專利名稱：一種褐煤直接干燥和熱解一體化工藝和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及褐煤直接干燥和熱解一體化工藝和系統(tǒng)，特別涉及將褐煤干燥過程中產(chǎn)生的低壓水蒸汽應(yīng)用到后續(xù)的催化重整反應(yīng)的工藝和系統(tǒng)，屬于低品質(zhì)煤清潔高效利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國煤炭的總儲藏量達(dá)6000億噸，居世界第三位，其中褐煤所占比例約為
12.7%。褐煤是一種狀態(tài)介于無煙煤和泥炭之間的煤炭，由于成煤時間短、水份較高(一般可達(dá)30% 60%)、揮發(fā)分高以及著火點(diǎn)低，使得其熱穩(wěn)定性差、化學(xué)活性高，發(fā)熱量一般在4000kcal/kg以下。高含水率降低了褐煤的能量密度，給褐煤的輸送和高效利用帶來了很大困難，極大地限制了褐煤的開采規(guī)模。利用褐煤化學(xué)活性高的特點(diǎn)，通過水蒸汽氣化反應(yīng)制備合成氣，之后再用于合成一系列化學(xué)品是褐煤清潔利用的一條重要途徑。傳統(tǒng)的褐煤利用方案中，高含水率的褐煤在進(jìn)入氣化爐前須經(jīng)過干燥預(yù)處理，如熱風(fēng)干燥，使其濕度降低到一定的范圍。這種先干燥后利用的方案，不僅增加了設(shè)備投資，而且干燥工藝需要消耗更多的能量。此外，蒸汽氣化所需的蒸汽則大多是通過輔助的蒸汽發(fā)生裝置制備，干燥蒸發(fā)產(chǎn)生的大量低壓水蒸汽也得不到利用，褐煤干燥氣化反應(yīng)過程能源重復(fù)消耗現(xiàn)象嚴(yán)重，能量利用率低，處理成本高。胡國新等在Hydrogen-RichGas Production from Pyrolysis of Biomass in anAuto-generated Steam Atmosphere (ENERGY & FUELS, 2009，23:1748-1753)中提出了濕生物質(zhì)定向氣化制取高濃度氫氣的工藝，該工藝將濕生物質(zhì)干燥和熱解、蒸汽氣化、高溫原位CO2分離集中在一個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，使?jié)穹莞稍锂a(chǎn)生的自發(fā)蒸汽進(jìn)行蒸汽氣化，在獲取產(chǎn)氫濃度較高的氣化氣的同時簡化操作，降低能耗。郭烈錦等(專利CN 102126704A)在超臨界水中進(jìn)行生物質(zhì)的催化 氣化，生物質(zhì)的氣化率可達(dá)到100%，氣體產(chǎn)物中H2的體積百分含量甚至可超50%，反應(yīng)中沒有焦油、木炭等副產(chǎn)品產(chǎn)生，不會造成二次污染。對于含水量高的濕生物質(zhì)可直接氣化，不需要高能耗的干燥過程。但是，這些轉(zhuǎn)化方式主要針對生物質(zhì)制氫過程，不能制取燃?xì)?，或者制備合成氣進(jìn)行化工原料的合成。因此從改進(jìn)蒸汽供給模式入手，采用褐煤高效清潔利用工藝制取燃?xì)饣蚝铣蓺?，將褐煤干燥過程所產(chǎn)生的低壓水蒸汽應(yīng)用到后續(xù)的氣化重整反應(yīng)過程，以節(jié)約能耗、減少設(shè)備用量及投資，具有十分重要的現(xiàn)實意義和較好的經(jīng)濟(jì)性。此前，未見褐煤直接干燥熱解一體化利用的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種褐煤直接干燥和熱解一體化工藝和系統(tǒng)，使得褐煤在自發(fā)蒸汽氣氛內(nèi)進(jìn)行熱解氣化，省去了傳統(tǒng)褐煤蒸汽氣化應(yīng)用中的干燥和蒸汽制備環(huán)節(jié)，提高了自發(fā)蒸汽的利用效率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案為:一種褐煤直接干燥和熱解一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)由熱解爐、高溫催化裂解爐、緩沖罐、燃料料斗、鼓風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)除塵器、水洗罐和活性炭過濾罐組成，所述的熱解爐由內(nèi)爐膽和外加熱夾套組成，熱解爐的內(nèi)爐膽設(shè)有上頂進(jìn)料口、上部出氣口、底部出炭口和下部進(jìn)氣口，熱解爐的加熱夾套上設(shè)有下部煙氣進(jìn)口和上部煙氣出口 ；高溫催化裂解爐設(shè)有頂部進(jìn)氣口、上部煙氣出口、底部出氣口和下部燃料進(jìn)口，高溫催化裂解爐內(nèi)裝有催化劑；緩沖罐設(shè)有上部燃?xì)膺M(jìn)口、左側(cè)燃?xì)獬隹诤陀覀?cè)燃?xì)獬隹?