CN103695013A - 含碳固体燃料热解的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于热解含碳固体燃料的***和方法。该***包括：热解装置，于其中含碳固体燃料利用固体热载体和气体热载体的热量进行热解产生粗热解气和固态产物，固体热载体和气体热载体的引入量使得固体热载体和气体热载体的热量均不足以单独供给含碳固体燃料热解所需的全部热量；固态产物回收单元、液态产物回收单元、和热载体供应单元，与热解装置连通，并输出气体热载体和固体热载体至热解装置中。本发明的含碳固体燃料热解的***和方法采用固体热载体和气体热载体共同为热解反应供热，一方面利于提高液态产物的收率，另一方面，降低了***的操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及含碳固体燃料热解领域，具体而言，涉及一种内热式热解***及其方法。
背景技术
随着石油资源的日益匮乏，为保证现代工业对能源的需求，人们逐渐将目光转向石油的替代能源——煤。目前，煤热解方法是煤化工领域的研究热点，煤热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛中，受热分解生产气态煤气、液态焦油和固态半焦的过程。煤气的主要成分包括H2、CO、CO2和CH4，半焦作为水分含量较少以及热值更高的燃料使用，焦油可加工提取高附加值的精细化学物。
内热式热解方法通常采用气体热载体或固体热载体向煤热解过程供热，美国专利US5401364公开了一种煤热解制高热值的半焦和焦油的方法，该方法利用气体热载体进行煤的干燥和热解。中国专利CN102010728公开了一种煤热解制取半焦、焦油和煤气的方法，该方法采用固体热载体加热方式，通过粒度分级方法将热解产生的半焦与热载体混合物中的大颗粒半焦作为产物分离出来，同时副产焦油和中热值煤气。
但是，由于气体热载体加热方式对气体的循环比值要求较高，因此需要较大的风力供给，同时气体热载体中含有大量的惰性气体，这些惰性气体也会进入干燥器和热解装置中，导致气体热载体的热值较低并且难以保证其燃烧的稳定性，进而导致出炉煤气的热值较低；在热解完成之后，气体热载体会随着焦油进入焦油回收单元，但是由于气体热载体中大量惰性气体的存在，造成焦油分压低进而引起焦油回收率低。
固体热载体加热方式克服了气体热载体所存在的弊端，但是又存在新的问题，由于固体热载体循环量大，单纯依靠固体热载体供热使得热解装置操作条件难以调节；而且，由于缺乏气体载体吹扫作用，气态产物在热解装置中停留时间长，焦油易发生二次反应，导致焦油产率降低。
发明内容
本发明旨在提供一种热解含碳固体燃料热解制固体、液体和气体燃料的***及方法，提高了焦油的产率、得到了中热值煤气、并使煤热解过程便于操作和控制。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于热解碳质材料含碳固体燃料的***，该***包括：热解装置，于其中碳质材料含碳固体燃料利用固体热载体和气体热载体的热量进行热解产生粗热解气和固态产物，固体热载体和气体热载体的引入量使得固体热载体和气体热载体的热容热量均不足以单独供给碳质材料含碳固体燃料热解所需的全部热量；固态产物回收单元，与热解装置连通，用于将固态产物冷却和/或钝化；液态产物回收单元，气相连通热解装置，接收热解装置产生的粗热解气，并对粗热解气进行冷凝，以获得液态产物和可燃气体；和热载体供应单元，与热解装置连通，并输出气体热载体和固体热载体至热解装置中。
优选地，固态产物回收单元与液态产物回收单元连通，来自液态产物回收单元的部分可燃气体在固态产物回收单元中与固态产物和/或固体产物与固体热载体的混合物换热。
优选地，固态产物回收单元包括：第一固体分离器，与热解装置连通，用于分离固态产物和固体热载体，可燃气体自第一固体分离器的下部引入，通过吹扫与固态产物和固体热载体的混合物换热，并强化分离固态产物和固体热载体；和冷却装置，冷却和/或钝化分离出的固态产物。
优选地，热载体供应单元包括燃烧器，于其中燃烧一部分换热后的可燃气体产生燃烧尾气，至少部分燃烧尾气作为气体热载体引入热解装置中；和热载体供应单元还包括固体热载体加热单元，与固体产物回收单元连通，用于使固体热载体加热为高温固体热载体并将高温固体热载体输送至热解装置中。
优选地，一部分换热后的可燃气体被送入燃烧器中燃烧产生燃烧尾气，另一部分换热后的可燃气体与一部分燃烧尾气混合后作为气体热载体进入热解装置。
进一步优选地，上述***还包括干燥器，于固体热载体加热单元中，固体热载体和/或外来燃料燃烧产生高温固体热载体和热烟气，热烟气、燃烧尾气的另一部分以及干燥尾气一同作为干燥介质引入与热解炉连通的干燥器中。
进一步优选地，***还包括设在干燥器和热解装置之间的混合器，于其中混合来自干燥器的碳质材料含碳固体燃料和来自热载体供应单元的高温固体热载体。
