煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法

煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法
【专利摘要】本发明公开一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法。该系统包括煤热解反应器和循环流化床锅炉，所述煤热解反应器的半焦出口与所述循环流化床锅炉的半焦入口连接。本发明在反应器本体上部内置设置旋风分离器和颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过旋风分离器和颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，同时通过除尘系统降低了煤热解油气温度，降低重质焦油收率。产生的半焦热态输送至循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热。
【专利说明】
煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤炭分阶梯级利用技术领域，尤其涉及针对长焰煤、褐煤等中低阶粉 煤的一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及处理煤的方法。
【背景技术】
[0002] 煤本身的结构特点，决定了低阶煤挥发分高、活性强，由于水分和氧含量高而热值 低，直接利用(燃烧或气化)效率低，经济价值远不如高阶煤，因此，大规模开发利用的低阶 煤必须先对其进行加工提质才能用于生活生产。最为科学和常用的加工方法之一是热解， 也称"干馏"或"热分解"。热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度 时，所发生的一系列物理变化和化学反应，在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二 次反应，最终得到气体(煤气）、液体(焦油）、及固体(半焦)等产物。焦油中含有目前尚无法 人工合成的多种稠环芳香烃类化合物及杂环化合物。与直接燃烧相比，热解实现了煤中不 同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，可减少燃煤造成的环境污染，提高低阶 煤资源综合利用价值的优势，创造显著的经济社会效益。
[0003] 煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧。现有的系统都是采取较复杂的固体或气 体作为热载体的煤热解拔头工艺。如现有的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解系统采取燃 烧系统来的热灰作为载体，涉及到载体的燃烧和流化，工艺较繁琐，系统复杂，造价高。目前 以半焦作为热载体的工艺中，工艺流程包括半焦的加热、提升、分离、混合等工艺，导致系统 流程增加，大大提高了系统故障率。
[0004] 煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规 贝1J，需要后续设置复杂的热解油气处理系统才可得到可燃气和高品质焦油。热解工艺中除 尘技术已成为低阶煤热解工业化过程急需解决的问题之一。

【发明内容】

[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统及 处理煤的方法，采取蓄热式下行床反应器，只需要把产生的半焦热态输送至循环流化床锅 炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热，同时产生可燃气和高附加值焦油，实 现煤拔头的经济效益。
[0006] 煤拔头，旨在常压、中低温、无催化剂和氢气的条件下，用温和热解的方式提取煤 中的气体、液体燃料和精细化学品，并借此工艺脱硫脱硝，从而实现油、煤气、热、电的多联 产。
[0007] 本发明的目的之一提供一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，该系统包 括煤热解反应器和循环流化床锅炉，
[0008] 所述煤热解反应器包括:反应器本体、内置于所述反应器本体上部的旋风分离器、 颗粒移动床，所述颗粒移动床包括:侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板、 布置在所述侧面板上的多个进气口和抽拉式阀门，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述 侧壁围成上开口的腔体，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之 间的侧壁上设有热解油气出口；其中，所述旋风分离器连通至所述颗粒移动床的进气口；
[0009] 所述煤热解反应器的半焦出口与所述循环流化床锅炉的半焦入口连接。
[0010] 本发明中，所述煤热解反应器还包括设置在所述反应器本体内部的集气装置，所 述集气装置连接所述旋风分离器。
[0011] 本发明中，所述颗粒移动床进一步包括隔板，所述隔板为多孔板，所述隔板布置在 所述两个壁板之间并且与所述侧面板相对，由此在所述隔板、所述两个壁板和所述侧面板 之间形成第一气室。从旋风分离器中出来的热解油气，先进入第一气室，充满第一气室后经 过隔板进入颗粒移动床，这样，隔板的全部都参与了透气的工作，避免仅部分透气，其上的 孔过早地被焦油堵塞，缩短隔板的使用寿命；同时，隔板将颗粒移动床内的煤粉颗粒隔离， 避免由侧面板的进气口进入旋风分离装置。
[0012] 本发明中，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板为多孔板，所述滤板布置在 所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述 壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出第二气室。热解油气由颗粒移动床的腔体进入第二 气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过 大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更 换滤板的频率，提尚了生广效率。
