專利名稱：一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于煤化工技術(shù)領域，具體涉及煤熱解生產(chǎn)半焦、煤焦油和煤氣過程中的固體熱載體熱解方法。
背景技術(shù)：
煤炭作為一種化石能源資源，其潔凈、高效、綜合轉(zhuǎn)化利用是未來的發(fā)展方向。以煤熱解為基礎的多聯(lián)產(chǎn)或梯級(分質(zhì))利用，符合潔凈、高效、綜合轉(zhuǎn)化利用原則，受到研究開發(fā)者的關注，作為其主要過程單元的煤熱解則受到更多關注。在煤熱解工藝中，固體熱載 體法熱解是其重要方法之一。在煤固體熱載體法熱解生產(chǎn)半焦、煤焦油和煤氣過程中，采用移動床反應器實現(xiàn)煤熱解過程是相對簡單的方式，但由于固體熱載體法熱解工藝處理的是粉粒狀煤，隨著反應器處理量的增加，特別是達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模后，移動床反應器煤熱解反應物料床層高度增加，煤熱解反應產(chǎn)生的油汽(指氣態(tài)煤焦油)導出阻力增加，油汽聚合反應和二次裂解反應加劇，煤熱解焦油收率隨之降低。本發(fā)明一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)能夠以相對簡單的移動床反應器方式實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的煤固體熱載體熱解高焦油收率目標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)，達到煤固體熱載體法熱解生產(chǎn)半焦、煤焦油和煤氣過程中物料在反應器內(nèi)的停留時間分布均勻，油汽加速導出，有效減少油汽聚合反應和二次裂解反應，實現(xiàn)在工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模下煤固體熱載體法熱解高焦油收率目標。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目標采用的技術(shù)方案是一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，具體步驟是
(1)將干燥后的粉粒狀煤與熱載體(高溫半焦，煤熱解生成的半焦進一步加熱升溫得至IJ)按比例導入無轉(zhuǎn)動器件的混合裝置(一種靜態(tài)混合器)，粉粒體(粉粒狀煤與熱載體)依靠重力在靜態(tài)混合器內(nèi)流動，靜態(tài)混合元件對流動的粉粒體進行分割、導流和再混合作用，使粉粒體混合均勻；
(2)將混合均勻的粉粒體由移動床反應器頂部導入移動床反應器進行煤熱解反應；移動床反應器反應段下部同時導入經(jīng)過預熱的氣提氣(即氣提介質(zhì))；氣提氣通過氣提氣導入分布器，導入熱解反應物料床層；煤熱解反應生成的熱解氣(也稱荒煤氣，主要為煤焦油和煤氣，還含有水蒸氣和少量雜質(zhì))被熱解氣引出集氣器(與氣提氣導入分布器縱向交匯布置在熱解反應物料床層內(nèi))引出進入移動床反應器上部集氣空間，通過熱解氣出口引出反應器，即氣提氣導入熱解反應物料床層的同時實現(xiàn)煤熱解反應生成的熱解氣從熱解反應物料床層加速引出。(3)產(chǎn)物熱解氣由移動床反應器的上部引出，進入焦油回收與煤氣凈化系統(tǒng)回收焦油凈化煤氣；凈化后的煤氣一部分作為產(chǎn)品輸出，另一部分作為氣提氣導入熱解反應器。(4)產(chǎn)物半焦由移動床反應器出料段底部排出，其中一部分半焦作為產(chǎn)品輸出，另一部分半焦進入加熱提升管加熱升溫后，作為熱載體(高溫半焦)再次與煤混合循環(huán)使用。所述步驟(I)中的粉粒狀煤為粉粒狀煙煤或粉粒狀褐煤。所述干燥后的粉粒狀煤與熱載體混合質(zhì)量比為I :2 5，優(yōu)選干燥后的粉粒煤與熱載體混合質(zhì)量比I :2. 5 4. O。所述步驟(2)移動床反應器中熱解反應條件常壓，反應溫度470 600°C，優(yōu)選500 550°C ;反應時間10 30min，優(yōu)選15 25min。

