CN105001891B - 一种中低阶煤热解气化***及热解气化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种中低阶煤热解气化***，包括热解反应器、第一和第二旋风分离器、第一和第二半焦仓、气化反应器、第一下行床；热解反应器上设置有合成气入口，其连接第一旋风分离器，该旋风分离器连接第一半焦仓和第一下行床；热解反应器底部连接有气化和热态半焦出料螺旋，气化半焦螺旋连接气化反应器，热态半焦出料螺旋连接于第一和第二下行床。本发明采用热态热解半焦作为粗合成气的除尘脱硫吸附剂，经过一级旋风除尘和下行床二级除尘后，粗合成气中粉尘和硫含量满足下游处理要求。采用部分合成气回流至热解反应器，因合成气中氢含量大，对热解焦油轻质化有着重要作用。采用该组合方式在实现中低阶煤的热解气化的同时，可得到高品质焦油和合成气。
Description
技术领域
本发明属于煤化工领域，具体涉及一种中低阶煤热解气化的方法及其***。
背景技术
我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，煤炭资源在相当长的时期内为我国的主导能源。我国已探明煤炭储量为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。由于低阶煤中含有大量的有机和无机硫，热解过程中约有30～40％的硫以硫化物(硫化氢、二硫化碳、硫化碳和噻吩等)的形式进入热解油气中，含量因煤种、热解工艺和操作参数等不同而不同，约为8～32g/m3，硫化氢等酸性气体的存在对后续管道和设备有着强烈的腐蚀作用。
现代煤化工为实现低阶煤分级高效清洁转化利用，已开发出多种综合煤化工技术，热解-燃烧耦合，热解-气化耦合、热解-化工产品耦合等，但真正工业化的却不多，从中试向工业化放大的过程中遇到了各种技术难题。热解是各种技术的先导，热解过程中产生的油气资源经旋风分离器一级除尘后进入后续处理工艺。但是旋风分离器除尘能力有限，对Φ10μm以下的细颗粒截留除去效率低，导致热解油气中大量的细尘易造成下游管道设备因含灰焦油冷凝堵塞，且所得焦油和热解气品质不高。
发明内容
针对目前热解-气化、热解-燃烧等低阶煤多联产工艺***中，因一级旋风除尘器除尘效率不高，煤热解气中粉尘量大，焦油品质不高，致使后续焦油处理工艺复杂；或因一级旋风除尘器除尘效率不高，煤热解气中粉尘量大，后续冷凝过程中，因焦油含尘致使管道和设备堵塞等问题，本发明的目的是提出一种中低阶煤热解气化***。
本发明的另一目的是提出一种中低阶煤热解气化方法。
实现本发明目的技术方案为：
一种中低阶煤热解气化***，包括热解反应器、第一旋风分离器、第一半焦仓、气化反应器、第二旋风分离器、第二下行床和第二半焦仓；
所述热解反应器的顶部有中低阶煤入口，反应器器壁上设置有合成气入口，热解反应器的上部的气体排出管道连接所述第一旋风分离器的进气管，所述第一旋风分离器底部排灰口连接所述第一半焦仓，第一旋风分离器顶部气体出口连接有第一下行床，第一下行床底部也连接所述第一半焦仓；所述热解反应器底部连接有气化半焦螺旋和热态半焦出料螺旋，所述气化半焦螺旋连接所述气化反应器，所述热态半焦出料螺旋分为两条路线，分别连接于第一下行床和第二下行床；
所述气化反应器的上部的气体排出管道连接第二旋风分离器的进气管，所述第二旋风分离器底部排灰口连接所述第二半焦仓，第二旋风分离器顶部气体出口连接有第二下行床，第二下行床底部连接所述第二半焦仓。
其中，所述第二半焦仓顶部设置有气体出口，连接于所述热解反应器的合成气入口。
其中，所述热解反应器底部连接有第一燃烧半焦螺旋，所述第一燃烧半焦螺旋的输送终端连接所述气化反应器的燃料进口。第一半焦仓底部也可连接该第一燃烧半焦螺旋，以提供气化反应器的燃料。
优选地，所述第一下行床下部伸入到第一半焦仓内，伸入部分的器壁上开孔；第一半焦仓上部开有热解气出口。
其中，所述第二下行床下部伸入到第二半焦仓内，伸入部分的器壁上开孔；第二半焦仓上部开有净合成气出口，所述净合成气出口通过管路连接所述热解反应器的合成气入口。
进一步地，所述第二半焦仓通过第二燃烧半焦螺旋连接气化反应器。
所述的中低阶煤热解气化***，还包括将粉碎的中低阶煤输送到热解反应器的进料螺旋，所述进料螺旋位于热解反应器上方。
优选地，所述热解反应器为固定床或流化床，热解反应器器壁上设置有二个合成气入口，起到二次送风的作用。
