蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统的制作方法

本实用新型涉及煤化工技术领域，特别是指一种蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统。

背景技术：

在我国一次能源消费结构中，以煤为主的能源利用方式将长期存在。我国煤炭资源探明储量超过1.4万亿吨，其中褐煤、长焰煤等低阶煤约占55％以上，如何提高低阶煤综合利用价值，实现低阶煤的合理化利用，是实现国家能源战略目标一系列工作中值得研究和关注的核心领域，意义十分重大。受国际油价和煤炭价格大幅下降的影响，褐煤热解技术的经济性逐渐降低；长焰煤的主要利用方式是通过干馏技术来生产兰炭，主流技术为以烟气为热载体的移动床热解工艺。由于热值低、水分高、挥发分高、易自燃、受热易破碎等特点，低阶煤的大规模开发与利用存在一系列技术难题。

目前工业化应用的传统热解技术普遍存在以下问题：

1、在以热解煤气作为循环热载体的过程中，煤气中的烃类被加热时极易发生裂解反应，在管壁等处出现积碳现象，积碳会堵塞加热炉炉膛和热煤气管道，使系统无法长期连续运行；

2、热解产生的焦油以重油为主，回收率和品质都较低，经济性差；

3、单炉生产能力一般不超过10万吨/年，处理能力小、投资成本高、生产效率低、工业化程度低。

例如，CN101928582A公开了一种多层布气全循环干馏炉。该干馏设备包括炉体及位于炉体顶、底部的放料系统和排渣系统；炉体被其中部的拱腿分成上部的干馏段及下部的发生段，干馏段的上部设有干馏产物出口，发生段的下部设有供风系统；干馏段与发生段之间设有与气封煤气入口相通的气封段；干馏段的外部设有与循环煤气入口及通过布气孔与干馏段内腔相通的环形布气室，内部设有上端封闭、下端与循环煤气入口相通、中部开有布气孔的中心集气腔，发生段的上部设有发生煤气出口。该干馏炉的气体热载体为全成分煤气，甲烷含量高，再被加热至高温过程中会出现积碳问题，堵塞炉体和管道，严重影响了系统运行的连续性和稳定性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统，本实用新型避免产生积碳现象和积碳导致的加热炉、热煤气管道堵塞问题，并且实现富氢气体热载体的全循环热解过程，大大提高了自产煤气的有效组分，提高了焦油品质，单炉处理能力高。

本实用新型提供技术方案如下：

一种蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统，包括：

用于使用热烟气对原煤进行干燥处理，并同时得到冷烟气的干燥段；用于以富氢气体作为热载体对干燥后的原煤进行热解，得到半焦和粗煤气的热解段；用于使用所述冷烟气对所述半焦进行冷却，并同时得到热烟气的冷却段；所述干燥段、热解段和冷却段从上到下设置；

所述热解段的粗煤气出口连接有用于对所述粗煤气进行回收净化，得到焦油和净煤气的回收净化单元；所述回收净化单元连接有用于去除净煤气中的烃烷并分离得到解析气和纯净的氢气的制氢单元；所述制氢单元通过氢气管道和解析气管道连接有用于燃烧所述解析气并加热所述氢气，得到富氢气体的加热炉；所述加热炉与所述热解段的富氢气体入口连接。

进一步的，所述干燥段和冷却段之间连接有用于将所述干燥段产生的所述冷烟气导通至所述冷却段的冷烟气通道；所述冷却段和干燥段之间连接有用于将所述冷却段产生的所述热烟气导通至所述干燥段的热烟气通道。