所述的氣提氣為自產(chǎn)煤氣、氮氣、蒸汽、氫氣等惰性或可燃性氣體,優(yōu)選自產(chǎn)煤氣(即煤熱解生成熱解氣經(jīng)過回收焦油并凈化后的煤氣)。所述的氣提氣用量(按每噸干煤計)為25 150Nm3，優(yōu)選50 100 Nm3。所述的氣提氣經(jīng)預熱后進入移動床反應器內(nèi)，預熱后氣提氣溫度為熱解反應溫度±50°C，優(yōu)選為熱解反應溫度±25°C。氣提氣預熱采用自產(chǎn)高溫煙氣間接換熱方式實現(xiàn)。本發(fā)明導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，混合器底部直接連通移動床反應器，在移動床反應器反應段設有氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣由氣提氣導入分布器導入移動床反應器，并在料層中均勻分布，煤熱解反應生成的熱解氣被熱解氣引出集氣器(與氣提氣導入分布器縱向交匯布置在熱解反應物料床層內(nèi))弓I出進入移動床反應器上部集氣空間，經(jīng)過熱解氣出口進入焦油回收與煤氣凈化系統(tǒng)，反應器出料段底部半焦排出管分為產(chǎn)品半焦和熱載體循環(huán)用半焦兩路，熱載體循環(huán)用半焦連通加熱提升管，加熱提升管連通熱半焦儲槽；
其中混合器為一種靜態(tài)混合器，混合器筒體上方安裝有初始進料分布組件，初始進料分布組件采用同軸心的內(nèi)進料管和外套管組成，外套管為熱載體進料管，內(nèi)進料管為Y形原煤進料管，Y形原煤進料管夾角為50 70度，筒體內(nèi)部安裝至少一級物料混合單元，料混合單元由錐形布料板、復疊式物料收集混合斗和混合格柵組成，錐形布料板、復疊式物料收集混合斗和混合格柵從上至下依次同軸心固定安裝在筒體內(nèi)；
其中移動床反應器由反應段和出料段兩部分構(gòu)成，反應段采用圓形筒體，反應器上部連通進料口(直接連通靜態(tài)混合器)和熱解氣出口，下面固定連接出料段，反應器反應段內(nèi)安裝氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣導入分布器由不少于2層網(wǎng)格狀氣提氣導入角狀管排通過氣提氣導入管連通構(gòu)成，熱解氣引出集氣器由不少于2層網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排通過熱解氣引出管連通構(gòu)成，網(wǎng)格狀氣提氣導入角狀管排和網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排縱向交替排列；氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器分別通過氣提氣導入分布器固定件和熱解氣引出集氣器固定件與反應段殼體連接；氣提氣導入分布器與氣提氣入口連通，氣提氣入口設置在反應段下部；熱解氣引出管與熱解氣出口連通，其中的角狀管水平放置其橫截面是帶直邊三角形，下部是全敞開結(jié)構(gòu)。所述混合器的錐形布料板上沿圓周開設有若干個豁口。所述混合器的復疊式物料收集混合斗由至少兩級物料收集混合斗單體組成，物料收集混合斗單體結(jié)構(gòu)是圓形邊框連接錐形體，錐形體由板條和間隙構(gòu)成，各級物料收集混合斗單體的板條和間隙錯位式復疊安裝。所述混合器的混合格柵由上級格柵和下級格柵組成，上下兩級格柵的柵板和間隙錯位式排布，混合格柵的柵板采用弧形或雙面傾角形板條，柵板底部即為筒體底部為出料口，連通移動床反應器。所述移動床反應器的出料段采用倒錐體筒體，出料段內(nèi)安裝有分布錐，分布錐位于反應器出口、熱半焦出口之間且與三者同軸心排布。本發(fā)明一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)，粉粒體在混和裝置內(nèi)流動過程中，利用混合元件對流體的分割、導流和再混合作用，達到使固體物料均勻混合的目的。移動床反應器內(nèi)發(fā)生熱解反應；氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器交匯組合實現(xiàn)了油汽的分壓降低和加速導出，減少了油汽聚合反應和二次裂解反應，提高了煤熱解焦油收率。本發(fā)明一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)具有以下特點
