[發(fā)明專利]一種碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)及其熱解工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210223349.2
• 申請(qǐng)日: 2012-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN103509570A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦強(qiáng);李初福;翁力;盧洪;劉科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號(hào): C10B49/02
• 分類號(hào): C10B49/02;C10B57/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 張秋林;林柏楠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)及其工藝，尤其涉及一種生產(chǎn)中熱值煤氣的內(nèi)熱式熱解系統(tǒng)及其工藝。

背景技術(shù)

在全球油氣資源日益短缺的背景下，如何以低成本和環(huán)保的方式合理利用煤炭資源，實(shí)現(xiàn)煤炭對(duì)油氣資源的補(bǔ)充、甚至替代成為能源行業(yè)的一個(gè)重要研究課題。

經(jīng)過(guò)多年研究和大量實(shí)驗(yàn)，可以確定煤炭資源的合理利用方式是根據(jù)煤質(zhì)、煤種的不同特點(diǎn)對(duì)煤炭進(jìn)行分級(jí)煉制、綜合利用。干燥和熱解技術(shù)則是煤炭分級(jí)煉制、綜合利用的基本途徑之一。通常，固態(tài)碳質(zhì)材料、如煤熱解按熱解溫度可分為三類：900～1100℃高溫?zé)峤猓?00～900℃中溫?zé)峤猓?50～700℃低溫?zé)峤狻Ｃ簾峤馔ǔ？尚纬煽扇細(xì)狻⒔褂汀⒑桶虢梗ɑ蚪固浚┑热惍a(chǎn)物，熱解工藝不同，三類產(chǎn)物組成或收率將有較大差異。

煤熱解過(guò)程為吸熱過(guò)程，通常需要外部供熱，常規(guī)供熱方法有外熱式和內(nèi)熱式兩種。根據(jù)熱量傳遞介質(zhì)的不同，內(nèi)熱式又可分為氣體熱載體法和固體介質(zhì)法。固體介質(zhì)法是用高溫固體的顯熱將煤熱解，其主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、投資高、設(shè)備磨損嚴(yán)重、維修量大等；氣體熱載體法是將熱氣體引入熱解反應(yīng)器中，其主要缺點(diǎn)是熱氣體中的CO2和惰性氣體稀釋了干餾氣態(tài)產(chǎn)物，降低了煤氣品質(zhì)，增大了煤氣分離凈化設(shè)備及動(dòng)力消耗。針對(duì)氣體熱載體熱解工藝的上述缺陷，業(yè)界對(duì)傳統(tǒng)熱解工藝做了諸多改進(jìn)，例如通過(guò)循環(huán)利用干餾煤氣提高干餾氣態(tài)產(chǎn)物的熱值。

CN101885973A公開了一種用于褐煤或高揮發(fā)分煤干餾的生產(chǎn)工藝，其特征是：高溫干餾煤氣作為熱載體進(jìn)入干餾爐內(nèi)與爐內(nèi)煤料接觸傳熱，干餾逸出的煤氣匯入熱載體煤氣中一并出爐，出爐的煤氣經(jīng)降溫凈化后，相當(dāng)于原熱載體煤氣量的一部分煤氣經(jīng)間壁式高溫加熱器加熱至高溫后作為熱載體回干餾爐循環(huán)使用，其余量的煤氣作外供使用。由于氣體熱載體全部來(lái)自于干餾煤氣，干餾煤氣沒(méi)有被外來(lái)雜質(zhì)氣體稀釋，因而煤氣質(zhì)量較好、熱值較高。但將此技術(shù)方案進(jìn)行工業(yè)放大時(shí)，將會(huì)遇到許多難題。首先，由于氣體工作溫度高，間壁式高溫加熱器需要用不銹鋼、高溫耐熱鋼材或碳化硅等特殊材料經(jīng)表面合金化處理制成，導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)高。再者，由于氣體和氣體換熱系數(shù)較小，氣流量大，需要加熱器面積很大，使得間壁式加熱器體積龐大，投資大。此外，由于氣體中含有焦油組分等，使用間壁式加熱器，冷熱氣體始終在同一側(cè)，容易結(jié)焦并堵塞，使得間壁式加熱器操作困難或無(wú)法操作。

CN101113340A公開了一種以高溫循環(huán)煤氣為載體來(lái)加熱干餾高揮發(fā)分煤的直接加熱工藝。由爐頂引出的干餾煤氣分為三部分，第一部分經(jīng)蓄熱室預(yù)熱作為干餾加熱介質(zhì)，第二部分作為熱半焦的冷卻介質(zhì)，第三部分作為外供燃?xì)狻Ｏ噍^于間壁式加熱器，蓄熱式換熱器具有結(jié)焦發(fā)生時(shí)自動(dòng)進(jìn)行燒焦清除和成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)。然而，蓄熱式換熱切換會(huì)帶來(lái)壓力波動(dòng)、熱解氣返混等問(wèn)題。

上述文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此全文引入以作參考。

基于以上對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述和分析，有必要對(duì)現(xiàn)有氣體熱載體熱解工藝進(jìn)行改進(jìn)，以提高提高煤氣熱值、采用合理的氣體加熱方式、合理利用余熱熱量，從而開發(fā)出工業(yè)化投資相對(duì)較小，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定的氣體熱載體熱解工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定的熱解系統(tǒng)，該熱解系統(tǒng)利用循環(huán)熱解氣、氣-固傳熱工藝，提高氣態(tài)熱解產(chǎn)物的熱值、液態(tài)油回收率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供一種碳質(zhì)材料熱解系統(tǒng)，包括：

干燥裝置，用于干燥碳質(zhì)材料；

熱解裝置，任選地與干燥裝置相連通，碳質(zhì)材料或干燥后的碳質(zhì)材料利用氣體熱載體的熱量在其中進(jìn)行熱解，產(chǎn)生粗熱解氣和固態(tài)熱解產(chǎn)物；

任選地，冷卻裝置，與所述熱解裝置相連通，用于將所述固體熱解產(chǎn)物冷卻或鈍化；

液態(tài)油回收單元，氣相連通所述熱解裝置，接收所述熱解裝置中產(chǎn)生的粗熱解氣，并對(duì)所述粗熱解氣進(jìn)行冷凝，以獲得液態(tài)油和凈熱解氣；和

熱載體加熱單元，與所述熱解裝置相連通，用來(lái)加熱在所述熱載體加熱單元內(nèi)循環(huán)移動(dòng)的固體介質(zhì)和/或冷固體介質(zhì)，并利用所述加熱后的固體介質(zhì)加熱所述凈熱解氣，產(chǎn)生所述氣體熱載體和冷固體介質(zhì)。

在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，所述熱載體加熱單元包括固體介質(zhì)加熱器，利用熱氣體加熱置于所述固體介質(zhì)加熱器中的固體介質(zhì)或冷固體介質(zhì)；和氣體熱載體加熱器，部分來(lái)自所述液態(tài)油回收單元的凈熱解氣與來(lái)自所述固體介質(zhì)加熱器的固體介質(zhì)在其中換熱，產(chǎn)生所述氣體熱載體和冷固體介質(zhì)。優(yōu)選地，所述固體介質(zhì)加熱器和氣體熱載體加熱器是流化床或移動(dòng)床。