本發(fā)明涉及能源化工領域，具體而言，本發(fā)明涉及粉煤熱解氣化一體化反應器和處理粉煤的方法。
背景技術：
：煤炭是世界上探明儲量最為豐富的常規(guī)資源之一，我國作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，能源結構特點是富煤、貧油、少氣。在我國煤炭資源結構中，揮發(fā)份較高的低階煤又占有較大的比例，其中褐煤探明保有儲量約為1300億噸，占全國探明保有資源量的12.69％左右，長焰煤、不黏煤和弱黏煤等低階變質煙煤，約占煤炭儲量的42.46％。低階煤是煤化作用初期的產(chǎn)物，因具有水分高、低灰、低硫、低發(fā)熱量、揮發(fā)分高、密度小、粘結性差和活性強等特點，使得其綜合利用受到很大程度地限制?，F(xiàn)有低階煤的主要利用方式有：直接燃燒發(fā)電、熱解提質、直接液化、氣化以及制取化學品等。其中，直接燃燒發(fā)電是其最為常見的利用方式之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國約有90％的低階煤直接用于電站鍋爐和各種工業(yè)鍋爐。而褐煤作為動力燃料直接燃燒效率低，溫室氣體排放量高，污染嚴重，且浪費了煤炭中蘊含的豐富油氣資源。同時隨著現(xiàn)代化采煤綜合技術的廣泛使用，使得塊煤產(chǎn)率下降，粉煤產(chǎn)率升高(達60％以上)。因粉煤易揚塵，堆積時易燃易爆，綜合利用難度大，致使其銷路不佳而大量積壓。煤的熱解是低階煤潔凈高效利用的重要途徑之一，是煤在隔絕空氣或惰性氣氛條件下持續(xù)加熱至較高溫度時，發(fā)生的一系列物理變化和化學反應，包括煤中有機質的裂解，裂解產(chǎn)物中輕質組分的揮發(fā)，裂解殘留物的縮聚，揮發(fā)分產(chǎn)物在逸出過程中的分解、化合，縮聚產(chǎn)物的進一步分解，再縮聚等過程。在煤氣化、液化、焦化和燃燒過程中都要經(jīng)過或發(fā)生熱解過程。然而，現(xiàn)有的處理粉煤的手段仍有待改進。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出粉煤熱解氣化一體化反應器和處理粉煤的方法。采用該粉煤熱解氣化一體化反應器可以將粉煤熱解得到的半焦直接轉化為合成氣，并充分利用合成氣的顯熱，同時解決半焦難以利用的問題。在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種粉煤熱解氣化一體化反應器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該煤熱解氣化一體化反應器包括：熱解爐體，所述熱解爐體內(nèi)限定有熱解腔室，所述熱解腔室內(nèi)設置有多個輻射管，所述熱解爐體的頂端具有粉煤入口、所述熱解爐體的底端具有半焦出口，所述熱解爐體上具有合成氣出口，所述熱解爐體的側壁具有連通所述輻射管的燃料入口和煙氣出口；氣化爐體，所述氣化爐體內(nèi)限定有氣化腔室，所述氣化爐體上具有氣化劑入口，所述氣化爐體的頂端具有半焦入口，所述氣化爐體的底端具有灰渣出口，所述氣化爐體位于所述熱解爐體的下方，且所述半焦入口與所述半焦出口相連。根據(jù)本發(fā)明實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器通過將待熱解粉煤供給至熱解爐體的熱解腔室內(nèi)進行熱解，得到半焦，使半焦在重力作用下落入氣化爐體的氣化腔室內(nèi)，并在氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，得到合成氣；進而合成氣可以直接返回熱解腔室中，利用合成氣的顯熱為粉煤的熱解提供熱量，之后由熱解爐體上的合成氣出口排出，收集儲存。由此，采用該粉煤熱解氣化一體化反應器通過將粉煤熱解得到的半焦直接轉化為合成氣，并充分利用合成氣的顯熱進行粉煤熱解，從而顯著提高了熱利用率，并得到合成氣產(chǎn)品，解決半焦難以利用的問題。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器還可以具有如下附加的技術特征：在本發(fā)明的一些實施例中，所述熱解爐體的寬度為2～6m，所述熱解爐體的高度為9～60m；所述氣化爐體的寬度為2～6m，所述氣化爐體的高度為20～55m。在本發(fā)明的一些實施例中，所述熱解爐體與所述氣化爐體的縱向中心軸重合。在本發(fā)明的一些實施例中，所述多個輻射管在所述熱解腔室內(nèi)的縱向方向上呈多層布置，且相鄰兩層之間層間距為230～770mm，每層內(nèi)相鄰兩個輻射管的間距為220～730mm。在本發(fā)明的一些實施例中，所述氣化劑入口設置在氣化爐體的下部，所述合成氣出口設置在所述熱解爐體的上部。在本發(fā)明的一些實施例中，所述粉煤熱解氣化一體化反應器進一步包括：進料漏斗；以及進料螺旋，所述進料螺旋分別與所述進料漏斗和所述粉煤入口相連。在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種采用上述實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器處理粉煤的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：將粉煤輸送至熱解爐體內(nèi)，并在熱解腔室內(nèi)進行熱解，以便得到半焦；使所述半焦在重力作用下落入氣化爐體，并在氣化腔室內(nèi)氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，以便得到合成氣；使所述合成氣由所述氣化腔室進入所述熱解腔室為所述熱解提供熱量后排出。