CN106479541A - 一种处理煤粉与生物质的***和方法 - Google Patents

一种处理煤粉与生物质的***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理煤粉与生物质的***和方法。该***包括生物质热解单元、油气分离单元、PSA吸收单元、煤粉加氢气化单元以及电石冶炼单元；生物质热解单元包括生物质入口、热解油气出口和生物质焦出口；油气分离单元包括热解油气入口、热解油出口和热解气1出口；PSA吸收单元包括热解气1入口和热解气2出口；煤粉加氢气化单元包括煤粉喷嘴、热解气2喷嘴、气化焦渣出口以及油气出口；电石冶炼单元包括生物质焦入口、气化焦渣入口、粉状生石灰入口、氧气喷嘴、电石炉气出口和电石出口。本发明将热解气作为加氢气化的氢源，同时，产生的生物质焦及加氢气化所得的气化焦渣用于生产电石，提高了***能效，实现了生物质及煤炭的分质梯级利用。

Description

一种处理煤粉与生物质的***和方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种处理煤粉与生物质的***和方法。
背景技术
煤加氢气化是指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反应生成富含甲烷的气体以及轻质油品的过程。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。但是，氢气的价格昂贵，因此寻找氢气的可替代气氛成为许多研究者的关注点。
同时，生物质是一种可再生能源，净增产量巨大，目前农林牧业的废弃物一般被直接作为燃料燃烧，但往往造成燃烧不充分、环境污染严重的问题。与煤炭相比，生物质挥发份含量高，热解可得到大量的轻质焦油和热解气，且热解气中含有较高含量的氢气、一氧化碳和甲烷，可作为煤加氢气化的氢源；同时，热解生物质焦活性高，硫氮和灰分含量低，其成分同样适合于作为电石生产的原料。
由此可知，没有充分利用生物质热解产生的热解气以及生物质焦，使得现有技术不能实现生物质及煤炭的分质梯级利用，***能效低。
发明内容
本发明的目的旨在将生物质热解、粉煤加氢气化以及氧热法生产电石等工艺进行有机耦合，将生物质热解产生的热解气经净化除尘后作为粉煤加氢气化的氢源；同时，生物质热解产生的生物质焦及煤粉加氢气化所得的气化焦渣均经热送直接进入氧热法电石生产反应器，生产电石，从而提高***能效，实现生物质及煤炭的分质梯级利用。
为实现上述目的，本发明提出了一种处理煤粉与生物质的***，包括生物质热解单元、油气分离单元、PSA吸收单元、煤粉加氢气化单元以及电石冶炼单元；其中，
所述生物质热解单元包括生物质入口、热解油气出口和生物质焦出口，所述生物质热解单元用于生物质的热解，得到热解油气和生物质焦；
所述油气分离单元包括热解油气入口、热解油出口和热解气1出口，所述热解油气入口和所述热解油气出口相连，所述油气分离单元用于将所述热解油气分离为热解油和热解气；
所述PSA吸收单元包括热解气1入口和热解气2出口，所述热解气1入口与所述热解气1出口相连；所述PSA吸收单元用于对热解气处理得到氢含量较高的混合气；
所述煤粉加氢气化单元包括煤粉喷嘴、热解气2喷嘴、气化焦渣出口以及油气出口，所述热解气2喷嘴和所述热解气2出口相连，在所述煤粉加氢气化单元，所述热解气2作为氢源与煤发生加氢气化反应；
所述电石冶炼单元包括生物质焦入口、气化焦渣入口、粉状生石灰入口、氧气喷嘴、电石炉气出口和电石出口，所述生物质焦入口和所述生物质焦出口相连，所述气化焦渣入口与所述气化焦渣出口相连，所述粉状生石灰入口用于使生石灰从此处进入所述电石冶炼单元，所述电石冶炼单元用于对热解产生的所述生物质焦进行冶炼。
进一步地，所述***还包括保温输送装置，所述高温输送装置为保温桶或保温链板，所述生物质焦入口通过所述保温输送装置和所述生物质焦出口相连，所述气化焦渣入口通过所述保温输送装置与所述气化焦渣出口相连。
具体地，所述生物质热解单元使用的装置为无热载体蓄热式预热炉。所述无热载体蓄热式预热炉中设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布。