；熱解爐內(nèi)爐膽的上部出氣口連接高溫催化裂解爐上部進(jìn)氣口，熱解爐內(nèi)爐膽的底部進(jìn)氣口連接緩沖罐左側(cè)出氣口，熱解爐外加熱夾套的下部煙氣進(jìn)口連接高溫催化裂解爐的上部煙氣出口，高溫催化裂解爐的底部出氣口連接緩沖罐的頂部燃?xì)膺M(jìn)口，高溫催化裂解爐的下部燃料進(jìn)口和燃料料斗的出料口聯(lián)接，緩沖罐的右側(cè)燃?xì)獬隹谶B接燃?xì)庑L(fēng)除塵器的上部進(jìn)氣口，旋風(fēng)除塵器出口和水洗罐進(jìn)口聯(lián)接，水洗罐出口和活性炭過濾罐進(jìn)口連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的熱解爐和高溫催化裂解爐均由耐高溫不銹鋼制成，表面經(jīng)耐熱處理或內(nèi)襯耐火層。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的高溫催化裂解爐為列管式結(jié)構(gòu)，粗煤氣從其頂部進(jìn)入，并在管程內(nèi)受熱產(chǎn)生催化裂解和水蒸氣重反應(yīng)；高溫?zé)煔庠诠芡馀c粗煤氣逆流流動，為裂解反應(yīng)提供熱量。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的另一個技術(shù)方案為:
一種褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，包括下列步驟:
51.將燃料送入高溫催化裂解爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量作為高溫催化裂解爐的熱源；
52.高溫催化裂解爐的上部煙氣出口排出的溫度為500900°C的中溫?zé)煔?，通過煙氣進(jìn)口進(jìn)入熱解爐外加熱夾套，對褐煤原料加熱干燥和熱解，產(chǎn)生半焦、含粗煤氣和水蒸汽，煙氣尾氣經(jīng)凈化后排空；
53.粗煤氣與未反應(yīng)的水蒸汽從熱解爐頂部燃?xì)獬隹谂懦?，?jīng)燃?xì)膺M(jìn)口進(jìn)入高溫催化裂解爐，在高溫催化裂解爐內(nèi)部發(fā)生催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫裂解氣；
54.高溫裂解氣中的一部分回流入熱解爐內(nèi)爐膽，作為熱源對褐煤直接加熱，剩余部分經(jīng)除塵、水洗和過濾凈化處理后，作為外供燃?xì)饣蚝铣稍稀Ｗ鳛楸景l(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述的燃料采用粒徑為0.025mm 0.25mm的生物質(zhì)，該燃料與空氣混合后在高溫催化裂解爐內(nèi)燃燒，能產(chǎn)生1000-1200°C的高溫，為催化熱解爐提供熱量。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2中的干燥和熱解包括先將褐煤加熱脫水，產(chǎn)生低壓水蒸汽，然后繼續(xù)升溫，熱解產(chǎn)生煤半焦和粗煤氣。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟2中的粗煤氣出熱解爐時的溫度為300 600。。。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟4中的高溫裂解氣在進(jìn)入熱解爐時的溫度為700 IOOO0C ；
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟4中的粗煤氣在經(jīng)過催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)后，生成的高溫裂解氣E溫度為800-1000°C。本工藝適用多種爐型，包括三段爐、立式爐等，對入爐褐煤的粒度要求不高。
本工藝適用于含水率20% 60%的褐煤或其它煤種，也適用于生活垃圾、污泥等高含水率的原料。有益效果:
