專利名稱：煤熱解氣化高值利用的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤的高值化綜合利用以及能源提質(zhì)和高效、高潔能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及
一種適用于寬粒徑煤的熱解氣化高值利用的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)石油和天然氣資源貧乏，但煤炭資源相對(duì)豐富。在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中， 煤炭消費(fèi)約占總能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的68. 7% ?，F(xiàn)有煤炭的利用方法主要是燃燒、氣化、液化和熱 解，其中燃燒是煤炭的主要利用方式，其耗煤量約占總用煤量的80%。煤炭含有大量的C、 H化學(xué)結(jié)構(gòu)資源，直接燃燒一方面利用效率低、污染嚴(yán)重，另一方面，將煤中富含芳烴結(jié)構(gòu)的 資源付之一炬，造成煤炭高價(jià)值資源浪費(fèi)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增加，將煤轉(zhuǎn)化 為高價(jià)值的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)品以替代天然氣和石油的C、H資源已成為我國(guó)現(xiàn)階段煤炭 利用的發(fā)展方向。 煤的氣化是將煤在氣化劑的作用下斷裂生成為C0、 H2和Q-Q碳?xì)浠衔锏刃》?子化合物或替代天然氣的燃?xì)猓梢酝瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)煤的能源與資源價(jià)值，是發(fā)展煤基化學(xué)品、煤 基液體燃料、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)、多聯(lián)產(chǎn)等過程工業(yè)的基礎(chǔ)，也是潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域 的關(guān)鍵性共性技術(shù)。長(zhǎng)期以來，美國(guó)的德士古公司、荷蘭的殼牌公司以及德國(guó)的魯奇公司等 幾乎壟斷了全球煤氣化產(chǎn)業(yè)。目前所使用的氣化技術(shù)從反應(yīng)器出發(fā)，可以分為固定床、旋轉(zhuǎn) 爐、流化床和氣流床。對(duì)于中小型氣化技術(shù)，主要采用固定床、旋轉(zhuǎn)爐和鼓泡流化床，而大型 煤氣化技術(shù)則主要采用循環(huán)流化床和氣流床。但是，目前使用的煤氣化技術(shù)均是直接將煤 氣化轉(zhuǎn)化為合成氣或燃?xì)?，其氣化產(chǎn)物很難再重新形成芳環(huán)結(jié)構(gòu)的液體油，導(dǎo)致浪費(fèi)煤中 富含的高價(jià)值芳環(huán)結(jié)構(gòu)。 煤的高值化綜合利用是結(jié)合煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)資源特點(diǎn)而提出的煤的利用途徑，主要 是通過聯(lián)合煤熱解、燃燒或氣化工藝，一方面提取煤中的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，另一方面燃燒獲取能量 或氣化制取燃?xì)饣蚝铣蓺?。在中?guó)科學(xué)院過程工程研究所提出的"循環(huán)流態(tài)化碳?xì)涔腆w燃 料的四聯(lián)產(chǎn)裝置"(CN2474535Y)中，將粉煤與循環(huán)流化床鍋爐的熱灰混合后送入快速下行 床中進(jìn)行熱解，熱解后分離得到的半焦與循環(huán)熱灰進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐燃燒，而分離得到 的熱解氣體產(chǎn)物則進(jìn)行冷凝收集熱解油，但該工藝只能處理O. 03-0. 3mm的物料。浙江大學(xué) 提出的"循環(huán)流化床熱電氣焦油多聯(lián)產(chǎn)裝置及其方法"(CN 1978591A)通過聯(lián)合一流化床干 餾爐和循環(huán)流化床燃燒爐，利用循環(huán)流化床的循環(huán)熱灰實(shí)現(xiàn)煤的熱解，生成熱解油、熱解氣 和半焦，生成的半焦被輸送到循環(huán)流化床燃燒爐中進(jìn)行燃燒加熱水并發(fā)電，盡管該方法能 夠通過熱解的方式提取熱解油，但大量半焦被燃燒，不能充分利用煤中的C、H結(jié)構(gòu)資源。山 東大學(xué)提出的"循環(huán)流化床鍋爐高溫灰熱解煤制油裝置"(CN 200996006Y)通過在旋風(fēng)分離 器下方設(shè)置螺旋取灰器，將部分高溫循環(huán)灰送入到熱解反應(yīng)器中與煤粉混合將其熱解，熱 解產(chǎn)生的半焦和循環(huán)灰混合物再由熱解反應(yīng)器下方的螺旋輸送器輸送到循環(huán)流化床鍋爐 中燃燒，該技術(shù)通過在熱解反應(yīng)器中設(shè)置擋板實(shí)現(xiàn)煤灰與煤粉的混合，難以保證煤灰與煤 粉的均勻混合，而且用于取灰的螺旋必須能夠耐受高溫，致使該技術(shù)放大及長(zhǎng)期運(yùn)行較為困難。 總之，現(xiàn)有煤的高值化綜合利用技術(shù)主要是將煤的熱解與燃燒結(jié)合，而且多數(shù)針 對(duì)煤粉，煤的處理消耗較高。