所述PSA吸收单元使用的装置为加压PSA吸收器。
所述煤粉加氢气化单元使用的装置是气化炉。
所述电石冶炼单元使用的装置为气流床。
进一步地，所述PSA吸收单元设有气体分布器以及由下而上分布的块状生石灰床层和固体过滤床层；所述块状生石灰床层在吸收水和CO2消化后能够直接送入石灰窑煅烧，作为电石生产的原料；所述固体过滤床层的用于除去气体携带的固体粉尘以及其它杂质，以获取氢含量较高的热解气2。
所述净煤气喷嘴个数为偶数个，对称排列在粉煤喷嘴的四周。
进一步地，所述***还包括螺旋出料机，所述螺旋出料机设置在所述热解装置的出料口内部，与所述高温输送装置相连；
本发明还提供一种处理煤粉与生物质的方法，其特征在于，包括步骤：
A.热解：将所述生物质送入所述生物质热解单元进行高温热解，得到所述热解油气及所述生物质焦；
B.油气分离：在所述油气分离单元将热解油气分离为所述热解油和所述热解气1；
C.PSA吸收：在所述PSA吸收单元对所述热解气1处理得到氢含量较高的所述热解气2；
D.加氢气化：将所述热解气2作为氢源输入所述煤粉加氢气化单元与煤粉发生加氢气化反应；
E.电石生产：在所述电石生产单元将所述生物质焦和气化焦渣冶炼制得液态电石及电石炉气。
进一步地，所述方法还包括，将在吸附饱和后的所述生石灰床层直接与其他石灰石在石灰窑内煅烧再生，作为电石生产的原料。
具体地，将所述生物质在进预热炉前经过初步破碎，长度控制在≤10mm。
将所述生物质热解单元的热解温度控制在500-650℃，热解时间为30-60min。
作为优选的实施方案，首先在所述气体分布器的作用下使所述热解气1均匀分布在所述加压PSA吸收器内，并依次经过所述块状生石灰床层和所述固体过滤床层，得到氢含量较高的所述热解气2。
将所述加压PSA吸收器内的压力控制在0.4-1.0Mpa。
具体地，将所述煤粉加氢气化单元反应温度控制在800-1000℃，压力为1.0-3.0Mpa，气化时间小于2s。
作为优选的实施方案，所述电石冶炼单元反应温度为1750-2000℃。
本发明以农林牧业废弃物作为热解原料，在充分利用生物质资源得同时，获取煤加氢气化的氢气来源以及电石生产原料生物质焦，变废为宝；另外，生物质在无热载体蓄热式预热炉内热解所得的热解气品质高，经过PSA吸收后，其H2、CH4以及CO含量高，将其作为煤加氢气化的氢气来源，可降低粉煤气化的氢源成本，并最终获取高热值气体；还有，生物质热解产生的生物质焦以及煤加氢气化所得的气化焦渣可直接热送进氧热法电石生产装置，充分利用固体的显热，降低电石生产的能耗。
采用本发明的***和方法，取得了以下效果：
(1)以农林牧业废弃物为原料，通过热解技术获取煤加氢气化反应的氢气来源以及电石生产所需碳源，变废为宝；
(2)采用无热载体蓄热式预热炉对生物质进行热解，不仅可以提高热利用率，还可提高热解气体的品质；
(3)以CaO为吸收剂，通过PSA吸收技术去除生物质热解气中的水和CO2，获取以氢气、甲烷和一氧化碳为主要成分的高热值气体；CaO床层在充分吸收热解气中的CO2和水后可直接送入石灰窑煅烧，作为电石生产的原料；
(4)以生物质热解产生的热解气经净化除尘后用作煤加氢气化反应的氢气来源，降低煤加氢气化氢源的成本；
(5)煤加氢气化所得的气化焦渣与生物质热解产生的生物质焦混合物具有硫氮含量低，灰分低的优势，以其为电石生产的碳源可显著提高电石的产量及品质；
(6)热解产生的生物质焦和煤加氢气化产生的气化焦渣经密闭保温输送装置，直接进入电石生产装置，利用氧热法生产电石，可充分利用热解固体的显热，进一步降低电石生产的能耗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图；
图2是本发明的生产***示意图。
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。
本发明提出了一种生物质热解、煤加氢气化、耦合电石生产的方法，如图1，包括以下步骤：
