CN106085480A - 一种热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法。该***包括热解装置、分离净化***、重整变换***和气基竖炉；热解装置包括装置本体、颗粒移动床、热解油气出口、催化剂入口和催化剂出口；颗粒移动床包括外壳和内壳，内壳位于外壳内部，外壳和内壳固定在装置本体下部的侧壁上，由此限定颗粒移动床的内部空间；该方法将原料热解，产生的热解油气经分离净化***和重整变换***处理后获得还原气，将还原气送入气基竖炉用于钢铁冶炼。本发明的***和方法，有效利用了通常难以利用的粉煤，热解装置产生的热解气粉尘含量低，降低了后续处理成本和能耗，***产生的还原气可直接用于气基竖炉的生产。

Description

一种热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法
技术领域
本发明属于煤炭分阶梯级利用技术领域，尤其涉及针对长焰煤、褐煤等中低阶粉煤的一种热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法。
背景技术
煤本身的结构特点，决定了低阶煤挥发分高、活性强，由于水分和氧含量高而热值低，直接利用(燃烧或气化)效率低，经济价值远不如高阶煤，因此，大规模开发利用的低阶煤必须先对其进行加工提质才能用于生活生产。最为科学和常用的加工方法之一是热解，也称“干馏”或“热分解”。热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应，在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二次反应，最终得到气体(煤气)、液体(焦油)、及固体(半焦)等产物。焦油中含有目前尚无法人工合成的多种稠环芳香烃类化合物及杂环化合物。与直接燃烧相比，热解实现了煤中不同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，可减少燃煤造成的环境污染，提高低阶煤资源综合利用价值的优势，创造显著的经济社会效益。
我国是钢铁生产第一大国，目前废钢供应量远远满足不了钢铁生产的需要。国内废钢缺口得不到足够补充，进一步加剧了市场供应的紧张局面。在这种情况下，适时发展直接还原技术是必要的。直接还原工艺不用焦炭和烧结矿，因而可适应当前越来越严格的环保要求。目前，全世界有十几种直接还原法实现了工业化生产，包括Midrex、HyL-Ⅲ、煤基回转窑、转底炉、流化床法等。只有气基竖炉工艺Midrex和HyL-Ⅲ可以大型化生产，产品质量高、投资低，能耗在现行直接还原生产方法中最低。但气基竖炉对还原气的净化程度要求高。
然而，煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规则，需要后续设置复杂的除尘***处理热解油气才可得到煤制气和高品质焦油。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法，将其他设备难以处理的粉煤高温热解后获得热解油气，在催化剂作用下热解油气继续裂解为高品质热解油气，高品质热解油气杂质含量少，将净化后的热解气直接送入气基竖炉***，降低钢铁冶炼成本。
本发明的目的之一是提供一种热解装置与气基竖炉联用***，包括热解装置、分离净化***、重整变换***和气基竖炉；
所述热解装置包括装置本体、颗粒移动床、热解油气出口、催化剂入口和催化剂出口；
所述颗粒移动床包括外壳和内壳，所述内壳位于所述外壳内部，所述外壳和内壳固定在所述装置本体下部的侧壁上，由此限定所述颗粒移动床的内部空间；外壳的侧面板和内壳的侧面板为多孔结构；所述催化剂入口和催化剂出口位于所述外壳对应的装置本体的侧壁上，所述热解油气出口位于所述内壳对应的装置本体的侧壁上，所述催化剂入口位于所述催化剂出口上方；
所述热解装置热解油气出口连接分离净化***热解油气入口，所述分离净化***气体出口连接重整变换***气体入口，所述重整变换***气体出口连接气基竖炉气体入口。
在热解油气出口处设置颗粒移动床，可有效降低热解油气中的含尘量。颗粒移动床的床料采用具有热解催化效果的氧化钙，将氧化钙破碎至1mm以下，通过催化剂入口进入颗粒移动床，优选的催化剂在颗粒移动床内的移动速率为0.1～2m/s。将热解油气出口设置在热解装置下部，使得高温半焦对高温热解油气中的重质焦油组分有继续裂解效果，使得热解气产率增加。
进一步的，本发明的***还包括焦油精制***，所述焦油精制***包括热解油入口和焦油出口，所述分离净化***包括液体出口；所述分离净化***液体出口连接所述焦油精制***热解油入口。