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的處理粉煤的方法通過將待熱解粉煤供給至熱解爐體的熱解腔室內(nèi)進行熱解，得到半焦，使半焦在重力作用下落入氣化爐體的氣化腔室內(nèi)，并在氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，得到合成氣；進而合成氣可以直接返回熱解腔室中，利用合成氣的顯熱為粉煤的熱解提供熱量，之后由熱解爐體上的合成氣出口排出，收集儲存。由此，該方法通過將粉煤熱解得到的半焦直接轉化為合成氣，并充分利用合成氣的顯熱進行粉煤熱解，從而顯著提高了熱利用率，并得到合成氣產(chǎn)品，解決半焦難以利用的問題。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的處理粉煤的方法還可以具有如下附加的技術特征：在本發(fā)明的一些實施例中，所述粉煤的平均粒徑不大于10mm。由此，可以進一步提高熱解的效率。在本發(fā)明的一些實施例中，所述熱解的溫度為550～900℃，。由此，可以進一步提高熱解的效率。在本發(fā)明的一些實施例中，所述合成氣的溫度為500～900℃。由此，可以利用所述合成氣的顯熱充分為熱解提供熱量，從而進一步降低工藝的能耗。在本發(fā)明的一些實施例中，所述氣化反應的溫度為1100～1400℃。由此，可以進一步提高氣化反應的效率。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。附圖說明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器結構示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器結構示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的處理粉煤的方法流程示意圖。具體實施方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“相連”、“連通”等應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種粉煤熱解氣化一體化反應器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，參考圖1～2，該煤熱解氣化一體化反應器包括：熱解爐體100和氣化爐體200。其中，熱解爐體100內(nèi)限定有熱解腔室110，熱解腔室110內(nèi)設置有多個輻射管120，熱解爐體100的頂端具有粉煤入口101、熱解爐體200的底端具有半焦出口102，熱解爐體100上具有合成氣出口103，熱解爐體100的側壁具有連通輻射管120的燃料入口104和煙氣出口105；氣化爐體200內(nèi)限定有氣化腔室210，氣化爐體200上具有氣化劑入口201，氣化爐體200的頂端具有半焦入口202，氣化爐體200的底端具有灰渣出口203，氣化爐體200位于熱解爐體100的下方，且半焦入口202與半焦出口102相連。下面參考圖1～2對根據(jù)本發(fā)明實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器進行詳細描述：根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解爐體100內(nèi)限定有熱解腔室110，熱解腔室110內(nèi)設置有多個輻射管120，熱解爐體100的頂端具有粉煤入口101、熱解爐體200的底端具有半焦出口102，熱解爐體100上具有合成氣出口103，熱解爐體100的側壁具有連通輻射管120的燃料入口104和煙氣出口105，熱解爐體100適于將待熱解粉煤在熱解腔室110中進行熱解，以便得到半焦。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解爐體的寬度可以為2～6m，高度可以為9～60m。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解既可以通過后續(xù)半焦氣化得到的高溫合成氣提供熱量，也可以通過輻射管120提供熱量。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，多個輻射管120可以在熱解腔室110內(nèi)的縱向方向上呈多層布置，且相鄰兩層之間層間距可以為230～770mm，每層內(nèi)相鄰兩個輻射管的間距可以為220～730mm。由此，可以進一步提高熱解腔室110內(nèi)熱量分布的均勻度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，粉煤的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，粉煤的平均粒徑可以為不大于10mm，由此，可以進一步提高熱解效率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解的溫度并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱解的溫度可以為550～900℃，，由此，可以進一步提高熱解效率。