在原煤的生產(chǎn)和分級(jí)制備粒煤過程會(huì)產(chǎn)生大量25mm以下寬粒 徑分布的碎煤，這些煤多數(shù)被用于鍋爐燃燒，難以得到高值、高效利用。因此，開發(fā)適合于寬 粒徑分布煤，且同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤熱解氣化的新型煤轉(zhuǎn)化工藝不僅可實(shí)現(xiàn)高效利用煤的C、 H化學(xué) 結(jié)構(gòu)資源，也可大大提高我國(guó)的煤炭利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種高值利用寬粒徑煤的熱解氣化方法。 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供實(shí)現(xiàn)上述熱解氣化方法的裝置。 本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。 一方面，本發(fā)明提供了一種煤熱解
氣化高值利用的方法，將煤的熱解和氣化過程分離，在煤氣化之前先進(jìn)行部分或全部熱解，
該方法包括以下步驟(a)將煤在300-110(TC的溫度下進(jìn)行無(wú)氧或貧氧熱解，生成的混合
物經(jīng)分離后得到熱解氣體產(chǎn)物(包括熱解氣和熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生))和
半焦；(b)將煤和/或步驟(a)生成的半焦在500-120(TC的溫度下通入氣化劑進(jìn)行氣化，生
成的混合物經(jīng)分離后得到氣化生成氣、熱灰和/或未完全氣化的半焦。 在此所使用的術(shù)語(yǔ)"半焦"，是指煤熱解后剩余的固體產(chǎn)物，色黑多孔，主要成分是
碳、灰分和揮發(fā)分。 優(yōu)選地，其中所述步驟(b)所得到的氣化生成氣、熱灰和/或未完全氣化的半焦可 用于步驟(a)的熱解過程。 優(yōu)選地，其中所述步驟(b)中所使用的氣化劑選自空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二 氧化碳和甲烷中的一種或幾種。 優(yōu)選地，該方法還包括分離步驟(a)所得到的熱解氣體產(chǎn)物，得到熱解氣和熱解
油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生)。 優(yōu)選地，其中所述煤的粒徑為25mm以下。 另一方面，本發(fā)明提供了一種用于實(shí)施上述方法的稀相輸送床與密相流化床為上 下耦合的裝置，其包括用于對(duì)煤實(shí)施熱解的稀相輸送床3和用于對(duì)煤和/或半焦實(shí)施氣化 的密相流化床2，其中稀相輸送床3的下部與密相流化床2的頂部相連；優(yōu)選地，該裝置還 包括與所述稀相輸送床3上部出口相連的分離設(shè)備4，其用于分離稀相輸送床3中生成的熱 解氣體產(chǎn)物和密相流化床2中生成的氣化生成氣的混合氣與密相流化床2中未完全氣化的 半焦；更優(yōu)選地，該裝置還包括與所述分離設(shè)備4的上部氣體出口相連的分離設(shè)備6，用于 進(jìn)一步分離從所述分離設(shè)備4中分離得到的熱解氣體產(chǎn)物和氣化生成氣的混合氣中的熱 解油；以及與所述分離設(shè)備4的下部出口相連接的返料閥7，用于回收和輸送從所述分離設(shè) 備4中分離得到的未完全氣化的半焦，其通過溢流管8與密相流化床2相連。
優(yōu)選地，所述稀相輸送床3的橫截面積小于密相流化床2的橫截面積。
優(yōu)選地，該裝置還包括進(jìn)料設(shè)備1 ，與密相流化床2或稀相輸送床3相連。
優(yōu)選地，在稀相輸送床3的中部/下部設(shè)置有二次供風(fēng)口 22，用于送入含氧氣體。
優(yōu)選地，該裝置還包括與密相流化床下部相連的用于進(jìn)一步燃盡灰渣的灰渣燃盡 流化床11及固態(tài)排渣設(shè)備19，或還包括用于液態(tài)排渣的液態(tài)排渣設(shè)備20。
又一方面，本發(fā)明還提供了另一種用于實(shí)施上述方法的稀相輸送床與密相流化床 為左右耦合的裝置，其包括用于對(duì)煤實(shí)施熱解的密相流化床2和用于對(duì)煤和/或半焦實(shí)施 氣化的稀相輸送床3，其中密相流化床2通過溢流管16與稀相輸送床3相連；優(yōu)選地，該裝 置還包括與所述密相流化床2上部出口相連的分離設(shè)備6，用于分離密相流化床2中生成的 熱解氣體產(chǎn)物中的熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生)；更優(yōu)選地，該裝置還包括與所 述稀相輸送床3上部出口相連的分離設(shè)備4，用于分離稀相輸送床3生成的氣化生成氣、熱 灰和/或未完全氣化的半焦；以及與所述分離設(shè)備4的下部出口相連接的分配閥13，用于 回收并分配從分離設(shè)備4中分離得到的熱灰和/或未完全氣化的半焦，其通過溢流管14和 16分別與所述密相流化床2和稀相輸送床3相連。 優(yōu)選地，該裝置還包括進(jìn)料設(shè)備1和17，分別與密相流化床2和稀相輸送床3相 連。 本發(fā)明可使用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供的一種稀相輸送床與密相流化床為 上下耦合的煤熱解氣化工藝包括如下步驟 (a)寬粒徑分布的煤(0-25mm)被送入稀相輸送床與密相流化床上下耦合的反應(yīng) 器中，較大顆粒的煤(3-25mm)在重力的作用下落入密相流化床中與密相流化床下部風(fēng)室 送入的氣化劑接觸，在500-120(TC的溫度范圍內(nèi)氣化； (b)較小的顆粒煤(0-3mm)在高溫氣化生成氣(和從二次供氣口送入的補(bǔ)充氣 體)的攜帶下沿稀相輸送床向上流動(dòng)，并在300-110(TC的溫度范圍內(nèi)，在無(wú)氧/貧氧的條件 下熱解； (c)從稀相輸送床上部出來的氣固混合物經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離得 到的半焦依次進(jìn)入旋風(fēng)分離器下部的下行立管與返料閥中，再被送入到密相流化床中進(jìn)行 氣化； (d)在旋風(fēng)分離器中分離得到的氣體進(jìn)入熱解油分離器中收集熱解油(熱解溫度
