[發明專利]一種碳質材料熱解系統及其熱解工藝

有效

• 申請號: 201210223349.2
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN103509570A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 秦強;李初福;翁力;盧洪;劉科
• 申請（專利權）人: 北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: C10B49/02
• 分類號: C10B49/02;C10B57/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張秋林;林柏楠

技術領域

本發明涉及一種碳質材料熱解系統及其工藝，尤其涉及一種生產中熱值煤氣的內熱式熱解系統及其工藝。

背景技術

在全球油氣資源日益短缺的背景下，如何以低成本和環保的方式合理利用煤炭資源，實現煤炭對油氣資源的補充、甚至替代成為能源行業的一個重要研究課題。

經過多年研究和大量實驗，可以確定煤炭資源的合理利用方式是根據煤質、煤種的不同特點對煤炭進行分級煉制、綜合利用。干燥和熱解技術則是煤炭分級煉制、綜合利用的基本途徑之一。通常，固態碳質材料、如煤熱解按熱解溫度可分為三類：900～1100℃高溫熱解；700～900℃中溫熱解；350～700℃低溫熱解。煤熱解通常可形成可燃氣、焦油、和半焦（或焦炭）等三類產物，熱解工藝不同，三類產物組成或收率將有較大差異。

煤熱解過程為吸熱過程，通常需要外部供熱，常規供熱方法有外熱式和內熱式兩種。根據熱量傳遞介質的不同，內熱式又可分為氣體熱載體法和固體介質法。固體介質法是用高溫固體的顯熱將煤熱解，其主要缺點是系統復雜、投資高、設備磨損嚴重、維修量大等；氣體熱載體法是將熱氣體引入熱解反應器中，其主要缺點是熱氣體中的CO2和惰性氣體稀釋了干餾氣態產物，降低了煤氣品質，增大了煤氣分離凈化設備及動力消耗。針對氣體熱載體熱解工藝的上述缺陷，業界對傳統熱解工藝做了諸多改進，例如通過循環利用干餾煤氣提高干餾氣態產物的熱值。

CN101885973A公開了一種用于褐煤或高揮發分煤干餾的生產工藝，其特征是：高溫干餾煤氣作為熱載體進入干餾爐內與爐內煤料接觸傳熱，干餾逸出的煤氣匯入熱載體煤氣中一并出爐，出爐的煤氣經降溫凈化后，相當于原熱載體煤氣量的一部分煤氣經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使用，其余量的煤氣作外供使用。由于氣體熱載體全部來自于干餾煤氣，干餾煤氣沒有被外來雜質氣體稀釋，因而煤氣質量較好、熱值較高。但將此技術方案進行工業放大時，將會遇到許多難題。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表面合金化處理制成，導致設備造價高。再者，由于氣體和氣體換熱系數較小，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，容易結焦并堵塞，使得間壁式加熱器操作困難或無法操作。

CN101113340A公開了一種以高溫循環煤氣為載體來加熱干餾高揮發分煤的直接加熱工藝。由爐頂引出的干餾煤氣分為三部分，第一部分經蓄熱室預熱作為干餾加熱介質，第二部分作為熱半焦的冷卻介質，第三部分作為外供燃氣。相較于間壁式加熱器，蓄熱式換熱器具有結焦發生時自動進行燒焦清除和成本相對較低的優勢。然而，蓄熱式換熱切換會帶來壓力波動、熱解氣返混等問題。

上述文獻的公開內容在此全文引入以作參考。

基于以上對現有技術的描述和分析，有必要對現有氣體熱載體熱解工藝進行改進，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，從而開發出工業化投資相對較小，運行相對穩定的氣體熱載體熱解工藝。

發明內容

本發明目的是提供一種結構簡單、成本低廉、運行穩定的熱解系統，該熱解系統利用循環熱解氣、氣-固傳熱工藝，提高氣態熱解產物的熱值、液態油回收率和系統穩定性。

根據本發明一個方面，提供一種碳質材料熱解系統，包括：

干燥裝置，用于干燥碳質材料；

熱解裝置，任選地與干燥裝置相連通，碳質材料或干燥后的碳質材料利用氣體熱載體的熱量在其中進行熱解，產生粗熱解氣和固態熱解產物；

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物冷卻或鈍化；

液態油回收單元，氣相連通所述熱解裝置，接收所述熱解裝置中產生的粗熱解氣，并對所述粗熱解氣進行冷凝，以獲得液態油和凈熱解氣；和

熱載體加熱單元，與所述熱解裝置相連通，用來加熱在所述熱載體加熱單元內循環移動的固體介質和/或冷固體介質，并利用所述加熱后的固體介質加熱所述凈熱解氣，產生所述氣體熱載體和冷固體介質。

在本發明一個實施方式中，所述熱載體加熱單元包括固體介質加熱器，利用熱氣體加熱置于所述固體介質加熱器中的固體介質或冷固體介質；和氣體熱載體加熱器，部分來自所述液態油回收單元的凈熱解氣與來自所述固體介質加熱器的固體介質在其中換熱，產生所述氣體熱載體和冷固體介質。優選地，所述固體介質加熱器和氣體熱載體加熱器是流化床或移動床。