煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法 |
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| 申请号 | CN201610431580.9 | 申请日 | 2016-06-16 | 公开(公告)号 | CN106047388A | 公开(公告)日 | 2016-10-26 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 梅磊; 陈水渺; 肖磊; 薛逊; 姜朝兴; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种 煤 热解 反应器与循环 流化床 锅炉 联用系统及处理煤的方法。该系统包括煤热解反应器和循环流化床锅炉，所述煤热解反应器的半焦出口与所述循环流化床锅炉的半焦入口连接。本发明在反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，同时通过除尘系统降低了煤热解油气 温度 ，降低了重质焦油收率。产生的半焦热态输送至循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的 显热 ，提高了发电效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，包括：煤热解反应器和循环流化床锅炉，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法技术领域背景技术[0002] 随着液体燃料、气体燃料和化工原料在能源消费总量中比重的逐步提高，以煤炭的化工转化保障关键能源领域中自给率的能源发展路线取得了显著的进步。煤热解是一类弱吸热反应，反应本身的能量消耗仅相当于原料热值的3-5％。在绝氧工作条件，温度的增加将会导致煤的大分子逐步解构，通过氢转移、脱氢和缩合反应，芳核逐步缩聚，从单环芳烃－稠环芳烃－多环芳烃－半焦，直至焦炭。煤的热解过程通常可以形成可燃气、焦油和半焦(或焦炭)等三类产出物。 [0003] 煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧。现有的系统都是采取较复杂的固体或气体作为热载体的煤热解拔头工艺。如现有的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解系统采取燃烧系统来的热灰作为载体，涉及到载体的燃烧和流化，工艺较繁琐，系统复杂，造价高。目前以半焦作为热载体的工艺中，工艺流程包括半焦的加热、提升、分离、混合等工艺，导致系统流程增加，大大提高了系统故障率。 [0004] 煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规则，需要后续设置复杂的热解油气处理系统才可得到可燃气和高品质焦油。热解工艺中除尘技术已成为低阶煤热解工业化过程急需解决的问题之一。 发明内容[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法，采取蓄热式下行床反应器，只需要把产生的半焦热态输送至循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热，同时产生可燃气和高附加值焦油，实现煤拔头的经济效益。 [0007] 本发明的目的之一提供一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，该系统包括煤热解反应器和循环流化床锅炉， [0008] 所述煤热解反应器包括：反应器本体和颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板和可伸缩的阀门，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁围成上开口的腔体，所述侧面板为多孔板，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口； [0009] 所述煤热解反应器的半焦出口与所述循环流化床锅炉的半焦入口连接。 [0010] 本发明中，所述阀门为板状体，在所述壁板的固定部位之间的侧壁之下设有长孔，所述阀门可伸缩的安装于所述长孔，所述阀门作为颗粒移动床的底。 [0011] 本发明中，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板为多孔板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室。热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。 [0012] 另一种方案，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板设置在所述热解油气出口处，所述滤板为多孔板。一般来说，反应器的热解油气出口带有一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。 [0013] 本发明的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统进一步包括热解油气处理系统； [0014] 所述热解油气处理系统与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。 [0016] 所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离系统连接，所述气液分离系统的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述气液分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连接。 [0017] 本发明中，所述热解气净化系统具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口。 [0018] 本发明的另一目的是提供一种使用上述煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤的方法，包括如下步骤： [0019] 将破碎后的原料加入到煤热解反应器，使原料发生热解反应，产生热解油气和热解半焦； [0020] 产生的所述热解油气经所述颗粒移动床除尘、降温后排出所述煤热解反应器； [0021] 将400-600℃的所述热解半焦从所述煤热解反应器的半焦出口排出； [0022] 将排出所述煤热解反应器外的所述热解半焦由所述循环流化床锅炉半焦入口送入所述循环流化床锅炉进行燃烧。 [0023] 在将原料加入煤热解反应器之前，将所述原料破碎至粒径6～8mm。 [0024] 所述处理煤的方法还包括热解油气的分离步骤：将排出所述煤热解反应器的所述热解油气送入油气分离系统，得到热解气和热解焦油，将所述热解气送入所述热解气净化系统得到可燃气，将所述热解焦油送入所述焦油精制系统得到高品质焦油。 [0025] 本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统降低了煤热解油气温度，使部分重质焦油冷凝，降低了重质焦油收率。产生的半焦热态输送至循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热，提高了发电效率。 [0027] 图1是本发明煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统的结构示意图； [0028] 图2是本发明实用煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤的方法的流程图。 