I、采用導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)克服了固體熱 載體法熱移動床反應器粉粒狀煤熱解反應物料床層高度增加，焦油收率下降問題，實現(xiàn)了油汽的分壓降低和加速導出，減少了油汽聚合反應和二次裂解反應，提高了煤熱解焦油收率。2、采用無轉(zhuǎn)動器件的混合裝置，利用靜態(tài)混合元件對粉粒體的分割、導流和再混合作用，達到使固體物料均勻混合的目的；可實現(xiàn)長周期連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，有效克服了動態(tài)混合器中的轉(zhuǎn)動部件在高溫下易損壞的缺點。3、采用自產(chǎn)熱高溫煙氣對氣提氣進行預熱，不需額外補充能量。


圖I為本發(fā)明一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)工藝流程圖。圖2是本發(fā)明利用自產(chǎn)煤氣作為氣提介質(zhì)時的工藝流程圖。圖3是本發(fā)明混合器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明混合器的復疊式物料收集混合斗結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明混合器的混合格柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明移動床反應器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)的工藝流程，詳細描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實施例。本發(fā)明系統(tǒng)如圖I所示，導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，靜態(tài)混合器底部直接連通移動床反應器，在移動床反應器反應段設有氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣由氣提氣導入分布器導入移動床反應器，并在料層中均勻分布，煤熱解反應生成的熱解氣被熱解氣引出集氣器(與氣提氣導入分布器縱向交匯布置在熱解反應物料床層內(nèi))引出進入移動床反應器上部集氣空間，經(jīng)過熱解氣出口進入焦油回收與煤氣凈化系統(tǒng)，反應器出料段底部半焦排出管分為產(chǎn)品半焦和熱載體循環(huán)用半焦兩路，熱載體循環(huán)用半焦連通加熱提升管，加熱提升管連通熱半焦儲槽。其中混合器筒體上方安裝有初始進料分布組件29，初始進料分布組件如圖3所示采用同軸心的內(nèi)進料管35和外套管34組成，外套管為熱載體進料管，內(nèi)進料管為Y形原煤進料管，Y形原煤進料管夾角為50 70度，筒體內(nèi)部安裝至少一級物料混合單元，物料混合單元由錐形布料板30、復疊式物料收集混合斗31和混合格柵組成，錐形布料板、復疊式物料收集混合斗和混合格柵從上至下依次同軸心固定安裝在筒體內(nèi)。錐形布料板30如圖3所示，上沿圓周開設有若干個豁口 36。復疊式物料收集混合斗31如圖4所示由至少兩級物料收集混合斗單體組成，物料收集混合斗單體結(jié)構(gòu)是圓形邊框37連接錐形體，錐形體由板條38和間隙39構(gòu)成，各級物料收集混合斗單體的板條和間隙錯位式復疊安裝。復疊式物料收集混合斗可以采用整體鑄造，然后整體固定安裝在筒體內(nèi)，也可以各單體分別固定在筒體內(nèi)?；旌细駯湃鐖D5所示由上級格柵32和下級格柵33組成，上下兩級格柵的柵板40和間隙41錯位式排布，混合格柵的柵板40采用弧形或雙面傾角形板條，柵板底部即為筒體底部為出料口。