优选地，固体热载体的引入量使得其为热解提供的热量大于或等于气体热载体所提供的热量，能够为碳质材料含碳固体燃料热解提供50~95%的热量，优选55~90%的热量，进一步优选70~85%的热量，气体热载体的引入量能够为碳质材料热解提供10~50%的热量，气体热载体能够为含碳固体燃料热解提供5~50%，优选10~45%，优选10~30%的热量。
优选地，固体热载体和气体热载体进入热解装置的温度为500~800℃,优选600~700℃。
根据本发明的另一个方面，提供了一种热解碳质材料含碳固体燃料的方法，包括：在固体热载体和气体热载体的热作用下，使碳质材料含碳固体燃料进行热解，固体热载体和气体热载体的引入量使得固体热载体和气体热载体的热容热量均不足以单独供给碳质材料含碳固体燃料热解所需的全部热量；冷凝热解产生的粗热解气，以获得液态油和可燃气体；和对固态产物进行冷却处理和对固态产物进行冷却和/或钝化。
进一步地，方法还包括使可燃气体与固态产物和/或固体热解产物与固体热载体的混合物换热。
进一步地，方法还包括：分离固体热解产物和固体热载体，并在分离过程中通入可燃气体以进行换热和强化分离固态产物和固体热载体。
进一步地，方法还包括：燃烧一部分换热后的可燃气体产生燃烧尾气，至少部分燃烧尾气和另一部分换热后的可燃气体混合后用作气体热载体。
进一步地，方法还包括,可直接采用净热解气加热作为气体热载体。
进一步地，上述气体热载体选自高温惰性气体、高温热解气、不参与含碳固体燃料解热反应的高温尾气、高温废气与高温尾气组成的组中的一种或多种。
进一步地，上述方法还包括：燃烧固体热载体和/或外来燃料以产生高温固体热载体和热烟气，并将高温固体热载体输送至热解装置中。
进一步地，上述方法还包括：混合热烟气、燃烧尾气的另一部分以及干燥尾气形成用来干燥碳质材料含碳固体燃料的干燥介质。优选地，固体热载体为热解提供的热量大于或等于气体热载体为热解提供的热量，能够为含碳固体燃料热解提供50~95%的热量，优选55~90%的热量，优选70~85%的热量，气体热载体能够为含碳固体燃料热解提供5~50%的热量，优选10~45%的热量，优选15~30%的热量。
优选地，固体热载体和气体热载体进入热解装置的温度为500~800℃,优选600~700℃。
优选地，热解温度控制在400~700℃得到半焦、低温煤焦油和中热值燃气产物。
本发明的含碳固体燃料热解的***和方法采用固体热载体和气体热载体共同为热解反应供热，一方面利于提高液态产物的收率，另一方面，降低了***的操作难度。
在本说明书中，含碳固体燃料是一个宽泛的概念，其可包括但不限于：煤、煤直接液化残渣、重质渣油、焦、石油焦、油砂、页岩油、碳质工业废料或尾料、生物质、合成塑料、合成聚合物、废轮胎、市政固体垃圾、沥青和/或它们的混合物。含碳固体燃料优选为热解低阶煤。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的含碳固体燃料热解的***示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，在本发明的一个实施方式中，提供了一种含碳固体燃料热解制固、液和气体燃料的***，该***包括热解装置4、固态产物回收单元、热载体供应单元、和液态产物回收单元10。于热解装置4中，含水量小于15%的含碳固体燃料利用固体热载体和气体热载体的热量进行热解产生粗热解气和固态产物。所述固体热载体和气体热载体的引入量使得所述固体热载体和所述气体热载体的热量均不足以单独供给所述含碳固体燃料热解所需的全部热量。固态产物回收单元，与所述热解装置4连通，用于将所述固态产物冷却和/或钝化。液态产物回收单元10，气相连通所述热解装置4，接收所述热解装置4产生的粗热解气，并对所述粗热解气进行冷凝，以获得液态产物和可燃气体。热载体供应单元，与所述热解装置4连通，并输出所述气体热载体和固体热载体至所述热解装置4中。
本发明的含碳固体燃料热解制固、液和气燃料的***，利用固体热载体为含碳固体燃料热解提供一部分热量，另一部分热量由气体热载体提供。在为热解提供热量之外，引入的气体热载体对热解装置4内的气态产物有吹扫作用，减少热解气态产物在热解装置4内的停留时间，从而减少了焦油二次反应，有利于提高焦油产率，而另一方面，固体热载体的引入意味着气体热载体的引入量减少，使得气态产物中惰性气体的含量降低，进而提高气态产物的热值。同时，由于气体热载体供热方式的可调节性较好，在热解过程中可以根据实际的热解温度和压力调节气体热载体的供热量，克服了固体热载体供热难以调控的弊端。