[0013] 本发明的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统进一步包括热解油气处理系 统；
[0014] 所述热解油气处理系统与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。
[0015] 作为较佳的实施方式，本发明所述热解油气处理系统包括:气液分离系统，热解气 净化系统，焦油精制系统；
[0016] 所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离系统连接，所述气液分离系统 的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述气液分离系统的液体出口与所述焦油精制系 统连接。
[0017] 本发明中，所述热解气净化系统具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口。
[0018] 本发明的另一目的一种使用上述煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理 煤的方法，包括如下步骤：
[0019] 将破碎后的原料(低阶煤)加入所述煤热解反应器，使原料发生热解反应，产生热 解油气和热解半焦；
[0020] 产生的所述热解油气收集至所述旋风分离器，然后通过所述颗粒移动床除尘、降 温后排出所述煤热解反应器；
[0021 ]将400-600°C的所述热解半焦从所述煤热解反应器的半焦出口排出；
[0022] 将排出所述煤热解反应器外的所述热解半焦由所述循环流化床锅炉半焦入口进 入所述循环流化床锅炉进行燃烧。
[0023] 在将原料加入煤热解反应器之前，将所述原料破碎至粒径6~8_。
[0024] 所述处理煤的方法还包括热解油气的分离步骤:将排出所述煤热解反应器的所述 热解油气送入油气分离系统，得到热解气和热解焦油，将所述热解气送入所述热解气净化 系统得到可燃气，将所述热解焦油送入所述焦油精制系统得到高品质焦油。
[0025] 本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置旋风分 离器和颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过旋风分离器和颗 粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统 降低了煤热解油气温度，使部分重质焦油冷凝，降低重质焦油收率。产生的半焦热态输送至 循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热。
[0026] 为了便于描述，在本文中，术语"煤快速热解反应器"、"蓄热式下行床反应器"、"热 解炉"可互换使用。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统的结构示意图；
[0028] 图2是本发明使用煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤的方法的流程 图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明，以便能 够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的【具体实施方式】和实施 例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
[0030] 本发明实施例公开了煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，用于处理低阶 煤。如图1所示，系统包括煤热解反应器100、循环流化床锅炉200和热解油气处理系统300。 原料(低阶煤)在煤热解反应器100中发生热解反应，产生热解半焦和热解油气。热解半焦进 入循环流化床锅炉200进行燃烧。热解油气进入热解油气处理系统300进行后续处理得到可 燃气和焦油。
[0031] 煤热解反应器100为蓄热式下行床反应器，包括反应器本体和内置于反应器本体 内部的集气装置、蓄热式辐射管、旋风分离器、颗粒移动床。
[0032] 反应器本体为热解反应容器。一般在热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁 上设置有热解油气出口，在热解反应器的底部设置半焦出口。
[0033] 蓄热式辐射管设置在反应器本体内，蓄热式辐射管沿反应器本体的高度方向多层 布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管。由于采用多层蓄热式辐射管供 热，反应系统结构简单，操作方便，加热效果好，温度分布均匀。每层蓄热式辐射管与相邻上 下两层的蓄热式辐射管互相平行且沿反应器本体的高度方向交错分布。由此，可显著提高 反应器的热解效率，从而提尚广品的广出率。
[0034] 集气装置设置在反应器杯体内部，用于快速收集热解油气，集气装置连接旋风分 离器。
[0035] 集气花纹管设置在反应器本体的内部，集气花纹管沿反应器本体的高度方向多层 布置，每层具有多根彼此平行的集气花纹管。集气花纹管与蓄热式辐射管平行布置，且在蓄 热式辐射管各自的左右两侧对称布置有两根集气花纹管。集气花纹管与集气管连接。
[0036] 集气管为多根，设置在反应器本体的内部，沿反应器本体的高度方向多层布置，每 根所述集气管连接两层所述集气花纹管。
[0037]集气管均连接到集气总管。集气总管设置在反应器本体内部，集气总管沿反应器 本体的内壁高度方向布置。集气总管连接旋风分离器。集气装置可将产生的热解油气快速 导入旋风分离器，有效的提高了经济效益。
[0038] 旋风分离器内置于反应器本体的上部，作为一级除尘设备与集气总管连接。
[0039] 颗粒移动床固定热解反应容器本体的侧壁上，并将热解油气出口罩住，本发明所 述的罩住，是指颗粒移动床将热解油气出口与反应器内腔隔离。颗粒移动床与旋风分离器 连通，使得热解油气可以由集气装置经旋风分离器进入颗粒移动床，由热解油气出口排出 反应容器本体外。
