤的系统,其特征在于,包括:移动床热解反应器和喷淋塔,其中,所述移动床热解反应器包括:煤料入口和半焦出口;
所述煤料入口位于所述反应器的顶部;
所述半焦出口位于所述反应器的底部;
蓄热式辐射管,所述蓄热式辐射管在所述移动床热解反应器的内部沿着所述反应器的高度方向多层布置,每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管;
油气导出管道,所述油气导出管道的管壁上设置有通孔;
搅拌装置,所述搅拌装置包括搅拌轴和连接在所述搅拌轴上的多个搅拌杆,所述搅拌轴由所述半焦出口伸入到所述反应器的内部并被设置成可在所述反应器内旋转;
集气管,所述集气管包括集气总管以及与所述集气总管相连通的集气支管,其中,所述集气总管竖直地设置在所述反应器外部,并且所述集气总管与所述喷淋塔相连,所述集气支管延伸穿过所述反应器的侧壁伸入到所述反应器内且与所述油气导出管道相连通。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述集气支管为多个,并且沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述集气支管垂直于所述集气总管。
4.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述油气导出管道沿所述反应器的高度方向多层布置,每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道。
5.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置,且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。
9.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,同一层所述油气导出管道连通至同一根所述集气支管。
10.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述搅拌杆介于所述蓄热式辐射管层与所述油气导出管道层之间。
11.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述搅拌杆垂直于所述搅拌轴,并且沿所述搅拌轴的长度方向间隔分布。
12.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述搅拌杆在所述搅拌轴的同一横截面上的相邻投影呈一定角度。
13.根据权利要求12所述的系统,其特征在于,所述角度为0~90度,不含端值。
14.根据权利要求13所述的系统,其特征在于,所述角度为30~90度,不含90度。
15.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包括:破碎机,所述破碎机具有块煤入口和破碎煤出口;
第一输送螺旋,所述第一输送螺旋具有第一进料口和第一出料口,所述第一进料口与所述破碎煤出口相连;
煤仓,所述煤仓具有煤仓进口和煤仓出口,所述煤仓进口与所述第一出料口相连;
第二输送螺旋,所述第二输送螺旋具有第二进料口和第二出料口,所述第二进料口与所述煤仓出口相连;
干燥提升管,所述干燥提升管具有烟气入口、粉煤进料口和混合物料出口,所述烟气入口与所述蓄热式辐射管上的烟气出口相连,所述粉煤进料口与所述第二出料口相连;
第一旋风分离器,所述第一旋风分离器具有混合物料入口、尾气出口和干燥煤粉出口,所述混合物料入口与所述混合物料出口相连;
第三输送螺旋,所述第三输送螺旋具有第三进料口和第三出料口,所述第三进料口与所述干燥煤粉出口相连,所述第三出料口与所述煤料入口相连;
第四输送螺旋,所述第四输送螺旋设置在所述移动床热解反应器的下方且与所述半焦出口相连。
16.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包括:第二旋风分离器,所述第二旋风分离器具有油气进口、固体颗粒出口和净化油气出口,所述油气进口与所述集气总管相连;
除尘装置,所述除尘装置具有除尘油气入口和除尘后油气出口,所述除尘油气入口与所述净化油气出口相连,所述除尘后油气出口与所述喷淋塔相连。
