一種煤快速熱解反應(yīng)裝置及基于該裝置的煤熱解反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤快速熱解反應(yīng)裝置及基于該裝置的煤熱解反應(yīng)系統(tǒng)，屬于煤熱解裝置的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國能源資源的顯著特征是富煤、少油、缺氣。然而，目前煤炭資源往往被作為單一用途來利用，大部分以直接燃燒為主，其他氣化、液化也是以單一過程為主。煤直接燃燒是單純地把煤作為燃料利用，不能有效利用煤中所含的高價值組分；而在煤的氣化、液化等單個轉(zhuǎn)化過程中，由于固體顆粒反應(yīng)速度隨轉(zhuǎn)化程度增加而減慢，要想取得較高的轉(zhuǎn)化效率，必須采取措施轉(zhuǎn)化較難轉(zhuǎn)化的部分，這就導(dǎo)致技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備龐大，投資及生產(chǎn)成本高。煤熱解是一種可實現(xiàn)煤氣、焦油、半焦和蒸汽的聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，既能有效利用煤中的高價值組分，又能降低煤轉(zhuǎn)化過程中的難度，從而通過利用儲量相對豐富的煤炭資源制取焦油和煤氣來替代儲量相對匱乏的油氣資源以及生產(chǎn)各種化學(xué)品，同時伴產(chǎn)半焦和蒸汽，在滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需求的同時也是一種合理利用資源的好途徑。
[0003]煤熱解具有工藝過程簡單，加工條件溫和，投資少，生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。煤熱解工藝按加熱方式可分為外熱式和內(nèi)熱式兩類。外熱式煤熱解工藝熱效率低，煤料加熱不均，半焦質(zhì)量不均，揮發(fā)產(chǎn)物的二次分解嚴(yán)重，設(shè)備復(fù)雜，投資大，產(chǎn)能??；內(nèi)熱式煤熱解工藝克服了外熱式的缺點，借助熱載體把熱量直接傳遞給煤料，受熱后的煤發(fā)生熱解反應(yīng)產(chǎn)生煤氣、焦油和半焦。內(nèi)熱式煤熱解工藝根據(jù)供熱介質(zhì)不同，又分為氣體熱載體煤熱解和固體熱載體煤熱解。氣體熱載體煤熱解工藝多采用燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣蛘呙簾峤馑a(chǎn)生的高溫煤氣做熱載體。采用高溫?zé)煔庾鳛闅怏w熱載體，會導(dǎo)致煤熱解析出的揮發(fā)產(chǎn)物被煙氣稀釋，從而使得煤氣熱值不高，有效組分濃度低，利用價值低；采用高溫煤氣作氣體熱載體，出爐熱解煤氣冷卻后又有部分煤氣再次通過外加熱方式加熱為高溫煤氣作熱載體，耗能大，熱效率低，且消耗掉較大部分的高品位產(chǎn)物煤氣。固體熱載體煤熱解工藝則利用高溫循環(huán)灰或高溫半焦與煤在熱解室內(nèi)混合，利用固體熱載體的顯然將煤熱解。采用高溫循環(huán)灰作為固體熱載體，由于煤熱解所產(chǎn)生的半焦中摻混了大量灰熱載體，灰分含量高、熱值低，半焦產(chǎn)品品質(zhì)較低，除燃燒利用外用途受到限制；而采用高溫半焦作固體熱載體易于半焦產(chǎn)品下一階段的利用。
[0004]中國專利文獻CN102585913A公開了一種基于流化床熱解技術(shù)的煤氣焦油半焦蒸汽多聯(lián)產(chǎn)方法。該方法基于流化床熱解技術(shù)，以高溫半焦為熱載體，實現(xiàn)煤氣、焦油、半焦和蒸汽聯(lián)產(chǎn)，具體步驟包括:(I)將混合比例為1:5-1:15的原料煤與半焦在流化床熱解爐中混合，控制運行溫度為500-800°C ;原料煤發(fā)生熱解并析出揮發(fā)分，揮發(fā)分經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后進入煤氣冷卻系統(tǒng)，冷卻分離得到焦油和熱解煤氣；熱解煤氣的一部分作為流化介質(zhì)再循環(huán)回流化床熱解爐，剩余熱解煤氣經(jīng)凈化后作為化工合成原料或燃?xì)馊剂?