专利名称：煤热解气化高值利用的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于煤的高值化综合利用以及能源提质和高效、高洁能源技术领域，涉及
一种适用于宽粒径煤的热解气化高值利用的方法及其装置。
背景技术：
我国石油和天然气资源贫乏，但煤炭资源相对丰富。在我国一次能源消费结构中， 煤炭消费约占总能源消费结构的68. 7% 。现有煤炭的利用方法主要是燃烧、气化、液化和热 解，其中燃烧是煤炭的主要利用方式，其耗煤量约占总用煤量的80%。煤炭含有大量的C、 H化学结构资源，直接燃烧一方面利用效率低、污染严重，另一方面，将煤中富含芳烃结构的 资源付之一炬，造成煤炭高价值资源浪费。随着我国经济发展和环保意识的增加，将煤转化 为高价值的气态、液态和固态产品以替代天然气和石油的C、H资源已成为我国现阶段煤炭 利用的发展方向。 煤的气化是将煤在气化剂的作用下断裂生成为C0、 H2和Q-Q碳氢化合物等小分 子化合物或替代天然气的燃气，可以同时实现煤的能源与资源价值，是发展煤基化学品、煤 基液体燃料、煤气化联合循环发电(IGCC)、多联产等过程工业的基础，也是洁净煤技术领域 的关键性共性技术。长期以来，美国的德士古公司、荷兰的壳牌公司以及德国的鲁奇公司等 几乎垄断了全球煤气化产业。目前所使用的气化技术从反应器出发，可以分为固定床、旋转 炉、流化床和气流床。对于中小型气化技术，主要采用固定床、旋转炉和鼓泡流化床，而大型 煤气化技术则主要采用循环流化床和气流床。但是，目前使用的煤气化技术均是直接将煤 气化转化为合成气或燃气，其气化产物很难再重新形成芳环结构的液体油，导致浪费煤中 富含的高价值芳环结构。 煤的高值化综合利用是结合煤的化学结构资源特点而提出的煤的利用途径，主要 是通过联合煤热解、燃烧或气化工艺，一方面提取煤中的芳环结构，另一方面燃烧获取能量 或气化制取燃气或合成气。在中国科学院过程工程研究所提出的"循环流态化碳氢固体燃 料的四联产装置"(CN2474535Y)中，将粉煤与循环流化床锅炉的热灰混合后送入快速下行 床中进行热解，热解后分离得到的半焦与循环热灰进入循环流化床锅炉燃烧，而分离得到 的热解气体产物则进行冷凝收集热解油，但该工艺只能处理O. 03-0. 3mm的物料。浙江大学 提出的"循环流化床热电气焦油多联产装置及其方法"(CN 1978591A)通过联合一流化床干 馏炉和循环流化床燃烧炉，利用循环流化床的循环热灰实现煤的热解，生成热解油、热解气 和半焦，生成的半焦被输送到循环流化床燃烧炉中进行燃烧加热水并发电，尽管该方法能 够通过热解的方式提取热解油，但大量半焦被燃烧，不能充分利用煤中的C、H结构资源。山 东大学提出的"循环流化床锅炉高温灰热解煤制油装置"(CN 200996006Y)通过在旋风分离 器下方设置螺旋取灰器，将部分高温循环灰送入到热解反应器中与煤粉混合将其热解，热 解产生的半焦和循环灰混合物再由热解反应器下方的螺旋输送器输送到循环流化床锅炉 中燃烧，该技术通过在热解反应器中设置挡板实现煤灰与煤粉的混合，难以保证煤灰与煤 粉的均匀混合，而且用于取灰的螺旋必须能够耐受高温，致使该技术放大及长期运行较为困难。 总之，现有煤的高值化综合利用技术主要是将煤的热解与燃烧结合，而且多数针 对煤粉，煤的处理消耗较高。在原煤的生产和分级制备粒煤过程会产生大量25mm以下宽粒 径分布的碎煤，这些煤多数被用于锅炉燃烧，难以得到高值、高效利用。因此，开发适合于宽 粒径分布煤，且同时实现煤热解气化的新型煤转化工艺不仅可实现高效利用煤的C、 H化学 结构资源，也可大大提高我国的煤炭利用率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高值利用宽粒径煤的热解气化方法。 本发明的另一个目的在于，提供实现上述热解气化方法的装置。 本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。 一方面，本发明提供了一种煤热解