17.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包括:焦油槽,所述焦油槽具有焦油入口、轻油出口、重油出口和焦油渣出口,所述焦油入口与所述喷淋塔相连;
风机,所述风机具有燃气入口和燃气出口,所述燃气入口与所述喷淋塔相连;以及储气罐,所述储气罐与所述燃气出口相连。
18.一种利用权利要求1-17任一项所述的热解煤的系统热解煤的方法,其特征在于,包括:将煤输送至所述移动床热解反应器中进行热解处理,以便得到半焦和热解油气;
将所述热解油气输送至所述喷淋塔中进行喷淋处理,以便得到焦油和燃气。
19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,进一步包括:在将所述热解油气供给至所述喷淋塔中进行喷淋处理之前,预先将所述热解油气供给至第二旋风分离器和除尘装置中依次进行旋风分离和除尘处理。
说明书 :
热解煤的系统和方法
技术领域
背景技术
探明煤炭储量为1145亿吨,其中中低阶煤(褐煤,低变质烟煤)又占到全国保有资源量的
55.15%左右。由于低阶煤具有水分含量高、易风化自然、难以分选、不宜长途运输和储存等
特点,使得其综合利用受到很大限制。其中直接燃烧发电是其最常见的利用方式之一,据不
完全统计,我国有90%以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。低阶煤作为动力煤燃料
直接燃烧,不但浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源,而且效率低。通过煤低温热解与半焦燃
烧、气化解耦,实现低阶煤分级高效清洁转化利用,是现在大型煤化工的主要方向。
合利用难度大等问题。
发明内容
同时热解产生的油气资源可迅速导出,二次反应少,焦油品质高,焦油中轻质组分含量高,
另外热解反应器采用蓄热式辐射管,且内部设置转动内构件,增加了颗粒间和颗粒辐射管
间传热,传热效率高。
外热解反应器采用蓄热式辐射管,且内部设置转动内构件,增加了颗粒间和颗粒辐射管间
传热,传热效率高。
的油气导出效率。
反应器中的油气导出效率。
层与油气导出管道层之间。
口,所述第一进料口与所述破碎煤出口相连;煤仓,所述煤仓具有煤仓进口和煤仓出口,所
述煤仓进口与所述第一出料口相连;第二输送螺旋,所述第二输送螺旋具有第二进料口和
第二出料口,所述第二进料口与所述煤仓出口相连;干燥提升管,所述干燥提升管具有烟气
入口、粉煤进料口和混合物料出口,所述烟气入口与所述蓄热式辐射管上的烟气出口相连,
所述粉煤进料口与所述第二出料口相连;第一旋风分离器,所述第一旋风分离器具有混合
物料入口、尾气出口和干燥煤粉出口,所述混合物料入口与所述混合物料出口相连;第三输
送螺旋,所述第三输送螺旋具有第三进料口和第三出料口,所述第三进料口与所述干燥煤
粉出口相连,所述第三出料口与所述煤料入口相连;第四输送螺旋,所述第四输送螺旋设置
在所述移动床热解反应器的下方且与所述半焦出口相连。由此,使得粉煤入炉时水分小,耗
热少,从而可以进一步提高粉煤的热解效率。
总管相连;除尘装置,所述除尘装置具有除尘油气入口和除尘后油气出口,所述除尘油气入
口与所述净化油气出口相连,所述除尘后油气出口与所述喷淋塔相连。由此,可以显著提高
焦油和燃气品质。
述风机具有燃气入口和燃气出口,所述燃气入口与所述喷淋塔相连;以及储气罐,所述储气
罐与所述燃气出口相连。
外热解反应器采用蓄热式辐射管,且内部设置转动内构件,增加了颗粒间和颗粒辐射管间
传热,传热效率高。
所述除尘装置中依次进行旋风分离和除尘处理。由此,可以显著提高焦油和燃气的品质。
附图说明
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
器100和喷淋塔200。
具体实施例,在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管均匀分布,优选地,沿反应器的高度方
向布置的蓄热式辐射管彼此平行并且错开布置。根据本发明的具体示例,蓄热式辐射管的
管径可以为100~300mm。根据本发明的实施例,相邻蓄热式辐射管外壁间的水平距离为200
~500mm,相邻蓄热式辐射管外壁间的竖直距离为200~700mm。需要解释的是,相邻蓄热式
辐射管外壁间的水平距离可以理解为在同层上蓄热式辐射管外壁间的距离,而相邻蓄热式