进一步的，所述冷烟气通道上设置有除尘装置、第一脱硫装置以及用于排出富余气体的排空通道。

进一步的，所述回收净化单元包括用于回收焦油的焦油回收单元和用于净化粗煤气得到净煤气的煤气净化单元。

进一步的，所述制氢单元包括用于在水蒸气的作用下将烃烷转换成H2和CO2并分离出解析气的烃烷变换单元，以及用于得到纯净的氢气的变压吸附单元。

进一步的，所述回收净化单元还连接有用于将所述焦油加氢制备成轻质油的加氢单元，所述加氢单元与所述变压吸附单元连接。

进一步的，所述干燥段顶部设置有用于将所述冷烟气引出的第一集气阵伞，所述热解段顶部设置有用于将所述粗煤气引出的第二集气阵伞，所述干燥段、热解段和冷却段设置有多层布气伞。

进一步的，所述干燥段上方设置有炉顶煤仓，所述冷却段下方设置有炉底排渣口。

进一步的，所述干燥段、热解段和冷却段之间均设置有用于密封的过渡段。

进一步的，所述加热炉连接有用于对解析气燃烧后产生的烟气进行脱硫的第二脱硫装置。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型中，自产煤气经过制氢单元去除其中的烷烃类，得到富氢气体和解析气，解析气燃烧提供加热系统的热源，富氢气体被加热系统加热作为蓄热式气体热载体，避免产生积碳现象和积碳导致的加热炉、热煤气管道堵塞问题，提高了系统运行的稳定性和可靠性；并且富氢气体通过加热、热解、净化、制氢等工序，实现富氢气体热载体的全循环热解过程，大大提高了自产煤气的有效组分；另外以富氢气体作为热载体的热解氛围有效抑制了炉内焦油的分解，从而提高了焦油中的饱和分和轻质焦油比例，提高了焦油品质，并可进一步通过后续工序得到轻质油产品；裂解炉包括干燥段、热解段和冷却段，为多段多层的立式方炉结构，单炉处理能力可达百万吨每年。

综上所述，本实用新型避免产生积碳现象和积碳导致的加热炉、热煤气管道堵塞问题，并且实现富氢气体热载体的全循环热解过程，大大提高了自产煤气的有效组分，提高了焦油品质，单炉处理能力高。

附图说明

图1为本实用新型的蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种蓄热式富氢气体热载体移动床热解系统，如图1所示，包括热解炉，该热解炉包括：

用于使用热烟气对原煤进行干燥处理，并同时得到冷烟气的干燥段1；用于以富氢气体作为热载体对干燥后的原煤进行热解，得到半焦和粗煤气的热解段2；用于使用冷烟气对半焦进行冷却，并同时得到热烟气的冷却段3；干燥段1、热解段2和冷却段3从上到下设置。

热解段2的粗煤气出口连接有用于对粗煤气进行回收净化，得到焦油和净煤气的回收净化单元4；回收净化单元4连接有用于去除净煤气中的烃烷并分离得到解析气和纯净的氢气的制氢单元5；制氢单元5通过氢气管道6和解析气管道7连接有用于燃烧解析气并加热氢气，得到富氢气体的加热炉8；加热炉8与热解段2的富氢气体入口连接。

本实用新型在使用时，原料煤经输送机依次进入热解炉的干燥段、干馏段和冷却段，最终从炉底排出产品半焦。

在干燥段，原煤经过热烟气加热，脱除所有的外水。

干燥后的原料煤在热解段与加热炉产出的富氢气体热载体换热，发生热解反应，煤料转化成半焦，同时产生水蒸气、煤气和焦油气组成的粗煤气。粗煤气随富氢气体热载体一起从热解段顶部的粗煤气出口引出，经焦回收净化单元后得到净煤气和焦油。焦油进行后续加工处理，得到轻质油；净煤气进入制氢单元，在水蒸气作用下将其中的烃烷转换为氢气和CO2，再提纯分离得到纯净的氢气(即富氢气体)和解析气。解析气在加热炉燃烧提供加热炉的热源；氢气被加热炉系统加热后作为气体热载体去热解段热解原煤。