低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生)，而分離得到的由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣可以被用于工
業(yè)生產(chǎn)或民用。 任選地，還包括 (e)較大顆粒在密相流化床中氣化過程采用固態(tài)排渣或液態(tài)排渣方法排出系統(tǒng)。
優(yōu)選地，采用固態(tài)排渣時(shí)灰渣可進(jìn)入密相流化床下部的灰渣燃盡流化床進(jìn)一步燃 盡后排出系統(tǒng)。 優(yōu)選地，密相流化床下部風(fēng)室送入的氣化劑選自空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧 化碳和甲烷中的一種或幾種。 任選地，從二次供風(fēng)口送入的補(bǔ)充氣體選自空氣、氧氣、水蒸汽中的一種或幾種。
本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱解氣化工藝的系 統(tǒng)包括進(jìn)料系統(tǒng)1、密相流化床2、稀相輸送床3、分離設(shè)備(旋風(fēng)分離器4和熱解油分離器 6)、下行立管5、返料閥7，灰渣燃盡流化床11以及固態(tài)排渣設(shè)備19，其連接方式為進(jìn)料系 統(tǒng)1與稀相輸送床3下部或密相流化床2上部相連，稀相輸送床3下部與密相流化床2頂 部聯(lián)通，稀相輸送床3上部出口與旋風(fēng)分離器4相連，旋風(fēng)分離器4的下部出口通過下行立 管5與返料閥7頂部相連，旋風(fēng)分離器4的上部氣體出口與熱解油分離器6連接，返料閥7 的溢流管8與密相流化床2相連。
優(yōu)選地，所述稀相輸送床3的橫截面積小于密相流化床2的橫截面積。 任選地，當(dāng)采用進(jìn)一步燃盡的固態(tài)排渣方式時(shí)，所述的灰渣燃盡流化床11上方與
密相流化床2底部連接，固態(tài)排渣設(shè)備19位于灰渣燃盡流化床11和返料閥7下部；當(dāng)采用
液態(tài)排渣方式時(shí)，所述的液態(tài)排渣系統(tǒng)20頂部與密相流化床2下方相連。 本發(fā)明提供的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱解氣化工藝是如下實(shí)
現(xiàn)的 (a)所述的0-25mm的寬粒徑分布的煤通過進(jìn)料系統(tǒng)1從稀相輸送床3下部或密相 流化床2上部送入； (b)粒徑為3-25mm的大粒徑煤向下進(jìn)入稀相輸送床3下部的密相流化床2中，在 密相流化床2的風(fēng)室10中送入的氣化劑的作用下氣化，生成的氣化生成氣向上進(jìn)入稀相氣 流床3中，而產(chǎn)生的灰渣則從密相流化床2底部排出； (c)粒徑為0-3mm的小粒徑煤在氣化生成氣(和從二次供風(fēng)口送入的補(bǔ)充氣體) 的攜帶下沿稀相輸送床3向上流動(dòng)，并在高溫氣化生成氣(和從二次供風(fēng)口送入的補(bǔ)充氣 體)的作用下進(jìn)行無(wú)氧/貧氧熱解生成半焦和熱解氣體產(chǎn)物(包括熱解氣和熱解油(熱解 溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生))； (d)從稀相氣流床3頂部排出的氣固混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中，分離得到的半焦 從旋風(fēng)分離器4下部的出口沿下行立管5進(jìn)入返料閥7中，再?gòu)姆盗祥y7的溢流管8進(jìn)入 到密相流化床2中進(jìn)行氣化； (e)在旋風(fēng)分離器4中分離得到的熱解氣體產(chǎn)物與氣化生成氣的混合氣進(jìn)入低溫 時(shí)產(chǎn)生的熱解油分離器6中進(jìn)行氣液分離，分離為熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生會(huì) 產(chǎn)生)和由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣。 任選地，密相流化床2的灰渣從流化床底部直接排除，其排渣方式可采用液態(tài)排 渣或固態(tài)排渣。 任選地，密相流化床2中的灰渣呈液態(tài)進(jìn)入液態(tài)排渣系統(tǒng)20中后再排出，或進(jìn)入 灰渣燃盡流化床11中進(jìn)一步燃盡后進(jìn)入固態(tài)排渣設(shè)備19中再排出。 本發(fā)明提供的另一種稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的煤熱解氣化工藝包 括如下步驟 (a)寬粒徑分布的煤(0-25mm)被送入到密相流化床中，與從分配閥進(jìn)入密相流化 床的熱灰和/或未完全氣化的半焦接觸在300-1 IO(TC溫度范圍內(nèi)熱解；