或所述热解反应器为移动床。具体可采用蓄热式移动床。
其中，所述气化反应器为流化床气化炉或固定床气化炉。
一种中低阶煤热解气化方法，应用本发明提出的***，包括步骤：
1)中低阶煤经破碎后进热解反应器，在热解反应器内热解生产半焦和热解油气，热解油气经旋风分离和颗粒下行床除尘脱硫后，得无灰无硫的热解油气，经激冷后得高品质轻质焦油；
热态半焦由热解反应器底部排出，被送至不同单元用于脱硫除尘、燃烧和气化：第一部分用于气化反应器燃烧提供气化热量，第二部分热解半焦直接进气化反应器与气化剂发生气化反应生成粗合成气，第三部分热解半焦作为下行床的床料。
2)来自第一下行床的半焦，与第一旋风分离器分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第一燃烧半焦螺旋进入气化反应器燃烧，提供气化所需热量；
3)来自第二下行床的半焦，和第二旋风分离器分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第二燃烧半焦螺旋送入气化反应器燃烧，提供气化所需热量；
4)气化反应生成的粗合成气经第二旋风分离器的一级除尘和下行床的二级除尘脱硫后得净合成气。
优选地，所述步骤4)中净合成气中1％～10％的部分进入热解反应器，形成富氢气氛，用于原料煤的加氢热解。
经颗粒床除尘和脱硫后的煤热解气和合成气，可有效减轻后续除尘负担，同时脱硫后可减轻后续设备和管道的腐蚀。通过加氢热解和深度除尘，可得高品质焦油。
进一步地，所述热解反应器的热解温度控制在500-900℃，气化反应器气化温度控制在900-1700℃。
优选地，下行床中颗粒床移动速度为1-3m/h，以防颗粒床移动速度过快引起二次扬尘，降低颗粒床除尘效率。颗粒床层由半焦颗粒构成，通过控制出料螺旋的速度，可以控制颗粒床移动速度。
本发明采用热态热解半焦作为粗合成气的二级除尘和脱硫装置，使得经过一级旋风除尘和二级颗粒下行床除尘后，粗合成气中粉尘含量和硫含量满足下游处理要求。采用由热解产生的热态半焦堆积形成的颗粒下行床作为一级旋风除尘后的二级除尘和初级脱硫装置，通过颗粒下行床过滤除去热解煤气和粗合成气中一级旋风分离器无法脱除的粉尘，同时颗粒下行床可充当吸附介质脱除热解煤气和粗合成气中的硫的酸性气体。同时采用部分合成气回流至热解反应器，因合成气中氢含量大，对热解焦油轻质化有着重要作用。采用该组合方式在实现中低阶煤的热解气化的同时，可得到高品质焦油和合成气。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提出的方法中，煤热解气经一级旋风除尘和二级颗粒下行床除尘后，含尘少，有避免了因焦油冷凝造成管道和设备堵塞；
2、部分富氢合成气进热解反应器内提供热解气氛，原料煤富氢热解，焦油品质高；
3、颗粒下行床内半焦能有效地吸附煤热解气和合成气中的硫等酸性气体，有效地避免了煤气中的硫等酸性气体对后续管道和设备的腐蚀；
4、由旋风分离器分离的高温半焦、飞灰和颗粒下行床排出的热态半焦在第二半焦仓中混合后进气化反应器燃烧，不会降低气化反应器温度，对其温度场无影响；
5、粗合成气经一级旋风除尘和二级颗粒下行床除尘和脱硫后，得净合成气，可减轻后续除尘负担，同时可避免后续管道设备腐蚀。
附图说明
图1：中低阶煤热解气化***图。
图中：1、原煤仓；2、斗提；3、破碎机；4、进料螺旋；5、热解反应器；6、合成气入口；7、热态半焦出料螺旋；8、第一旋风分离器；9、第一下行床；10、第一半焦仓；11、热解油气出口；12、气化半焦螺旋；13、第一燃烧半焦螺旋；14、气化剂入口；15、气化反应器；16、第二旋风分离器；17、第二下行床；18、第二半焦仓；19、第二燃烧半焦螺旋；20、氧化剂入口；21、净合成气出口。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，如无特殊说明，所采用的手段均为本领域常规的技术手段。
实施例1：
见图1，中低阶煤热解气化***，包括热解反应器5、第一旋风分离器8、第一半焦仓10、气化反应器15、第二旋风分离器16、第二下行床17和第二半焦仓18；
在热解反应器5的顶部有中低阶煤入口，以中低阶煤为原料煤，从原煤仓1用斗提2提出，经破碎机3破碎，通过进料螺旋4输送到热解反应器5。
