专利名称：一种煤热解系统及其热解方法
技术领域：
本发明涉及一种煤热解系统及其热解方法，尤其是一种利用活化的煤热解气进行煤热解的煤热解系统及其热解方法。
背景技术：
21世纪以来，经济的高速增长使得整个社会对化工原料的需求也急剧增加，在化工原料结构中，煤炭占一半以上，“发展煤化工，开发和推广洁净煤技术”已经成为产业界和学术界的共识。为了实现煤炭资源的分级高效利用，学术界提出了“煤拔头”的工艺设想， 充分在煤中提取气体、液体燃料和精细化学品。煤炭是我国的主要能源。煤热解工艺是煤炭在气化、燃烧或其它方法利用前，在相对温和条件下将煤中富氢组分以液体和气体的形式提取出来，从而提高煤炭的利用效率。 然而，在现有技术中，存在着煤热解过程中的焦油产率低等问题。虽然加氢热解工艺虽然能提高焦油产率，但在加氢热解工艺中，以纯氢气为反应气，制氢工艺复杂，设备投资费用大， 操作条件苛刻，运行成本高。因此开发新的热解工艺，提高热解焦油产率成为煤热解工艺的新的研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高焦油产率的煤热解系统及其热解方法。实现本发明目的之一的一种煤热解系统，包括煤热解反应器，与所述煤热解反应器相连的煤干燥预热系统和用于将煤热解反应气活化的气体催化活化系统，所述气体催化活化系统的出气口与所述煤热解反应器相通。由于将普通的反应气进行活化，产生包含甲基、亚甲基等自由基的中间体，这些生成的自由基能与煤热解过程的产生的小分子物质结合形成焦油。从而提高煤热解过程的焦油产率。所述煤热解系统还包括用于经煤热解气的气体和焦油分离的煤热解气冷却和气液分离系统，所述煤热解气冷却和气液分离系统的出气口与所述气体催化活化系统相连。所述气体催化活化系统连接一用于添加气体的进气管道。由于采用煤自身热解气以及补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体的煤热解气经催化处理后替代部分氢气，因此设备的投资费用大大降低。所述煤热解气冷却和气液分离系统连接一液体接收系统，用于将焦油和水分离并收集焦油。所述煤热解反应器还连接一固渣处理系统。所述气体催化活化系统是流化床反应器或固定床反应器。实现本发明目的之二的一种煤热解方法，包括如下步骤(1)原料煤经干燥、预热后进入煤热解反应器进行热解反应；(2)将反应气引入装填催化剂的气体催化活化系统进行催化活化；
(3)活化后的气体引入煤热解反应器中作为煤热解的反应气。在所述步骤( 之前，收集热解反应器出来的煤热解气，送入煤热解气冷却和气液分离系统进行冷却分离，分离后的煤热解气作为反应气，进行步骤(2)。所述步骤⑵的催化活化过程中补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体。所述步骤O)的冷却分离过程，将焦油与煤热解气分离后，将焦油与水进行分离， 并收集焦油。所述步骤(1)的热解反应是在反应温度500 900°C，压力0. 1 3Mpa的条件下发生。本发明的一种煤热解系统及其热解方法的有益效果如下本发明的一种煤热解系统及其热解方法，通过对反应气进行催化活化，从而提高煤热解中焦油的产率；利用循环煤热解气或经过补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体的煤热解气经催化活化后作为煤热解的反应气，充分利用了煤热解产生的气体，无需再添加大量的氢气作为反应气，降低了煤热解成本。
图1为本发明的一种煤热解系统的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的一种煤热解系统，包括煤热解反应器2，与所述煤热解反应器2相连的煤干燥预热系统1和用于将煤热解反应气活化的气体催化活化系统4，所述气体催化活化系统4的出气口与所述煤热解反应器2相通。所述煤热解系统还包括用于经煤热解气的气体和焦油分离的煤热解气冷却和气液分离系统3，所述煤热解气冷却和气液分离系统3的出气口与所述气体催化活化系统4相连。所述气体催化活化系统4连接一用于添加气体的进气管道。所述煤热解气冷却和气液分离系统3连接一液体接收系统5，用于将焦油和水分离并收集焦油。所述煤热解反应器2还连接一固渣处理系统6。所述气体催化活化系统4 是流化床反应器或固定床反应器。本发明的煤热解系统的工作原理如下煤热解过程中焦油的形成与煤中有机大分子受热裂解和裂解自由基的稳定有关。 过度的裂解可能形成气体产物，自由基与小分子间的结合形成焦油，而自由基与自由基间的结合可能形成焦油，也可能重新形成大分子以固体半焦的形式存在。因此，在煤热解过程中通过一定的设备对热解产生的气体进行处理，增加小分子自由基，使裂解自由基稳定是提高焦油产率的有效途径。