(b)煤在密相流化床中進(jìn)行無(wú)氧/貧氧熱解生成的熱解氣體產(chǎn)物從密相流化床上 部的氣體出口排出，進(jìn)入熱解油分離器中進(jìn)行氣液分離得到熱解油(熱解溫度低于800°C 時(shí)會(huì)產(chǎn)生)和熱解氣； (c)密相流化床中熱解生成的半焦與熱灰和/或未完全氣化的半焦通過密相 流化床的溢流管進(jìn)入稀相輸送床底部，與從稀相輸送床的風(fēng)室中送入的氣化劑反應(yīng)，在 500-120(TC的溫度范圍內(nèi)氣化； (d)稀相輸送床中產(chǎn)生的氣固混合物進(jìn)入與稀相輸送床上部連接的旋風(fēng)分離器中 進(jìn)行氣固分離，分離得到的高溫?zé)峄液?或未完全氣化的半焦從旋風(fēng)分離器下部進(jìn)入分配 閥中，而分離得到的氣化生成氣可用于工業(yè)生產(chǎn)或民用； (e)進(jìn)入分配閥的高溫?zé)峄液?或未完全氣化的半焦一部分被送入到密相流化床
7中用于熱解煤，另一部分被直接返回到稀相輸送床中循環(huán)使用。 優(yōu)選地，稀相氣流床的風(fēng)室送入的氣化劑為空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧化碳 和甲烷中的一種或幾種氣體。 優(yōu)選地，送入密相流化床風(fēng)室的氣體為空氣、氧氣、水蒸汽中的一種或幾種氣體。
本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的煤熱解氣化工藝的系 統(tǒng)包括進(jìn)料系統(tǒng)(第一進(jìn)料系統(tǒng)1和第二進(jìn)料系統(tǒng)17)、稀相輸送床3、密相流化床2、分 離設(shè)備(旋風(fēng)分離器4和熱解油分離器6)、溢流管(第一溢流管14、第二溢流管15和密相 流化床溢流管16)、下行立管5以及分配閥13，其連接方式為第一進(jìn)料系統(tǒng)1與密相流化 床2連接，密相流化床2通過密相流化床溢流管16與稀相輸送床3下部連接，密相流化床 2上部的氣體出口與熱解油分離器6連接；稀相輸送床3上部與旋風(fēng)分離器4連接，旋風(fēng)分 離器4的下部出口通過下行立管5與分配閥13頂部連接，分配閥的第一溢流管14與密相 流化床2頂部連通，而分配閥13的第二溢流管15與稀相輸送床3的中部連通；第二進(jìn)料系 統(tǒng)17與稀相輸送床3的下部連接。 本發(fā)明提供的稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的煤熱解氣化工藝是如下實(shí) 現(xiàn)的 (a)所述的0-25mm的寬粒徑分布的煤通過第一進(jìn)料系統(tǒng)1送入密相流化床2中， 與從分配閥13的第一溢流管14進(jìn)入密相流化床2中的熱灰和/或未完全氣化的半焦混 合. (b)在密相流化床2中生成的熱解氣體產(chǎn)物從密相流化床2上部排出，進(jìn)入熱解油 分離器6中分離熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生)和熱解氣； (c)在密相流化床2中熱解生成的半焦和循環(huán)的熱灰和/或未完全氣化的半焦的 混合物從密相流化床溢流管16進(jìn)入稀相輸送床3的下部，與從稀相輸送床3的風(fēng)室12送 入的氣化劑作用下氣化； (d)在稀相輸送床3中生成的氣固混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中，分離得到的固體產(chǎn) 物(熱灰和/或未完全氣化的半焦)從旋風(fēng)分離器4下部的出口沿下行立管5進(jìn)入分配閥 13中，得到的氣化生成氣從旋風(fēng)分離器4上部排出； (e)進(jìn)入分配閥13的熱灰一部分從第一溢流管14進(jìn)入密相流化床2，另一部分從 第二溢流管15直接返回稀相輸送床3中。 優(yōu)選地，作為補(bǔ)充燃料的煤從第二進(jìn)料系統(tǒng)17中送入到稀相輸送床3中氣化。
綜上所述，本發(fā)明是將稀相輸送床與密相流化床耦合的煤熱解氣化工藝，可以處 理粒度分布在0-25mm的煤，在生成由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣/熱解氣/氣化生 成氣的同時(shí)生產(chǎn)高價(jià)值的熱解油(〈80(TC的低溫下熱解油的收率高)。當(dāng)采用密相流化 床和稀相輸送床為上下耦合的工藝時(shí)，可以根據(jù)不同粒度煤的流動(dòng)特性將煤粒分級(jí)，大顆 粒煤在密相流化床中氣化，而小顆粒煤在稀相輸送床中熱解，實(shí)現(xiàn)不同停留時(shí)間下的不同 反應(yīng)過程。當(dāng)采用稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的工藝時(shí)，熱解后的寬粒度分布半 焦進(jìn)入稀相輸送床中氣化，較大的半焦顆?？梢栽?實(shí)施氣化的稀相輸送床-旋風(fēng)分離器 一分配閥_實(shí)施熱解的密相流化床_實(shí)施氣化的稀相輸送床"的循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，從而完全 氣化。因此，采用本發(fā)明提供的稀相輸送床與密相流化床耦合的煤熱解氣化工藝通過分析 不同顆粒煤的反應(yīng)時(shí)間、流動(dòng)特性，重新分配煤的熱解、氣化過程，能夠?qū)崿F(xiàn)煤的熱解、氣化聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)寬粒徑分布煤的高值化利用。 