作为本发明优选的方案，所述外壳侧面板的孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm2。
作为本发明优选的方案，所述内壳侧面板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm2。
具体的，所述热解装置进一步包括燃气入口，所述热解装置燃气入口连接所述分离净化***气体出口。分离净化***产生的部分热解气可作为燃料进入热解装置，为热解反应提供能量。
本发明中，所述分离净化***包括：旋风分离器、初冷塔、鼓风机、电捕焦油器、脱硫塔、脱氨塔、洗苯塔和气柜；所述旋风分离器气体入口连接热解装置热解油气出口，所述旋风分离器气体出口连接初冷塔气体入口，所述初冷塔气体出口连接鼓风机气体入口，所述鼓风机气体出口连接电捕焦油器气体入口，所述电捕焦油器气体出口连接脱硫塔气体入口，所述脱硫塔气体出口连接脱氨塔气体入口，所述脱氨塔气体出口连接洗苯塔气体入口，所述洗苯塔气体出口连接气柜气体入口。
本发明中，所述重整变换***包括：精细脱硫塔、重整塔、变换塔和脱碳装置；所述精细脱硫塔气体入口连接分离净化***气体出口，所述精细脱硫塔气体出口连接重整塔气体入口，所述重整塔气体出口连接变换塔气体入口，所述变换塔气体出口连接脱碳装置气体入口，所述脱碳装置气体出口连接所述气基竖炉气体入口。
本发明的另一目的是提供一种利用上述***处理煤的方法，包括如下步骤：
将破碎后的原料加入所述热解装置中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦；
将所述热解油气送入所述颗粒移动床，催化剂经所述催化剂入口进入所述颗粒移动床，对所述热解油气进行除尘、降温，所述热解油气在所述催化剂作用下继续裂解，热解油气中的大分子组分分解成小分子气体，获得高品质热解油气，催化剂由催化剂出口排出；
将所述高品质热解油气经热解油气出口送入所述分离净化***，获得热解气和热解油，然后将所述热解气送入所述重整变换***处理，获得还原气；
将所述还原气送入所述气基竖炉。
作为本发明优选的方案，将所述分离净化***产生的热解油送入所述焦油精制***，获得高品质焦油。
作为本发明优选的方案，将所述分离净化***产生的部分热解气作为燃料送入所述热解装置。
本发明的热解装置与气基竖炉联用***及处理煤的方法，将颗粒移动床内置在热解装置内，有效降低了热解油气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本；通过颗粒移动床降低了热解油气温度，使部分焦油冷凝，重质焦油收率下降；采用热解催化剂作为颗粒移动床的床料，进一步提高热解气有效气体组分含量；热解气经重整变换处理后，所得还原气直接进入气基竖炉，成本低，单位产品能耗低。
附图说明
图1是本发明实施例热解装置与气基竖炉联用***示意图；
图2是本发明实施例***中颗粒移动床的主视示意图；
图3是利用本发明实施例的***处理煤的方法的流程图。
图中：
100-热解装置；
1-装置本体；11-热解油气出口；12-催化剂入口；13-催化剂出口；2-颗粒移动床；21-外壳；22-内壳；3-蓄热式辐射管；
200-分离净化***；
201-旋风分离器；202-初冷塔；203-鼓风机；204-电捕焦油器；
205-脱硫塔；206-脱氨塔；207-洗苯塔；208-气柜；
300-重装变换***；
301-精细脱硫塔；302-重整塔；303-变换塔；304-脱碳装置；
400-气基竖炉；
500-焦油精制***。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
如图1所示，一方面，本发明实施例提供一种热解装置与气基竖炉联用***，包括热解装置100、分离净化***200、重整变换***300、气基竖炉400和焦油精制***500。
热解装置100包括装置本体1、颗粒移动床2和蓄热式辐射管3。
装置本体1为热解反应容器。一般在反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁上设置有热解油气出口，在反应容器的底部设置半焦出口。
如图2所示，颗粒移动床2包括外壳21和内壳22。内壳22位于外壳21内部，外壳21和内壳22固定在装置本体1下部的侧壁上，由此限定颗粒移动床的内部空间。
催化剂入口12和催化剂出口13位于外壳21对应的装置本体的侧壁上，热解油气出口11位于内壳22对应的装置本体的侧壁上，催化剂入口12位于热解油气出口11上方，热解油气出口11位于催化剂出口13上方。