如图1所示，在本发明的一个实施方式中，任选地，粒径约为3~60mm、优选为10~30mm含碳固体燃料颗粒被送入干燥器1中干燥。干燥器1优选为旋转干燥炉，在其中，含碳固体燃料颗粒温度由室温升至约120℃，含水量减少至不高于15%、优选小于10%。干燥器1的温度为100℃～200℃，以保证含碳固体燃料颗粒在去除水分时不会产生热解和化学变化。可采取任何已知的方式为干燥器1提供热量，以保持干燥器1的温度，优选地，使用来源于热载体供应单元的燃烧尾气作为干燥含碳固体燃料颗粒的热源。干燥器1排出温度约为100℃干燥尾气，通过耐酸、防腐、耐高温管道进入第一气-固分离器2中。第一气-固分离器2优选为旋风机或旋风机级联，其作用是去除干燥介质中的固体细颗粒和/或粉尘，例如细煤粉。部分分离出固体细颗粒和/或粉尘的干燥尾气经脱硫等处理后可作为除尘尾气排空。优选地，除尘尾气的另一部分与来自热载体供应单元的燃烧尾气混合后循环回干燥器1中。优选地，通过调节除尘尾气的引入量将干燥器1的操作温度控制在100℃～200℃之间。第一气-固分离器2收集的固体细颗粒和/或粉尘优选地被送至热载体供应单元中燃烧，为干燥含碳固体燃料颗粒和加热固体介质提供热源。对于大规模热解***而言，还可以选择将部分收集的固体细颗粒和/或粉尘压制成型，形成例如型煤的固体。
热解装置4，任选地与干燥器1相连通，含碳固体燃料或干燥后的含碳固体燃料利用气体热载体和固体热载体的热量在其中进行热解。经干燥器1干燥的含碳固体燃料颗粒、固体热载体和气体热载体从不同入口进入热解装置4中。优选地，含碳固体燃料颗粒和固体热载体从热解装置4的上部引入，气体热载体借助气体分布器（未图示）从热解装置4的下部进入热解装置4中。热解装置4可为普通的反应器如移动床、流化床、气流床、喷动床、滚筒、旋转盘、回转窑等。根据产品规格要求不同，含碳固体燃料在热解装置4中停留时间控制在10分钟到1.5小时。优选地，本发明的***还包括用来混合固体热载体和干燥含碳固体燃料的混合器3，混合器3可单独设置在干燥器1和热解装置4之间，也可以直接整合在热解装置4内部。在热解装置4中，含碳固体燃料在固体热载体和气体热载体同时加热下发生热解，形成固态产物和气态产物，形成的气态产物在很短的时间内即被气体热载体带走，避免了气态产物中的焦油的二次反应，提高了焦油的产率。
固态产物及固体热载体从热解装置4的下部排出，并被送入固态产物回收单元中。固态产物回收单元可包括第一固体分离器7和冷却装置11。在一个优选实施例中，固态产物和固体热载体的混合物被引入第一固体分离器7中，并依靠粒度差或密度差被筛分开。优选地，将来自液态产物回收单元10的可燃气体和/或气体热载体引入第一固体分离器7的下部以吹扫上部的混合物，借此松动混合物，达到强化分离固态产物和固体热载体的效果。与此同时，可燃气体与混合物换热得到温度大约350℃的中温可燃气体。经第一固体分离器7分离出的固态产物接着进入冷却装置11。在冷却装置11中，固态产物在冷却介质，例如水的喷淋下冷却失活和/或钝化，形成便于后续存储和运输的固态产品，例如焦或半焦。冷却装置11可以采用冷却盘、直接冷却装置、间接冷却装置或其它冷却设备。优选地，经第一固体分离器7分离出的固体热载体被引入第二固体分离器8中，以自分离出的固体热载体中进一步分离出粉末状固体颗粒，例如焦粉。
上升的气体热载体和热解产生的气态产物作为粗热解气一起从热解装置4上部离开热解装置4，并被送入第二气-固分离器9中除尘。在一个示范性实施方式中，第二气-固分离器9优选为旋风机或旋风机级联，用于除尘和收集上述粗热解气夹裹的固体细颗粒和/或粉尘，上述固体细颗粒和/或粉尘包含相当比例的固态产物细颗粒和/或粉尘，该细颗粒和/或粉尘随后被送到热载体供应单元中燃烧和/或被压制成块状型煤。
液态产物回收单元10，气相连通所述热解装置4，接收所述热解装置4中产生的粗热解气，并对所述除尘后粗热解气进行冷凝，以获得液态产品，例如焦油，和可燃气体。可燃气体主要由CO2、CH4、CO、H2和轻烃等组成,一定比例的可燃气体用为气体热载体，为此，若希望得到中热值甚或高热值的燃气，例如煤气，则需要控制引入到热解装置4中的气体热载体的量，优选地，控制气体热载体的量使其能够为热解提供10%~50%的热量，更优选地，提供10%~30%的热量。需要时，可直接采用净热解气加热作为气体热载体，则最终热解所得可燃气体为高热值燃气。液态产物回收单元10可采用常规冷却回收设备如冷却塔、管壳冷却装置、吸收冷却塔以及电捕集器等。在本发明一个实施方式中，可燃气体被分为两股，一股作为气体产品被外送，另一股被送入热载体供应单元的第一固体分离器7中与固态产物和/或固体热载体换热。
在本发明的一个实施方式中，热载体供应单元用来接收、提供和/或产生为热解提供热量的固体热载体和气体热载体。为起到热载体的作用，即保持热解装置4内的温度并为热解提供全部所需热量，固体热载体和所述气体热载体进入所述热解装置4的温度或与含碳固体燃料接触时的温度大约为500~800℃。
优选地，热载体供应单元包括燃烧器6和固体热载体加热单元5。上述固体热载体加热单元5可包括加热器和提升装置，而且，加热器和提升装置可以一体设置形成具有提升功能的加热器，比如提升管燃烧器、回转窑内部配备气体提升装置、流化床燃烧器配备气体提升装置，或者，加热器与提升装置分开设置并相互连通，加热器产生的固体热载体经提升装置提升后进入热解装置4或混合器3。