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，上述輻射管可以為dn200～390規(guī)格的圓形管，由此，可以進一步提高熱解腔室內(nèi)熱量分布的均勻度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，氣化爐體200內(nèi)限定有氣化腔室210，氣化爐體200上具有氣化劑入口201，氣化爐體200的頂端具有半焦入口202，氣化爐體200的底端具有灰渣出口203，氣化爐體200位于熱解爐體100的下方，且半焦入口202與半焦出口102相連，氣化爐體200適于將半焦在氣化腔室210內(nèi)進行氣化反應，以便得到合成氣。具體地，熱解腔室110內(nèi)粉煤熱解得到的半焦可以在重力作用下落入氣化爐體200的氣化腔室210內(nèi)，而半焦氣化得到的高溫合成氣可以直接返回熱解腔室110內(nèi)，并利用其顯熱為粉煤熱解提供熱量，從而可以顯著降低輻射管的能耗，并減少污染氣體的排放，后續(xù)合成氣可以從熱解爐體100上的合成氣出口103排出，并進行收集儲存。根據(jù)本發(fā)明的實施例，氣化爐體200的寬度可以為2～6m，氣化爐體200的高度可以為20～55m。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱解爐體100與氣化爐體200的縱向中心軸重合。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，半焦入口202可以位于半焦出口102的正下方，由此，可以進一步有效地使熱解腔室110中得到的半焦直接落入氣化腔室210中。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，氣化劑入口201設置在氣化爐體200的下部，合成氣出口103設置在熱解爐體100的上部，由此，可以進一步提高氣化腔室210和熱解腔室110中的傳熱傳質效率，提高熱利用率。需要說明的是，術語“下部”是指氣化爐體中部的下方。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，氣化反應的溫度可以為1100～1400℃。由此，可以進一步提高氣化反應的效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，合成氣的溫度為500～900℃。由此，可以有效利用合成氣的顯熱充分為熱解提供熱量，從而進一步降低工藝的能耗。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，氣化劑可以包括選擇氧氣、空氣、二氧化碳和水蒸氣中的一種或多種，由此，可以進一步提高合成氣的產(chǎn)率。參考圖2，上述粉煤熱解氣化一體化反應器還可以進一步包括：進料漏斗300和進料螺旋400。根據(jù)本發(fā)明的實施例，進料螺旋400分別與進料漏斗300和粉煤入口101相連，由此，可以將待熱解粉煤加入至進料漏斗300中，并通過進料螺旋400供給至熱解爐體100內(nèi)，從而進一步提高生產(chǎn)效率。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器通過將待熱解粉煤供給至熱解爐體的熱解腔室內(nèi)進行熱解，得到半焦，使半焦在重力作用下落入氣化爐體的氣化腔室內(nèi)，并在氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，得到合成氣；進而合成氣可以直接返回熱解腔室中，利用合成氣的顯熱為粉煤的熱解提供熱量，從而可以顯著降低輻射管的能耗和污染氣體排放，之后由熱解爐體上的合成氣出口排出，進行收集儲存。由此，采用該粉煤熱解氣化一體化反應器通過將粉煤熱解得到的半焦直接轉化為合成氣，并充分利用合成氣的顯熱進行粉煤熱解，從而顯著提高了熱利用率，并得到合成氣產(chǎn)品，解決半焦難以利用的問題。在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種采用上述實施例的粉煤熱解氣化一體化反應器處理粉煤的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：將粉煤輸送至熱解爐體內(nèi)，并在熱解腔室內(nèi)進行熱解，以便得到半焦；使半焦在重力作用下落入氣化爐體，并在氣化腔室內(nèi)氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，以便得到合成氣；使合成氣由氣化腔室進入熱解腔室為熱解提供熱量后排出。下面參考圖3對根據(jù)本發(fā)明實施例的處理粉煤的方法進行詳細描述。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：s100：熱解該步驟中，將粉煤輸送至熱解爐體內(nèi)，并在熱解腔室內(nèi)進行熱解，以便得到半焦。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解爐體的寬度可以為2～6m，高度可以為9～60m。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解既可以通過后續(xù)半焦氣化得到的高溫合成氣提供熱量，也可以通過輻射管提供熱量。