本發(fā)明所述的將密相流化床和稀相輸送床耦合的煤熱解氣化方法是一種對(duì)煤進(jìn) 行高值化綜合利用的方法，具有如下優(yōu)點(diǎn) 首先，本發(fā)明將煤的氣化和熱解過程分離，能夠在煤氣化之前有效提取煤中富含 的芳環(huán)、含氧有機(jī)結(jié)構(gòu)等高價(jià)值有機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煤的低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油和由熱解氣和氣 化生成氣組成的生成氣/熱解氣/氣化生成氣的聯(lián)產(chǎn)； 其次，本發(fā)明能夠處理0-25mm寬粒徑分布的煤，并依據(jù)不同的粒度分布選擇不同 的稀相輸送床與密相流化床的耦合方式 (1)對(duì)于小粒徑煤比例較高的寬粒徑分布的煤優(yōu)先選用稀相輸送床與密相流化床 為上下耦合的工藝，通過利用不同粒度煤的流動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)煤的自然分級(jí)，從而使大粒徑煤 氣化，而小粒徑煤快速熱解； (2)對(duì)于大粒徑煤比例較高的寬粒徑分布的煤可以采用稀相輸送床與密相流化床 為左右耦合的工藝，通過實(shí)施固體熱載體的加熱方式實(shí)現(xiàn)固體顆粒在氣化_熱解系統(tǒng)中的 接觸混合傳熱以及多次循環(huán)，提高傳熱速率并實(shí)現(xiàn)完全氣化。 第三，本發(fā)明的煤種適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)不同種類煤的熱解、氣化特性靈活調(diào)節(jié)熱 解、氣化過程的溫度、停留時(shí)間等 (1)對(duì)于稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的工藝，可以通過調(diào)節(jié)密相流化床 中的氣化溫度以及氣體量調(diào)節(jié)稀相輸送床中小粒徑煤的熱解溫度及其停留時(shí)間，可以針對(duì) 不同的煤種進(jìn)行調(diào)節(jié)； (2)對(duì)于稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的工藝，可以通過調(diào)節(jié)從分配閥中 進(jìn)入密相流化床中的熱灰的量調(diào)節(jié)熱解溫度，通過改變煤在密相流化床中的停留時(shí)間調(diào)節(jié) 煤的熱解時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱解過程的靈活調(diào)節(jié)，增強(qiáng)其對(duì)煤種的適應(yīng)性。 由此可見，本發(fā)明通過實(shí)施不同的密相流化床和稀相輸送床的耦合方式，將煤的 熱解和氣化分別進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)寬粒徑分布的煤的熱解和氣化，提取煤中的高價(jià)值的芳 烴結(jié)構(gòu)、含氧有機(jī)結(jié)構(gòu)等，提高煤的利用價(jià)值。本發(fā)明所述的兩種密相流化床和稀相輸送床 耦合的煤熱解氣化工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于操作，控制靈活，是一種適合于利用25mm以下寬粒 徑分布的煤同時(shí)制備熱解油(< 80(TC時(shí)油收率高)、由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣 /熱解氣/氣化生成氣的高效、高值化利用技術(shù)，在低溫(如70(TC下)其熱解油產(chǎn)率大于 4%，氣體產(chǎn)物(由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣/熱解氣/氣化生成氣)的熱值高于 1500Kcal/Nm 具有寬廣的市場(chǎng)前景和較強(qiáng)的應(yīng)用推廣性。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所使用的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱解氣 化裝置。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所使用的稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的煤熱解氣 化裝置。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例4所使用的進(jìn)一步燃盡灰渣的稀相輸送床與密相流化床為上 下耦合的煤熱解氣化裝置。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例4所使用的液態(tài)排渣的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合 的煤熱解氣化裝置。圖5為本發(fā)明實(shí)施例5所使用的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合，稀相輸送床具有」二次供風(fēng)口的煤熱解氣化裝置。下表將附圖標(biāo)記與其所對(duì)應(yīng)的部件說明如下1/17 :進(jìn)料系統(tǒng)2 :密相流化床3 :稀相輸送床4/6 :分離設(shè)備5 :下行立管7 :返料閥8/14/15/16 :溢流管9/10/12/18/21 :風(fēng)室11 :灰渣燃盡流化床13 :分配閥19/20 :排渣設(shè)備22 :二次供風(fēng)口