辐射管外壁间的竖直距离可以理解为相邻上下两层间的相邻蓄热式辐射管外壁间的距离。
施例,蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节阀(未示出)。由此,可以通过调整燃气调节阀调
节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来等实现对热解过程的精确控温,从而可以显著提高煤
料的热解效率,进而提高热解焦油的收率。
侧壁,并且蓄热式辐射管的两端均伸出反应器侧壁,其中,蓄热式辐射管上的燃料入口位于
蓄热式辐射管上伸出反应器的一端,蓄热式辐射管上的烟气出口位于蓄热式辐射管上伸出
反应器的另一端,或者蓄热式辐射管上的燃料入口和烟气出口位于蓄热式辐射管上的同一
端。通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温,并且蓄热式
辐射管采用定期换向的燃烧方式,使得单个蓄热式辐射管的温度场相差不大于30℃,从而
保证反应器内温度场的均匀性,例如通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器
内上段区域的蓄热式辐射管的调节温度范围为500~800℃,保证煤料的充分热解,通过调
整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器内下段区域的蓄热式辐射管的调节温度范
围为450~650℃,从而进一步加热一部分没有完全热解的煤料。
平行的油气导出管道。
辐射管两侧安装油气导出管道,热解产生的油气通过油气导出管道被迅速导出,从而有效
地抑制了油气的二次裂解,进而提高热解焦油的收率,经济效益好。根据本发明的具体示
例,油气导出管道的管径可以为30~80mm。
提高热解焦油产率。
拌轴15可旋转地从半焦出口102伸入到反应器内部。发明发现,通过在反应器内设置搅拌装
置,搅拌杆在来回转动的过程中,可以有效避免辐射管表面的结焦,进而避免因辐射管结焦
而降低传热效率,从而能够增强传热效果。
如,搅拌杆可以介于辐射管层与油气导出管道层之间。
度)。由此,可以使得搅拌杆有效地松动反应器内部煤料,从而能够快速导出油气热解焦油。
具体的,中心搅拌轴的长度可为1-18m,可拆卸搅拌杆垂直间距可以为0.4-1m,层数可以为
11-26层。
反应器的侧壁伸入到反应器内且与油气导出管道12相连通。由此,进入油气导出管道热解
焦油气经集气支管汇集至集气总管。
由此,多个集气支管可以保证油气导出管道中热解焦油气的快速导出,从而显著提高热解
焦油的收率。
气进行喷淋处理,从而可以分离得到焦油和燃气。需要说明的是,本领域技术人员可以根据
实际需要对喷淋液的具体类型进行选择,例如可以为氨水、水、洗油或热解焦油中的一种或
多种形式的组合。具体的,热解油气由顶部或底部进入喷淋塔内,和喷淋液顺流或逆流接触
传质换热。
流量来实现对热解过程的精确控温,并且蓄热式辐射管通过蓄热式燃烧,保证了温度场的
均匀性,从而可以显著提高煤料的热解效率,进而提高热解焦油的收率,同时较传统的使用
气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比,本发明的移动床热解反应器
不需要设置预热单元和载体分离单元,从而可以极大简化热解反应工艺流程,进而显著降
低装置的故障率且所得热解焦油中含尘率较低,并且排烟温度低,其次本发明通过在蓄热
式辐射管的底部布置油气导出管道,可以将热解产生的油气迅速导出,从而有效地抑制了
油气的二次裂解,进而提高热解焦油的收率,并且热解气未被气体热载体稀释,热解气热值
高,经济效益好,其次通过在反应器内设置搅拌装置配合蓄热式辐射管,搅拌杆在来回转动
的过程中,使得堆积煤料得以松动,增大了堆积煤料间的空隙率,降低了热解焦油气透过煤
料层的压降,使得产生的热解焦油气能快速穿过煤料层到达油气导出管,产生的热解焦油
气能及时通过油气导出管导出,并且能够避免辐射管上端结焦,从而避免影响传热效率,另
外通过采用喷淋塔对热解油气进行喷淋处理,可以分离得到焦油和可燃气,提高经济效益。
900和第四输送螺旋1000。
径可以为3mm以下。
二出料口602相连,且适于采用蓄热式辐射管产生的热烟气对破碎煤进行提升和干燥处理,
以便得到含有干燥粉煤和烟气的混合物料。由此,不仅可以实现余热的高效利用,而且使得