(I)本工藝中熱解煤氣沒有被外部氣體稀釋，產(chǎn)生的燃?xì)庾詈笕坑糜谕夤?；熱解產(chǎn)生的低壓水蒸汽(50 500 Pa)被用于褐煤和熱解氣體的水蒸汽催化重整反應(yīng)，蒸汽的利用率較高；系統(tǒng)沒有額外的水蒸汽通入，能耗降低。(2)本工藝將褐煤的干燥與熱解氣化集成為一個工藝系統(tǒng)，省去了單獨(dú)的干燥工藝和設(shè)備，流程簡單，操作簡便，降低了設(shè)備投資和運(yùn)營成本。(3)本工藝中褐煤的熱解氣化過程中所需的能量由生物質(zhì)供給，由于生物質(zhì)為可再生能源，故本發(fā)明有很大的環(huán)境效益。


圖1為本發(fā)明實施例1的褐煤直接干燥和熱解一體化工藝和系統(tǒng)流程示意圖。圖中I熱解爐，2 高溫催化裂解爐，3 緩沖罐，4 微米燃料料斗，5 鼓風(fēng)機(jī)，6 旋風(fēng)除塵器，7 水洗罐，8 活性炭過濾罐，11熱解爐下部煙氣進(jìn)口，12 熱解爐上部燃?xì)獬隹冢?3 高溫催化裂解爐頂部燃?xì)膺M(jìn)口，14 高溫催化裂解爐底部出氣口，15 緩沖罐頂部燃?xì)膺M(jìn)口，16 熱解爐下部燃?xì)膺M(jìn)口，17 旋風(fēng)分離器進(jìn)口，18 旋風(fēng)分離器出口，19 水洗罐進(jìn)口，20 水洗罐出口，21 活性炭過濾罐進(jìn)口； A 褐煤原料，B 褐煤半焦，C 粗煤氣，D 水蒸汽，E 高溫裂解氣，F(xiàn) 凈化后煤氣，G 生物質(zhì)微米燃料，H中溫?zé)煔?，J 尾氣。
具體實施例方式
實施例1
如圖1所示，褐煤直接干燥和熱解一體化系統(tǒng)，由熱解爐1、高溫催化裂解爐2、緩沖罐
3、微米燃料料斗4、鼓風(fēng)機(jī)5、旋風(fēng)除塵器6、水洗罐7、活性炭過濾罐8等組成。所述的熱解爐I由內(nèi)爐膽和外加熱夾套組成，熱解爐I的內(nèi)爐膽設(shè)有上頂進(jìn)料口 13、上部出氣口 12、底部出炭口和下部進(jìn)氣口 16，熱解爐I的加熱夾套上設(shè)有下部煙氣進(jìn)口 11和上部煙氣出口 ；高溫催化裂解爐2設(shè)有頂部進(jìn)氣口 13，上部煙氣出口 10，底部出氣口 14和下部燃料進(jìn)口 9，高溫催化裂解爐2內(nèi)裝有催化劑；緩沖罐3設(shè)有上部燃?xì)膺M(jìn)口 15、左側(cè)燃?xì)獬隹诤陀覀?cè)燃?xì)獬隹?；微米燃料料斗4設(shè)有頂部進(jìn)料口和底部出料口 ；熱解爐I內(nèi)爐膽的上部出氣口 12連接高溫催化裂解爐I上部進(jìn)氣口 13，熱解爐11內(nèi)爐膽的底部進(jìn)氣口 16連接緩沖罐13左側(cè)出氣口 15，熱解爐I外加熱夾套的下部煙氣進(jìn)口 11連接高溫催化裂解爐2的上部煙氣出口 10，高溫催化裂解爐12的底部出氣口連接緩沖罐3的頂部燃?xì)膺M(jìn)口 15，緩沖罐13的右側(cè)燃?xì)獬隹谶B接燃?xì)庑L(fēng)除塵器16的上部進(jìn)氣口 17，旋風(fēng)除塵器出口 18和水洗罐7的下部進(jìn)口 19聯(lián)接，水洗罐出口 20和活性炭過濾罐進(jìn)口 21聯(lián)接。如圖1所示，褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，包括下列步驟:
S1.啟動鼓風(fēng)機(jī)4，將生物質(zhì)微米燃料G噴入高溫催化裂解爐2內(nèi)燃燒，將高溫催化裂解爐2加熱至1100°C。S2.啟動進(jìn)料機(jī)構(gòu)，將褐煤A從頂部進(jìn)料口連續(xù)送入褐煤熱解爐1，同時將高溫催化裂解爐2中溫?zé)煔釮引入熱解爐I外加熱夾套，對褐煤原料A進(jìn)行加熱熱解。褐煤被加熱至150 300°C，褐煤中的水份逐漸被蒸發(fā)變?yōu)樗羝鸇，然后繼續(xù)升溫至500 600°C,并熱解產(chǎn)生半焦B和粗煤氣C。S3.粗煤氣C和未反應(yīng)的水蒸汽進(jìn)入高溫催化裂解爐2，在其內(nèi)部發(fā)生催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)，并生成900°C高溫裂解氣E。S4.高溫裂解氣E從高溫催化裂解爐2的出口排出，將高溫裂解氣E引入熱解爐1，相當(dāng)于原氣量的高溫裂解氣E回流至熱解爐，與褐煤A逆流接觸換熱，褐煤被加熱至8000C，煤半焦B從熱解爐I底部排出，經(jīng)冷卻后作為燃料輸出。剩余裂解氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器
6、水洗罐7、活性炭過濾罐8凈化處理后作為外供燃?xì)?。實施?
