煤快速热解的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种煤快速热解的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 快速热解方法是专口针对粉状中低阶煤的一种先进的中温热解提质技术，要求其 物料在均匀的温度场下加热速率高，从反应机理上来看，可W使中低阶煤高分子迅速发生 断键反应，抑制了热解产物的二次热解反应和交联反应，降低中低阶煤热解过程中的燃气 和半焦产物，提高焦油产率，因此该技术更适合于中国国情，并能提高中低阶煤利用的经济 和社会效果。现有技术中采用气体或固体热载体来实现温度场和升温速率要求。目前国 内外开发的中低阶煤快速热解反应器主要包括采取气体或固体热载体的流化床、下行床等 工艺，但由于涉及热载体的加热、分离、温度场控制、油气净化回收等系统，使得工艺流程非 常复杂，造成目前市场上存在的中低阶煤快速热解系统故障率高、热效率低，无法长时间运 行，从而抑制了该项技术的发展。
[0003]因此，现有的煤快速热解技术有待进一步改善。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种煤快速热解的系统和方法，该系统可W显著提高焦油的产率，并且 极大简化了快速热解反应工艺流程。
[0005] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种煤快速热解的系统。根据本发明的实施 例，该系统包括：
[0006] 快速热解反应器，
[0007] 所述快速热解反应器包括：
[0008] 反应器本体，所述反应器本体内限定出反应空间，所述反应空间自上而下形成分 散区、热解区和出料区；
[0009]多层蓄热式福射管，所述多层蓄热式福射管在所述热解区中沿所述反应器本体高 度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式福射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式福射 管；
[0010] 布料器；
[0011] 煤入口，所述煤入口位于所述分散区且位于所述布料器的上方；
[0012] 布料气入口，所述布料气入口位于所述分散区且与所述布料器相连通，W便采用 布料气将所述布料器中的煤吹出进入分散区，均匀地落入热解区；
[0013] 多个热解气出口，所述多个热解气出口分别设置在所述分散区和/或所述热解 区；W及
[0014] 半焦出口，所述半焦出口设置在所述出料区；
[0015] 所述快速热解反应器适于采用所述蓄热式福射管对煤进行快速热解处理，W便得 到半焦和热解气；
[0016] 冷渣机，所述冷渣机与所述半焦出口相连，且适于对半焦进行冷却处理；W及
[0017] 冷却装置，所述冷却装置与所述热解气出口相连，且适于对所述热解气进行冷却 处理，W便得到焦油和燃气。
[0018] 在本发明的煤快速热解反应系统中，蓄热式福射管W多层的方式布置。相邻的两 个蓄热式福射管在水平方向上和竖直方向上W-定的间距隔开。
[0019] 温麼场
[0020] 根据本发明的一个实施例，多层蓄热式福射管用于提供热源，使得在热解区形成 一个或多个温度场，并且每个温度场的温度是均匀的，由此，在热解区形成温度梯度。
[0021] 例如，在本发明的一个实施例中，所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和 完全热解段。（即，形成了 3个温度场）
[0022] 温度场的个数W及温度梯度可根据需要设置。
[0023]温度场的温度可通过多种方式调节，例如，调整蓄热式福射管在水平方向和/或 竖直方向上的个数；蓄热式福射管的层数；蓄热式福射管彼此之间的间距（竖直方向和/ 或水平方向）；各蓄热式福射管本身的温度；等等。
[0024] 在本发明的一个实施例中，蓄热式福射管上设置有燃气调节阀，用于调整通入蓄 热式福射管的燃气的流量，从而能够精确控制蓄热式福射管的温度。
[00巧]蓄热式結射管
[0026]蓄热式福射管在管体的两端分别具有燃烧器，在一端燃烧器燃烧产生的火焰在喷 出时形成温度梯度，即，从燃烧器向外温度逐渐降低。类似的是，在另一端燃烧器燃烧产生 的火焰在喷出时也形成温度梯度。当两端的燃烧器交替进行燃烧时，所形成的两个温度梯 度叠加，使得温度互补，导致整个蓄热式福射管整体的温度均匀。例如，单根所述蓄热式福 射管上的温度差不大于3(TC。
[0027] 本发明的煤快速热解反应系统使用本发明的蓄热式福射管的布置方式，由于蓄热 式福射管本身固有的属性（如上所述，在蓄热式福射管两端的燃烧器能够快速交替燃烧， 实现蓄热式燃烧），允许根据需要在反应器布置一个或多个不同的温度场，实现温度梯度并 且确保每个温度场具有均匀的温度。
[0028] 在本发明的一个实施方案中，各蓄热式福射管的温度相同或不同，只要确保温度 场的温度均匀即可。
[0029] 在本发明的一个实施方案中，介于相邻蓄热式福射管之间的间距可W相同或不 同，只要确保温度场的温度均匀即可。例如，相邻所述蓄热式福射管外壁间的水平距离和竖 直距离分别独立地为100~500mm，例如200~300mm，例如200mm，例如300mm。
