CN204939411U - 一种流化床煤热解的*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流化床煤热解的***，包括：多层流化床反应器，设有进煤口、预热空气和水蒸汽混合入口、混合煤气出口、半焦返料口和半焦出口；多层流化床反应器的混合煤气出口依次与气固分离器、余热锅炉和水洗塔连接；余热锅炉设有水蒸汽出口，该水蒸汽入口分别与混合器和空气预热器连接；空气预热器与混合器连接，混合器的出口与多层流化床反应器的预热空气和水蒸汽混合入口连接。通过采用多层流化床反应器，床层温度稳定，不存在温度梯度，解决了炉内轴向和径向温度分布不均匀的技术缺陷；实现了在多层流化床反应器内热解和气化过程耦合，高温气化煤气逆流与煤直接进行气固两相接触，进行煤热解转化，煤气热值提高，工艺上传热效率高，总能量利用率高。

Description

一种流化床煤热解的***

技术领域

本实用新型涉及煤热解领域，特别是涉及一种流化床煤热解的***。

背景技术

“贫油、少气、相对富煤”是我国目前的能源现状。随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，一次能源中石油的供需矛盾日益突出，2014年中国原油净进口量3.1亿吨，对境外石油的依存度达到59.6％，而受于国力与外汇的限制，我国很难支持这样大规模的石油进口，而且国家能源安全无法保证，亟待解决石油与天然气缺口问题。与石油相比，我国煤炭产量和消费量在一次能源中占的比重一直保持在70％左右，如何发展新型煤化工，建设大型的新型煤化工多联产项目，生产石油替代产品正在成为我国能源建设的重要任务。

煤快速热解工艺可以在较温和条件下得到优质焦油，洁净的半焦和煤气，优质焦油可加氢精制为轻质油品等化工产品。煤热解过程多是吸热反应，传统工艺是解决煤热解过程需要热量的方式是固体热载体供热(如大连理工大学的DG热解工艺、美国油页岩公司TOSCOAL工艺、德国鲁尔鲁奇公司的Lurgi-ruhr-gas工艺等)或气体热载体供热(如立式炉工艺、多段回转炉工艺等)。固体热载体供热普遍采用燃烧部分热解半焦释放的反应热加热固体热载体，通过气固分离装置分离热载体为热解过程供热；气体热载体供热则普遍采用燃烧部分半焦或者热解煤气产生的热烟气为热解过程供热。图1所示为现有固体热载体工艺的技术方案，碎煤通过进料装置进入热解单元(流化床、下行床或移动床)，与被燃烧单元(循环流化床)加热的热载体颗粒混合，在500～650℃的温度下发生热解反应，生成热解煤气、焦油和半焦，其中部分半焦返料至燃烧单元，在900～950℃的温度下发生燃烧反应，产生的反应热用于加热固体热载体为热解反应提供热量。目前，大连理工大学的DG热解工艺、美国油页岩公司TOSCOAL工艺、德国鲁尔鲁奇公司的Lurgi-ruhr-gas工艺等均是固体热载体工艺的典型应用。该方案的缺点是：固体热载体供热普遍采用双床热解工艺，投资高，热载体在燃烧单元采用循环流化床进行加热，设备本体高(几十米甚至上百米)，设备运行能耗高；同时，工艺在进行热解时热解半焦与热载体相混合，半焦分离提纯存在难度。

固体热载体供热普遍采用双床热解工艺，投资高，热载体采用循环流化床进行加热，设备本体较高(几十米甚至上百米)，设备运行能耗高；同时，工艺在进行热解时热解半焦与热载体相混合，半焦分离提纯存在难度；气体热载体供热目前普遍采用立式炉工艺和多段回转炉工艺，设备投资少。但立式炉工艺属于移动床，存在炉内轴向和径向温度分布不均匀，易于结焦；同时，由于生产过于简单，配套设施少，环境污染严重，各地方政府已经开始整顿；多段回转炉工艺采用在蒸馏容器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧部分热解煤气产生高温热烟气，以热传导方式对热解过程间接供热，传热效率低、工艺总能量利用率低。图2所示为现有气体热载体工艺技术方案，在立式炉工艺中，煤在立式炉内自上而下依次发生干燥、热解、燃烧反应、所产生煤气和焦油由炉顶排出，半焦由炉底外排。热解过程所需热量由燃烧段燃烧部分半焦产生的热烟气与煤直接接触供热，如图2(I)所示。在多段回转炉工艺中，煤在多段串联回转炉内进行热解，最终获得较高产率的焦油、热解煤气和半焦。其中，煤在热解过程所需热量由燃烧部分热解煤气产生的高温热烟气，通过热传导方式为回转炉内煤热解提供热量，如图2(II)所示。该方案的缺点是：立式炉工艺属于移动床，炉内轴向和径向温度分布不均匀，易于结焦；同时，由于生产过于简单，配套设施少，环境污染严重；多段回转炉工艺采用在蒸馏容器外壁与燃烧室内壁之间的空间燃烧部分热解煤气产生高温热烟气，以热传导方式对热解过程间接供热，传热效率低、工艺总能量利用率低。