煤热解气体中含有约40%左右的氢气和约20 30%左右的甲烷以及一氧化碳和二氧化碳气体。该混合气体中的甲烷在催化剂的作用下能够与二氧化碳发生反应，产生包含甲基、亚甲基等自由基的中间体，这些生成的自由基如果能与煤热解过程的产生的小分子物质结合形成焦油。从而提高煤热解过程的焦油产率。因此，把煤热解产生的包含氢气、甲烷的混合气体或经过补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体的热解混合气经催化处理后进一步返回到煤热解反应器中进一步利用，以便提高煤热解过程中焦油的产率。由于采用煤自身热解气以及补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体的煤热解气经催化处理后替代部分氢气，因此设备的投资费用大大降低。本发明的一种煤热解方法实施例如下实施例1本实施例的煤热解方法，包括如下步骤(1)原料煤经干燥、预热后进入煤热解反应器进行热解反应，反应温度70(TC，压力 1. 5Mpa ；(2)从热解反应器出来的煤热解气进入煤热解气冷却和气液分离系统进行冷却分离，冷却、气液分离部分采用-10°C的冷冻盐水换热；将焦油与煤热解气分离后，采用离心的方法进行焦油与水分离，并收集焦油；分离后的煤热解气风机加压后，补加二氧化碳引入装填催化剂的煤热解气催化活化系统进行催化活化，采用m/Al203催化剂(浸渍法制备，Ni 质量含量为11. 2%，使用前使用H2-N2混合气中750°C还原2小时)，在固定床上进行催化活化；(3)活化后的煤热解气引入煤热解反应器中作为煤热解的反应气，反应时间为5 小时，压力1.5MPa，通过称重计算焦油和半焦收率。对比例1 同上述实施例1，无催化剂。实施例1和对比例1的结果如下表
权利要求
1.一种煤热解系统，包括煤热解反应器，与所述煤热解反应器相连的煤干燥预热系统和用于将煤热解反应气活化的气体催化活化系统，所述气体催化活化系统的出气口与所述煤热解反应器相通。
2.根据权利要求1所述的煤热解系统，其特征在于还包括用于经煤热解气的气体和焦油分离的煤热解气冷却和气液分离系统，所述煤热解气冷却和气液分离系统的出气口与所述气体催化活化系统相连。
3.根据权利要求1或2所述的煤热解系统，其特征在于所述气体催化活化系统连接一用于添加气体的进气管道。
4.根据权利要求1或2所述的煤热解系统，其特征在于所述煤热解气冷却和气液分离系统连接一液体接收系统，用于将焦油和水分离并收集焦油。
5.根据权利要求1或2所述的煤热解系统，其特征在于所述煤热解反应器还连接一固渣处理系统。
6.根据权利要求1或2所述的煤热解系统，其特征在于所述气体催化活化系统是流化床反应器或固定床反应器。
7.一种煤热解方法，包括如下步骤(1)原料煤经干燥、预热后进入煤热解反应器进行热解反应；(2)将反应气引入装填催化剂的气体催化活化系统进行催化活化；(3)活化后的气体引入煤热解反应器中作为煤热解的反应气。
8.根据权利要求7所述的煤热解方法，其特征在于在所述步骤( 之前，收集热解反应器出来的煤热解气，送入煤热解气冷却和气液分离系统进行冷却分离，分离后的煤热解气作为反应气，进行步骤O)。
9.根据权利要求7或8所述的煤热解方法，其特征在于所述步骤O)的催化活化过程中补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体。
10.根据权利要求7或8所述的煤热解方法，其特征在于所述步骤(2)的冷却分离过程，将焦油与煤热解气分离后，将焦油与水进行分离，并收集焦油；所述步骤(1)的热解反应是在反应温度500 900°C，压力0. 1 3Mpa的条件下发生。
全文摘要
本发明提供了一种提高焦油产率的煤热解系统及其热解方法。本发明的一种煤热解系统，包括煤热解反应器，与所述煤热解反应器相连的煤干燥预热系统和用于将煤热解反应气活化的气体催化活化系统，所述气体催化活化系统的出气口与所述煤热解反应器相通。本发明的一种煤热解系统及其热解方法，通过对反应气进行催化活化，从而提高煤热解中焦油的产率；利用循环煤热解气或经过补加二氧化碳或二氧化碳和甲烷的混合气体的煤热解气经催化活化后作为煤热解的反应气，充分利用了煤热解产生的气体，无需再添加大量的氢气作为反应气，降低了煤热解成本。
文档编号C10K1/00GK102559226SQ20121003175
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者史雪君, 吴道洪 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司