在一个实施方式中，热载体供应单元接收来自固态产物回收单元的固体热载体和可燃气体换热得到的中温可燃气体。于燃烧器6中，燃烧所述中温可燃气体产生燃烧尾气，至少部分所述燃烧尾气作为所述气体热载体被引入所述热解装置4中。于所述固体热载体加热单元5中，所述固体热载体和/或燃料燃烧产生高温固体热载体和热烟气，任选地将所述热烟气、所述燃烧尾气的另一部分以及除尘尾气一同作为干燥介质引入与所述热解装置4连通的干燥器1中。优选地，一部分所述中温可燃气体被送入所述燃烧器6中燃烧，另一部分所述中温可燃气体与所述燃烧尾气混合后作为所述气体热载体进入所述热解装置4。优选地，气体热载体的来源不限于燃烧尾气、、中温可燃气体、和/或他们的混合物，气体热载体可以是高温惰性气体、高温热解气、不参与含碳固体燃料热解反应的高温尾气、高温废气、和/或它们的混合物，这里所指的高温指温度在大约500~800℃。任选地，本发明的含碳固体燃料干燥过程中需要的热量主要由再热固体热载体过程中产生的热烟气提供，不足部分由燃烧器6产生的燃烧尾气补充，从而使整个热解***的热量进一步得到充分、合理的利用，提高了热量的利用效率。
在本发明另一个实施方式中，还提供了一种含碳固体燃料热解方法。本发明的热解方法采用固体热载体和气体热载体共同提供热解所需热量，且所述固体热载体和气体热载体的引入量使得所述固体热载体和所述气体热载体的热量均不足以单独供给所述含碳固体燃料热解所需的全部热量。固体热载体的加入减少了气体热载体的用量尤其是其中的惰性气体的含量，从而，一方面在回收焦油时能够提高焦油的收率，另一方面，增加了出炉煤气的热值，得到了中热值煤气；同时，气体热载体的加入增强了***的可调节性，在热解过程中可以根据实际的热解温度调节气体热载体的供热量，克服了单纯固体热载体供热难以调控的弊端。
本发明无意对固体热载体和气体热载体的用量做任何限制，只要满足同时使用气体热载体和固体热载体为热解反应供热的要求即可。优选地，固体热载体提供50~90%的热量，气体热载体提供10~50%的热量，更优选地，固体热载体提供70%~90%的热量。当为含碳固体燃料热解提供热量的固体热载体和气体热载体的热量的比例大约为9:1~1:1时，不仅能够充分利用固体热载体提供的50~90%的热量，而且气体热载体能够对热解过程起到较好的调节作用。由于不同的固体热载体的比热不同，不同的气体热载体的比热也不同，本领域技术人员可以根据热量衡算，根据所用物料的比热大小选择适量的物料用量完成本发明的热量分配，达到整个***/工艺的热量平衡。
在本发明一种优选的实施例中，上述固体热载体和气体热载体与含碳固体燃料接触时的温度为500~800℃。固体热载体和气体热载体温度均为500~800℃，如果热载体温度过高，则对设备要求高，并容易导致液态产物二次分解从而降低收率；如果热载体温度过低，则热载体循环量大，设备体积大。
采用固体热载体向含碳固体燃料热解反应供热时，固体热载体与含碳固体燃料之间的接触面积愈大其传热效果越好，因此，本发明优选固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒、陶瓷颗粒。而且，为了改善热解反应的进程以及产物的分配，优选固体热载体为负载有催化剂的氧化铝颗粒、陶瓷颗粒、沙石颗粒。可以根据产物的需求选择相应的催化剂能够增大所需产物的产率。
下面以热解低阶煤为例说明上述含碳固体燃料热解的方法。原煤经干燥器1干燥后得到的干燥煤进入混合器3与温度为500~800℃的固体热载体在混合器3中的混合形成混合物，该混合物在热解装置4中进一步与温度为500~800℃的气体热载体接触并开始热解，热解温度控制在400~700℃得到半焦、低温煤焦油和中热值燃气产物。上述过程中混合物优选由热解装置4的上部进入热解装置4中，气体热载体从热解装置4的下部进入热解装置4。在热解过程中，由于气体热载体对混合物的吹扫作用，加快了热传导作用、减少了热解气停留时间，避免了热解气中的焦油的二次反应。
热解产物中的大颗粒的半焦和固体热载体从热解装置4的底部进入第一固体分离器7经分离后，大颗粒的半焦进入冷却装置11中冷却到200℃以下回收即得半焦产品，固体热载体进入第二固体分离器8进行进一步的分离处理，其中大部分的焦粉从第二固分离器8中分离出来，其余的固体物质进入固体热载体加热单元5再热后进入到混合器3中循环利用；热解产物中部分小颗粒的半焦、气体热载体和气态产物由热解装置4的上部移出后在第二气-固分离器9中小颗粒的半焦与气态物质分离，小颗粒的半焦进入固体热载体加热单元5作为燃料加热固体热载体，气态物质经液态产物回收单元10压缩冷却至60~120℃后，焦油变为液态被回收，不可凝的中热值煤气一部分进行回收，一部分和气体热载体从底部进入第一固体分离器7，并在第一固体分离器7中加热至250~350℃，然后使温度在250~350℃的中热值煤气进入燃烧器6燃烧，产生的燃烧尾气作为气体热载体为热解反应供热。通过高温固态产物预热中热值煤气，合理地利用了热能；而且，中热值煤气可以对固态的半焦和固体热载体起到松动作用，有利于强化两者的分离。
以下结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。