其中移動床反應器如圖6所示，其由反應段和出料段構(gòu)成，反應段采用圓形筒體，反應段上面連通粉粒體(粉粒狀煤與熱載體)進口 49和熱解氣出口 48，下面固定連接出料段44，反應段內(nèi)安裝氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣導入分布器由不少于2層網(wǎng)格狀氣提氣導入角狀管排53通過氣提氣導入管46連通構(gòu)成，熱解氣引出集氣器由不少于2層網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排52通過熱解氣引出管50連通構(gòu)成，網(wǎng)格狀氣提氣導 入角狀管排53和網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排52縱向交替排列；氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器分別通過氣提氣導入分布器固定件47和熱解氣引出集氣器固定件51與反應段殼體連接；氣提氣導入分布器與氣提氣入口 45連通，氣提氣入口 45設置在反應段下部；熱解氣引出管50與熱解氣出口 48連通，其中的角狀管水平放置其橫截面是帶直邊三角形，下部是全敞開結(jié)構(gòu)。所述移動床反應器的出料段采用倒錐體筒體，出料段44內(nèi)安裝有分布錐43，分布錐43位于反應段出口、熱半焦出口 42之間且與三者同軸心排布。實施例I
采用上述系統(tǒng)實施導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，以下實施例中涉及的百分比均為質(zhì)量百分比(％)。實驗使用的粉粒狀煤性質(zhì)如表I所示。表I粉粒狀煤性質(zhì)(空氣干燥基)
權(quán)利要求
1.一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，具體步驟是 (1)將干燥后的粉粒狀煤與熱載體按比例導入無轉(zhuǎn)動器件的混合裝置(一種靜態(tài)混合器)，粉粒體(粉粒狀煤與熱載體)依靠重力在靜態(tài)混合器內(nèi)流動，靜態(tài)混合元件對流動的粉粒體進行分割、導流和再混合作用，使粉粒體混合均勻； (2)將混合均勻的粉粒體由移動床反應器頂部導入移動床反應器進行煤熱解反應；移動床反應器反應段下部同時導入經(jīng)過預熱的氣提氣(即氣提介質(zhì))；氣提氣通過氣提氣導入分布器，導入熱解反應物料床層；煤熱解反應生成的熱解氣被熱解氣引出集氣器(與氣提氣導入分布器縱向交匯布置在熱解反應物料床層內(nèi))引出進入移動床反應器上部集氣空間，通過熱解氣出口引出反應器； (3)產(chǎn)物熱解氣由移動床反應器的上部引出，進入焦油回收與煤氣凈化系統(tǒng)回收焦油凈化煤氣；凈化后的煤氣一部分作為產(chǎn)品輸出，另一部分作為氣提氣導入熱解反應器； (4)產(chǎn)物半焦由移動床反應器出料段底部排出，其中一部分半焦作為產(chǎn)品輸出，另一部分半焦進入加熱提升管加熱升溫后，作為熱載體(高溫半焦)再次與煤混合循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，所述步驟(I)中的粉粒狀煤為粉粒狀煙煤或粉粒狀褐煤； 所述干燥后的粉粒狀煤與熱載體混合質(zhì)量比為I :2 5，優(yōu)選干燥后的粉粒煤與熱載體混合質(zhì)量比I :2. 5 4. O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，所述步驟(2)移動床反應器中熱解反應條件常壓，反應溫度470 600°C，優(yōu)選500 550°C ;反應時間10 30min，優(yōu)選15 25min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，所述的氣提氣為自產(chǎn)煤氣、氮氣、蒸汽、氫氣等惰性或可燃性氣體，優(yōu)選自產(chǎn)煤氣(即煤熱解生成熱解氣經(jīng)過回收焦油并凈化后的煤氣)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，所述的氣提氣用量(按每噸干煤計)為25 150Nm3，優(yōu)選50 100 Nm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法，其特征在于，所述的氣提氣經(jīng)預熱后進入移動床反應器內(nèi)，預熱后氣提氣溫度為熱解反應溫度±50°C，優(yōu)選為熱解反應溫度±25°C ； 氣提氣預熱采用自產(chǎn)高溫煙氣間接換熱方式實現(xiàn)。
