本發(fā)明涉及一種多級(jí)內(nèi)熱旋風(fēng)式粉煤加氫熱解反應(yīng)裝置及其工藝，屬于粉煤熱解技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是“富煤、貧油、少氣”，煤炭在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)仍將是我國(guó)的主要能源。西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要新型煤化工產(chǎn)業(yè)來(lái)支撐。
在煤炭開(kāi)采及后續(xù)加工過(guò)程中將產(chǎn)生40%的粒徑小于10mm的粉煤，這部分煤炭目前主要作為燃料使用。由于沒(méi)有從煤炭中提取像酚、萘等十分有用的化學(xué)組分和煤焦油而直接作為燃料燃燒，實(shí)際上這是一種能源的浪費(fèi)。
國(guó)家《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，明確提出了“煤炭高效清潔開(kāi)發(fā)利用”。粉煤的熱解提油同時(shí)生產(chǎn)潔凈煤是煤炭高效清潔開(kāi)發(fā)利用的方向。
在煤炭熱解方面，以塊狀煤炭熱解技術(shù)（如焦化）已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。但低成本、環(huán)境友好的粉煤熱解提油同時(shí)生產(chǎn)潔凈煤的技術(shù)正在研發(fā)之中，比如：美國(guó)開(kāi)發(fā)的COED工藝、TOSCOAL工藝、Garrett半焦固體熱載體工藝，前蘇聯(lián)開(kāi)發(fā)的ETCH-175工藝，日本開(kāi)發(fā)的快速熱解工藝，澳大利亞開(kāi)發(fā)的CSIRO快速熱解工藝；我國(guó)大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的DG工藝、煤炭科學(xué)研究總院開(kāi)發(fā)的MRF工藝和外熱內(nèi)旋式熱解技術(shù)、慶華集團(tuán)新疆和豐能源化工有限公司開(kāi)發(fā)的KH工藝和KH-GAS技術(shù)、中美新能源技術(shù)研發(fā)（山西）有限公司開(kāi)發(fā)的耦合式粉煤加氫熱解與氣化一體化工藝和實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的西安三瑞實(shí)業(yè)有限公司開(kāi)發(fā)的外熱式回轉(zhuǎn)爐工藝、河南龍成集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)的旋轉(zhuǎn)床熱解工藝。但是上述現(xiàn)有工藝存在生產(chǎn)裝置不易放大、傳熱效率低、設(shè)備材質(zhì)要求高、流程復(fù)雜等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種傳熱傳質(zhì)效率高、設(shè)備選材要求低、工藝流程短、設(shè)備少而簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作靈活、安全可靠性高的多級(jí)內(nèi)熱旋風(fēng)式粉煤加氫熱解反應(yīng)裝置及其工藝。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為多級(jí)內(nèi)熱旋風(fēng)式粉煤加氫熱解反應(yīng)裝置，包括多級(jí)反應(yīng)器，所述多級(jí)反應(yīng)器的底部出焦口與一段半焦冷卻器相連接，所述多級(jí)反應(yīng)器的底部進(jìn)氣口與煤氣加熱爐相連接，所述多級(jí)反應(yīng)器的頂部出氣口與粗煤氣除塵器相連接，所述粗煤氣除塵器的出氣口與廢熱鍋爐相連接，所述粗煤氣除塵器的底部與多級(jí)反應(yīng)器相連接，所述廢熱鍋爐的頂部出氣口與噴淋洗滌塔相連接，廢熱鍋爐的底部與焦油分離器相連接，所述噴淋洗滌塔的出氣口與氣液分離器相連接，噴淋洗滌塔和氣液分離器的底部均與焦油分離器相連接，所述氣液分離器的頂部連接有凈煤氣管道，所述凈煤氣管道上設(shè)置有煤氣風(fēng)機(jī)和煤氣支管，所述煤氣支管與一段半焦冷卻器內(nèi)的換熱管相連接，所述一段半焦冷卻器的換熱管與煤氣加熱爐內(nèi)的煤氣換熱管相連接。