气化高值利用的方法，将煤的热解和气化过程分离，在煤气化之前先进行部分或全部热解，
该方法包括以下步骤(a)将煤在300-110(TC的温度下进行无氧或贫氧热解，生成的混合
物经分离后得到热解气体产物(包括热解气和热解油(热解温度低于80(TC时会产生))和
半焦；(b)将煤和/或步骤(a)生成的半焦在500-120(TC的温度下通入气化剂进行气化，生
成的混合物经分离后得到气化生成气、热灰和/或未完全气化的半焦。 在此所使用的术语"半焦"，是指煤热解后剩余的固体产物，色黑多孔，主要成分是
碳、灰分和挥发分。 优选地，其中所述步骤(b)所得到的气化生成气、热灰和/或未完全气化的半焦可 用于步骤(a)的热解过程。 优选地，其中所述步骤(b)中所使用的气化剂选自空气、氧气、水蒸汽、含氧的二 氧化碳和甲烷中的一种或几种。 优选地，该方法还包括分离步骤(a)所得到的热解气体产物，得到热解气和热解
油(热解温度低于80(TC时会产生)。 优选地，其中所述煤的粒径为25mm以下。 另一方面，本发明提供了一种用于实施上述方法的稀相输送床与密相流化床为上 下耦合的装置，其包括用于对煤实施热解的稀相输送床3和用于对煤和/或半焦实施气化 的密相流化床2，其中稀相输送床3的下部与密相流化床2的顶部相连；优选地，该装置还 包括与所述稀相输送床3上部出口相连的分离设备4，其用于分离稀相输送床3中生成的热 解气体产物和密相流化床2中生成的气化生成气的混合气与密相流化床2中未完全气化的 半焦；更优选地，该装置还包括与所述分离设备4的上部气体出口相连的分离设备6，用于 进一步分离从所述分离设备4中分离得到的热解气体产物和气化生成气的混合气中的热 解油；以及与所述分离设备4的下部出口相连接的返料阀7，用于回收和输送从所述分离设 备4中分离得到的未完全气化的半焦，其通过溢流管8与密相流化床2相连。
优选地，所述稀相输送床3的横截面积小于密相流化床2的横截面积。
优选地，该装置还包括进料设备1 ，与密相流化床2或稀相输送床3相连。
优选地，在稀相输送床3的中部/下部设置有二次供风口 22，用于送入含氧气体。
优选地，该装置还包括与密相流化床下部相连的用于进一步燃尽灰渣的灰渣燃尽 流化床11及固态排渣设备19，或还包括用于液态排渣的液态排渣设备20。
又一方面，本发明还提供了另一种用于实施上述方法的稀相输送床与密相流化床 为左右耦合的装置，其包括用于对煤实施热解的密相流化床2和用于对煤和/或半焦实施 气化的稀相输送床3，其中密相流化床2通过溢流管16与稀相输送床3相连；优选地，该装 置还包括与所述密相流化床2上部出口相连的分离设备6，用于分离密相流化床2中生成的 热解气体产物中的热解油(热解温度低于80(TC时会产生)；更优选地，该装置还包括与所 述稀相输送床3上部出口相连的分离设备4，用于分离稀相输送床3生成的气化生成气、热 灰和/或未完全气化的半焦；以及与所述分离设备4的下部出口相连接的分配阀13，用于 回收并分配从分离设备4中分离得到的热灰和/或未完全气化的半焦，其通过溢流管14和 16分别与所述密相流化床2和稀相输送床3相连。 优选地，该装置还包括进料设备1和17，分别与密相流化床2和稀相输送床3相 连。 本发明可使用以下技术方案实现。本发明提供的一种稀相输送床与密相流化床为 上下耦合的煤热解气化工艺包括如下步骤 (a)宽粒径分布的煤(0-25mm)被送入稀相输送床与密相流化床上下耦合的反应 器中，较大颗粒的煤(3-25mm)在重力的作用下落入密相流化床中与密相流化床下部风室 送入的气化剂接触，在500-120(TC的温度范围内气化； (b)较小的颗粒煤(0-3mm)在高温气化生成气(和从二次供气口送入的补充气 体)的携带下沿稀相输送床向上流动，并在300-110(TC的温度范围内，在无氧/贫氧的条件 下热解； (c)从稀相输送床上部出来的气固混合物经过旋风分离器进行气固分离，分离得 到的半焦依次进入旋风分离器下部的下行立管与返料阀中，再被送入到密相流化床中进行 气化； (d)在旋风分离器中分离得到的气体进入热解油分离器中收集热解油(热解温度