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，多個輻射管可以在熱解腔室內(nèi)的縱向方向上呈多層布置，且相鄰兩層之間層間距可以為230～770mm，每層內(nèi)相鄰兩個輻射管的間距可以為220～730mm。由此，可以進一步提高熱解腔室內(nèi)熱量分布的均勻度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，粉煤的粒徑并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，粉煤的平均粒徑可以為不大于10mm，由此，可以進一步提高熱解效率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，熱解的溫度并不受特別限制，本領域技術人員可以根據(jù)實際需要進行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱解的溫度可以為550～900℃，由此，可以進一步提高熱解效率。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，上述輻射管可以為dn200～390規(guī)格的圓形管，由此，可以進一步提高熱解腔室內(nèi)熱量分布的均勻度。s200：氣化該步驟中，使半焦在重力作用下落入氣化爐體，并在氣化腔室內(nèi)氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，以便得到合成氣。根據(jù)本發(fā)明的實施例，氣化爐體的寬度可以為2～6m，氣化爐體的高度可以為20～55m。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，熱解爐體與氣化爐體的縱向中心軸重合。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，半焦入口可以位于半焦出口的正下方，由此，可以進一步有效地使熱解腔室中得到的半焦直接落入氣化腔室中。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，氣化劑入口設置在氣化爐體的下部，合成氣出口設置在熱解爐體的上部，由此，可以進一步提高氣化腔室和熱解腔室中的傳熱傳質效率，提高熱利用率。需要說明的是，術語“下部”是指氣化爐體中部的下方。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，氣化反應的溫度可以為1100～1400℃。由此，可以進一步提高氣化反應的效率。根據(jù)本發(fā)明的具體實施例，合成氣的溫度為500～900℃。由此，可以有效利用合成氣的顯熱充分為熱解提供熱量，從而進一步降低工藝的能耗。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，氣化劑可以包括選擇氧氣、空氣、二氧化碳和水蒸氣中的一種或多種，由此，可以進一步提高合成氣的產(chǎn)率。s300：收集合成氣根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過使合成氣由氣化腔室進入熱解腔室為熱解提供熱量后排出，可以顯著降低輻射管的能耗，并減少污染氣體的排放。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的處理粉煤的方法通過將待熱解粉煤供給至熱解爐體的熱解腔室內(nèi)進行熱解，得到半焦，使半焦在重力作用下落入氣化爐體的氣化腔室內(nèi)，并在氣化劑的作用下發(fā)生氣化反應，得到合成氣；進而合成氣可以直接返回熱解腔室中，利用合成氣的顯熱為粉煤的熱解提供熱量，從而可以顯著降低輻射管的能耗和污染氣體排放，之后由熱解爐體上的合成氣出口排出，進行收集儲存。由此，該方法通過將粉煤熱解得到的半焦直接轉化為合成氣，并充分利用合成氣的顯熱進行粉煤熱解，從而顯著提高了熱利用率，并得到合成氣產(chǎn)品，解決半焦難以利用的問題。下面參考具體實施例，對本發(fā)明進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。實施例將粉碎至平均粒徑小于10mm的內(nèi)蒙褐煤在進料漏斗中經(jīng)進料螺旋送入熱解腔室，熱解腔室通過來自氣化腔室的合成氣加熱，溫度控制在900℃，熱量不足時由熱解腔室中的蓄熱式輻射管補充熱量，同時通過燃氣調(diào)節(jié)閥控制管壁溫度，物料在反應器中自上而下停留0.1秒～10分鐘，并加熱到900℃，完成熱解過程，熱解產(chǎn)生的半焦經(jīng)半焦出口落入氣化腔室中，氣化劑通過氣化劑入口輸送至氣化腔室中，氣化劑可以是氧氣、空氣、二氧化碳、水蒸氣等，氣化反應的溫度為1200℃，半焦在氣化劑的作用下氣化生成合成氣，合成氣返回熱解腔室作為加熱源，氣化產(chǎn)生的高溫灰渣通過灰渣出口排出氣化腔室。其中，待處理褐煤的工業(yè)分析如表1所示，合成氣的組成如表2所示。表1待處理褐煤工業(yè)分析/wt％madvadaadfcad13.2932.2115.8238.68表2合成氣組成/v％ch4h2coco2其他7.842.139.510.025.98在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。當前第1頁12