第一步：生物质热解：即将干燥后的生物质送入无热载体蓄热式预热炉，热解得到荒煤气及高温生物质焦；其中，所述生物质包括农、林、牧业废弃物中的一种或几种；所述生物质在进预热炉前经过初步破碎，使其长度≤10mm；所述预热炉的加热方式为无热载体蓄热式辐射管；热解温度为500-650℃，热解时间为30-60min；
第二步：PSA吸收单元：热解产生的热解气进入PSA吸收单元，首先在气体分布器的作用下，均匀分布在加压PSA吸收器内，并依次经过块状生石灰床层和固体过滤床层，以去除热解气中的水、CO2及部分其它杂质，获取氢含量较高的混合气；所述吸收器内的压力为0.4-1.0Mpa；所述生石灰床层在吸附饱和后，可直接与其他石灰石在石灰窑内煅烧再生，作为电石生产的原料；
所述生物质热解气1的主要成分是氢气(18-30％)、甲烷(20-30％)、一氧化碳(15-25％)、二氧化碳(20-30％)、水(10-20％)；
所述热解气2的主要成分是氢气(30-50％)，甲烷(30-50％)，一氧化碳(25-40％)；
所述生物质焦经螺旋出料机输出后呈粉状物质；
第三步：煤加氢气化：生物质热解产生的热解气经去除CO2和水以及部分杂质后作为氢源，通过喷嘴进入气化炉，与煤粉发生加氢气化反应，得到富甲烷气和轻质焦油；煤加氢气化反应的温度为800-1000℃；压力为1.0-3.0Mpa；气化时间小于2s；
第四步：电石生产：煤加氢气化得到的气化焦渣以及生物质焦经保温密闭输送装置送入电石反应装置，在电石反应装置内加热到1750-2000℃，冶炼制得液态电石及电石炉气。
本发明提出了一种生物质热解、煤加氢气化、耦合电石生产的***，如图2：
本发明所描述的***由生物质热解单元1、CO2和水吸收单元2、煤加氢气化单元3、高温热送单元4以及氧热法电石冶炼单元5组成。
生物质热解单元1的装置可以是无热载体蓄热式预热炉，包括生物质入口11、热解油气出口12和生物质焦出口15；所述热解油气出口外设置油气分离***(未画出)，将热解油气分离为热解油和热解气；所述热解油由出口12采集；所述热解气从热解气1出口14输出后通过管道进入PSA吸收单元；
所述无热载体蓄热式预热炉内部设置双层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕预热炉四周平行且均匀分布，所述上下两层蓄热式辐射管沿所述预热炉的本体高度方向上错开分布。
PSA吸收单元2的装置可以是加压PSA吸收器，设有热解气1入口21和热解气2出口25；所述热解气1入口21与生物质热解单元1外置的油气分离***的热解气1出口14相连；所述PSA吸收器内部设有气体分布器22以及由下而上分布的块状生石灰床层23和固体过滤床层24，所述块状生石灰床层在吸收水和CO2消化后可直接送入石灰窑煅烧，作为电石生产的原料；所述固体过滤床层的目的是除去气体携带的固体粉尘以及其它杂质，获取氢含量较高的热解气2；
加氢气化单元3的装置可以是气化炉，设有煤粉喷嘴31、热解气2喷嘴32、油气出口33以及气化焦渣出口34；所述热解气2喷嘴32与PSA吸收单元2的热解气2出口25相连；所述热解气2喷嘴32的个数为偶数，对称排列在粉煤喷嘴31的四周，便于热解气2与煤粉进行充分的混合；
高温固体输送单元4的装置是密闭保温罐或密闭保温输送链板。保温材料的耐温温度为900℃以上；
电石冶炼单元5的装置可以是气流床，设有进料储仓5-1和反应器本体5-2；所述进料储仓5-1设置生物质焦入口51、气化焦渣入口52、粉状生石灰入口53以及闸阀54；所述反应器本体设置有富氧气氛喷嘴55、电石炉气出口56以及电石出口57；所述生物质焦渣入口51通过高温固体输送装置4与生物质热解单元1的生物质焦出口15相连；所述气化焦渣入口52通过高温固体输送装置4与煤加氢气化单元3的气化焦渣出口34相连。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