实用新型内容

基于上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种流化床煤热解的***，能在流化床内直接实现高品质热解气、半焦和焦油三联产、克服现有热解工艺半焦提纯分离、结焦和热效率低的缺点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种流化床煤热解的***，包括：

多层流化床反应器、气固分离器、混合器、空气预热器、余热锅炉和水洗塔，其中，

所述多层流化床反应器，设有进煤口、预热空气和水蒸汽混合入口、混合煤气出口、半焦返料口和半焦出口；

所述多层流化床反应器的混合煤气出口依次与所述气固分离器、余热锅炉和水洗塔连接；

所述气固分离器设有混合煤气排出口和半焦出口，该混合煤气排出口与所述余热锅炉连接，该半焦出口与所述多层流化床反应器的半焦返料口连接；

所述余热锅炉设有水蒸汽出口，该水蒸汽出口分别与所述混合器和所述空气预热器连接；

所述空气预热器与所述混合器连接，所述混合器的出口与所述多层流化床反应器的预热空气和水蒸汽混合入口连接。

本实用新型的有益效果为：通过采用多层流化床反应器，流化床床层温度稳定，基本不存在温度梯度，解决了气体热载体热解工艺存在炉内轴向和径向温度分布不均匀的技术缺陷；而且实现了在多层流化床反应器内热解和气化过程耦合，高温气化煤气逆流与煤直接进行气固两相接触，进行煤热解转化，煤气热值提高，工艺上传热效率高，总能量利用率高。该***投资低、设备运行能耗低、不存在半焦与热载体分离提纯问题，解决了固体热载体工艺存在的技术缺陷(如半焦与热载体分离提纯难度大、投资成本高、设备运行能耗高等)。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有固体热载体工艺的示意图；

图2(I)、(II)均现有气体热载体工艺的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的多层流化床煤热解的***的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图3所示，本实用新型实施例一种多层流化床煤热解的***，包括：多层流化床反应器1、混合器5、空气预热器6、气固分离器2、余热锅炉3和水洗塔4，

其中，多层流化床反应器1，设有进煤口11、预热空气和水蒸汽混合入口14、混合煤气出口12、半焦返料口15和半焦出口13；

多层流化床反应器1的混合煤气出口12依次与气固分离器2、余热锅炉3和水洗塔4连接；

气固分离器2设有混合煤气排出口和半焦出口，该混合煤气排出口与余热锅炉3连接，该半焦出口与多层流化床反应器的半焦返料口15连接；

余热锅炉3设有水蒸汽出口，该水蒸汽出口分别与混合器5和空气预热器6连接；

空气预热器6与混合器5连接，混合器5的出口与多层流化床反应器1的预热空气和水蒸汽混合入口14连接。

上述***中，在多层流化床反应器外置气固分离装置，分离下的细煤粉进入多层流化床底部参与气化反应，解决了因混合煤气中含有大量的细煤粉，在多层流化床生产中会对后续余热锅炉的除尘和运行造成影响的问题。

上述***中，多层流化床反应器其内从上至下依次设置至少三层流化床床层，优选设置七层流化床床层，本领域技术人员可以知道，多层流化床反应器的层数不仅限于七层，也可以采用其他层数的多层流化床。

上述***的多层流化床反应器内每层流化床设置的返料阀均围绕该层流化床的外周布置。

上述***中，多层流化床反应器的进煤口与混合煤气出口分别设在多层流化床反应器本体的上部，半焦出口和半焦返料口设在多层流化床反应器本体的下部，预热空气和水蒸汽混合入口设在多层流化床反应器本体的底部。