優(yōu)選的，所述一段半焦冷卻器的底部還連接有二段半焦冷卻器。
優(yōu)選的，所述多級(jí)反應(yīng)器主要由多個(gè)用于氣固分離的旋風(fēng)式反應(yīng)器串聯(lián)構(gòu)成，所述旋風(fēng)式反應(yīng)器的數(shù)量為3-5個(gè)。
優(yōu)選的，所述旋風(fēng)式反應(yīng)器的內(nèi)壁設(shè)置有隔熱耐磨襯里。
多級(jí)內(nèi)熱旋風(fēng)式粉煤加氫熱解反應(yīng)裝置的熱解反應(yīng)工藝，按照以下步驟進(jìn)行，
a、煤炭經(jīng)破碎形成原料粉煤，經(jīng)干燥脫水加入到多級(jí)反應(yīng)器內(nèi)；
b、煤氣經(jīng)煤氣加熱爐加熱后進(jìn)入多級(jí)反應(yīng)器與原料粉煤接觸，并發(fā)生熱解反應(yīng)，生成粗煤氣和高溫半焦；
c、粗煤氣隨向上流動(dòng)的高溫煤氣一并進(jìn)入煤氣除塵器進(jìn)行除塵，除塵后的粗煤氣進(jìn)入廢熱鍋爐與脫鹽水換熱降溫后進(jìn)入噴淋洗滌塔，脫鹽水形成低壓蒸汽，在廢熱鍋爐中被降溫粗煤氣產(chǎn)生的煤焦油與水的混合物進(jìn)入煤焦油分離器；煤氣除塵器除塵回收的煤粉塵返回多級(jí)反應(yīng)器；進(jìn)入噴淋洗滌塔的粗煤氣在來(lái)自系統(tǒng)的冷焦油的噴淋洗滌作用下降溫冷凝，粗煤氣中的煤焦油、水和塵轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w落入噴淋洗滌塔底部；從噴淋洗滌塔上部排出后粗煤氣進(jìn)入煤氣氣液分離器進(jìn)一步進(jìn)行氣液分離轉(zhuǎn)變?yōu)閮裘簹猓瑑裘簹饨?jīng)煤氣風(fēng)機(jī)升壓后送入一段半焦冷卻器內(nèi)，進(jìn)行熱交換并作為循環(huán)氣使用，多余的凈煤氣送入煤氣系統(tǒng)；煤氣氣液分離器分離出的煤焦油和水的混合物與來(lái)自噴淋洗滌塔底部含塵的煤焦油和水的混合物一并進(jìn)入煤焦油分離器，在煤焦油分離器中煤焦油與水、塵分離，潔凈的煤焦油排出系統(tǒng)，含塵廢水排出系統(tǒng)；
d、高溫半焦進(jìn)入一段半焦冷卻器與循環(huán)煤氣換熱后進(jìn)入二段半焦冷卻器與脫鹽水換熱降至常溫后的冷半焦排出系統(tǒng)，脫鹽水在二段半焦冷卻器中與高溫半焦換熱轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝?/p>
優(yōu)選的，所述步驟a中煤粉的粒徑小于10mm，且進(jìn)過(guò)脫水處理后煤粉中的水分含量小于2%，。
優(yōu)選的，所述步驟b中煤氣加熱爐的加熱溫度為750-800℃，多級(jí)反應(yīng)器中的熱解溫度為550-600℃，熱解壓力為常壓～4.0MPa，熱解時(shí)間20～30min。
優(yōu)選的，所述步驟c中粗煤氣中的粉塵含量小于200mg/m3，最大粒徑小于15um。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明以氣固旋風(fēng)分離技術(shù)為基礎(chǔ)，以粉煤在多級(jí)反應(yīng)器中器被含有氫氣的高溫煤氣加熱發(fā)生熱解，同時(shí)產(chǎn)出半焦這種潔凈煤，還能有效地解決了現(xiàn)有工藝生產(chǎn)裝置不易放大、傳熱效率低、設(shè)備材質(zhì)要求高、流程復(fù)雜等問(wèn)題，并具有“傳熱傳質(zhì)效率高、設(shè)備選材要求低、工藝流程短、設(shè)備少而簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作靈活、安全可靠性高”等優(yōu)點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，多級(jí)內(nèi)熱旋風(fēng)式粉煤加氫熱解反應(yīng)裝置，包括多級(jí)反應(yīng)器1，多級(jí)反應(yīng)器1的底部出焦口與一段半焦冷卻器2相連接，多級(jí)反應(yīng)器1的底部進(jìn)氣口與煤氣加熱爐3相連接，多級(jí)反應(yīng)器1的頂部出氣口與粗煤氣除塵器4相連接，粗煤氣除塵器4的出氣口與廢熱鍋爐5相連接，粗煤氣除塵器4的底部與多級(jí)反應(yīng)器1相連接，廢熱鍋爐5的頂部出氣口與噴淋洗滌塔6相連接，廢熱鍋爐5的底部與焦油分離器7相連接，噴淋洗滌塔6的出氣口與氣液分離器8相連接，噴淋洗滌塔6和氣液分離器8的底部均與焦油分離器7相連接，氣液分離器8的頂部連接有凈煤氣管道9，凈煤氣管道9上設(shè)置有煤氣風(fēng)機(jī)10和煤氣支管11，煤氣支管11與一段半焦冷卻器2內(nèi)的換熱管相連接，一段半焦冷卻器2的換熱管與煤氣加熱爐3內(nèi)的煤氣換熱管相連接，一段半焦冷卻器2的底部還連接有二段半焦冷卻器12。