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1 本實(shí)施例的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱解氣化工藝系統(tǒng)如圖1 所示，包括進(jìn)料系統(tǒng)1、密相流化床2、稀相輸送床3、分離設(shè)備(旋風(fēng)分離器4和熱解油分 離器6)、返料閥7以及下行立管5。 在該工藝流程中，原煤通過第一進(jìn)料系統(tǒng)1從稀相輸送床3下部送入，原煤中粒徑 為3-25mm的大粒徑煤向下進(jìn)入位于稀相輸送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床風(fēng) 室10中送入的空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一種或幾種氣體的作用下 發(fā)生部分燃燒氣化，依靠部分煤燃燒產(chǎn)生的熱量在500-120(TC范圍內(nèi)氣化，氣化過程得到 的氣化生成氣向上進(jìn)入稀相輸送床3中，而產(chǎn)生的灰渣則從密相流化床2底部排出；原煤中 粒徑為0-3mm的小粒徑煤在下部密相流化床2中產(chǎn)生的高溫氣化生成氣的攜帶下沿稀相輸 送床3向上流動(dòng)，并在高溫氣化生成氣的加熱下在300-1 IO(TC溫度范圍內(nèi)熱解；稀相輸送 床3中的氣固混合物隨后進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中進(jìn)行氣固分離，分離得到的半焦從旋風(fēng)分離 器4下方通過下行立管5進(jìn)入返料閥7中，半焦在返料閥風(fēng)室9中送入的流化風(fēng)的作用下 從返料閥溢流管8進(jìn)入到密相流化床2中進(jìn)行氣化。從旋風(fēng)分離器4中分離得到的熱解氣 體產(chǎn)物(包括熱解氣和熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生))與氣化生成氣的混合氣進(jìn) 入低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油分離器6中進(jìn)行氣液分離，分別得到低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油和富含甲 烷、一氧化碳、氫氣、二氧化碳等的由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣。低溫時(shí)產(chǎn)生的熱 解油可以被用于加工富含芳環(huán)的化學(xué)品，而由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣可以被用 于工業(yè)生產(chǎn)和民用。
實(shí)施例2 本實(shí)施例的稀相輸送床與密相流化床為左右耦合的煤熱解氣化工藝系統(tǒng)如圖2 所示，包括進(jìn)料系統(tǒng)(第一進(jìn)料系統(tǒng)1和第二進(jìn)料系統(tǒng)17)、密相流化床2、稀相輸送床3、 分離設(shè)備(旋風(fēng)分離器4和低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油分離器6)、分配閥13以及下行立管5。
在該工藝流程中，原煤通過第一進(jìn)料系統(tǒng)1被送入到密相流化床2中，與從返料閥 第一溢流管14進(jìn)入密相流化床2的熱灰和/或未完全氣化的半焦混合流化并被加熱，在300-110(TC溫度范圍內(nèi)熱解，熱解生成的熱解氣體產(chǎn)物(包括熱解氣和熱解油(熱解溫度 低于800°C時(shí)會(huì)產(chǎn)生))從密相流化床2上部進(jìn)入熱解油分離器6中分離成熱解油和具有較 高熱值的熱解氣，低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油可以被用于加工富含芳環(huán)的化學(xué)品，而熱解氣可以 被用于工業(yè)生產(chǎn)和民用。 原煤在密相流化床2中熱解生成的半焦與循環(huán)的熱灰和/未完全氣化的半焦的混 合物從密相流化床溢流管16進(jìn)入稀相輸送床3的下部，在稀相輸送床風(fēng)室12中送入的空 氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一種或幾種氣體的作用下在500-120(TC溫度 范圍內(nèi)氣化，生成的氣固混合物從稀相輸送床3上部進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中，分離得到的熱灰 和/或未完全氣化的半焦從旋風(fēng)分離器4下部的出口沿下行立管5進(jìn)入分配閥13中，分離 得到的氣化生成氣從旋風(fēng)分離器4上部排出，可以被民用或用于工業(yè)生產(chǎn)。
進(jìn)入分配閥13的熱灰和/或未完全反應(yīng)的半焦一部分從分配閥第一溢流管14進(jìn) 入密相流化床2中，另一部分從分配閥第二溢流管15直接返回稀相輸送床中。