利用本发明的***，将长度小于10mm的生物质送入无热载体蓄热式预热炉。生物质在预热炉内热解产生生物质焦和油气产品，热解温度为600℃，热解时间为50min；热解油气经油气分离后获取轻质焦油和热解气1；轻质焦油被直接收集，净化储存；热解气1通过管道输送至PSA吸收器，在0.6Mpa下经过块状生石灰床层，除去其中的水份和CO2，并经过固体过滤床层进行除尘净化，获取热解气2；热解气2通过喷嘴进入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在850℃，2.0MPa下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油以及气化焦渣；生物质热解产生的生物质焦与煤加氢气化产生的气化焦渣经密闭保温输送设备加入气流床，在氧气与部分煤粉反应产生的高温下发生反应产生电石，反应温度为1850℃。
实施例2
本实施例与上述实施例1所用***一样，但工艺条件不同，如下所述。将长度小于10mm的生物质送入无热载体蓄热式预热炉。生物质在预热炉内热解产生生物质焦和油气产品，热解温度为500℃，热解时间为40min；热解油气经油气分离后获取轻质焦油和热解气1；轻质焦油被直接收集，净化储存；热解气1通过管道输送至PSA吸收器，在1Mpa下经过块状生石灰床层，除去其中的水份和CO2，并经过固体过滤床层进行除尘净化，获取热解气2；热解气2通过喷嘴进入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在1000℃，1.0MPa下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油以及气化焦渣；生物质热解产生的生物质焦与煤加氢气化产生的气化焦渣经密闭保温输送设备加入气流床，在氧气与部分煤粉反应产生的高温下发生反应产生电石，反应温度为1750℃。
实施例3
本实施例与上述实施例1所用***一样，但工艺条件不同，如下所述。将长度小于10mm的生物质送入无热载体蓄热式预热炉。生物质在预热炉内热解产生生物质焦和油气产品，热解温度为650℃，热解时间为60min；热解油气经油气分离后获取轻质焦油和热解气1；轻质焦油被直接收集，净化储存；热解气1通过管道输送至PSA吸收器，在0.4Mpa下经过块状生石灰床层，除去其中的水份和CO2，并经过固体过滤床层进行除尘净化，获取热解气2；热解气2通过喷嘴进入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在900℃，3.0MPa下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油以及气化焦渣；生物质热解产生的生物质焦与煤加氢气化产生的气化焦渣经密闭保温输送设备加入气流床，在氧气与部分煤粉反应产生的高温下发生反应产生电石，反应温度为2000℃。
实施例4
本实施例与上述实施例1所用***一样，但工艺条件不同，如下所述。将长度小于10mm的生物质送入无热载体蓄热式预热炉。生物质在预热炉内热解产生生物质焦和油气产品，热解温度为600℃，热解时间为30min；热解油气经油气分离后获取轻质焦油和热解气1；轻质焦油被直接收集，净化储存；热解气1通过管道输送至PSA吸收器，在0.8Mpa下经过块状生石灰床层，除去其中的水份和CO2，并经过固体过滤床层进行除尘净化，获取热解气2；热解气2通过喷嘴进入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在800℃，2.0MPa下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油以及气化焦渣；生物质热解产生的生物质焦与煤加氢气化产生的气化焦渣经密闭保温输送设备加入气流床，在氧气与部分煤粉反应产生的高温下发生反应产生电石，反应温度为1900℃。

Claims (10)

1.一种处理煤粉与生物质的***，包括生物质热解单元、油气分离单元、PSA吸收单元、煤粉加氢气化单元以及电石冶炼单元；其中，
所述生物质热解单元包括生物质入口、热解油气出口和生物质焦出口，所述生物质热解单元用于生物质的热解，得到热解油气和生物质焦；
所述油气分离单元包括热解油气入口、热解油出口和热解气1出口，所述热解油气入口和所述热解油气出口相连，所述油气分离单元用于将所述热解油气分离为热解油和热解气；
所述PSA吸收单元包括热解气1入口和热解气2出口，所述热解气1入口与所述热解气1出口相连；所述PSA吸收单元用于对热解气处理得到氢含量较高的混合气；