以內(nèi)蒙古某褐煤為例，其發(fā)熱量為3500kcal/kg，全水份為34.5%，揮發(fā)分含量為35%，灰分為11%。褐煤經(jīng)篩分之后粒徑范圍為3mm 20mm,以50kg/h的速率連續(xù)進(jìn)入熱解爐，在熱解爐I內(nèi)受熱脫除水份，產(chǎn)生低壓水蒸汽D ;脫水后褐煤A逐漸被加熱至800°C，熱解產(chǎn)生煤半焦B，粗煤氣C (含焦油)和水蒸氣D。微米燃料G燃燒后排出的中溫?zé)煔釮 (800°C)通入至熱解爐I，對褐煤A進(jìn)行加熱；
粗煤氣C和水蒸汽D進(jìn)入高溫催化裂解爐2，在1100°C發(fā)生催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)。產(chǎn)生的高溫裂氣E (溫度900°C ) 一部分回流入熱解爐I對褐煤A加熱熱解，剩余燃?xì)饨?jīng)旋風(fēng)除塵6、水洗7、活性炭過濾8處理后輸送至用戶。經(jīng)取樣分析，冷凝后煤氣E的成份為:氫氣45.6%,甲燒9.2%, 一氧化碳25.6%, 二氧化碳19.6%。

本實例的其余工藝程序同實。
權(quán)利要求
1.一種褐煤直接干燥和熱解一體化系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)由熱解爐(I)、高溫催化裂解爐(2)、緩沖罐(3)、燃料料斗(4)、鼓風(fēng)機(jī)(5)、旋風(fēng)除塵器(6)、水洗罐(7)和活性炭過濾罐(8)組成；所述的熱解爐(I)由內(nèi)爐膽和外加熱夾套組成，熱解爐(I)的內(nèi)爐膽設(shè)有上頂進(jìn)料口、上部出氣口(12)、底部出炭口和下部進(jìn)氣口( 16 )，熱解爐(I)的加熱夾套上設(shè)有下部煙氣進(jìn)口(11)和上部煙氣出口 ；高溫催化裂解爐(2)設(shè)有頂部進(jìn)氣口(13)、上部煙氣出口(10)、底部出氣口(14)和下部燃料進(jìn)口(9)，高溫催化裂解爐(2)內(nèi)裝有催化劑；緩沖罐(3 )設(shè)有上部燃?xì)膺M(jìn)口( 15 )、左側(cè)燃?xì)獬隹诤陀覀?cè)燃?xì)獬隹?；熱解爐(I)內(nèi)爐膽的上部出氣口( 12)連接高溫催化裂解爐(I)上部進(jìn)氣口( 13)，熱解爐(11)內(nèi)爐膽的底部進(jìn)氣口( 16)連接緩沖罐(13)左側(cè)出氣口( 15)，熱解爐(I)外加熱夾套的下部煙氣進(jìn)口( 11)連接高溫催化裂解爐(2)的上部煙氣出口(10)，高溫催化裂解爐(12)的底部出氣口連接緩沖罐(3)的頂部燃?xì)膺M(jìn)口(15)，緩沖罐(13)的右側(cè)燃?xì)獬隹谶B接燃?xì)庑L(fēng)除塵器(16)的上部進(jìn)氣口(17)，旋風(fēng)除塵器出口( 18)和水洗罐(7)的下部進(jìn)口(19)連接，水洗罐出口(20)和活性炭過濾罐進(jìn)口(21)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的褐煤直接干燥和熱解一體化系統(tǒng)，其特征是，所述的熱解爐(I)和高溫催化裂解爐(2)均由耐高溫不銹鋼制成，表面經(jīng)耐熱處理或內(nèi)襯耐火層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的褐煤直接干燥和熱解一體化系統(tǒng)，其特征是，所述的高溫催化裂解爐(2)為列管式結(jié)構(gòu)，粗煤氣(C)和水蒸氣(D)從其頂部進(jìn)入，并在管程內(nèi)受熱發(fā)生催化裂解和水蒸汽重反應(yīng)；高溫?zé)煔庠诠芡馀c粗煤氣逆流流動，為整個反應(yīng)提供熱量。