低于80(TC时会产生)，而分离得到的由热解气和气化生成气组成的生成气可以被用于工
业生产或民用。 任选地，还包括 (e)较大颗粒在密相流化床中气化过程采用固态排渣或液态排渣方法排出系统。
优选地，采用固态排渣时灰渣可进入密相流化床下部的灰渣燃尽流化床进一步燃 尽后排出系统。 优选地，密相流化床下部风室送入的气化剂选自空气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧 化碳和甲烷中的一种或几种。 任选地，从二次供风口送入的补充气体选自空气、氧气、水蒸汽中的一种或几种。
本发明提供的实现稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热解气化工艺的系 统包括进料系统1、密相流化床2、稀相输送床3、分离设备(旋风分离器4和热解油分离器 6)、下行立管5、返料阀7，灰渣燃尽流化床11以及固态排渣设备19，其连接方式为进料系 统1与稀相输送床3下部或密相流化床2上部相连，稀相输送床3下部与密相流化床2顶 部联通，稀相输送床3上部出口与旋风分离器4相连，旋风分离器4的下部出口通过下行立 管5与返料阀7顶部相连，旋风分离器4的上部气体出口与热解油分离器6连接，返料阀7 的溢流管8与密相流化床2相连。
优选地，所述稀相输送床3的横截面积小于密相流化床2的横截面积。 任选地，当采用进一步燃尽的固态排渣方式时，所述的灰渣燃尽流化床11上方与
密相流化床2底部连接，固态排渣设备19位于灰渣燃尽流化床11和返料阀7下部；当采用
液态排渣方式时，所述的液态排渣系统20顶部与密相流化床2下方相连。 本发明提供的稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热解气化工艺是如下实
现的 (a)所述的0-25mm的宽粒径分布的煤通过进料系统1从稀相输送床3下部或密相 流化床2上部送入； (b)粒径为3-25mm的大粒径煤向下进入稀相输送床3下部的密相流化床2中，在 密相流化床2的风室10中送入的气化剂的作用下气化，生成的气化生成气向上进入稀相气 流床3中，而产生的灰渣则从密相流化床2底部排出； (c)粒径为0-3mm的小粒径煤在气化生成气(和从二次供风口送入的补充气体) 的携带下沿稀相输送床3向上流动，并在高温气化生成气(和从二次供风口送入的补充气 体)的作用下进行无氧/贫氧热解生成半焦和热解气体产物(包括热解气和热解油(热解 温度低于80(TC时会产生))； (d)从稀相气流床3顶部排出的气固混合物进入旋风分离器4中，分离得到的半焦 从旋风分离器4下部的出口沿下行立管5进入返料阀7中，再从返料阀7的溢流管8进入 到密相流化床2中进行气化； (e)在旋风分离器4中分离得到的热解气体产物与气化生成气的混合气进入低温 时产生的热解油分离器6中进行气液分离，分离为热解油(热解温度低于80(TC时会产生会 产生)和由热解气和气化生成气组成的生成气。 任选地，密相流化床2的灰渣从流化床底部直接排除，其排渣方式可采用液态排 渣或固态排渣。 任选地，密相流化床2中的灰渣呈液态进入液态排渣系统20中后再排出，或进入 灰渣燃尽流化床11中进一步燃尽后进入固态排渣设备19中再排出。 本发明提供的另一种稀相输送床与密相流化床为左右耦合的煤热解气化工艺包 括如下步骤 (a)宽粒径分布的煤(0-25mm)被送入到密相流化床中，与从分配阀进入密相流化 床的热灰和/或未完全气化的半焦接触在300-1 IO(TC温度范围内热解；
(b)煤在密相流化床中进行无氧/贫氧热解生成的热解气体产物从密相流化床上 部的气体出口排出，进入热解油分离器中进行气液分离得到热解油(热解温度低于800°C 时会产生)和热解气； (c)密相流化床中热解生成的半焦与热灰和/或未完全气化的半焦通过密相 流化床的溢流管进入稀相输送床底部，与从稀相输送床的风室中送入的气化剂反应，在 500-120(TC的温度范围内气化； (d)稀相输送床中产生的气固混合物进入与稀相输送床上部连接的旋风分离器中 进行气固分离，分离得到的高温热灰和/或未完全气化的半焦从旋风分离器下部进入分配 阀中，而分离得到的气化生成气可用于工业生产或民用； (e)进入分配阀的高温热灰和/或未完全气化的半焦一部分被送入到密相流化床