以下实施例中采用如图1所示的流程对原煤进行热解处理，所处理的原煤的粒径在3~50mm之间，成分组成如表1所示。原煤以湿基计以145833kg/h的流速进入干燥器，并在210℃下加热至水分含量在5%以下得到干燥煤，干燥煤的热值为5975Kcal/kg，并以干基计以97125kg/h的流速进入混合器与固体热载体混合。
表1
| 含量（wt%） | |
| 水分 | 33.40 |
| 固定碳 | 31.14 |
| 挥发性物质 | 25.47 |
| 灰分 | 9.99 |
实施例1
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为700℃，比热为1.91kJ/kg.℃，流量为220000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为800℃，比热为1.71kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供85%的热量，气体热载体为热解反应提供15%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，各种产品的流量见表2，收率见表3。
实施例2
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为700℃，比热为1.91kJ/kg.℃，流量为240000kg/h，气体热载体的温度为700℃，比热为1.76kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供90%的热量，气体热载体为热解反应提供10%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例3
采用的固体热载体为粒径小于2mm氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为700℃，比热为1.91kJ/kg.℃，流量为180000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为800℃，比热为1.62kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供70%的热量，气体热载体为热解反应提供30%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例4
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为600℃，比热为1.74kJ/kg.℃，流量为550000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为600℃，比热为1.59kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供85%的热量，气体热载体为热解反应提供15%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例5
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为600℃，比热为1.74kJ/kg.℃，流量为330000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为800℃，比热为1.71kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供50%的热量，气体热载体为热解反应提供50%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例6
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入固体混合器时的温度为600℃，比热为1.74kJ/kg.℃，流量为380000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为600℃，比热为1.59kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供55%的热量，气体热载体为热解反应提供45%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例7
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入固体混合器时的温度为700℃，比热为1.91kJ/kg.℃，流量为40000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为700℃，比热为1.76kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供10%的热量，气体热载体为热解反应提供90%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