實(shí)施例3 本實(shí)施例的使用進(jìn)一步燃盡灰渣的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱 解氣化工藝系統(tǒng)如圖3所示，包括進(jìn)料系統(tǒng)1、密相流化床2、稀相輸送床3、分離設(shè)備(旋 風(fēng)分離器4和熱解油分離器6)、返料閥7、下行立管5、灰渣燃盡流化床11和固態(tài)排渣設(shè)備 20。 在該工藝流程中，原煤通過第一進(jìn)料系統(tǒng)1從稀相輸送床3下部送入，原煤中粒徑 為3-25mm的大粒徑煤向下進(jìn)入位于稀相輸送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床風(fēng) 室10中送入的空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一種或幾種氣體的作用下 發(fā)生部分燃燒氣化，依靠部分煤燃燒產(chǎn)生的熱量在500-120(TC范圍內(nèi)氣化，氣化過程得到 的高溫氣化生成氣向上進(jìn)入稀相輸送床3中，而產(chǎn)生的灰渣則從密相流化床2底部排出進(jìn) 入位于密相流化床2下部的灰渣燃盡流化床11中，與從灰渣燃盡流化床風(fēng)室18中送入的 空氣接觸燃燒，燃燒后的灰渣從灰渣燃盡流化床11下部進(jìn)入固態(tài)排渣設(shè)備19中；原煤中粒 徑為0-3mm的小粒徑煤在密相流化床2中煤氣化生成的高溫氣化生成氣的攜帶下沿稀相輸 送床3向上流動(dòng)，并在高溫氣化生成氣的加熱下在300-110(TC溫度范圍內(nèi)熱解；稀相輸送 床3中的氣固混合物隨后進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中進(jìn)行氣固分離，分離得到的半焦從旋風(fēng)分離 器4下方通過下行立管5進(jìn)入返料閥7中，半焦在返料閥風(fēng)室9中送入的流化風(fēng)的作用下 從返料閥溢流管8進(jìn)入到密相流化床2中進(jìn)行氣化，返料閥7中產(chǎn)生的部分灰渣則從返料 閥7下部排出。從旋風(fēng)分離器4中分離得到的熱解氣體產(chǎn)物與氣化生成氣的混合氣進(jìn)入熱 解油分離器6中進(jìn)行氣液分離，分別得到熱解油(熱解溫度低于80(TC時(shí)會(huì)產(chǎn)生)和富含甲 烷、一氧化碳、氫氣、二氧化碳等的由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣。低溫時(shí)產(chǎn)生的熱 解油可以被用于加工富含芳環(huán)的化學(xué)品，而由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣可以被用 于工業(yè)生產(chǎn)和民用。
實(shí)施例4 本實(shí)施例所使用的液態(tài)排渣的稀相輸送床與密相流化床為上下耦合的煤熱解氣 化工藝系統(tǒng)如圖4所示，包括進(jìn)料系統(tǒng)1、密相流化床2、稀相輸送床3、分離設(shè)備(旋風(fēng)分 離器4和熱解油分離器6)、返料閥7、下行立管5和液態(tài)灰渣處理系統(tǒng)20。
在該工藝流程中，原煤通過第一進(jìn)料系統(tǒng)1從稀相輸送床3下部送入，原煤中粒徑為3-25mm的大粒徑煤向下進(jìn)入位于稀相輸送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床風(fēng) 室10中送入的空氣、氧氣、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一種或幾種氣體的作用下 發(fā)生部分燃燒氣化，依靠部分煤燃燒產(chǎn)生的熱量在500-120(TC范圍內(nèi)氣化，氣化過程得到 的高溫氣化生成氣向上進(jìn)入稀相輸送床3中，而產(chǎn)生的灰渣在密相流化床2底部與從位于 密相流化床風(fēng)室10下方的風(fēng)室21中送入的氧氣或空氣接觸進(jìn)一步燃盡并形成液態(tài)灰渣， 隨后從密相流化床2底部排出進(jìn)入位于流化床2下部的液態(tài)灰渣收集系統(tǒng)20中；原煤中粒 徑為0-3mm的小粒徑煤在氣化過程生成的高溫氣化生成氣的攜帶下沿稀相輸送床3向上流 動(dòng)，并在下部密相流化床2中產(chǎn)生的高溫氣化生成氣的加熱下在300-110(TC溫度范圍內(nèi)熱 解；稀相輸送床3中的氣固混合物隨后進(jìn)入旋風(fēng)分離器4中進(jìn)行氣固分離，分離得到的半焦 從旋風(fēng)分離器4下方通過下行立管5進(jìn)入返料閥7中，半焦在返料閥風(fēng)室9中送入的流化風(fēng) 的作用下從返料閥溢流管8進(jìn)入到密相流化床2中進(jìn)行氣化，返料閥7中產(chǎn)生的部分灰渣 從返料閥7下方排出。從旋風(fēng)分離器4中分離得到的熱解氣體產(chǎn)物(包括熱解氣和熱解油 (熱解溫度低于800°C時(shí)會(huì)產(chǎn)生))和氣化生成氣的混合氣進(jìn)入低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油分離器 6中進(jìn)行氣液分離，分別得到低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油和富含甲烷、一氧化碳、氫氣、二氧化碳等 的由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣。低溫時(shí)產(chǎn)生的熱解油可以被用于加工富含芳環(huán)的 化學(xué)品，而由熱解氣和氣化生成氣組成的生成氣可以被用于工業(yè)生產(chǎn)和民用。
實(shí)施例5 本實(shí)施例所使用的工藝和設(shè)備與實(shí)施例1基本相同，不同的是在本實(shí)施例的稀相 輸送床3中部增加了一個(gè)二次供風(fēng)口 22，用于送入空氣、氧氣、水蒸汽的一種或幾種氣體。 本實(shí)施例具體的煤熱解氣化工藝系統(tǒng)如圖5所示。 在該工藝流程中，原煤中粒徑為0-3mm的小粒徑煤在下部密相流化床2中產(chǎn)生的 高溫氣化生成氣的攜帶下沿稀相輸送床3向上流動(dòng)，并在高溫氣化生成氣和從二次供風(fēng)口 22送入的空氣、氧氣、水蒸汽的一種或幾種氣體的作用下在300-110(TC溫度范圍內(nèi)貧氧熱解。
權(quán)利要求