热解反应器器壁上设置有合成气入口6，热解反应器5的上部的气体排出管道连接所述第一旋风分离器8的进气管，第一旋风分离8底部排灰口连接所述第一半焦仓10，第一旋风分离器8顶部气体出口连接有第一下行床9，第一下行床9底部也连接所述第一半焦仓10第一半焦仓10底部连接第一燃烧半焦螺旋13；所述热解反应器5底部连接有气化半焦螺旋12和热态半焦出料螺旋7、第一燃烧半焦螺旋13，第一燃烧半焦螺旋13的输送终端连接所述气化反应器15的燃料进口，所述气化半焦螺旋12连接所述气化反应器15，该气化反应器15为固定床气化炉，器壁上设置有氧化剂入口20和气化剂入口14。所述热态半焦出料螺旋分为两条路线，分别连接于第一下行床9和第二下行床17；
气化反应器15的上部的气体排出管道连接第二旋风分离器16的进气管，第二旋风分离器16底部排灰口连接所述第二半焦仓18，第二旋风分离器16顶部气体出口连接有第二下行床17，第二下行床17底部连接所述第二半焦仓18。第二半焦仓18顶部设置有净合成气出口21，连接于热解反应器5的合成气入口6。
其中，第一下行床9下部伸入到第一半焦仓10内，伸入部分的器壁上开孔；第一半焦仓10上部开有热解气出口11；第二下行床17下部伸入到第二半焦仓18内，伸入部分的器壁上开孔；第二半焦仓18通过第二燃烧半焦螺旋19连接气化反应器15。
应用本实施例的***，处理褐煤，其空气干燥基水份(Mad)，空气干燥基灰分(Aad)、空气干燥基挥发份(Vad)、)固定碳(Cad)、空气干燥基全硫(St,ad)、空气干燥基氢(Had)、氮(Nad)成分见下表1。
表1：褐煤成分
热解气化中低阶煤的过程如下：
1)中低阶煤经破碎后进热解反应器5，在热解反应器内热解生产半焦和热解油气，热解油气经旋风分离和颗粒下行床除尘脱硫后，得无灰无硫的热解油气，经激冷后得高品质轻质焦油；
热态半焦由热解反应器5底部排出，被送至不同单元用于脱硫除尘、燃烧和气化：第一部分用于气化反应器燃烧提供气化热量，第二部分热解半焦直接进气化反应器与气化剂发生气化反应生成粗合成气，第三部分热解半焦作为下行床的床料。下行床中颗粒床移动速度为3m/h。
2)来自第一下行床9的半焦，与第一旋风分离器8分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第一燃烧半焦螺旋13进入气化反应器15燃烧，提供气化所需热量；
3)来自第二下行床17的半焦，和第二旋风分离器16分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第二燃烧半焦螺旋19送入气化反应器15燃烧，提供气化所需热量；
4)气化反应生成的粗合成气经第二旋风分离器16的一级除尘和下行床的二级除尘脱硫后得净合成气。10％净合成气(体积比)直接进入热解反应器5，形成富氢气氛，用于原料煤的加氢热解，
其中，热解反应器5的热解温度控制在600℃，气化反应器13气化温度控制在1000℃。
实施例2
一种中低阶煤热解气化***，包括热解反应器、第一旋风分离器、第一半焦仓、气化反应器、第二旋风分离器和第二半焦仓。以中低阶煤为原料煤，从原煤仓用斗提提出，经破碎机破碎，通过进料螺旋输送到热解反应器。
本实施例的***中，热解反应器为蓄热式旋转炉(移动床)，热解反应器上设置一个合成气入口；热解反应器底部设置有热态半焦出料螺旋，所述热态半焦出料螺旋与第一下行床和第二下行床的器壁上的半焦入口连接。
***的其他设置同实施例1。
应用本实施例的***，处理长焰煤成分如表2。
表2:长焰煤成分
热解气化中低阶煤的过程如下：
1)中低阶煤经破碎后进热解反应器5，在热解反应器内热解生产半焦和热解油气，热解油气经旋风分离和颗粒下行床除尘脱硫后，得无灰无硫的热解油气，经激冷后得高品质轻质焦油；
热态半焦由热解反应器5底部排出，被送至不同单元用于脱硫除尘、燃烧和气化：第一部分用于气化反应器燃烧提供气化热量，第二部分热解半焦直接进气化反应器与气化剂发生气化反应生成粗合成气，第三部分热解半焦作为下行床的床料。下行床中颗粒床移动速度为3m/h。
2)来自第一下行床9的半焦，与第一旋风分离器8分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第一燃烧半焦螺旋13进入气化反应器15燃烧，提供气化所需热量；
3)来自第二下行床17的半焦，和第二旋风分离器16分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第二燃烧半焦螺旋19送入气化反应器15燃烧，提供气化所需热量；