所述煤粉加氢气化单元包括煤粉喷嘴、热解气2喷嘴、气化焦渣出口以及油气出口，所述热解气2喷嘴和所述热解气2出口相连，在所述煤粉加氢气化单元，所述热解气2作为氢源与煤发生加氢气化反应；
所述电石冶炼单元包括生物质焦入口、气化焦渣入口、粉状生石灰入口、氧气喷嘴、电石炉气出口和电石出口，所述生物质焦入口和所述生物质焦出口相连，所述气化焦渣入口与所述气化焦渣出口相连，所述粉状生石灰入口用于使生石灰从此处进入所述电石冶炼单元，所述电石冶炼单元用于对热解产生的所述生物质焦进行冶炼。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述***还包括保温输送装置，所述高温输送装置为保温桶或保温链板，所述生物质焦入口通过所述保温输送装置和所述生物质焦出口相连，所述气化焦渣入口通过所述保温输送装置与所述气化焦渣出口相连。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述生物质热解单元使用的装置为无热载体蓄热式预热炉；所述无热载体蓄热式预热炉中设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布；
所述PSA吸收单元使用的装置为加压PSA吸收器；
所述煤粉加氢气化单元使用的装置是气化炉；
所述电石冶炼单元使用的装置为气流床。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，
所述PSA吸收单元设有气体分布器以及由下而上分布的块状生石灰床层和固体过滤床层；所述块状生石灰床层在吸收水和CO2消化后能够直接送入石灰窑煅烧，作为电石生产的原料；所述固体过滤床层的用于除去气体携带的固体粉尘以及其它杂质，以获取氢含量较高的热解气2；
所述净煤气喷嘴个数为偶数个，对称排列在粉煤喷嘴的四周。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，
所述***还包括螺旋出料机，所述螺旋出料机设置在所述热解装置的出料口内部，与所述高温输送装置相连，所述螺旋出料机用于对所述生物质焦进行处理得到粉状物质。
6.一种用权利要求1-5任一所述***处理煤粉与生物质的方法，其特征在于，包括步骤：
A.热解：将所述生物质送入所述生物质热解单元进行高温热解，得到所述热解油气及所述生物质焦；
B.油气分离：在所述油气分离单元将热解油气分离为所述热解油和所述热解气1；
C.PSA吸收：在所述PSA吸收单元对所述热解气1处理得到氢含量较高的所述热解气2；
D.加氢气化：将所述热解气2作为氢源输入所述煤粉加氢气化单元与煤粉发生加氢气化反应；
E.电石生产：在所述电石生产单元将所述生物质焦和气化焦渣冶炼制得液态电石及电石炉气。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将在吸附饱和后的所述生石灰床层直接与其他石灰石在石灰窑内煅烧再生，作为电石生产的原料。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
将所述生物质在进预热炉前经过初步破碎，长度控制在≤10mm；
将所述生物质热解单元的热解温度控制在500-650℃，热解时间为30-60min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤C中，
首先在所述气体分布器的作用下使所述热解气1均匀分布在所述加压PSA吸收器内，并依次经过所述块状生石灰床层和所述固体过滤床层，得到氢含量较高的所述热解气2；
将所述加压PSA吸收器内的压力控制在0.4-1.0Mpa。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述煤粉加氢气化单元反应温度控制在800-1000℃，压力为1.0-3.0Mpa，气化时间小于2s；所述电石冶炼单元反应温度为1750-2000℃。
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