实施例8
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入固体混合器时的温度为600℃，比热为1.74kJ/kg.℃，流量为630000kg/h，采用的气体热载体来自燃烧器且温度为700℃，比热为1.76kJ/kg.℃，固体热载体为热解反应提供95%的热量，气体热载体为热解反应提供5%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，流量见表2，收率见表3。
对比例1
采用的气体热载体来自燃烧器且温度为600℃，热容为1.62kJ/kg.℃，气体热载体为热解反应提供100%的热量。干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油，流量见表2，收率见表3。
对比例2
采用的固体热载体为粒径小于2mm的氧化铝颗粒，进入混合器时的温度为700℃，热容为1.91kJ/kg.℃，流速为350000kg/h，固体热载体为热解反应提供100%的热量，干燥煤在530℃下热解形成半焦、焦油和中热值煤气，各种产物的流量见表2，收率见表3。
表2
表3
由表2至表3中的数据可知，实施例1至8采用本发明的方法得到的焦油的产率较对比例1和对比例2均有所提高，尤其是实施例1至4中得到的焦油的产率较对比例1提高了约20%，较对比例2提高了约30%，而且，通过控制固体热载体和气体热载体的供热比例能够有效改善所得的煤气的热值，比如实施例1至4所得到的煤气的热值均在2000Kcal/Nm3以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种用于热解含碳固体燃料的***，其特征在于，所述***包括：
热解装置（4），于其中含碳固体燃料利用固体热载体和气体热载体的热量进行热解产生粗热解气和固态产物，所述固体热载体和气体热载体的引入量使得所述固体热载体和所述气体热载体的热量均不足以单独供给所述含碳固体燃料热解所需的全部热量；
固态产物回收单元，与所述热解装置（4）连通，用于将所述固态产物冷却和/或钝化；
液态产物回收单元（10），气相连通所述热解装置（4），接收所述热解装置（4）产生的粗热解气，并对所述粗热解气进行冷凝，以获得液态产物和可燃气体；和
热载体供应单元，与所述热解装置（4）连通，并输出所述气体热载体和固体热载体至所述热解装置（4）中。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述固态产物回收单元与所述液态产物回收单元（10）连通，来自所述液态产物回收单元（10）的部分可燃气体在所述固态产物回收单元中与所述固态产物和/或固体产物与固体热载体的混合物换热。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述固态产物回收单元包括：
第一固体分离器（7），与所述热解装置（4）连通，用于分离所述固态产物和所述固体热载体，所述可燃气体自所述第一固体分离器（7）的下部引入，通过吹扫与所述固态产物和固体热载体的混合物换热，并强化分离所述固态产物和固体热载体；和
冷却装置（11），冷却和/钝化所述分离出的固态产物。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述热载体供应单元包括：
燃烧器（6），于其中燃烧一部分所述换热后的可燃气体产生燃烧尾气，至少部分所述燃烧尾气作为所述气体热载体引入所述热解装置（4）中；和
固体热载体加热单元（5），与所述固体产物回收单元连通，用于使所述固体热载体加热为高温固体热载体并将所述高温固体热载体输送至所述热解装置（4）中。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，一部分所述换热后的可燃气体被送入所述燃烧器（6）中燃烧产生燃烧尾气，另一部分所述换热后的可燃气体与一部分所述燃烧尾气混合后作为所述气体热载体进入所述热解装置（4）。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述***还包括干燥器（1），于所述固体热载体加热单元（5）中，所述固体热载体和/或外来燃料燃烧产生高温固体热载体和热烟气，所述热烟气、所述燃烧尾气的另一部分以及干燥尾气一同作为干燥介质引入与所述热解装置（4）连通的所述干燥器（1）中。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***还包括设在所述干燥器（1）和热解装置（4）之间的混合器（3），于其中混合所述来自干燥器（1）的含碳固体燃料和来自热载体供应单元的高温固体热载体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的***，其特征在于，所述固体热载体的引入量使得其为热解提供的热量大于或等于气体热载体为热解提供的热量，