一種煤熱解氣化的方法，其特征在于，所述方法將煤的熱解和氣化過程分離，在煤氣化之前先進(jìn)行部分或全部熱解，該方法包括以下步驟(a)將煤在300-1100℃的溫度下進(jìn)行無(wú)氧或貧氧熱解，生成的混合物經(jīng)分離后得到熱解氣體產(chǎn)物和半焦，其中所述熱解氣體產(chǎn)物包括熱解氣，在熱解溫度低于800℃時(shí)還包括熱解油；(b)將煤和/或步驟(a)生成的半焦在500-1200℃的溫度下通入氣化劑進(jìn)行氣化，生成的混合物經(jīng)分離后得到氣化生成氣、熱灰和/或未完全氣化的半焦。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，其中所述步驟(b)所得到的氣化生成氣、 熱灰和/或未完全氣化的半焦可用于步驟(a)的熱解過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述步驟(b)中所使用的氣化劑選自空氣、氧氣、含氧的二氧化碳、水蒸汽和甲烷中的一種或幾種氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法還包括分離步驟(a)所得到的熱解氣體產(chǎn)物，得到熱解氣和熱解油。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，其中所述煤的粒徑為25mm 以下。
6. —種用于實(shí)施權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述方法的裝置，包括稀相輸送床與密相流 化床為上下耦合的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于對(duì)煤實(shí)施熱解的稀相輸送床(3)和用于對(duì)煤和/或半焦實(shí)施氣化的密相流化床(2) ，其中稀相輸送床(3)的下部與密相流化床(2)的頂部相連；優(yōu)選地，該裝置還包括與所述稀相輸送床(3)上部出口相連的分離設(shè)備(4)，其用于分 離稀相輸送床(3)中生成的熱解氣體產(chǎn)物和密相流化床(2)中生成的氣化生成氣的混合氣 與密相流化床(2)中未完全氣化的半焦；更優(yōu)選地，該裝置還包括與所述分離設(shè)備(4)的上部氣體出口相連的分離設(shè)備(6)，用 于進(jìn)一步分離從所述分離設(shè)備(4)中分離得到的熱解氣體產(chǎn)物和氣化生成氣的混合氣中 的熱解油；以及與所述分離設(shè)備(4)的下部出口相連接的返料閥(7)，用于回收和輸送從分 離設(shè)備(4)中分離得到的未完全氣化的半焦，其通過溢流管(8)與密相流化床(2)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述稀相輸送床(3)的橫截面積小于密相 流化床(2)的橫截面積；優(yōu)選地，采用貧氧熱解時(shí)，稀相輸送床(3)上設(shè)有二次供風(fēng)口 (22)以送入含氧氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述密相流化床(2)還與固態(tài)或液態(tài)排渣 設(shè)備(19、20)相連接；優(yōu)選地，采用固態(tài)排渣設(shè)備時(shí)，在密相流化床(2)下方還連接有灰渣 燃盡流化床(11)進(jìn)一步燃盡固態(tài)灰渣。
9. 一種用于實(shí)施權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述方法的裝置，包括稀相輸送床與密相流 化床為左右耦合的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于對(duì)煤實(shí)施熱解的密相流化床(2)和用于對(duì)煤和/或半焦實(shí)施氣化的稀相輸送床(3) ，其中密相流化床(2)通過溢流管(16)與稀相輸送床(3)相連；優(yōu)選地，該裝置還包括與所述密相流化床(2)上部出口相連的分離設(shè)備(6)，用于分離 密相流化床(2)中生成的熱解氣體產(chǎn)物中的熱解油和熱解氣；更優(yōu)選地，該裝置還包括與所述稀相輸送床(3)上部出口相連的分離設(shè)備(4)，用于分離稀相輸送床(3)中氣化生成的氣化生成氣、熱灰和/或未完全氣化的半焦；以及與所述分 離設(shè)備(4)的下部出口相連接的分配閥(13)，用于回收并分配分離設(shè)備(4)中分離得到的 熱灰和/或未完全氣化的半焦，其通過溢流管(14、16)分別與所述密相流化床(2)和稀相 輸送床(3)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括進(jìn)料設(shè)備 (1、17)，分別與密相流化床(2)和/或稀相輸送床(3)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤熱解氣化高值利用的方法及其裝置，通過稀相輸送床與密相流化床耦合的方式，將煤的熱解和氣化過程分離，在煤氣化之前先進(jìn)行部分或全部熱解，實(shí)現(xiàn)熱解氣、氣化生成氣和熱解油聯(lián)產(chǎn)。本發(fā)明所提供的稀相輸送床與密相流化床包括上下耦合和左右耦合兩種方式，適用于處理寬粒徑分布的煤，能在煤氣化之前提取煤中高價(jià)值有機(jī)結(jié)構(gòu)，提高煤的利用價(jià)值。
文檔編號(hào)C10J3/56GK101781583SQ20091016560
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者宋文立, 汪印, 紀(jì)文峰, 董利, 許光文, 高士秋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所