7中用于热解煤，另一部分被直接返回到稀相输送床中循环使用。 优选地，稀相气流床的风室送入的气化剂为空气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧化碳 和甲烷中的一种或几种气体。 优选地，送入密相流化床风室的气体为空气、氧气、水蒸汽中的一种或几种气体。
本发明提供的实现稀相输送床与密相流化床为左右耦合的煤热解气化工艺的系 统包括进料系统(第一进料系统1和第二进料系统17)、稀相输送床3、密相流化床2、分 离设备(旋风分离器4和热解油分离器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以及分配阀13，其连接方式为第一进料系统1与密相流化 床2连接，密相流化床2通过密相流化床溢流管16与稀相输送床3下部连接，密相流化床 2上部的气体出口与热解油分离器6连接；稀相输送床3上部与旋风分离器4连接，旋风分 离器4的下部出口通过下行立管5与分配阀13顶部连接，分配阀的第一溢流管14与密相 流化床2顶部连通，而分配阀13的第二溢流管15与稀相输送床3的中部连通；第二进料系 统17与稀相输送床3的下部连接。 本发明提供的稀相输送床与密相流化床为左右耦合的煤热解气化工艺是如下实 现的 (a)所述的0-25mm的宽粒径分布的煤通过第一进料系统1送入密相流化床2中， 与从分配阀13的第一溢流管14进入密相流化床2中的热灰和/或未完全气化的半焦混 合. (b)在密相流化床2中生成的热解气体产物从密相流化床2上部排出，进入热解油 分离器6中分离热解油(热解温度低于80(TC时会产生)和热解气； (c)在密相流化床2中热解生成的半焦和循环的热灰和/或未完全气化的半焦的 混合物从密相流化床溢流管16进入稀相输送床3的下部，与从稀相输送床3的风室12送 入的气化剂作用下气化； (d)在稀相输送床3中生成的气固混合物进入旋风分离器4中，分离得到的固体产 物(热灰和/或未完全气化的半焦)从旋风分离器4下部的出口沿下行立管5进入分配阀 13中，得到的气化生成气从旋风分离器4上部排出； (e)进入分配阀13的热灰一部分从第一溢流管14进入密相流化床2，另一部分从 第二溢流管15直接返回稀相输送床3中。 优选地，作为补充燃料的煤从第二进料系统17中送入到稀相输送床3中气化。
综上所述，本发明是将稀相输送床与密相流化床耦合的煤热解气化工艺，可以处 理粒度分布在0-25mm的煤，在生成由热解气和气化生成气组成的生成气/热解气/气化生 成气的同时生产高价值的热解油(〈80(TC的低温下热解油的收率高)。当采用密相流化 床和稀相输送床为上下耦合的工艺时，可以根据不同粒度煤的流动特性将煤粒分级，大颗 粒煤在密相流化床中气化，而小颗粒煤在稀相输送床中热解，实现不同停留时间下的不同 反应过程。当采用稀相输送床与密相流化床为左右耦合的工艺时，热解后的宽粒度分布半 焦进入稀相输送床中气化，较大的半焦颗粒可以在"实施气化的稀相输送床-旋风分离器 一分配阀_实施热解的密相流化床_实施气化的稀相输送床"的循环系统中循环，从而完全 气化。因此，采用本发明提供的稀相输送床与密相流化床耦合的煤热解气化工艺通过分析 不同颗粒煤的反应时间、流动特性，重新分配煤的热解、气化过程，能够实现煤的热解、气化联合，实现对宽粒径分布煤的高值化利用。 