技术领域
[0001] 本
申请属于煤化工技术领域，具体涉及一种籽煤一体化热解气化装置及方法。
背景技术
[0002] 基于我国
能源供给和消费结构现状，煤炭作为我国主体能源的地位不会发生根本性转变。目前，我国以直接燃烧为主的煤炭资源利用方式，基本上只利用了煤炭的燃烧属性，造成煤炭分子中有用组分的资源浪费以及严重的环境污染问题。因此，开发多种技术相耦合，能够
梯级利用煤炭资源，清洁、高效的煤炭分质转化利用技术，是当前我国煤化工必须解决的一个问题。
[0003] 根据煤炭的结构及理化性质，实施以热解为龙头，煤、油、气、电、化一体化多联产的煤炭分质利用技术，注重整体资源转化效率的最大化，实现转化过程中污染物的集中、综合治理，可大幅提高煤炭转化过程中的社会和环境效益。
[0004] 目前，快速热解虽然能产生高附加值的煤气，但是产生的半焦具有大量的
显热，固体显热的回收和利用非常困难，并且热回收效率低，回收设备投资大；热解气再高温除尘后进行激冷处理，不但浪费了大量的余热，而且冷却过程需要消耗大量的
水和动
力。
[0005] 常规的气化过程是将原料部分燃烧产生气化所需要的热量，保证气化过程能够连续运行，部分燃烧的
燃料变成二
氧化
碳，造成气化过程的热效率和冷煤气效率较低。并且，传统的气化工艺要获取高热值的煤气，气化工艺需要纯氧作为气化剂，空分装置投资大大增加，并且运行过程需要消耗大量的
电能，极大地提高了运行
费用，收益率大大降低。
[0006] 基于以上不足，本
发明提供了一种籽煤热解气化一体化装置，将中低温籽煤热解与半焦气化耦合在一个反应器内，利用煤炭气化产生的高温煤气显热，为低阶煤的热解提供所需的
能量，在热解区使籽煤转化为高品质的中低温煤焦油和
合成气，实现了粉煤热解、半焦气化的分级转化和优化集成。
发明内容
[0007] 为了克服上述
现有技术所存在的不足，本发明提供了一种籽煤一体化热解气化装置，将化反应器与热解反应器耦合为一体，并实现能量、物料、产品、工艺、装置的有效耦合，大幅度提高了能量转化效率，并提高半焦产品品质。
[0008] 同时，本发明提供了一种利用上述籽煤一体化热解气化装置的籽煤一体化热解气化方法。
[0009] 本发明所采用的技术方案是：
[0010] 一种籽煤一体化热解气化装置，其包括原料仓和反应仓；其中，原料仓，用于存料和下料；
[0011] 反应仓，用于将原料仓的籽煤热解和气化，其内腔分为热解区、气化区和排焦区，气化区和排焦区并列布设在热解区的下方，原料仓的籽煤在热解区利用气化产生的高温合成气为热载体热解生成半焦，部分半焦进入排焦区作为半焦产品排出，另一部分半焦进入气化区发生气化，产生高温
水煤气和热解荒煤气经
自下而上上升过程中利用籽煤过滤
净化后排出。
[0012] 进一步限定，所述气化区和排焦区的半焦通量比为1：1～3。
[0013] 进一步限定，所述气化区和/或排焦区的外壁上设置有换热
流体通道，分别对气化区和排焦区的
温度进行调控。
[0014] 进一步限定，所述气化区对应的换热流体通道壁上开设有气体流出孔和气体流入口，所述气体流出孔与气化区的下部连通，向气化区内通入气化剂；在换热流体通道内设置有气体
挡板，通过气体挡板将换热流体通道的气体流出孔和气体流入口分隔在气体挡板两侧。
[0015] 进一步限定，所述排焦区同心设置在气化区的外侧或排焦区设置在气化区的外侧和内侧呈同心环分布。
[0016] 进一步限定，所述气化区的底部与灰渣缓存仓连通，并通过灰渣缓存仓与捞渣池连通；所述排焦区的底部与半焦缓存仓连通。
[0017] 进一步限定，所述半焦缓存仓的外壁上设置有换热夹套，所述换热夹套上开设有
蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管道与换热流体通道的气体流入口连通。
[0018] 进一步限定，所述灰渣缓存仓的底部设置有
排渣旋转
阀，通过排渣旋转阀与捞渣池连通；所述半焦缓存仓的底部依次设置有喷淋机构和推焦机构。
[0019] 一种籽煤一体化热解气化方法，其可通过上述的籽煤一体化热解气化装置实现，具体包括：
[0020] 1)自原料仓的籽煤进入反应仓，籽煤在反应仓的热解区与底部气化区气化产生的800～1200℃的高温水煤气逆流换热，逐步升温至500～800℃发生热解反应，热解产生的荒煤气随着高温水煤气自下而上上升过程中利用籽煤过滤净化后排出；
[0021] 2)热解后的半焦在自重作用下一部分直接进入气化区，与底部通入的气化剂发生气化反应，反应后产生的高温水煤气作为热载体通过籽煤颗粒空隙直接进入热解区进行热解反应，气化反应产生的灰渣排出；热解后的另一部分半焦直接进入排焦区，作为半焦产品输出。
[0022] 进一步限定，所述步骤2)之后还包括步骤3)，具体为：从排焦区排出的半焦利用换热夹套的
冷却水对其进行换热冷却，换热产生的水蒸汽进入换热流体通道中作为气化剂进入气化区，参与气化反应。
[0023] 进一步限定，步骤3)具体为：从排焦区排出的半焦利用换热夹套的冷却水对其进行换热冷却，换热产生的水蒸汽进入换热流体通道中作为气化剂进入气化区，参与气化反应，完成半焦的一次冷却；一次冷却的半焦在出料前再经喷淋降温，完成二次冷却，之后经推焦机构排送出去。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025] (1)本发明将中低温籽煤热解与半焦气化耦合为一体，利用煤炭气化产生的高温煤气显热，为低阶煤的热解提供所需的能量，在热解区使籽煤转化为高品质的中低温煤焦油和合成气，实现了粉煤热解、半焦气化的分级转化和优化集成，并富产高品质煤焦油和合成气；而热解过程中产生的半焦直接进入气化区域进行气化，实现了热解过程和气化过程物料和能量的耦合，即实现了能量、物料、产品、工艺、装置的有效耦合，集成优化，大幅度提高了能量转化效率，有着比常规热解工艺以及煤炭其它转化技术高的能量转化效率。
[0026] (2)本发明采用部分半焦气化，并且有单独通道，半焦气化后的灰分单独排出，可有效降低产品半焦的灰分，提高产品半焦的品质。
[0027] (3)由于气化区的设置，改善了热解自身的热解环境，改变了热解焦油和热解气的品质，同时，能够增加焦油和热解气的产率。
[0028] (4)本发明利用气化产生的高温合成气做系统的气体热载体，与热解后的高温半焦直接气化，与常规的采用烟气做热载体技术对比，单位产品的二氧化碳
排放量明显降低，煤气中基本不含氮气，热值高。
[0029] (5)本发明热解气化一体化技术降低煤炭热解工艺所需的燃料消耗，提高系统的能源利用效率，并拓宽了半焦的利用途径，实现了煤化工行业高效低耗的目标。
附图说明
[0030] 图1为
实施例1的籽煤一体化热解气化装置的结构示意图；
[0031] 图2为实施例2的籽煤一体化热解气化装置的结构示意图；
[0032] 图3为图2中煤一体化热解气化装置的侧视图；
[0033] 图中：1-原料仓，2-反应仓，201-热解区，202-气化区，203-排焦区，204-气体导出器，3-排渣机构，4-灰渣缓存仓，5-半焦缓存仓，6-换热流体通道，601-气体挡板，602-气体流出孔，603-气体流入口，7-捞渣池，8-排渣旋转阀，9-排焦
控制阀，10-刮板排渣机，11-换热夹套，12-喷淋机构，13-推焦机构。
具体实施方式