在热解油气出口11处设置颗粒移动床2，可有效降低热解油气中的含尘量。颗粒移动床2的床料采用具有热解催化效果的氧化钙，将氧化钙破碎至1mm以下，通过催化剂入口12进入颗粒移动床，氧化钙在颗粒移动床中，由上向下移动至催化剂出口13。在氧化钙的移动过程中，对热解油气进行催化、除尘、降温。优选的催化剂在颗粒移动床内的移动速率为0.1～2m/s。将热解油气出口11设置在热解装置100下部，使得高温半焦对高温热解油气中的重质焦油组分有继续裂解效果，使得热解气产率增加。
外壳21的侧面板和内壳22的侧面板为多孔结构。本发明实施例中，外壳21侧面板的孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm2。内壳22侧面板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm2。装置本体1产生的热解油气经外壳21的侧面板进入颗粒移动床的腔体，在催化剂的作用下继续裂解，并实现热解油气的除尘降温，获得高品质热解油气，高品质油气经内壳22的侧面板排出颗粒移动床，通过热解油气出口11排出热解装置100，进行后续处理。
蓄热式辐射管3设置在装置本体1内，蓄热式辐射管3沿装置本体1的高度方向多层布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管3，有利于炉内原料(粉煤)的均匀受热。采用蓄热式辐射管加热，属于间接加热，所得热解油气品质高，有效气体组分含量高。
本发明实施例中，分离净化***200包括：旋风分离器201、初冷塔202、鼓风机203、电捕焦油器204、脱硫塔205、脱氨塔206、洗苯塔207和气柜208。旋风分离器201气体入口连接热解油气出口11，旋风分离器201气体出口连接初冷塔202气体入口，初冷塔202气体出口连接鼓风机203气体入口，鼓风机203气体出口连接电捕焦油器204气体入口，电捕焦油器204气体出口连接脱硫塔205气体入口，脱硫塔205气体出口连接脱氨塔206气体入口，脱氨塔206气体出口连接洗苯塔207气体入口，洗苯塔207气体出口连接气柜208气体入口。热解装置100产生的高品质热解油气进入分离净化***200，经油气分离，产生的气体经脱硫、脱氨等工序获得热解气。
进一步的，热解装置100进一步包括燃气入口，热解装置燃气入口连接分离净化***200气体出口。分离净化***200产生的部分热解气可作为燃料进入热解装置100，为热解反应提供能量。
本发明实施例中，重整变换***300包括：精细脱硫塔301、重整塔302、变换塔303和脱碳装置304。精细脱硫塔301气体入口连接分离净化***200气体出口，精细脱硫塔301气体出口连接重整塔302气体入口，重整塔302气体出口连接变换塔303气体入口，变换塔303气体出口连接脱碳装置304气体入口，脱碳装置304气体出口连接气基竖炉400气体入口。分离净化***200产生的热解气进入重整变换***300，通过进一步的精细脱硫、重整和变换，将热解气中的气体转化为氢气和一氧化碳，得到合适比例的还原气，还原气直接进气基竖炉400。
气基竖炉400是直接生产还原铁的反应器，重整变换***300产生的还原气输送到气基竖炉400，用于还原反应。
进一步的，本发明实施例的焦油精制***500包括热解油入口和焦油出口，分离净化***200包括液体出口；分离净化***200液体出口连接焦油精制***500热解油入口。分离净化***200分离出的热解油经分离净化***液体出口进入焦油精制***500，经加氢精制可得高品质油品。
如图3所示，另一方面，本发明实施例提供一种利用上述***处理煤的方法，包括如下步骤：
1、将破碎后的原料(粉煤)加入热解装置中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦；
2、将热解油气送入颗粒移动床，催化剂经催化剂入口进入颗粒移动床，对热解油气进行除尘、降温，热解油气在催化剂作用下继续裂解，热解油气中的大分子组分分解成小分子气体，获得高品质热解油气，催化剂由催化剂出口排出；
3、将高品质热解油气经热解油气出口送入分离净化***，获得热解气和热解油，然后将热解气送入重整变换***处理，获得还原气；将还原气送入气基竖炉。
4、将分离净化***产生的热解油送入焦油精制***，获得高品质焦油。
5、将分离净化***产生的部分热解气作为燃料送入热解装置。
实施例
将原料煤粉碎到粒径3mm以下，送入热解装置与气基竖炉联用***，控制热解装置内温度900℃，热解装置内设置了多层加热辐射管和颗粒移动床除尘***。热解油气在颗粒移动床内，经催化剂作用继续裂解，获得高品质热解油气。热解装置产生的高品质热解油气经分离净化***和焦油精制***后，可得热解气和高品质油品。热解气经重整变换***处理后获得还原气，还原气直接进入气基竖炉进行生产。经分离净化***后的热解气中组成如表1所示。
表1 热解气组成成分