本发明所述的将密相流化床和稀相输送床耦合的煤热解气化方法是一种对煤进 行高值化综合利用的方法，具有如下优点 首先，本发明将煤的气化和热解过程分离，能够在煤气化之前有效提取煤中富含 的芳环、含氧有机结构等高价值有机结构，实现煤的低温时产生的热解油和由热解气和气 化生成气组成的生成气/热解气/气化生成气的联产； 其次，本发明能够处理0-25mm宽粒径分布的煤，并依据不同的粒度分布选择不同 的稀相输送床与密相流化床的耦合方式 (1)对于小粒径煤比例较高的宽粒径分布的煤优先选用稀相输送床与密相流化床 为上下耦合的工艺，通过利用不同粒度煤的流动特性实现煤的自然分级，从而使大粒径煤 气化，而小粒径煤快速热解； (2)对于大粒径煤比例较高的宽粒径分布的煤可以采用稀相输送床与密相流化床 为左右耦合的工艺，通过实施固体热载体的加热方式实现固体颗粒在气化_热解系统中的 接触混合传热以及多次循环，提高传热速率并实现完全气化。 第三，本发明的煤种适应性强，可以根据不同种类煤的热解、气化特性灵活调节热 解、气化过程的温度、停留时间等 (1)对于稀相输送床与密相流化床为上下耦合的工艺，可以通过调节密相流化床 中的气化温度以及气体量调节稀相输送床中小粒径煤的热解温度及其停留时间，可以针对 不同的煤种进行调节； (2)对于稀相输送床与密相流化床为左右耦合的工艺，可以通过调节从分配阀中 进入密相流化床中的热灰的量调节热解温度，通过改变煤在密相流化床中的停留时间调节 煤的热解时间，实现对热解过程的灵活调节，增强其对煤种的适应性。 由此可见，本发明通过实施不同的密相流化床和稀相输送床的耦合方式，将煤的 热解和气化分别进行，可以实现对宽粒径分布的煤的热解和气化，提取煤中的高价值的芳 烃结构、含氧有机结构等，提高煤的利用价值。本发明所述的两种密相流化床和稀相输送床 耦合的煤热解气化工艺系统简单，便于操作，控制灵活，是一种适合于利用25mm以下宽粒 径分布的煤同时制备热解油(< 80(TC时油收率高)、由热解气和气化生成气组成的生成气 /热解气/气化生成气的高效、高值化利用技术，在低温(如70(TC下)其热解油产率大于 4%，气体产物(由热解气和气化生成气组成的生成气/热解气/气化生成气)的热值高于 1500Kcal/Nm 具有宽广的市场前景和较强的应用推广性。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图1为本发明实施例1所使用的稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热解气 化装置。 图2为本发明实施例2所使用的稀相输送床与密相流化床为左右耦合的煤热解气 化装置。 图3为本发明实施例4所使用的进一步燃尽灰渣的稀相输送床与密相流化床为上 下耦合的煤热解气化装置。
图4为本发明实施例4所使用的液态排渣的稀相输送床与密相流化床为上下耦合 的煤热解气化装置。图5为本发明实施例5所使用的稀相输送床与密相流化床为上下耦合，稀相输送床具有」二次供风口的煤热解气化装置。下表将附图标记与其所对应的部件说明如下1/17 :进料系统2 :密相流化床3 :稀相输送床4/6 :分离设备5 :下行立管7 :返料阀8/14/15/16 :溢流管9/10/12/18/21 :风室11 :灰渣燃尽流化床13 :分配阀19/20 :排渣设备22 :二次供风口
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1 本实施例的稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热解气化工艺系统如图1 所示，包括进料系统1、密相流化床2、稀相输送床3、分离设备(旋风分离器4和热解油分 离器6)、返料阀7以及下行立管5。 在该工艺流程中，原煤通过第一进料系统1从稀相输送床3下部送入，原煤中粒径 为3-25mm的大粒径煤向下进入位于稀相输送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床风 室10中送入的空气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一种或几种气体的作用下 发生部分燃烧气化，依靠部分煤燃烧产生的热量在500-120(TC范围内气化，气化过程得到 的气化生成气向上进入稀相输送床3中，而产生的灰渣则从密相流化床2底部排出；原煤中 粒径为0-3mm的小粒径煤在下部密相流化床2中产生的高温气化生成气的携带下沿稀相输 送床3向上流动，并在高温气化生成气的加热下在300-1 IO(TC温度范围内热解；稀相输送 床3中的气固混合物随后进入旋风分离器4中进行气固分离，分离得到的半焦从旋风分离 器4下方通过下行立管5进入返料阀7中，半焦在返料阀风室9中送入的流化风的作用下 从返料阀溢流管8进入到密相流化床2中进行气化。