[0034] 现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。
[0035] 本申请的籽煤一体化热解气化装置是将籽煤热解与半焦气化耦合为一体，利用煤炭气化产生的高温煤气显热，为低阶煤的热解提供所需的能量，在热解区201使籽煤转化为高品质的中低温煤焦油和合成气，实现了粉煤热解、半焦气化的分级转化和优化集成，即实现了能量、物料、产品、工艺、装置的有效耦合，大幅度提高了能量转化效率。
[0036] 下述实施例以神木煤矿的中低温籽煤为例进行说明，原料籽煤的性能以及经本发明的方法处理后的半
角产品和煤气成分的性能分别如下：
[0037] 表1原料煤工业分析
[0038]
[0039] 表2半焦的工业分析
[0040]
[0041] 表3煤气成分分析
[0042]
[0043] 由此可以看出，本发明所得半角产品的
质量好，灰分少，而排出的煤气成分中含氮低，热值高。
[0044] 实施例1
[0045] 参见图1，本实施例的籽煤一体化热解气化装置，包括原料仓1和反应仓2、灰渣缓存仓4以及半焦缓存仓5；其中，
[0046] 原料仓1，用于存料和下料；固定在反应仓2的顶部，原料仓1顶部设置有进煤口，其底部通过管道与反应仓2的顶部进煤口连通。
[0047] 反应仓2，用于将原料仓1的籽煤热解和气化，其形状为圆形筒体，其内腔分为热解区201、气化区202和排焦区203，热解区201布设在气化区202和排焦区203的上方，在热解区201的筒壁上开设有荒煤气导出口，在热解区201上方安装有气体导出器204，该气体导出器
204由2个底部敞口的圆环形导流槽以及将两个圆环形导流槽连通并导出气体的连通槽组成，导流槽的横截面呈倒V形，最外侧的连通槽的一端延伸至荒煤气导出口，将热解区201的荒煤气等气体通过荒煤气导出口导出。气化区202和排焦区203并列设置在反应仓2的下部即布设在热解区201的下方。气化区202在排焦区203的内侧，与排焦区203同心布设，在气化区202的底部安装有排渣机构3，排渣机构3的排灰口与灰渣缓存仓4连通，将灰渣排放至灰渣缓存仓4中。在排渣机构3的底部中心开设有气化剂进口，通过管道与气化剂管道连通。在排焦区203的底部开设有半焦出口，在半焦出口上安装有排焦控制阀9，半焦通过排焦控制阀9后靠自身重力流动进入半焦缓存仓5。半焦缓存仓5安装在排焦区203的下方。
[0048] 进一步，为了降低半焦温度，保证气化反应温度，在半焦区和排焦区203的外壁上分别布设换热流体通道6，在换热流体通道6内填装水或气体或者其他换热流体，以实现对气化区202和排焦区203的温度调控即可。为了保证调控效果，半焦区对应的换热流体通道6和排焦区203对应的换热流体通道6可以连通，也可以不连通，或者可以填装不同温度或者不同的换热介质，可根据实际温控情况调整。
[0049] 进一步，为了保证气化、热解效果，本实施例气化区202和排焦区203的半焦通量比为1：1，还可以在1：1～3范围内调整。
[0050] 用上述籽煤一体化热解气化装置实现籽煤一体化热解气化方法，具体的步骤为：
[0051] (1)自原料仓1的籽煤进入反应仓2，籽煤在反应仓2的热解区201与底部气化区202气化产生的800～1200℃的高温水煤气逆流换热，逐步升温至500～800℃发生热解反应，热解产生的荒煤气随着高温水煤气自下而上上升过程中利用籽煤过滤经气体导出器204导流排出，进入下一处理工艺。
[0052] (2)热解后的半焦在自重作用下一部分直接进入气化区202，与底部通入的气化剂发生气化反应，反应后产生的高温水煤气作为热载体通过籽煤颗粒空隙直接进入热解区201进行热解反应，气化反应产生的灰渣排出进入灰渣缓存仓4；热解后的另一部分半焦直接进入排焦区203逐步换热降温后进入半焦缓存仓5，作为半焦产品输出。