所述固体热载体能够为所述含碳固体燃料热解提供50~95%的热量，优选55~90%的热量，进一步优选70~85%的热量；
所述气体热载体能够为所述含碳固体燃料热解提供5~50%的热量，优选10~45%的热量；进一步优选10~30%的热量。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述固体热载体和所述气体热载体进入所述热解装置（4）的温度为500~800℃，优选为600~700℃。
10.一种热解含碳固体燃料的方法，包括：
在固体热载体和气体热载体的热作用下，使含碳固体燃料进行热解，所述固体热载体和气体热载体的引入量使得所述固体热载体和所述气体热载体的热量均不足以单独供给所述含碳固体燃料热解所需的全部热量；
冷凝热解产生的粗热解气，以获得液态油和可燃气体；以及
对固态产物进行冷却和/或钝化。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括使所述可燃气体与所述固态产物和固体热载体的混合物换热。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括分离所述固态产物和所述固体热载体，并在分离过程中通入可燃气体以进行换热和强化分离所述固态产物和固体热载体。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括燃烧一部分所述换热后的可燃气体产生燃烧尾气，至少部分所述燃烧尾气和另一部分所述换热后的可燃气体混合后用作所述气体热载体。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括直接采用净热解气加热作为气体热载体。
15.根据权利要求13所述的方法，所述气体热载体选自高温惰性气体、高温热解气、不参与含碳固体燃料解热反应的高温尾气、高温废气与高温尾气组成的组中的一种或多种。
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括燃烧所述固体热载体和/或外来燃料以产生高温固体热载体和热烟气，并将所述高温固体热载体输送至热解装置（4）中。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括混合所述热烟气、燃烧尾气的另一部分以及干燥尾气形成用来干燥含碳固体燃料的干燥介质。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，固体热载体为热解提供的热量大于或等于气体热载体为热解提供的热量，
所述固体热载体能够为所述含碳固体燃料热解提供50~95%的热量，优选55~90%的热量，进一步优选70~85%的热量；
所述气体热载体能够为所述含碳固体燃料热解提供5~50%的热量，优选10~45%的热量；进一步优选10~30%的热量。
19.根据权利要求18所述的***，其特征在于，所述固体热载体和所述气体热载体进入热解装置（4）的温度为500~800℃，优选为600~700℃。
20.根据权利要求18所述的***，其特征在于，所述热解温度控制在400~700℃得到半焦、低温煤焦油和中热值燃气产物。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104164245A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-11-26 | 江苏鹏飞集团股份有限公司 | 一种固体热载体的干馏***及其工艺 |
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Address after: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22 Patentee after: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd. Patentee after: Beijing low carbon clean energy research institute Address before: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22 Patentee before: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd. Patentee before: Beijing low carbon clean energy research institute |