进一步的，上述***还包括：进料设备，与多层流化床反应器的进煤口连接。

下面结合煤热解过程对本实用新型的***作进一步说明。

如图3所示，利用该***进行的煤热解方法中，煤A通过进料设备(如螺旋进料器等)进入多层流化床反应器1顶部，在各层流化床中完成煤的热解过程，热解过程所需热量主要由热解半焦在多层流化床反应器最下层反应器中进行空气+水蒸汽气化产生的气化煤气提供，气化温度控制在850～950℃，所产生煤气组成：CO(19.6～22％)、CO2(9.9～13.4％)、H2(11.9～17.5％)、CH4(0.7～3.4％)、N2(48.9～55.3％)。在半焦气化过程中，所产生高温气化煤气自下而上依次通过流化床布风板与煤在各流化床中直接进行气固两相接触，进行煤的热解转化，热解温度控制在600～800℃，经热解后气化煤气与热解煤气混合，混合煤气组成为：CO(10.1～12.2％)、CO2(2.5～4.7％)、H2(44.0～51.4％)、CH4(1.6～2.8％)、N2(30.5～39.5％)。同时，热解过程所生成焦油则与热解气化混合煤气在多层流化床反应器顶部经气固分离器气固分离后进入余热锅炉与水B换热产生高温过热蒸汽，其中一部分作为多层流化床反应器最下层反应器的气化剂，其余则进入空气预热器预热空气E，空气预热器排出水F，预热空气和作为气化剂的过热水蒸汽经混合器进入多层流化床的风室。经余热锅炉换热的焦油和热解气化混合煤气进一步经水洗塔直接冷却，实现焦油D和混合煤气C的分离；每层流化床进行热解转化后的半焦则经返料阀自上而下返料至最下层的流化床反应器中参与半焦气化反应，在维持最下层流化床反应器反应所需床层高度的条件下，控制返料阀返料风量将半焦产品G经返料管排出，从而实现煤热解过程的混合煤气C、焦油D和半焦G三联产，如图3所示。

本实用新型的***采用多层流化床，气固两相接触充分，床层温度稳定，基本不存在温度梯度；实现了煤热解过程中热值煤气、高品质半焦和焦油的三联产，以及实现了炉内热解和气化过程耦合，传热效率高，总能量利用率高，并且工艺投资低、设备运行能耗低、不存在半焦与热载体分离提纯问题；解决了固体热载体工艺的煤热解***存在半焦与热载体分离提纯难度大、投资成本高、设备运行能耗高的技术问题，同时解决了现有气体热载体热解工艺存在炉内轴向和径向温度分布不均、传热效率低，工艺总能量利用率低的技术问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种流化床煤热解的***，其特征在于，包括：

多层流化床反应器、气固分离器、混合器、空气预热器、余热锅炉和水洗塔，其中，

所述多层流化床反应器，设有进煤口、预热空气和水蒸汽混合入口、混合煤气出口、半焦返料口和半焦出口；

所述多层流化床反应器的混合煤气出口依次与所述气固分离器、余热锅炉和水洗塔连接；

所述气固分离器设有混合煤气排出口和半焦出口，该混合煤气排出口与所述余热锅炉连接，该半焦出口与所述多层流化床反应器的半焦返料口连接；

所述余热锅炉设有水蒸汽出口，该水蒸汽出口分别与所述混合器和所述空气预热器连接；

所述空气预热器与所述混合器连接，所述混合器的出口与所述多层流化床反应器的预热空气和水蒸汽混合入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种流化床煤热解的***，其特征在于，所述多层流化床反应器内从上至下依次设置至少三层流化床床层。

3.根据权利要求1或2所述的一种流化床煤热解的***，其特征在于，所述多层流化床反应器内从上至下依次设置七层流化床床层。

4.根据权利要求1或2所述的一种流化床煤热解的***，其特征在于，所述多层流化床反应器内每层流化床设置的返料阀均围绕该层流化床的外周布置。

5.根据权利要求1或2所述的一种流化床煤热解的***，其特征在于，所述多层流化床反应器的进煤口与余热煤气出口分别设在所述多层流化床反应器本体的上部，所述半焦出口和半焦返料口设在所述多层流化床反应器本体的下部，所述预热空气和水蒸汽混合入口设在所述多层流化床反应器本体的底部。

6.根据权利要求1或2所述的一种流化床煤热解的***，其特征在于，还包括：进料设备，与所述多层流化床反应器的进煤口连接。