[0053] 实施例2
[0054] 参见图2和3，本实施例的籽煤一体化热解气化装置，包括原料仓1和反应仓2、灰渣缓存仓4以及半焦缓存仓5；其中，
[0055] 原料仓1，用于存料和下料；固定在反应仓2的顶部，原料仓1顶部设置有进煤口，其底部通过管道与反应仓2的顶部进煤口连通。
[0056] 反应仓2，用于将原料仓1的籽煤热解和气化，其形状为方形筒体，其内腔分为热解区201、气化区202和排焦区203，热解区201布设在气化区202和排焦区203的上方，在热解区201的筒壁上开设有荒煤气导出口，在热解区201上方安装有气体导出器204，该气体导出器
204由多个截面为倒V形的横向导流槽和将两两横向导流槽连通并将气体导出反应仓2外的连通槽组成，即其中两个连通槽的端头延伸至荒煤气导出口，将热解区201的荒煤气等气体通过荒煤气导出口导出。气化区202和排焦区203并列设置在反应仓2的下部，即热解区201的下方分为气化区202和排焦区203，多个排焦区203和多个气化区202间隔分布，且布设在最外侧的是排焦区203，即3个排焦区203和2个气化区202间隔排布，使排焦区203的半角热量能够被气化区202充分
回收利用。在气化区202的底部设置灰渣缓存仓4，在灰渣缓存仓4的出口上安装有排渣旋转阀8，通过排渣旋转阀8与捞渣池7连通，将灰渣排放至捞渣池7中降温，再通过刮板排渣机10排出渣池外运。在排焦区203的底部开设有半焦出口，在半焦出口上安装有排焦控制阀9，半焦通过排焦控制阀9后靠自身重力流动进入半焦缓存仓5，半焦缓存仓5安装在排焦区203的下方。
[0057] 进一步，为了保证气化剂能够充分吸收排焦区203的半焦热量，余热回收利用，在半焦区和排焦区203之间布设通过
耐火砖砌筑的换热流体通道6，在换热流体通道6的底部
侧壁上开设有气体流出孔602和气体流入口603，在换热流体通道6底部设置有向上延伸的气体挡板601，通过气体挡板601将气体流出孔602和气体流入口603分隔开，使其分布在气体挡板601的两侧，延长气化剂流程，提高吸热效果。气体流出孔602正对气化区202，且与气化区202的下部连通，即气化区202的左右两侧壁上分别开设有相对设置的气体流出孔602，为了保证气化剂分布较均匀，且防止灰渣进入换热流体通道6内，在气体流出孔602上设置有开口向下的
百叶窗式筛板。
[0058] 为了保证换热流体通道6在反应仓2内不影响半焦的流动，将其顶部筑成倒V型尖顶结构。
[0059] 进一步，为了保证气化、热解效果，本实施例气化区202和排焦区203的半焦通量比为1：2。
[0060] 进一步，在半焦缓存仓5的外壁上布置换热夹套11，该换热夹套11可以是多组换
热管并列排布组成，也可以是夹层结构，其能够保证
冷却液通过对半焦实现降温冷却即可。本实施例中采用多组换热管缠绕在半焦缓存仓5的外壁上，而且在其管壁上开设有蒸汽出口，蒸汽出口通过管道与换热流体通道6的气体流入口603连通，若换热管内填充除氧水，则除氧水与半焦换热后产生蒸汽，可作为换热流体通道6的气化剂完成气化反应。在半焦缓存仓5的底部还可以布设喷淋机构12和推焦机构13，通
过喷淋机构12向半焦喷洒水，进一步降低半焦温度，同时可有效防止煤气漏出推焦机构13，推焦机构13对喷淋冷却后的半焦进一步推送，保证半焦顺利排出。
[0061] 用上述籽煤一体化热解气化装置实现籽煤一体化热解气化方法，具体的步骤为：