具体实施方式[0029] 以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。 [0030] 本发明实施例公开了煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，用于处理低阶煤。如图1所示，系统包括煤热解反应器100、循环流化床锅炉200和热解油气处理系统300。原料(低阶煤)在煤热解反应器100中发生热解反应，产生热解半焦和热解油气。热解半焦进入循环流化床锅炉200进行燃烧。热解油气进入热解油气处理系统300进行后续处理得到可燃气和焦油。 [0032] 反应器本体为热解反应容器。热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁上设置有热解油气出口。 [0033] 蓄热式辐射管设置在反应器本体内，蓄热式辐射管沿反应器本体的高度方向多层布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管。由于采用多层蓄热式辐射管供热，反应系统结构简单，操作方便，加热效果好，温度分布均匀。每层蓄热式辐射管与相邻上下两层的蓄热式辐射管互相平行且沿反应器本体的高度方向交错分布。由此，可显著提高反应器的热解效率，从而提高产品的产出率。 [0034] 颗粒移动床固定热解反应容器本体的侧壁上，并将热解油气出口罩住，本发明所述的罩住，是指颗粒移动床将热解油气出口与反应器内腔隔离。热解油气经颗粒移动床除尘后，由热解油气出口排出反应容器本体外。 [0035] 颗粒移动床设置在反应器本体的侧壁上。在本实施例中，颗粒移动床包括壁板，侧面板，滤板和阀门。 [0036] 两个壁板分别固定在反应器本体的侧壁上。为了方便说明，特指位于两个壁板的在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为“部分侧壁”。热解油气出口设置在该“部分侧壁”上，即于壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。 [0037] 侧面板固定在两个壁板中间。两个壁板、侧面板和反应器本体的部分侧壁呈两端开口的筒状体，围绕形成了颗粒移动床的腔体。该腔体上下开放，形成原料下落的通道。换句话说，颗粒移动床的顶部是开放的上开口，作为颗粒入口。在颗粒移动床的底部设置有可伸缩的阀门，通过控制阀门的开度，来控制出料速度。 [0038] 阀门为一板状体，在前述反应器本体的“部分侧壁”下的合适位置设置长孔，阀门可伸缩的安装于长孔内。向反应器本体外的方向拉阀门，可加快颗粒移动床腔体内的原料下落速度；向反应器本体内的方向推阀门，可减缓颗粒移动床腔体内的原料下落速度。操作人员可依据生产需要进行自主操作。 [0039] 侧面板为多孔板，侧面板孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm2。热解油气经侧面板进入颗粒移动床的腔体内，经其内的原料过滤后由热解油气出口排出反应器本体外。 [0040] 颗粒移动床进一步包括滤板，滤板布置两个壁板之间并且与热解油气出口相对，滤板将热解油气出口与颗粒移动床的腔体隔离。滤板为多孔板，滤板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm2。热解油气通过滤板，由热解油气出口排出反应器本体体外。 [0041] 滤板和反应器本体的侧壁间隔设置，由滤板、两个壁板和侧壁围成气室。这样，热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。 [0042] 滤板还有另外一种设置方式：滤板设置在热解油气出口处，将热解油气出口与颗粒移动床隔离。一般来说，反应器的热解油气出口带有一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。 [0043] 煤热解反应器100的半焦出口与循环流化床锅炉200的半焦入口连接。循环流化床锅炉200作为燃烧器，半焦经循环流化床锅炉200的半焦入口进入。燃烧半焦可有多种用途，如用于发电。 [0044] 本发明还包括热解油气处理系统300，对煤热解反应器100产生的热解油气进行处理。热解油气处理系统300包括气液分离系统301、热解气净化系统302和焦油精制系统303。热解油气处理系统300与所述煤热解反应器100的热解油气出口连接。 [0045] 气液分离系统301用于将热解油气分离为气体和液体，设置有气体出口和液体出口。气液分离系统301与煤热解反应器100的热解油气出口连接，气体出口与热解气净化系统302连接，液体出口与焦油精制系统303连接。 [0046] 气液分离系统301分离的气体经气体出口进入热解气净化系统302，由热解气净化系统302处理后产生可燃气。热解气净化系统302具有连接至所述煤热解反应器100的可燃气出口。热解气净化系统302产生部分可燃气送至煤热解反应器100燃烧，为热解反应提供热能，实现了系统所需能量的部分自给。 [0047] 气液分离系统301分离的液体经液体出口进入焦油精制系统303，经焦油精制系统303处理得到高品质焦油。 [0048] 如图2所示，本发明使用上述煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤的方法包括如下步骤： [0049] 1、原料破碎至粒径6～8mm。 [0050] 2、将破碎后的原料加入煤热解反应器中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦。 [0051] 3、产生的热解油气通过颗粒移动床除尘、降温后排出煤热解反应器。 [0052] 4、将400-600℃的热解半焦从煤热解反应器的半焦出口排出，进入循环流化床，燃烧用空气通过底部的布风板，与半焦燃烧。将排出煤热解反应器的热解油气送入气液分离系统，得到热解气和热解焦油。将热解气送入热解气净化系统，通过脱硫、脱氨等工序得到可燃气，将热解焦油送入焦油精制系统，经加氢精制得到高品质焦油。 [0053] 本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统降低了煤热解油气温度，使部分重质焦油冷凝，降低重质焦油收率。产生的半焦热态输送至循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热。 [0054] 实施例 [0055] 将印尼褐煤粉碎到粒径6～8mm，送入煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统的煤热解反应器，煤热解反应器设置了多层加热辐射管和颗粒移动床。热解反应产生的热解油气经气液分离系统、热解气净化系统和焦油精制系统后，可得科尔安琪和高品质焦油。可燃气中组成如下表1所示，产生的热解半焦温度为510℃，热态进循环流化床锅炉燃烧发电。表2为各项目产率。 [0056] 表1可燃气中组成成份 [0057] [0058] 表2各项目产率 [0059]项目 可燃气 热解焦油 半焦 产率/％ 15.42 9.08 65.78 [0060] 与传统循环流化床锅炉相比，从煤热解反应器排出的热态热解半焦直接进循环流化床锅炉，整个系统能量利用效率提高了2.3％，把可燃气和焦油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约5.8％，焦油预处理成本降低6.2％。 [0061] 需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。 |
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