从旋风分离器4中分离得到的热解气 体产物(包括热解气和热解油(热解温度低于80(TC时会产生))与气化生成气的混合气进 入低温时产生的热解油分离器6中进行气液分离，分别得到低温时产生的热解油和富含甲 烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳等的由热解气和气化生成气组成的生成气。低温时产生的热 解油可以被用于加工富含芳环的化学品，而由热解气和气化生成气组成的生成气可以被用 于工业生产和民用。
实施例2 本实施例的稀相输送床与密相流化床为左右耦合的煤热解气化工艺系统如图2 所示，包括进料系统(第一进料系统1和第二进料系统17)、密相流化床2、稀相输送床3、 分离设备(旋风分离器4和低温时产生的热解油分离器6)、分配阀13以及下行立管5。
在该工艺流程中，原煤通过第一进料系统1被送入到密相流化床2中，与从返料阀 第一溢流管14进入密相流化床2的热灰和/或未完全气化的半焦混合流化并被加热，在300-110(TC温度范围内热解，热解生成的热解气体产物(包括热解气和热解油(热解温度 低于800°C时会产生))从密相流化床2上部进入热解油分离器6中分离成热解油和具有较 高热值的热解气，低温时产生的热解油可以被用于加工富含芳环的化学品，而热解气可以 被用于工业生产和民用。 原煤在密相流化床2中热解生成的半焦与循环的热灰和/未完全气化的半焦的混 合物从密相流化床溢流管16进入稀相输送床3的下部，在稀相输送床风室12中送入的空 气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一种或几种气体的作用下在500-120(TC温度 范围内气化，生成的气固混合物从稀相输送床3上部进入旋风分离器4中，分离得到的热灰 和/或未完全气化的半焦从旋风分离器4下部的出口沿下行立管5进入分配阀13中，分离 得到的气化生成气从旋风分离器4上部排出，可以被民用或用于工业生产。
进入分配阀13的热灰和/或未完全反应的半焦一部分从分配阀第一溢流管14进 入密相流化床2中，另一部分从分配阀第二溢流管15直接返回稀相输送床中。
实施例3 本实施例的使用进一步燃尽灰渣的稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热 解气化工艺系统如图3所示，包括进料系统1、密相流化床2、稀相输送床3、分离设备(旋 风分离器4和热解油分离器6)、返料阀7、下行立管5、灰渣燃尽流化床11和固态排渣设备 20。 在该工艺流程中，原煤通过第一进料系统1从稀相输送床3下部送入，原煤中粒径 为3-25mm的大粒径煤向下进入位于稀相输送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床风 室10中送入的空气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一种或几种气体的作用下 发生部分燃烧气化，依靠部分煤燃烧产生的热量在500-120(TC范围内气化，气化过程得到 的高温气化生成气向上进入稀相输送床3中，而产生的灰渣则从密相流化床2底部排出进 入位于密相流化床2下部的灰渣燃尽流化床11中，与从灰渣燃尽流化床风室18中送入的 空气接触燃烧，燃烧后的灰渣从灰渣燃尽流化床11下部进入固态排渣设备19中；原煤中粒 径为0-3mm的小粒径煤在密相流化床2中煤气化生成的高温气化生成气的携带下沿稀相输 送床3向上流动，并在高温气化生成气的加热下在300-110(TC温度范围内热解；稀相输送 床3中的气固混合物随后进入旋风分离器4中进行气固分离，分离得到的半焦从旋风分离 器4下方通过下行立管5进入返料阀7中，半焦在返料阀风室9中送入的流化风的作用下 从返料阀溢流管8进入到密相流化床2中进行气化，返料阀7中产生的部分灰渣则从返料 阀7下部排出。