利用噴動床反應(yīng)器的煤熱解系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤熱解領(lǐng)域，特別是涉及一種利用噴動床反應(yīng)器的煤熱解系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“富煤、貧油、少氣”是我國目前的能源現(xiàn)狀。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，一次能源中石油的供需矛盾日益突出，2008年中國原油凈進口量
1.79億噸，對境外石油的依存度達到49.0%，而受于國力與外匯的限制，我國很難支持這樣大規(guī)模的石油進口，亟待解決石油與天然氣缺口問題。與石油相比，我國煤炭產(chǎn)量和消費量在一次能源中占的比重一直保持在70%以上，如何發(fā)展新型煤化工，建設(shè)大型的新型煤化工多聯(lián)產(chǎn)項目，生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品正在成為我國能源建設(shè)的重要任務(wù)。
[0003]煤快速熱解工藝可以在較溫和條件下得到優(yōu)質(zhì)焦油，潔凈的半焦和煤氣，優(yōu)質(zhì)焦油可加氫精制為輕質(zhì)油品等化工產(chǎn)品。煤熱解過程多是吸熱反應(yīng)，傳統(tǒng)工藝解決煤熱解過程需要熱量的方式是固體熱載體供熱(如圖1所示)(如大連理工大學(xué)的DG熱解工藝、美國油頁巖公司TOSCOAL工藝、德國魯爾魯奇公司的Lurg1-ruhr-gas工藝等)或氣體熱載體供熱(如圖2、3所示)(如立式爐工藝、多段回轉(zhuǎn)爐工藝等)。固體熱載體供熱普遍采用燃燒部分熱解半焦釋放的反應(yīng)熱加熱固體熱載體，通過氣固分離裝置分離熱載體為熱解過程供熱；氣體熱載體供熱則普遍采用燃燒部分半焦或者熱解煤氣產(chǎn)生的熱煙氣為熱解過程供熱。固體熱載體供熱普遍采用雙床熱解工藝，投資高，熱載體采用循環(huán)流化床進行加熱，設(shè)備本體較高(幾十米甚至上百米)，設(shè)備運行能耗高；同時，工藝在進行熱解時熱解半焦與熱載體相混合，半焦分離提純存在難度；氣體熱載體供熱目前普遍采用立式爐工藝和多段回轉(zhuǎn)爐工藝，設(shè)備投資少。但立式爐工藝屬于移動床，存在爐內(nèi)軸向和徑向溫度分布不均勻，易于結(jié)焦；同時，由于生產(chǎn)過于簡單，配套設(shè)施少，環(huán)境污染嚴(yán)重，各地方政府已經(jīng)開始整頓；多段回轉(zhuǎn)爐工藝采用在蒸餾容器外壁與燃燒室內(nèi)壁之間的空間燃燒部分熱解煤氣產(chǎn)生高溫?zé)釤煔猓詿醾鲗?dǎo)方式對熱解過程間接供熱，傳熱效率低、工藝總能量利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種利用噴動床反應(yīng)器的煤熱解系統(tǒng)及方法，能解決固體熱載體工藝存在半焦與熱載體分離提純難度大、投資成本高、設(shè)備運行能耗高，以及現(xiàn)有氣體熱載體熱解工藝存在爐內(nèi)軸向和徑向溫度分布不均、傳熱效率低，工藝總能量利用率低的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種采用噴動床反應(yīng)器的煤熱解系統(tǒng)，包括:
[0006]噴動床反應(yīng)器，其上設(shè)有煤入口、熱解半焦出口、熱解氣進氣口和混合煤氣出氣P ；
[0007]折流板下行床，其上設(shè)有熱解半焦入口、氣化半焦出口、預(yù)熱空氣入口和水蒸汽入口、氣化煤氣出口，該折流板下行床內(nèi)設(shè)有折流板，所述折流板介于熱解半焦入口與氣化半焦出口之間，并介于所述預(yù)熱空氣入口和水蒸汽入口與氣化煤氣出口之間；
[0008]所述折流板在折流板下行床內(nèi)兩側(cè)交替布置，上下相鄰折流板間距視處理規(guī)模而定，一般在100?1200_，折流板可設(shè)置布風(fēng)裝置(如小孔和風(fēng)帽等)，折流板上設(shè)置布風(fēng)裝置可提高氣固兩相接觸面積，穩(wěn)定氣化床層溫度和促進氣化半焦流動，避免折流板下行床內(nèi)物料堵塞問題，亦可不設(shè)置布風(fēng)裝置(如小孔和風(fēng)帽等)，可簡化結(jié)構(gòu)，便于維護；
[0009]所述噴動床反應(yīng)器的出口經(jīng)返料閥與所述折流板下行床的熱解半焦入口相連；
[0010]第一氣固分離器，與所述折流板下行床的氣化煤氣出口相連，該第一氣固分離器的氣化半焦出口連接至所述折流板下行床內(nèi)，氣化煤氣出口與所述噴動床反應(yīng)器的熱解氣進氣口相連；