4)气化反应生成的粗合成气经第二旋风分离器16的一级除尘和下行床的二级除尘脱硫后得净合成气。7％净合成气(体积比)直接进入热解反应器5，形成富氢气氛，用于原料煤的加氢热解，
其中，热解反应器5的热解温度控制在600℃，气化反应器13气化温度控制在1000℃。
本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种中低阶煤热解气化***，其特征在于，包括热解反应器(5)、第一旋风分离器(8)、第一半焦仓(10)、气化反应器(15)、第二旋风分离器(16)、第二下行床(17)和第二半焦仓(18)；
所述热解反应器(5)的顶部有中低阶煤入口，反应器器壁上设置有合成气入口(6)，热解反应器(5)的上部的气体排出管道连接所述第一旋风分离器(8)的进气管，所述第一旋风分离器(8)底部排灰口连接所述第一半焦仓(10)，第一旋风分离器(8)顶部气体出口连接有第一下行床(9)，第一下行床(9)底部也连接所述第一半焦仓(10)；所述热解反应器(5)底部连接有气化半焦螺旋(12)和热态半焦出料螺旋(7)，所述气化半焦螺旋(12)连接所述气化反应器(15)，所述热态半焦出料螺旋分为两条路线，分别连接于第一下行床(9)和第二下行床(17)；
所述气化反应器(15)的上部的气体排出管道连接第二旋风分离器(16)的进气管，所述第二旋风分离器(16)底部排灰口连接所述第二半焦仓(18)，第二旋风分离器(16)顶部气体出口连接有第二下行床(17)，第二下行床(17)底部连接所述第二半焦仓(18)。
2.根据权利要求1所述的中低阶煤热解气化***，其特征在于，所述第二半焦仓(18)顶部设置有净合成气出口(21)，连接于所述热解反应器(5)的合成气入口(6)。
3.根据权利要求1所述的中低阶煤热解气化***，其特征在于，所述热解反应器(5)底部连接有第一燃烧半焦螺旋(13)，所述第一燃烧半焦螺旋(13)的输送终端连接所述气化反应器(15)的燃料进口。
4.根据权利要求1所述的中低阶煤热解气化***，其特征在于，所述第一下行床(9)下部伸入到第一半焦仓(10)内，伸入部分的器壁上开孔；第一半焦仓(10)上部开有热解气出口(11)。
5.根据权利要求1所述的中低阶煤热解气化***，其特征在于，所述第二下行床(17)下部伸入到第二半焦仓(18)内，伸入部分的器壁上开孔。
6.根据权利要求1所述的中低阶煤热解气化***，其特征在于，所述第二半焦仓(18)通过第二燃烧半焦螺旋(19)连接气化反应器(15)。
7.一种中低阶煤热解气化方法，应用权利要求1-6任一所述的***，其特征在于，包括步骤：
1)中低阶煤经破碎后进热解反应器(5)，在热解反应器内热解生产半焦和热解油气，热解油气经旋风分离和颗粒下行床除尘脱硫后，得无灰无硫的热解油气，经激冷后得高品质轻质焦油；
热态半焦由热解反应器(5)底部排出，被送至不同单元用于脱硫除尘、燃烧和气化：第一部分用于气化反应器燃烧提供气化热量，第二部分热解半焦直接进气化反应器与气化剂发生气化反应生成粗合成气，第三部分热解半焦作为下行床的床料；
2)来自第一下行床(9)的半焦，与第一旋风分离器(8)分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第一燃烧半焦螺旋(13)进入气化反应器(15)燃烧，提供气化所需热量；
3)来自第二下行床(17)的半焦，和第二旋风分离器(16)分离的灰一起作为燃烧半焦，通过第二燃烧半焦螺旋(19)送入气化反应器(15)燃烧，提供气化所需热量；
4)气化反应生成的粗合成气经第二旋风分离器(16)的一级除尘和下行床的二级除尘脱硫后得净合成气。
8.根据权利要求7所述的中低阶煤热解气化方法，其特征在于，所述步骤4)中净合成气中1％～10％的部分进入热解反应器(5)，形成富氢气氛，用于原料煤的加氢热解。
9.根据权利要求7所述的中低阶煤热解气化方法，其特征在于， 所述热解反应器(5)的热解温度控制在500-900℃，气化反应器(15)气化温度控制在900-1700℃。
10.根据权利要求7-9任一所述的中低阶煤热解气化方法，其特征在于，下行床中颗粒床移动速度为1-3m/h。
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