4.一種褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，其特征是，該工藝包括下列步驟: S1..將燃料送入高溫催化裂解爐(2)內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量作為高溫催化裂解爐(2)爐內(nèi)催化裂解的熱源； 52.高溫催化裂解爐(2)的上部煙氣出口(10)排出的溫度為500900°C的中溫?zé)煔?H)，通過煙氣進(jìn)口(11)進(jìn)入熱解爐(I)外加熱夾套，對褐煤原料(A)加熱干燥和熱解，產(chǎn)生半焦(B)、含粗煤氣(C)和水蒸汽(D)，煙氣尾氣J經(jīng)凈化后排空；53.粗煤氣(C)與未反應(yīng)的水蒸汽(D)從熱解爐頂部燃?xì)獬隹?12)排出，經(jīng)燃?xì)膺M(jìn)口(13)進(jìn)入高溫催化裂解爐(2)，在高溫催化裂解爐(2)內(nèi)部發(fā)生催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)，產(chǎn)生高溫裂解氣(E)； 54.高溫裂解氣(E)中的一部分回流入熱解爐(2)內(nèi)爐膽，作為熱源對褐煤直接加熱，剩余部分經(jīng)旋風(fēng)除塵、水洗和過濾等凈化處理后，作為外供燃?xì)饣蚝铣稍稀?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的褐煤直接干燥、熱解一體化工藝，其特征是，所述的燃料采用粒徑為0.025mm 0.25mm的生物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，其特征是，所述步驟2中的干燥和熱解包括先將褐煤加熱脫水，產(chǎn)生低壓水蒸汽，然后繼續(xù)升溫，熱解產(chǎn)生煤半焦(B)、粗煤氣(C)和水蒸氣(D)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，其特征是，所述步驟2中的粗煤氣(C)和水蒸汽(D)出熱解爐時的溫度為300 600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，其特征是，所述步驟4中的高溫裂解氣E在進(jìn)入熱解爐時的溫度為700 IOOO0C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的褐煤直接干燥和熱解一體化工藝，其特征是，所述步驟4中的粗煤 氣(C)在經(jīng)過催化裂解和水蒸氣重整反應(yīng)后，生成的高溫裂解氣(E)溫度為800-1000°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種褐煤直接干燥和熱解一體化工藝和系統(tǒng)，該工藝包括將燃料送入高溫催化裂解爐內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量作為高溫催化裂解爐內(nèi)粗煤氣裂解反應(yīng)的熱源；從高溫催化裂解爐的上部煙氣出口排出的中溫?zé)煔膺M(jìn)入熱解爐外加熱夾套，對褐煤原料間接加熱干燥和熱解，產(chǎn)生半焦、粗煤氣和水蒸汽，煙氣尾氣排空；粗煤氣與未反應(yīng)的水蒸汽從熱解爐排出，經(jīng)燃?xì)膺M(jìn)口進(jìn)入高溫催化裂解爐，在其內(nèi)部發(fā)生催化裂解和水蒸汽重整反應(yīng)，產(chǎn)生高溫裂解氣；高溫裂解氣中的一部分回流入熱解爐內(nèi)爐膽，剩余部分經(jīng)除塵、水洗和過濾凈化處理后，作為外供燃?xì)饣蚝铣稍?。本發(fā)明省去了傳統(tǒng)褐煤蒸汽氣化應(yīng)用中的干燥和蒸汽制備環(huán)節(jié)，提高了自發(fā)蒸汽的利用效率。
文檔編號C10B49/02GK103074093SQ20131003457
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者朱躍釗, 高豪杰, 陳海軍, 廖傳華, 付烽, 杜楊, 楊麗, 楊謀存 申請人:南京工業(yè)大學(xué)