[0062] (1)自原料仓1的籽煤进入反应仓2，籽煤在反应仓2的热解区201与底部气化区202气化产生的800～1200℃的高温水煤气逆流换热，逐步升温至500～800℃发生热解反应，热解产生的荒煤气随着高温水煤气自下而上上升过程中利用籽煤过滤经气体导出器204导流排出，进入下一处理工艺。
[0063] (2)热解后的半焦在自重作用下一部分直接进入气化区202，与底部通入的气化剂发生气化反应，反应后产生的高温水煤气作为热载体通过籽煤颗粒空隙直接进入热解区201进行热解反应，气化反应产生的灰渣排出进入灰渣缓存仓4；热解后的另一部分半焦直接进入排焦区203逐步换热降温后进入半焦缓存仓5。
[0064] (3)从排焦区203排出的半焦利用换热夹套11的冷却水对其进行换热冷却，换热产生的水蒸汽进入换热流体通道6中作为气化剂进入气化区202，参与气化反，实现蒸汽回用，具体为：
[0065] 向换热管内通入除氧水，从排焦区203排出的半焦利用换热管的除氧水进行换热冷却，除氧水换热产生的水蒸汽进入换热流体通道6中经气体挡板601引流，在换热流体通道6的下部进入自下而上流动，并充分吸收排焦区203传递的热量，经气体挡板601引流从上部向下流动经气体流出孔602引流，从气化区202的下部进入气化区202，参与气化反应，而排焦区203的半焦进入半焦缓存仓5后经换热管完成一次冷却后，再经出料前喷淋降温，完成二次冷却，之后经推焦机构13排送出去。
[0066] 实施例3
[0067] 与实施例1的区别之处在于，本实施例的排焦区203外壁上未布设换热流体通道6，而在排焦区203下方的半焦缓存仓5外壁上布设换热夹套11，在换热夹套11中填装除氧水，进一步降低半焦温度，完成半焦一次冷却。
[0068] 还可以在半焦缓存仓5的底部布设喷淋机构12和推焦机构13，通过喷淋机构12向半焦喷洒水，实现半焦二次冷却，同时可有效防止煤气漏出推焦机构13，推焦机构13对喷淋冷却后的半焦进一步推送，保证半焦顺利排出。进一步，为了保证气化、热解效果，本实施例气化区202和排焦区203的半焦通量比为1：1，还可以在1：1～3范围内调整。
[0069] 其他的结构与实施例1相同。
[0070] 对应籽煤一体化热解气化方法包括：
[0071] (1)自原料仓1的籽煤进入反应仓2，籽煤在反应仓2的热解区201与底部气化区202气化产生的800～1200℃的高温水煤气逆流换热，逐步升温至500～800℃发生热解反应，热解产生的荒煤气随着高温水煤气自下而上上升过程中利用籽煤过滤经气体导出器204导流排出，进入下一处理工艺。
[0072] (2)热解后的半焦在自重作用下一部分直接进入气化区202，与底部通入的气化剂发生气化反应，反应后产生的高温水煤气作为热载体通过籽煤颗粒空隙直接进入热解区201进行热解反应，气化反应产生的灰渣排出进入灰渣缓存仓4；热解后的另一部分半焦直接进入排焦区203逐步换热降温后进入半焦缓存仓5；
[0073] (3)排焦区203的半焦进入半焦缓存仓5后经换热夹套11完成一次冷却后，再经出料前喷淋降温，完成二次冷却，之后经推焦机构13排送出去。
[0074] 对于上述实施例1-3所涉及的换热流体通道6和换热夹套11内的换热介质可以是水，也可以是气体或者其他液体，其能够满足换热需要即可，对于具体排焦和气化所涉及的排渣机构3、喷淋机构12、排渣旋转阀8、排焦控制阀9等等均属于常用设备。
[0075] 本申请利用气化产生的高温合成气做系统的气体热载体，与热解后的高温半焦直接气化，与常规的采用烟气做热载体技术对比，单位产品的二氧化碳排放量明显降低，煤气中基本不含氮气，热值高，而且半焦气化，有单独通道，半焦气化后的灰分单独排出，可有效降低产品半焦的灰分，提高产品半焦的品质。
