專利名稱：一種煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法，尤其是一種利用活化的煤熱解氣進(jìn)行煤熱解的煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)使得整個(gè)社會(huì)對(duì)化工原料的需求也急劇增加，在化工原料結(jié)構(gòu)中，煤炭占一半以上，“發(fā)展煤化工，開發(fā)和推廣潔凈煤技術(shù)”已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的共識(shí)。為了實(shí)現(xiàn)煤炭資源的分級(jí)高效利用，學(xué)術(shù)界提出了“煤拔頭”的工藝設(shè)想， 充分在煤中提取氣體、液體燃料和精細(xì)化學(xué)品。煤炭是我國(guó)的主要能源。煤熱解工藝是煤炭在氣化、燃燒或其它方法利用前，在相對(duì)溫和條件下將煤中富氫組分以液體和氣體的形式提取出來，從而提高煤炭的利用效率。 然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在著煤熱解過程中的焦油產(chǎn)率低等問題。雖然加氫熱解工藝雖然能提高焦油產(chǎn)率，但在加氫熱解工藝中，以純氫氣為反應(yīng)氣，制氫工藝復(fù)雜，設(shè)備投資費(fèi)用大， 操作條件苛刻，運(yùn)行成本高。因此開發(fā)新的熱解工藝，提高熱解焦油產(chǎn)率成為煤熱解工藝的新的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高焦油產(chǎn)率的煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之一的一種煤熱解系統(tǒng)，包括煤熱解反應(yīng)器，與所述煤熱解反應(yīng)器相連的煤干燥預(yù)熱系統(tǒng)和用于將煤熱解反應(yīng)氣活化的氣體催化活化系統(tǒng)，所述氣體催化活化系統(tǒng)的出氣口與所述煤熱解反應(yīng)器相通。由于將普通的反應(yīng)氣進(jìn)行活化，產(chǎn)生包含甲基、亞甲基等自由基的中間體，這些生成的自由基能與煤熱解過程的產(chǎn)生的小分子物質(zhì)結(jié)合形成焦油。從而提高煤熱解過程的焦油產(chǎn)率。所述煤熱解系統(tǒng)還包括用于經(jīng)煤熱解氣的氣體和焦油分離的煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)，所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)的出氣口與所述氣體催化活化系統(tǒng)相連。所述氣體催化活化系統(tǒng)連接一用于添加氣體的進(jìn)氣管道。由于采用煤自身熱解氣以及補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體的煤熱解氣經(jīng)催化處理后替代部分氫氣，因此設(shè)備的投資費(fèi)用大大降低。所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)連接一液體接收系統(tǒng)，用于將焦油和水分離并收集焦油。所述煤熱解反應(yīng)器還連接一固渣處理系統(tǒng)。所述氣體催化活化系統(tǒng)是流化床反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之二的一種煤熱解方法，包括如下步驟(1)原料煤經(jīng)干燥、預(yù)熱后進(jìn)入煤熱解反應(yīng)器進(jìn)行熱解反應(yīng)；(2)將反應(yīng)氣引入裝填催化劑的氣體催化活化系統(tǒng)進(jìn)行催化活化；
(3)活化后的氣體引入煤熱解反應(yīng)器中作為煤熱解的反應(yīng)氣。在所述步驟( 之前，收集熱解反應(yīng)器出來的煤熱解氣，送入煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)進(jìn)行冷卻分離，分離后的煤熱解氣作為反應(yīng)氣，進(jìn)行步驟(2)。所述步驟⑵的催化活化過程中補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體。所述步驟O)的冷卻分離過程，將焦油與煤熱解氣分離后，將焦油與水進(jìn)行分離， 并收集焦油。所述步驟(1)的熱解反應(yīng)是在反應(yīng)溫度500 900°C，壓力0. 1 3Mpa的條件下發(fā)生。本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法的有益效果如下本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法，通過對(duì)反應(yīng)氣進(jìn)行催化活化，從而提高煤熱解中焦油的產(chǎn)率；利用循環(huán)煤熱解氣或經(jīng)過補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體的煤熱解氣經(jīng)催化活化后作為煤熱解的反應(yīng)氣，充分利用了煤熱解產(chǎn)生的氣體，無需再添加大量的氫氣作為反應(yīng)氣，降低了煤熱解成本。


圖1為本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)，包括煤熱解反應(yīng)器2，與所述煤熱解反應(yīng)器2相連的煤干燥預(yù)熱系統(tǒng)1和用于將煤熱解反應(yīng)氣活化的氣體催化活化系統(tǒng)4，所述氣體催化活化系統(tǒng)4的出氣口與所述煤熱解反應(yīng)器2相通。所述煤熱解系統(tǒng)還包括用于經(jīng)煤熱解氣的氣體和焦油分離的煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)3，所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)3的出氣口與所述氣體催化活化系統(tǒng)4相連。所述氣體催化活化系統(tǒng)4連接一用于添加氣體的進(jìn)氣管道。所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)3連接一液體接收系統(tǒng)5，用于將焦油和水分離并收集焦油。所述煤熱解反應(yīng)器2還連接一固渣處理系統(tǒng)6。所述氣體催化活化系統(tǒng)4 是流化床反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器。本發(fā)明的煤熱解系統(tǒng)的工作原理如下煤熱解過程中焦油的形成與煤中有機(jī)大分子受熱裂解和裂解自由基的穩(wěn)定有關(guān)。 過度的裂解可能形成氣體產(chǎn)物，自由基與小分子間的結(jié)合形成焦油，而自由基與自由基間的結(jié)合可能形成焦油，也可能重新形成大分子以固體半焦的形式存在。因此，在煤熱解過程中通過一定的設(shè)備對(duì)熱解產(chǎn)生的氣體進(jìn)行處理，增加小分子自由基，使裂解自由基穩(wěn)定是提高焦油產(chǎn)率的有效途徑。