，收集到的焦油用于后續(xù)加工利用，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下來的半焦顆粒經(jīng)冷卻后作為半焦產(chǎn)品；(2)將流化床熱解爐內(nèi)的部分半焦排出并冷卻后作為半焦產(chǎn)品，排出量控制在流化床熱解爐給煤量的60-90%，具體由流化床熱解爐實際運行時的物料平衡來決定；另有一部分半焦則送至流化床半焦加熱爐中，在半焦加熱爐中使其中少部分半焦與空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃燒所放出的熱量用于加熱剩余未燃燒的那部分半焦顆粒以及煙氣，控制流化床半焦加熱爐運行溫度為850-1000°C ;加熱后的高溫半焦由高溫?zé)煔鈹y帶進入高溫旋風(fēng)分離器中進行氣固分離，分離下來的高溫半焦返送至流化床熱解爐為煤熱解提供熱載體，而分離后的高溫?zé)煔膺M入補燃式余熱鍋爐；從流化床熱解爐送入到半焦加熱爐的半焦量，由最終通過半焦加熱爐獲得的高溫半焦能將流化床熱解爐加熱到500-800°C來決定；(3)分離后的高溫?zé)煔鈹y帶有可燃?xì)怏w和少量細(xì)半焦顆粒，全部進入補燃式預(yù)熱鍋爐，在這里使這些可燃組分進一步燃盡，所產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^換熱將水加熱為蒸汽；經(jīng)換熱后的高溫?zé)煔膺M入空氣預(yù)熱器加熱空氣，加熱后的空氣分別送入流化床半焦加熱爐和補燃式余熱鍋爐提供燃燒所需氧氣；通過空氣預(yù)熱器換熱后的煙氣經(jīng)除塵后排空。
[0005]然而，上述利用流化床反應(yīng)器進行原料煤熱解時，反應(yīng)器內(nèi)部冷熱物料的傳熱傳質(zhì)相對較慢，導(dǎo)致內(nèi)部溫度場分布不均，升溫速率較慢，部分原料煤來不及發(fā)生熱解反應(yīng)即流出反應(yīng)器，焦油產(chǎn)率偏低；此外，在冷熱物料的對流傳熱過程中，伴隨著顆粒碰撞，煤的粒徑逐漸減小，上述方法的除塵分離效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中采用流化床熱解反應(yīng)器進行煤熱解反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)部冷熱物料的傳熱傳質(zhì)相對較慢，導(dǎo)致內(nèi)部溫度場分布不均，升溫速率較慢，部分原料煤來不及發(fā)生熱解反應(yīng)即流出反應(yīng)器，焦油產(chǎn)率偏低，從而提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)冷熱物料的快速傳熱傳質(zhì)、熱解快速、焦油產(chǎn)率高的低階煤的快速熱解反應(yīng)裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種煤快速熱解反應(yīng)裝置，其由下至上依次設(shè)置有:
[0009]直管熱解段，所述直管熱解段的底部設(shè)置有粗煤氣入口，下部設(shè)置有進煤口和高溫載體入口，頂端設(shè)置有排料口 ；其中所述進煤口設(shè)置在所述高溫載體入口的上部；所述直管熱解段的長徑比為20:1-40:1 ;
[0010]氣固分離倉，位于所述直管熱解段的上方，與所述直管熱解段的上端連接設(shè)置，所述氣固分離倉的下部為汽提段，所述汽提段的截面由下向上呈增大趨勢；在所述氣固分離倉的上部設(shè)置有排氣口，底部設(shè)置有載體出口。
[0011]還設(shè)置有燃燒器，在所述燃燒器的下部設(shè)置有半焦進料口和高溫半焦排出口，頂部設(shè)置有高溫?zé)煔獬隹?，底部設(shè)置有蒸汽入口和鼓風(fēng)口，其中，所述半焦進料口設(shè)置在高溫半焦排出口的上部；所述半焦進料口與所述氣固分離倉的半焦出口連通設(shè)置，所述高溫半焦排出口與所述直管熱解段下部的高溫半焦入口連通設(shè)置。
[0012]所述直管熱解段的頂端延伸至所述氣固分離倉內(nèi)設(shè)置，所述直管熱解段伸入所述氣固分離倉內(nèi)的部分高度占所述氣固分離倉總高度的1/4-3/4 ;所述直管熱解段位于所述氣固分離倉下方的部分與所述氣固分離倉的高度比為5:1-10:1。
[0013]所述氣固分離倉由所述汽提段和直筒結(jié)構(gòu)組成，所述直筒結(jié)構(gòu)位于所述汽提段的上方；所述直筒結(jié)構(gòu)與所述汽提段高度比為5:1-1:1。
[0014]所述汽提段22內(nèi)交錯設(shè)置多層“人”字型擋板。
[0015]在所述直管熱解段的下部設(shè)置有布?xì)獍?，所述布?xì)獍逦挥谒雒簹馊肟谏戏?，且位于所述進煤口和高溫載體入口的下方。
[0016]與所述直管熱解段的底部連接設(shè)置有煤氣預(yù)熱器。
[0017]所述的煤快速熱解反應(yīng)裝置還設(shè)置有:
[0018]原煤預(yù)熱器，與所述直管熱解段的進煤口連通設(shè)置；
[0019]分離除塵裝置，與所述氣固分離倉的排氣口連通設(shè)置；所述分離除塵裝置包括依次連接設(shè)置的除塵單元和油氣分離單元。
[0020]與所述油氣分離單元的氣體出口連接設(shè)置有噴淋凈化單元，所述噴淋凈化單元的氣體出口與所述直管熱解段的粗煤氣入口連通設(shè)置。
[0021]所述除塵單元包括第一除塵器和第二除塵器，所述第一除塵器為旋風(fēng)除塵器，所述第二除塵器為過濾除塵器。
[0022]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0023](I)本發(fā)明所述的煤快速熱解反應(yīng)裝置，通