其中，多級(jí)反應(yīng)器主要由多個(gè)用于氣固分離的旋風(fēng)式反應(yīng)器串聯(lián)構(gòu)成，旋風(fēng)式反應(yīng)器的數(shù)量為3-5個(gè)，且旋風(fēng)式反應(yīng)器的內(nèi)壁設(shè)置有隔熱耐磨襯里。
具體的熱解反應(yīng)工藝為：煤炭經(jīng)破碎成粒徑小于10mm的原料粉煤，經(jīng)干燥脫水使水分降低到2%以下進(jìn)入原料緩沖倉(cāng)內(nèi)，原料粉煤加入到多級(jí)反應(yīng)器1的第一級(jí)反應(yīng)器中。
粉煤在多級(jí)反應(yīng)器1中自上向下流動(dòng)，與自下向上流動(dòng)的高溫煤氣直接接觸進(jìn)行熱交換。粉煤在向下流動(dòng)過(guò)程中，被加熱到550～600℃發(fā)生熱解，生成粗煤氣和高溫半焦，多級(jí)反應(yīng)器中的熱解壓力為常壓～4.0MPa，熱解時(shí)間20～30min。
粗煤氣隨向上流動(dòng)的高溫煤氣一并進(jìn)入煤氣除塵器除4塵后，經(jīng)煤氣除塵器除塵后的粗煤氣中的粉塵含量小于200mg/m3，最大粒徑小于15um，除塵后的粗煤氣進(jìn)入廢熱鍋爐5與脫鹽水換熱降溫后進(jìn)入噴淋洗滌塔6，在廢熱鍋爐5中被降溫粗煤氣產(chǎn)生的煤焦油與水的混合物進(jìn)入煤焦油分離器7。煤氣除塵器4除塵回收的煤粉塵返回反應(yīng)系統(tǒng)。
進(jìn)入噴淋洗滌塔6的粗煤氣在來(lái)自系統(tǒng)的冷焦油的噴淋洗滌作用下降溫冷凝，粗煤氣中的煤焦油、水和塵轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w落入噴淋洗滌塔底部。從噴淋洗滌塔上部排出后粗煤氣進(jìn)入煤氣氣液分離器8進(jìn)一步進(jìn)行氣液分離轉(zhuǎn)變?yōu)閮裘簹?，凈煤氣?jīng)煤氣風(fēng)機(jī)10升壓后作為循環(huán)煤氣使用，多余的凈煤氣送入煤氣系統(tǒng)。
煤氣氣液分離器8分離出的煤焦油和水的混合物與來(lái)自噴淋洗滌塔6底部含塵的煤焦油和水的混合物一并進(jìn)入煤焦油分離器7。在煤焦油分離器7中煤焦油與水、塵分離，潔凈的煤焦油排出系統(tǒng)，含塵廢水排出系統(tǒng)。
從多級(jí)反應(yīng)器1中第三級(jí)反應(yīng)器排出的高溫半焦進(jìn)入一段半焦冷卻器2與循環(huán)煤氣換熱后進(jìn)入二段半焦冷卻器12與脫鹽水換熱降至常溫后的冷半焦排出系統(tǒng)。
來(lái)自煤氣風(fēng)機(jī)10的循環(huán)煤氣在一段半焦冷卻器2中與高溫半焦換熱后進(jìn)入煤氣加熱爐3被加熱到750～800℃轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷孛簹?，高溫煤氣從多?jí)反應(yīng)器1的第三級(jí)反應(yīng)器的上部進(jìn)入，并在多級(jí)反應(yīng)器1中自下向上流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中將所攜帶的熱量傳遞給自上而下的原料粉煤。原料粉煤被加熱到550～600℃發(fā)生熱解，生成粗煤氣和高溫半焦。
其中，脫鹽水在廢熱鍋爐5中與粗煤氣換熱轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝?。脫鹽水在二段半焦冷卻器12中與高溫半焦換熱轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪赫羝?/p>
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包在本發(fā)明范圍內(nèi)。