煤熱解氣體中含有約40%左右的氫氣和約20 30%左右的甲烷以及一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。該混合氣體中的甲烷在催化劑的作用下能夠與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生包含甲基、亞甲基等自由基的中間體，這些生成的自由基如果能與煤熱解過程的產(chǎn)生的小分子物質(zhì)結(jié)合形成焦油。從而提高煤熱解過程的焦油產(chǎn)率。因此，把煤熱解產(chǎn)生的包含氫氣、甲烷的混合氣體或經(jīng)過補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體的熱解混合氣經(jīng)催化處理后進(jìn)一步返回到煤熱解反應(yīng)器中進(jìn)一步利用，以便提高煤熱解過程中焦油的產(chǎn)率。由于采用煤自身熱解氣以及補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體的煤熱解氣經(jīng)催化處理后替代部分氫氣，因此設(shè)備的投資費(fèi)用大大降低。本發(fā)明的一種煤熱解方法實(shí)施例如下實(shí)施例1本實(shí)施例的煤熱解方法，包括如下步驟(1)原料煤經(jīng)干燥、預(yù)熱后進(jìn)入煤熱解反應(yīng)器進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)溫度70(TC，壓力 1. 5Mpa ；(2)從熱解反應(yīng)器出來的煤熱解氣進(jìn)入煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)進(jìn)行冷卻分離，冷卻、氣液分離部分采用-10°C的冷凍鹽水換熱；將焦油與煤熱解氣分離后，采用離心的方法進(jìn)行焦油與水分離，并收集焦油；分離后的煤熱解氣風(fēng)機(jī)加壓后，補(bǔ)加二氧化碳引入裝填催化劑的煤熱解氣催化活化系統(tǒng)進(jìn)行催化活化，采用m/Al203催化劑(浸漬法制備，Ni 質(zhì)量含量為11. 2%，使用前使用H2-N2混合氣中750°C還原2小時(shí))，在固定床上進(jìn)行催化活化；(3)活化后的煤熱解氣引入煤熱解反應(yīng)器中作為煤熱解的反應(yīng)氣，反應(yīng)時(shí)間為5 小時(shí)，壓力1.5MPa，通過稱重計(jì)算焦油和半焦收率。對(duì)比例1 同上述實(shí)施例1，無催化劑。實(shí)施例1和對(duì)比例1的結(jié)果如下表
權(quán)利要求
1.一種煤熱解系統(tǒng)，包括煤熱解反應(yīng)器，與所述煤熱解反應(yīng)器相連的煤干燥預(yù)熱系統(tǒng)和用于將煤熱解反應(yīng)氣活化的氣體催化活化系統(tǒng)，所述氣體催化活化系統(tǒng)的出氣口與所述煤熱解反應(yīng)器相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤熱解系統(tǒng)，其特征在于還包括用于經(jīng)煤熱解氣的氣體和焦油分離的煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)，所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)的出氣口與所述氣體催化活化系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤熱解系統(tǒng)，其特征在于所述氣體催化活化系統(tǒng)連接一用于添加氣體的進(jìn)氣管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤熱解系統(tǒng)，其特征在于所述煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)連接一液體接收系統(tǒng)，用于將焦油和水分離并收集焦油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤熱解系統(tǒng)，其特征在于所述煤熱解反應(yīng)器還連接一固渣處理系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤熱解系統(tǒng)，其特征在于所述氣體催化活化系統(tǒng)是流化床反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器。
7.一種煤熱解方法，包括如下步驟(1)原料煤經(jīng)干燥、預(yù)熱后進(jìn)入煤熱解反應(yīng)器進(jìn)行熱解反應(yīng)；(2)將反應(yīng)氣引入裝填催化劑的氣體催化活化系統(tǒng)進(jìn)行催化活化；(3)活化后的氣體引入煤熱解反應(yīng)器中作為煤熱解的反應(yīng)氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤熱解方法，其特征在于在所述步驟( 之前，收集熱解反應(yīng)器出來的煤熱解氣，送入煤熱解氣冷卻和氣液分離系統(tǒng)進(jìn)行冷卻分離，分離后的煤熱解氣作為反應(yīng)氣，進(jìn)行步驟O)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的煤熱解方法，其特征在于所述步驟O)的催化活化過程中補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的煤熱解方法，其特征在于所述步驟(2)的冷卻分離過程，將焦油與煤熱解氣分離后，將焦油與水進(jìn)行分離，并收集焦油；所述步驟(1)的熱解反應(yīng)是在反應(yīng)溫度500 900°C，壓力0. 1 3Mpa的條件下發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高焦油產(chǎn)率的煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法。本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)，包括煤熱解反應(yīng)器，與所述煤熱解反應(yīng)器相連的煤干燥預(yù)熱系統(tǒng)和用于將煤熱解反應(yīng)氣活化的氣體催化活化系統(tǒng)，所述氣體催化活化系統(tǒng)的出氣口與所述煤熱解反應(yīng)器相通。本發(fā)明的一種煤熱解系統(tǒng)及其熱解方法，通過對(duì)反應(yīng)氣進(jìn)行催化活化，從而提高煤熱解中焦油的產(chǎn)率；利用循環(huán)煤熱解氣或經(jīng)過補(bǔ)加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合氣體的煤熱解氣經(jīng)催化活化后作為煤熱解的反應(yīng)氣，充分利用了煤熱解產(chǎn)生的氣體，無需再添加大量的氫氣作為反應(yīng)氣，降低了煤熱解成本。
文檔編號(hào)C10K1/00GK102559226SQ20121003175
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者史雪君, 吳道洪 申請(qǐng)人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司