经重整变换脱碳后的还原气H2和CO的总量为91.1％，H2/CO体积比为4.4:1，与高炉冶炼***和焦炉煤气-气基竖炉冶炼***相比，热解装置-气基竖炉具有明显的优势，具有更大的经济价值。和焦炉煤气-气基竖炉冶炼***相比，热解装置-气基竖炉单元产品的能耗降低6.2％，单位产品成本平均降低50～80元/吨。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，包括热解装置、分离净化***、重整变换***和气基竖炉，
所述热解装置包括装置本体、颗粒移动床、热解油气出口、催化剂入口和催化剂出口；
所述颗粒移动床包括外壳和内壳，所述内壳位于所述外壳内部，所述外壳和内壳固定在所述装置本体下部的侧壁上，由此限定所述颗粒移动床的内部空间；外壳的侧面板和内壳的侧面板为多孔结构；所述催化剂入口和催化剂出口位于所述外壳对应的装置本体的侧壁上，所述热解油气出口位于所述内壳对应的装置本体的侧壁上，所述催化剂入口位于所述催化剂出口上方；
所述热解装置热解油气出口连接分离净化***热解油气入口，所述分离净化***气体出口连接重整变换***气体入口，所述重整变换***气体出口连接气基竖炉气体入口。
2.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，进一步包括焦油精制***，所述焦油精制***包括热解油入口和焦油出口，所述分离净化***包括液体出口；
所述分离净化***液体出口连接所述焦油精制***热解油入口。
3.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，所述外壳侧面板的孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm2。
4.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，所述内壳侧面板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm2。
5.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，所述热解装置进一步包括燃气入口，所述热解装置燃气入口连接所述分离净化***气体出口。
6.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，所述分离净化***包括：旋风分离器、初冷塔、鼓风机、电捕焦油器、脱硫塔、脱氨塔、洗苯塔和气柜；
其中，所述旋风分离器气体入口连接热解装置热解油气出口，所述旋风分离器气体出口连接初冷塔气体入口，所述初冷塔气体出口连接鼓风机气体入口，所述鼓风机气体出口连接电捕焦油器气体入口，所述电捕焦油器气体出口连接脱硫塔气体入口，所述脱硫塔气体出口连接脱氨塔气体入口，所述脱氨塔气体出口连接洗苯塔气体入口，所述洗苯塔气体出口连接气柜气体入口。
7.根据权利要求1所述的热解装置与气基竖炉联用***，其特征在于，所述重整变换***包括：精细脱硫塔、重整塔、变换塔和脱碳装置；
其中，所述精细脱硫塔气体入口连接分离净化***气体出口，所述精细脱硫塔气体出口连接重整塔气体入口，所述重整塔气体出口连接变换塔气体入口，所述变换塔气体出口连接脱碳装置气体入口，所述脱碳装置气体出口连接所述气基竖炉气体入口。
8.一种利用权利要求1～7任一所述***处理煤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将破碎后的原料加入所述热解装置中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦；
将所述热解油气送入所述颗粒移动床，催化剂经所述催化剂入口进入所述颗粒移动床，对所述热解油气进行除尘、降温，所述热解油气在所述催化剂作用下继续裂解，热解油气中的大分子组分分解成小分子气体，获得高品质热解油气，催化剂由催化剂出口排出；
将所述高品质热解油气经热解油气出口送入所述分离净化***，获得热解气和热解油，然后将所述热解气送入所述重整变换***处理，获得还原气；
将所述还原气送入所述气基竖炉。
9.根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，将所述分离净化***产生的热解油送入所述焦油精制***，获得高品质焦油。
10.根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，将所述分离净化***产生的部分热解气作为燃料送入所述热解装置。
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