7.導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，混合器底部直接連通移動床反應器，其特征在于，在移動床反應器反應段設有氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣由氣提氣導入分布器導入移動床反應器，并在料層中均勻分布，煤熱解反應生成的熱解氣被熱解氣引出集氣器(與氣提氣導入分布器縱向交匯布置在熱解反應物料床層內(nèi))引出進入移動床反應器上部集氣空間，經(jīng)過熱解氣出口進入焦油回收與煤氣凈化系統(tǒng)，反應器出料段底部半焦排出管分為產(chǎn)品半焦和熱載體循環(huán)用半焦兩路，熱載體循環(huán)用半焦連通加熱提升管，加熱提升管連通熱半焦儲槽； 其中混合器為一種靜態(tài)混合器，混合器筒體上方安裝有初始進料分布組件，初始進料分布組件采用同軸心的內(nèi)進料管和外套管組成，外套管為熱載體進料管，內(nèi)進料管為Y形原煤進料管，Y形原煤進料管夾角為50 70度，筒體內(nèi)部安裝至少一級物料混合單元，料混合單元由錐形布料板、復疊式物料收集混合斗和混合格柵組成，錐形布料板、復疊式物料收集混合斗和混合格柵從上至下依次同軸心固定安裝在筒體內(nèi)； 其中移動床反應器由反應段和出料段兩部分構(gòu)成，反應段采用圓形筒體，反應器上部連通進料口(直接連通靜態(tài)混合器)和熱解氣出口，下面固定連接出料段，反應器反應段內(nèi)安裝氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器，氣提氣導入分布器由不少于2層網(wǎng)格狀氣提氣導入角狀管排通過氣提氣導入管連通構(gòu)成，熱解氣引出集氣器由不少于2層網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排通過熱解氣引出管連通構(gòu)成，網(wǎng)格狀氣提氣導入角狀管排和網(wǎng)格狀熱解氣引出角狀管排縱向交替排列；氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器分別通過氣提氣導入分布器固定件和熱解氣引出集氣器固定件與反應段殼體連接；氣提氣導入分布器與氣提氣入口連通，氣提氣入口設置在反應段下部；熱解氣引出管與熱解氣出口連通，其中的角狀管水平放置其橫截面是帶直邊三角形，下部是全敞開結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器的錐形布料板上沿圓周開設有若干個豁口 ；所述混合器的復疊式物料收集混合斗由至少兩級物料收集混合斗單體組成，物料收集混合斗單體結(jié)構(gòu)是圓形邊框連接錐形體，錐形體由板條和間隙構(gòu)成，各級物料收集混合斗單體的板條和間隙錯位式復疊安裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器的混合格柵由上級格柵和下級格柵組成，上下兩級格柵的柵板和間隙錯位式排布，混合格柵的柵板采用弧形或雙面傾角形板條，柵板底部即為筒體底部為出料口，連通移動床反應器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解系統(tǒng)，其特征在于，移動床反應器的出料段采用倒錐體筒體，出料段內(nèi)安裝有分布錐，分布錐位于反應器出口、熱半焦出口之間且與三者同軸心排布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導引式氣提強化油汽加速導出的煤固體熱載體熱解方法及系統(tǒng)。粉粒體在混和裝置內(nèi)流動過程中，利用混合元件對流體的分割、導流和再混合作用，達到使固體物料均勻混合的目的。移動床反應器內(nèi)發(fā)生熱解反應；氣提氣導入分布器和熱解氣引出集氣器交匯組合實現(xiàn)了油汽的分壓降低和加速導出，減少了油汽聚合反應和二次裂解反應，提高了煤熱解焦油收率。
文檔編號C10B49/18GK102786966SQ201210059029
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者于才淵, 何德民, 關珺, 劉家強, 匡國柱, 張秋民, 楊占彪, 王樹寬, 胡浩權(quán), 賈可 申請人:中國化學工程股份有限公司, 大連理工大學, 神木富油能源科技有限公司