[0030] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在预 热段中的各蓄热式福射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保预热段的温度均匀即可。
[0031] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在快 速热解段中的各蓄热式福射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保快速热解段的温度 均匀即可。
[0032] 在所述热解区自上而下形成预热段、快速热解段和完全热解段的实施例中，在完 全热解段中的各蓄热式福射管的温度相同或不同，优选相同，只要确保完全热解段的温度 均匀即可。
[0033] 虽然并不限于理论，但据信，如果煤在热解区不能均匀受热，局部温度过高则导致 热解过程中局部煤发生高温裂解，使热解产物中部分能产焦油的高分子物质直接生成了燃 气和半焦，或者局部温度过低则导致热解过程中局部煤热解不充分，致使煤中的挥发分不 能释放出来，从而降低了焦油产率。
[0034]在本发明中，当蓄热式福射管被布置成形成一个或多个温度场时，由于温度场各 自的温度是大致均匀的，因此，煤在落入各温度场时均匀受热，发生反应的程度大体相同。 由此，顺而避免焦油产率下降。
[00巧]热解气的快谏导出
[0036]利用本发明的煤快速热解反应系统，能够在煤热解之后实现热解气的快速导出。 具体而言，在本发明的一个实施方案中，煤快速热解反应系统的反应器在热解区的侧壁和/ 或分散区的顶壁上设有一个或多个热解气出口。在热解反应过程中，产生热解气，使得该反 应器内部的压力升高。产生的热解气在升高的压力的驱使下快速从热解气出口导出。
[0037]在本发明的一个优选实施方案中，在反应器外部设有与热解气出口连通的抽气装 置，有利于将热解气从该反应器中快速导出。
[0038]热解过程中产生的热解气从反应器侧部导出，而位于热解气出口处、反应器内侧 的热解气与上方落下来的物料接触，把进入反应器侧部的热解气中的细尘在所述物料重力 作用下被携带下落，使得导出的热解气中含尘率低，从而冷却后得到的焦油中含尘率低。
[0039]热解气出口是至少 2 个，例如 2-100 个，3-80 个，5-70 个，10-50, 20-40, 30-40 个。 更具体而言，热解气出口是8个、15个、22个或28个。本发明并不限于此。
[0040]热解气的快谏冷却
[0041] 从热解气出口导出的热解气通过冷却装置被快速冷却，由此将不可凝气体与焦油 分离。
[0042] 布料
[0043]另外本发明通过使用布料器，可W使得煤在热解区中均匀分散，进而显著提高装 置的运行稳定性。
[0044] 盛
[0045]通过设置的布料系统使小颗粒煤分散的、均匀的进入热解反应器，小颗粒煤在均 匀的温度场中经换热，每个煤颗粒都受热均匀，避免了煤团聚造成升温速率不均匀和降低 进而导致油气产率下降的问题。例如煤粒径小于3mm。
[0046] 效果
[0047] 由于采用本发明的蓄热式福射管布置方式，煤在热解过程中在反应器内能够被快 速升温。同时产生的热解气能够被快速导出反应器并且被快速冷却。由此减少了在热解过 程、导出过程和冷却过程中可能发生的二次反应（该反应会降低焦油产率），因此，所得的 焦油产率被显著提高。
[0048] 同时较传统的使用气体热载体或固体热载体作为热解热源的热解反应装置相比， 本发明的快速热解的系统不需要设置预热单元和载体分离单元，从而可W极大简化快速热 解反应工艺流程，进而显著降低装置的故障率。
[0049]本发明通过采用特定的蓄热式福射管布置方式，可W在反应器中形成一个或多个 温度场并能够确保每个温度场的温度均匀，同时允许反应器各个温度场的温度是可控的。 由此，使煤在反应器中能够均匀受热，实现快速烘干和更充分的热解，进而提高了焦油产 率，提高了煤的快速热解效率。
[0050] 另外，根据本发明上述实施例的煤快速热解的系统还可W具有如下附加的技术特 征：
[0051] 在本发明的一些实施例中，所述煤快速热解的系统进一步包括；煤料斗，所述煤料 斗适于储存煤；烘干提升管，所述烘干提升管分别与所述粉煤料斗和所述快速热解反应器 相连，且适于在将煤进行快速热解反应之前，采用热烟气对所述煤进行干燥和提升；W及第 一风机，所述第一风机分别与所述烟气出口和所述烘干提升管相连，且适于将所述高温烟 气供给至所述烘干提升管作为所述热烟气使用。由此，可W进一步提高煤的热解效率。
[0052] 在本发明的一些实施例中，所述冷却装置为喷淋培，在所述喷淋培中，采用冷却液 对所述热解气进行喷淋，从而进行所述冷却处理。由此，可W显著提高焦油和燃气的分离效 率。
[0053] 在本发明的一些实施例中，所述煤快速热解的系统进一步包括；焦油槽，所述焦油 槽与所述喷淋培相连，且适于对所述焦油进行沉降处理，W便得到上层焦油和下层焦油；油 泉