从旋风分离器4中分离得到的热解气体产物与气化生成气的混合气进入热 解油分离器6中进行气液分离，分别得到热解油(热解温度低于80(TC时会产生)和富含甲 烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳等的由热解气和气化生成气组成的生成气。低温时产生的热 解油可以被用于加工富含芳环的化学品，而由热解气和气化生成气组成的生成气可以被用 于工业生产和民用。
实施例4 本实施例所使用的液态排渣的稀相输送床与密相流化床为上下耦合的煤热解气 化工艺系统如图4所示，包括进料系统1、密相流化床2、稀相输送床3、分离设备(旋风分 离器4和热解油分离器6)、返料阀7、下行立管5和液态灰渣处理系统20。
在该工艺流程中，原煤通过第一进料系统1从稀相输送床3下部送入，原煤中粒径为3-25mm的大粒径煤向下进入位于稀相输送床3下方的密相流化床2中，在密相流化床风 室10中送入的空气、氧气、水蒸汽、含氧的二氧化碳和甲烷中的一种或几种气体的作用下 发生部分燃烧气化，依靠部分煤燃烧产生的热量在500-120(TC范围内气化，气化过程得到 的高温气化生成气向上进入稀相输送床3中，而产生的灰渣在密相流化床2底部与从位于 密相流化床风室10下方的风室21中送入的氧气或空气接触进一步燃尽并形成液态灰渣， 随后从密相流化床2底部排出进入位于流化床2下部的液态灰渣收集系统20中；原煤中粒 径为0-3mm的小粒径煤在气化过程生成的高温气化生成气的携带下沿稀相输送床3向上流 动，并在下部密相流化床2中产生的高温气化生成气的加热下在300-110(TC温度范围内热 解；稀相输送床3中的气固混合物随后进入旋风分离器4中进行气固分离，分离得到的半焦 从旋风分离器4下方通过下行立管5进入返料阀7中，半焦在返料阀风室9中送入的流化风 的作用下从返料阀溢流管8进入到密相流化床2中进行气化，返料阀7中产生的部分灰渣 从返料阀7下方排出。从旋风分离器4中分离得到的热解气体产物(包括热解气和热解油 (热解温度低于800°C时会产生))和气化生成气的混合气进入低温时产生的热解油分离器 6中进行气液分离，分别得到低温时产生的热解油和富含甲烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳等 的由热解气和气化生成气组成的生成气。低温时产生的热解油可以被用于加工富含芳环的 化学品，而由热解气和气化生成气组成的生成气可以被用于工业生产和民用。
实施例5 本实施例所使用的工艺和设备与实施例1基本相同，不同的是在本实施例的稀相 输送床3中部增加了一个二次供风口 22，用于送入空气、氧气、水蒸汽的一种或几种气体。 本实施例具体的煤热解气化工艺系统如图5所示。 在该工艺流程中，原煤中粒径为0-3mm的小粒径煤在下部密相流化床2中产生的 高温气化生成气的携带下沿稀相输送床3向上流动，并在高温气化生成气和从二次供风口 22送入的空气、氧气、水蒸汽的一种或几种气体的作用下在300-110(TC温度范围内贫氧热解。
权利要求
一种煤热解气化的方法，其特征在于，所述方法将煤的热解和气化过程分离，在煤气化之前先进行部分或全部热解，该方法包括以下步骤(a)将煤在300-1100℃的温度下进行无氧或贫氧热解，生成的混合物经分离后得到热解气体产物和半焦，其中所述热解气体产物包括热解气，在热解温度低于800℃时还包括热解油；(b)将煤和/或步骤(a)生成的半焦在500-1200℃的温度下通入气化剂进行气化，生成的混合物经分离后得到气化生成气、热灰和/或未完全气化的半焦。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，其中所述步骤(b)所得到的气化生成气、 热灰和/或未完全气化的半焦可用于步骤(a)的热解过程。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述步骤(b)中所使用的气化剂选自空气、氧气、含氧的二氧化碳、水蒸汽和甲烷中的一种或几种气体。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括分离步骤(a)所得到的热解气体产物，得到热解气和热解油。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述煤的粒径为25mm 以下。