[0011]第二氣固分離器，與所述噴動床反應(yīng)器的混合煤氣出氣口相連，該第二氣固分離器的熱解半焦出口連接至所述噴動床反應(yīng)器內(nèi)，混合煤氣出口與余熱鍋爐相連，所述余熱鍋爐的水蒸汽出口與所述折流板下行床的水蒸汽入口相連；
[0012]空氣預(yù)熱器，與所述余熱鍋爐的水蒸汽出口相連，該空氣預(yù)熱器的預(yù)熱空氣出口與所述折流板下行床的預(yù)熱空氣入口相連；
[0013]水洗塔，與所述余熱鍋爐的煤氣出口相連，該水洗塔設(shè)有混合煤氣排出口和焦油排出口。
[0014]本發(fā)明提供一種利用噴動床反應(yīng)器的煤熱解方法，采用本發(fā)明所述的煤熱解系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0015]煤顆粒進入噴動床反應(yīng)器內(nèi)，在折流板下行床所產(chǎn)生高溫氣化煤氣的作用下進行熱解，熱解溫度為600?800°C，煤顆粒在噴動床反應(yīng)器內(nèi)平均停留時間為I?3s，熱解后熱解煤氣與進入的氣化煤氣形成混合煤氣，從所述噴動床反應(yīng)器的混合煤氣出氣口進入第二氣固分離器；
[0016]所述折流板下行床所產(chǎn)生高溫氣化煤氣為:所述噴動床反應(yīng)器排出的熱解半焦進入所述折流板下行床進行氣化形成氣化煤氣后，經(jīng)第一氣固分離器分離輸出至所述噴動床反應(yīng)器的高溫氣化煤氣；
[0017]在第二氣固分離器中，熱解半焦返料至所述噴動床反應(yīng)器內(nèi)，分離后的混合煤氣進入余熱鍋爐與水換熱產(chǎn)生溫度為140°C?160°C的飽和蒸汽，一部分飽和蒸汽進入所述折流板下行床作為發(fā)生氣化反應(yīng)的氣化劑，其余飽和蒸汽進入空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，預(yù)熱的空氣和作為氣化劑的水蒸汽混合進入所述折流板下行床；
[0018]經(jīng)余熱鍋爐換熱的混合煤氣進入水洗塔直接冷卻至60°C?80°C，分離出混合煤氣與焦油后分別排出。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:通過噴動床反應(yīng)器耦合折流板下行床，形成熱解和氣化過程耦合，傳熱效率高，總能量利用率高，實現(xiàn)了煤熱解過程中熱值煤氣、高品質(zhì)半焦和焦油的三聯(lián)產(chǎn)；而且投資低、設(shè)備運行能耗低、不存在半焦與熱載體分離提純問題；采用噴動床反應(yīng)器熱解，氣固兩相接觸充分，床層溫度穩(wěn)定，基本不存在溫度梯度。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的固體熱載體供熱工藝示意圖；
[0022]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的氣體熱載體供熱工藝示意圖；
[0023]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的氣體熱載體供熱工藝示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例提供的煤熱解系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖4中:1-噴動床反應(yīng)器；11-煤入口 ； 12-熱解半焦出口 ； 13-混合煤氣出氣口 ；2-返料閥；3_折流板下行床；31-熱解半焦入口 ；32_氣化半焦出口 ；33_氣化煤氣出口 ；34-水蒸汽入口 ；35_預(yù)熱空氣入口 ；36_折流板；4-第一氣固分離器；41-氣化煤氣出氣口 ；42-氣化半焦返料口 ；5_第二氣固分離器；51-混合煤氣出口 ；52_熱解半焦返料口 ；6-余熱鍋爐；61_水蒸汽出口 ；62_加水口 ；63_混合煤氣輸出口 ；7_空氣預(yù)熱器；71-水蒸汽入口 ；72-空氣入口 ；73_預(yù)熱空氣出口 ；74_排水口 ；8_水洗塔；81-混合煤氣排出口 ；82_焦油排出口 ；A-氣化煤氣；B-水蒸汽；C-預(yù)熱空氣；D-空氣。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種利用噴動床反應(yīng)器的煤熱解系統(tǒng)，實現(xiàn)低成本高效煤熱解，該系統(tǒng)包括:
[0028]噴動床反應(yīng)器，其上設(shè)有煤入口、熱解半焦出口、熱解氣進氣口和混合煤氣出氣P ；
[0029]折流板下行床，其上設(shè)有熱解半焦入口、氣化半焦出口、氣化煤氣出口、預(yù)熱空氣入口和水蒸汽入口，預(yù)熱空氣入口和水蒸汽入口均設(shè)在折流板下行床底部，該折流板下行床內(nèi)設(shè)有折流板，折流板介于熱解半焦入口與氣化半焦出口之間，并介于氣化煤氣出