粉煤入炉时水分小,耗热少,从而可以进一步提高粉煤的热解效率。具体的,蓄热式辐射管
中产生的热烟气温度为200℃左右,其与破碎煤接触实现脱水干燥,换热后的热烟气温度约
100℃左右,经热烟气干燥后的粉煤含水量控制在10wt%以下。
的含有干燥粉煤和烟气的混合物料进行旋风分离处理,从而分别得到尾气以及干燥粉煤。
需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际分离需要采用二级旋风分离器。
得到的干燥粉煤供给至反应器内进行热解处理。
的热解油气供给至喷淋塔中进行喷淋处理之前,预先将热解油气供给至第二旋分离器进行
旋风分离处理,从而可以分离得到净化油气和含有半焦的固体颗粒。由此,可以显著提高所
得焦油和燃气的品质。
201相连,且适于在将第二旋风分离器中得到的净化油气进行除尘处理后再供给至喷淋塔
中进行喷淋处理。由此,可以进一步提高所得焦油和燃气的品质。需要说明的是,本领域技
术人员可以根据实际需要对除尘器的具体类型进行选择,例如除尘装置可以是床除尘器、
静电除尘器、金属过滤器等中的一种或多种形式组合。
焦油进行自然沉降,从而可以分别得到轻油、重油和焦油渣。由此,可以显著提高经济效益。
的方法进行详细描述。根据本发明的实施例,该方法包括:
理,从而可以得到热解油气和半焦。
现有技术中粉煤无法利用的难题。
大于30℃,从而保证反应器内温度场的均匀性,例如通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的
流量使得反应器内上段区域的蓄热式辐射管的调节温度范围为500~800℃,保证煤料的充
分热解,通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得反应器内下段区域的蓄热式辐射管
的调节温度范围为450~650℃,从而进一步加热一部分没有完全热解的煤料。
域技术人员可以根据实际需要对喷淋液的具体类型进行选择,例如可以为氨水、水、洗油或
热解焦油中的一种或多种形式的组合。具体的,热解油气由顶部或底部进入喷淋塔内,和喷
淋液顺流或逆流接触传质换热。
流量来实现对热解过程的精确控温,并且蓄热式辐射管通过蓄热式燃烧,保证了温度场的
均匀性,从而可以显著提高煤料的热解效率,进而提高热解焦油的收率,同时较传统的使用
气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比,本发明的移动床热解反应器
不需要设置预热单元和载体分离单元,从而可以极大简化热解反应工艺流程,进而显著降
低装置的故障率且所得热解焦油中含尘率较低,并且排烟温度低,其次本发明通过在蓄热
式辐射管的底部布置油气导出管道,可以将热解产生的油气迅速导出,从而有效地抑制了
油气的二次裂解,进而提高热解焦油的收率,并且热解气未被气体热载体稀释,热解气热值
高,经济效益好,其次通过在反应器内设置搅拌装置配合蓄热式辐射管,搅拌杆在来回转动
的过程中,使得堆积煤料得以松动,增大了堆积煤料间的空隙率,降低了热解焦油气透过煤
料层的压降,使得产生的热解焦油气能快速穿过煤料层到达油气导出管,产生的热解焦油
气能及时通过油气导出管导出,并且能够避免辐射管上端结焦,从而避免影响传热效率,另
外通过采用喷淋塔对热解油气进行喷淋处理,可以分离得到焦油和可燃气,提高经济效益。
煤和烟气的混合物料。由此,不仅可以实现余热的高效利用,而且使得粉煤入炉时水分小,
耗热少,从而可以进一步提高粉煤的热解效率。具体的,蓄热式辐射管中产生的热烟气温度
为200℃左右,其与破碎煤接触实现脱水干燥,换热后的热烟气温度约100℃左右,经热烟气
干燥后的粉煤含水量控制在10wt%以下。
到的干燥粉煤经第三输送螺旋供给至热解反应器中。需要说明的是,本领域技术人员可以
根据实际分离需要采用二级旋风分离器。
除尘处理,从而可以分离得到净化油气和含有半焦的固体颗粒。由此,可以显著提高所得焦
油和燃气的品质。需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要对除尘装置的具体类
型进行选择,例如除尘装置可以是可以为床除尘器、静电除尘器、金属过滤器等中的一种或
多种形式组合。
部压力2.51Kpa。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。