热解后得到的半焦下移至冷却段，并与冷烟气换热冷却。

本实用新型中，自产煤气经过制氢单元去除其中的烷烃类，得到富氢气体和解析气，解析气燃烧提供加热系统的热源，富氢气体被加热系统加热作为蓄热式气体热载体，避免产生积碳现象和积碳导致的加热炉、热煤气管道堵塞问题，提高了系统运行的稳定性和可靠性；并且富氢气体通过加热、热解、净化、制氢等工序，实现富氢气体热载体的全循环热解过程，大大提高了自产煤气的有效组分；另外以富氢气体作为热载体的热解氛围有效抑制了炉内焦油的分解，从而提高了焦油中的饱和分和轻质焦油比例，提高了焦油品质，并可进一步通过后续工序得到轻质油产品；裂解炉包括干燥段、热解段和冷却段，为多段多层的立式方炉结构，单炉处理能力可达百万吨每年。

综上所述，本实用新型避免产生积碳现象和积碳导致的加热炉、热煤气管道堵塞问题，并且实现富氢气体热载体的全循环热解过程，大大提高了自产煤气的有效组分，提高了焦油品质，单炉处理能力高。

作为本实用新型的一种改进，干燥段1和冷却段2之间连接有用于将干燥段1产生的冷烟气导通至冷却段2的冷烟气通道9；冷却段2和干燥段1之间连接有用于将冷却段2产生的热烟气导通至干燥段1的热烟气通道10。热烟气通道可以是裂解炉外部的管道，也可以是裂解段内部连通冷却段和干燥段的烟道。

本实用新型将干燥段出口烟气通入冷却段冷却半焦，回收半焦热量，换热后的烟气升温再通入干燥段干燥原料煤，实现烟气热载体加热和冷却全循环工艺，既充分利用半焦的余热，提高了系统的热效率，并且以冷烟气为介质的干法熄焦还能避免湿法熄焦增加的废水处理工序，改善半焦品质。

进一步的，冷烟气通道9上设置有对冷烟气进行净化的除尘装置11、第一脱硫装置12以及用于排出富余气体的排空通道13。干燥段产生的冷烟气经除尘、脱硫后，再返回冷却段冷却半焦，富余气体排放。

本实用新型的回收净化单元4优选包括用于回收焦油的焦油回收单元14和用于净化粗煤气得到净煤气的煤气净化单元15。

作为本实用新型的另一种改进，制氢单元5包括用于在水蒸气的作用下将烃烷转换成H2和CO2并分离出解析气的烃烷变换单元16，以及用于得到纯净的氢气(即解析气)的变压吸附单元17。

进一步的，回收净化单元4还连接有用于将焦油加氢制备成轻质油的加氢单元18，加氢单元18与变压吸附单元17连接，氢气一部分去加氢装置，加氢提高了焦油品质，用于制备石脑油和柴油等轻质油。

作为本实用新型的另一种改进，干燥段1顶部设置有用于将冷烟气引出的第一集气阵伞，热解段2顶部设置有用于将粗煤气引出的第二集气阵伞，干燥段1、热解段2和冷却段3设置有多层布气伞。裂解炉内设置多层布气伞和集气阵伞，既增强了炉体内物料层间的透气性，大大降低了床层阻力，而且提高了系统的处理能力。

进一步的，干燥段1上方设置有炉顶煤仓19，用于接收输送机输送的原煤并进入干燥段，冷却段2下方设置有炉底排渣口20，用于排出半焦，半焦经刮板机落入出焦皮带，最后被送至产品仓。

本实用新型中，干燥段1、热解段2和冷却段3之间均设置有用于密封的过渡段。裂解炉炉体采取干燥段、干馏段和冷却段三段独立设计，且各段之间设置过渡段，能够避免干燥过程产生的大量烟气、水蒸气和煤尘进入裂解段，大大降低了废水处理量，保证了焦油品质，同时提高了煤气热值。

解析气燃烧后排放，排放前进行脱硫，加热炉8连接有用于对解析气燃烧后产生的烟气进行脱硫的第二脱硫装置21。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。