[0040] 颗粒移动床设置在反应器本体的侧壁上。在本实施例中，颗粒移动床包括壁板、侧 面板、隔板、进气口、滤板、和阀门。
[0041] 两个壁板分别固定在反应器本体的侧壁上。为了方便说明，特指位于两个壁板的 在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为"部分侧壁"。热解油气出口设置在该"部分侧壁"上， 即于壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。侧面板固定在两个壁板中间。两 个壁板、侧面板和反应器本体的部分侧壁呈两端开口的筒状体，围绕形成了颗粒移动床的 腔体。该腔体上下开放，形成原料下落的通道。换句话说，颗粒移动床的顶部是开放的上开 口，作为颗粒入口。在颗粒移动床的底部设置有可伸缩的阀门，通过控制阀门的开度，来控 制出料速度。
[0042] 阀门为一板状体，在前述反应器本体的"部分侧壁"下的合适位置设置长孔，阀门 可伸缩的安装于长孔内。向反应器本体外的方向拉阀门，可加快颗粒移动床腔体内的原料 下落速度；向反应器本体内的方向推阀门，可减缓颗粒移动床腔体内的原料下落速度。操作 人员可依据生产需要进行自主操作。
[0043] 在侧面板上布置多个进气口，进气口与旋风分离器连接。旋风分离器从集气装置 收集到的热解油气，由进气口进入到颗粒移动床的腔体内，经其内的原料过滤后由热解油 气出口排出反应器本体外。
[0044] 颗粒移动床进一步包括隔板，隔板布置在两个壁板之间，并与侧面板相对。隔板将 进气口与颗粒移动床的腔体隔离。热解油气进入进气口，通过隔板进入颗粒移动床的腔体。 隔板为多孔板，隔板的孔径为〇~0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500~5000个/cm 2。隔 板既能通气，使得热解油气进入颗粒移动床的腔体内与原料接触，又能阻挡原料由进气口 进入到旋风分离器中。
[0045] 进一步地，隔板和侧面板间隔设置，由隔板、两个壁板和侧面板形成第一气室。这 样，从进气口进入的热解油气先进入第一气室，充满第一气室，热解油气能够与隔板均匀接 触进入颗粒移动床的腔体。第一气室的设置充分利用隔板，使得隔板的全部参与通气-隔离 工作，避免隔板因仅对应进气口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被 焦油堵塞而报废，延长了隔板的使用寿命，减小了停工更换隔板的频率，提高了生产效率。
[0046] 颗粒移动床进一步包括滤板，滤板布置两个壁板之间并且与热解油气出口相对， 滤板将热解油气出□与颗粒移动床的腔体隔离。滤板为多孔板。滤板的孔径为〇~0.1mm，孔 的密度为面积孔数不少于50~5000个/cm 2。热解油气通过滤板，由热解油气出口排出反应 器本体体外。
[0047] 滤板和反应器本体的侧壁间隔设置，由滤板、两个壁板和侧壁围成第二气室。这 样，热解油气由颗粒移动床的腔体进入第二气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅 对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报 废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。
[0048] 滤板和隔板还有另外一种设置方式:滤板设置在热解油气出口处，隔板置在进气 口处，将热解油气出口与颗粒移动床隔离。一般来说，反应器的热解油气出口、进气口带有 一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的隔板就可以设置在颗粒移动床的进气 口管接头内，滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。
[0049] 煤热解反应器100的半焦出口与循环流化床锅炉200的半焦入口连接。循环流化床 锅炉200作为燃烧器，半焦经循环流化床锅炉200的半焦入口进入。燃烧半焦可有多种用途， 如用于发电。
[0050] 本发明还包括热解油气处理系统300,对煤热解反应器产生的热解油气进行处理。 热解油气处理系统300包括气液分离系统301、热解气净化系统302和焦油精制系统303。热 解油气处理系统300与所述煤热解反应器100的热解油气出口连接。
[0051 ]气液分离系统301用于将热解油气分离为气体和液体，设置有气体出口和液体出 口。气液分离系统301与煤热解反应器100的热解油气出口连接，气体出口与热解气净化系 统302连接，液体出口与焦油精制系统303连接。
[0052]气液分离系统301分离的气体经气体出口进入热解气净化系统302,由热解气净化 系统302处理后产生可燃气。热解气净化系统302具有连接至所述煤热解反应器100的可燃 气出口。热解气净化系统302产生部分可燃气送至煤热解反应器100燃烧，为热解反应提供 热能，实现了系统所需能量的部分自给。
[0053]气液分离系统301分离的液体经液体出口进入焦油精制系统303,经焦油精制系统 303处理得到高品质焦油。
[0054] 如图2所示，本发明使用上述煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤的 方法包括如下步骤：
[0055] 1、原料破碎至粒径6~8mm。
[0056] 2、将破碎后的原料加入煤热解反应器中，使原料发生热解反应，热解反应产生热 解油气和热解半焦。
[0057] 3、产生的热解油气经集气装置收集至旋风分离器，然后通过颗粒移动床除尘、降 温后排出煤热解反应器。
[0058] 4、将400-600°C的热解半焦从煤热解反应器的半焦出口排出，进入循环流化床侧 部，燃烧用空气通过底部的布风板，与半焦燃烧。将排出煤热解反应器的热解油气送入气液 分离系统，得到热解气和热解焦油。将热解气送入热解气净化系统，通过脱硫、脱氨等工序 得到可燃气，将热解焦油送入焦油精制系统，经加氢精制得到高品质焦油。