6. —种用于实施权利要求1至5中任一项所述方法的装置，包括稀相输送床与密相流 化床为上下耦合的装置，其特征在于，所述装置包括用于对煤实施热解的稀相输送床(3)和用于对煤和/或半焦实施气化的密相流化床(2) ，其中稀相输送床(3)的下部与密相流化床(2)的顶部相连；优选地，该装置还包括与所述稀相输送床(3)上部出口相连的分离设备(4)，其用于分 离稀相输送床(3)中生成的热解气体产物和密相流化床(2)中生成的气化生成气的混合气 与密相流化床(2)中未完全气化的半焦；更优选地，该装置还包括与所述分离设备(4)的上部气体出口相连的分离设备(6)，用 于进一步分离从所述分离设备(4)中分离得到的热解气体产物和气化生成气的混合气中 的热解油；以及与所述分离设备(4)的下部出口相连接的返料阀(7)，用于回收和输送从分 离设备(4)中分离得到的未完全气化的半焦，其通过溢流管(8)与密相流化床(2)相连。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述稀相输送床(3)的横截面积小于密相 流化床(2)的横截面积；优选地，采用贫氧热解时，稀相输送床(3)上设有二次供风口 (22)以送入含氧气体。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述密相流化床(2)还与固态或液态排渣 设备(19、20)相连接；优选地，采用固态排渣设备时，在密相流化床(2)下方还连接有灰渣 燃尽流化床(11)进一步燃尽固态灰渣。
9. 一种用于实施权利要求1至5中任一项所述方法的装置，包括稀相输送床与密相流 化床为左右耦合的装置，其特征在于，所述装置包括用于对煤实施热解的密相流化床(2)和用于对煤和/或半焦实施气化的稀相输送床(3) ，其中密相流化床(2)通过溢流管(16)与稀相输送床(3)相连；优选地，该装置还包括与所述密相流化床(2)上部出口相连的分离设备(6)，用于分离 密相流化床(2)中生成的热解气体产物中的热解油和热解气；更优选地，该装置还包括与所述稀相输送床(3)上部出口相连的分离设备(4)，用于分离稀相输送床(3)中气化生成的气化生成气、热灰和/或未完全气化的半焦；以及与所述分 离设备(4)的下部出口相连接的分配阀(13)，用于回收并分配分离设备(4)中分离得到的 热灰和/或未完全气化的半焦，其通过溢流管(14、16)分别与所述密相流化床(2)和稀相 输送床(3)相连。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，该装置还包括进料设备 (1、17)，分别与密相流化床(2)和/或稀相输送床(3)相连。
全文摘要
本发明涉及一种煤热解气化高值利用的方法及其装置，通过稀相输送床与密相流化床耦合的方式，将煤的热解和气化过程分离，在煤气化之前先进行部分或全部热解，实现热解气、气化生成气和热解油联产。本发明所提供的稀相输送床与密相流化床包括上下耦合和左右耦合两种方式，适用于处理宽粒径分布的煤，能在煤气化之前提取煤中高价值有机结构，提高煤的利用价值。
文档编号C10J3/56GK101781583SQ20091016560
公开日2010年7月21日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年8月6日
发明者宋文立, 汪印, 纪文峰, 董利, 许光文, 高士秋 申请人:中国科学院过程工程研究所