[0059] 本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置旋风分 离器和颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过旋风分离器和颗 粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统 降低了煤热解油气温度，使部分重质焦油冷凝，降低重质焦油收率。产生的半焦热态输送至 循环流化床锅炉直接燃烧，可有效利用了热解半焦自身携带的显热。
[0060] 实施例
[0061] 将印尼褐煤粉碎到粒径6~8_，送入煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统的 煤热解反应器，煤热解反应器设置了多层加热辐射管、集气装置、旋风分离器和颗粒床移动 床。煤热解反应器产生的热解油气经气液分离系统、热解气净化系统和焦油精制系统后，得 到可燃气和高品质焦油。可燃气中组成如下表1所示，产生的热解半焦温度为510°c，热态进 循环流化床锅炉燃烧发电。表2为各项目产率。
[0062]表1可燃气中组成成份
[0066]与传统循环流化床锅炉相比，从煤热解反应器排出的热态热解半焦直接进循环流 化床锅炉，整个系统能量利用效率提高了 2.3%，把可燃气和煤焦油的收益折算到发电成本 中，发电成本降低了约5.8%，焦油预处理成本降低了6.7%。
[0067]需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本 发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对 本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指 外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的 全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，包括煤热解反应器和循环流化床锅 炉，其特征在于， 所述煤热解反应器包括:反应器本体、内置于所述反应器本体上部的旋风分离器、颗粒 移动床，所述颗粒移动床包括:侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板、布置 在所述侧面板上的多个进气口和抽拉式阀门，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁 围成上开口的腔体，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之间的 侧壁上设有热解油气出口；其中，所述旋风分离器连通至所述颗粒移动床的进气口； 所述煤热解反应器的半焦出口与所述循环流化床锅炉的半焦入口连接。2. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 煤热解反应器还包括设置在所述反应器本体内部的集气装置，所述集气装置连接所述旋风 分离器。3. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 颗粒移动床进一步包括隔板，所述隔板布置在所述两个壁板之间并且与所述侧面板相对， 由此在所述隔板、所述两个壁板和所述侧面板之间形成第一气室，所述隔板为多孔板。4. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口 相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出第二 气室，所述滤板为多孔板。5. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 系统进一步包括热解油气处理系统； 所述热解油气处理系统与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。6. 根据权利要求5所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 热解油气处理系统包括:气液分离系统，热解气净化系统，焦油精制系统； 所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离系统连接，所述气液分离系统的气 体出口与所述热解气净化系统连接，所述气液分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连 接。7. 根据权利要求6所述的煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统，其特征在于，所述 热解气净化系统具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口。8. -种使用权利要求5至7任一所述煤热解反应器与循环流化床锅炉联用系统处理煤 的方法，其特征在于，包括如下步骤： 将破碎后的原料加入所述煤热解反应器，使原料发生热解反应，产生热解油气和热解 半隹. I V?、、， 产生的所述热解油气收集至所述旋风分离器，然后通过所述颗粒移动床除尘、降温后 排出所述煤热解反应器； 将400-600 °C的所述热解半焦从所述煤热解反应器的半焦出口排出； 将排出所述煤热解反应器外的所述热解半焦由所述循环流化床锅炉半焦入口进入所 述循环流化床锅炉进行燃烧。9. 根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，还包括步骤:在将原料加入煤热解 反应器之前，将所述原料破碎至粒径6~8_。10.根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，还包括热解油气的分离步骤:将排 出所述煤热解反应器的所述热解油气送入油气分离系统，得到热解气和热解焦油，将所述 热解气送入所述热解气净化系统得到可燃气，将所述热解焦油送入所述焦油精制系统得到 1?品质焦油D
【文档编号】C10C1/00GK105861010SQ201610430263
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】梅磊, 陈水渺, 肖磊, 薛逊, 姜朝兴, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司