[發(fā)明專利]用于固體含碳物料的熱解系統(tǒng)以及熱解方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210323648.3
• 申請(qǐng)日: 2012-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN103666501A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂清剛;朱治平;高鳴;于曠世;向飛;那永潔;孟廣軍;劉秀如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): C10B53/00
• 分類號(hào): C10B53/00;C10B53/02;C10B53/04;C10B53/06;C10B57/00;C10B49/22
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯雄軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體含碳物料的熱解，尤其涉及顆粒狀含揮發(fā)分的固體含碳物料的熱解系統(tǒng)和熱解方法。

背景技術(shù)

煤通過(guò)熱解生成煤氣、焦油和半焦是目前梯級(jí)利用低階煤資源，獲得高附加值產(chǎn)物的高值化利用途徑，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。近年來(lái)，油頁(yè)巖成為世界公認(rèn)最具潛力的非傳統(tǒng)烴類資源，由于其含油率一般在4%～20%，最高可達(dá)30%，因此除燃燒發(fā)電外，主要利用方式是干餾煉油。油頁(yè)巖經(jīng)加熱干餾后,所含油母分解生成頁(yè)巖油及干餾氣和頁(yè)巖半焦；頁(yè)巖油可作為燃料油,亦可進(jìn)一步加工制取汽、柴油和化學(xué)品。對(duì)油頁(yè)巖進(jìn)行有效的開發(fā)和利用，可以緩解我國(guó)缺少天然石油的困境，減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴，維護(hù)國(guó)家能源安全，改善能源結(jié)構(gòu)。此外，干化污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和可燃成分，干污泥熱解處理可促使污泥中有機(jī)物發(fā)生還原，產(chǎn)生可供回收利用的燃料，其熱解焦油的熱值較高，可作為能源利用，與輕柴油混合后可達(dá)到燃料用油的品質(zhì)。

在熱解過(guò)程中，傳熱傳質(zhì)方式對(duì)熱解產(chǎn)物的品質(zhì)有顯著影響。對(duì)于塊煤而言，熱解技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，主要采用固定床熱解工藝，如陜北、內(nèi)蒙等地的立式炭化爐，要求煤的粒度較大。隨著煤炭開采機(jī)械化程度的提高，粒度較小的粉煤產(chǎn)量正逐年增加，現(xiàn)階段粉煤熱解工藝路線較多。根據(jù)熱解反應(yīng)所需熱量的供給方式，熱解工藝可分為直接接觸換熱和間接接觸換熱兩大類。

直接接觸換熱方式主要是通過(guò)高溫氣體或固體熱載體與待熱解的煤直接混合，使物料升溫發(fā)生熱解反應(yīng)。直接接觸換熱技術(shù)具有傳熱效率高，加熱速率快等優(yōu)點(diǎn)。但是高溫氣體熱載體工藝中，由于夾帶、混合等使煤氣中含有大量惰性組分降低煤氣熱值，焦油含塵量增加，降低品質(zhì)。高溫固體熱載體工藝中，熱載體中的細(xì)顆粒進(jìn)入熱解氣和焦油中，分離困難，并容易出現(xiàn)管路堵塞等問(wèn)題。而且，煤熱解產(chǎn)生的焦油蒸氣與高溫?zé)彷d體的直接接觸，易發(fā)生二次裂解，影響焦油品質(zhì)及產(chǎn)率。同時(shí)，熱解生成的半焦中因混入了固體熱載體顆粒使其熱值降低，影響了半焦的品質(zhì)。

間接換熱技術(shù)是通過(guò)外部電加熱、高溫?zé)煔?、高溫物料、高溫蓄熱體等加熱反應(yīng)器外壁向物料傳熱，使物料外層依次向內(nèi)層傳熱升溫而發(fā)生熱解反應(yīng)的過(guò)程。間接接觸換熱技術(shù)因不混入其它熱載體，獲得的煤氣熱值較高，焦油中含塵量低，半焦產(chǎn)品無(wú)雜質(zhì)，品質(zhì)高。但是由于煤的導(dǎo)熱性能較差，間接換熱煤熱解工藝中物料升溫速率慢、溫度不均勻，易導(dǎo)致熱解時(shí)間長(zhǎng)、焦油產(chǎn)率低、重質(zhì)油含量高等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個(gè)方面的問(wèn)題而提出本發(fā)明。

本發(fā)明的核心發(fā)明構(gòu)思（以煤為例）在于如下方面：采用固體熱載體作為熱解的熱源，固體熱載體與待熱解的煤為間接換熱，間接換熱壁面兩側(cè)均為流態(tài)化。熱解的一側(cè)與現(xiàn)有技術(shù)類似，煤從頂部加入，從底部排出，通過(guò)產(chǎn)生的氣態(tài)熱解產(chǎn)物自流化，從而從下而上優(yōu)選分別呈移動(dòng)床、微流化、流化這三種狀態(tài)；作為熱源的一側(cè)與現(xiàn)有技術(shù)不同，采用處于流態(tài)化的固體熱載體。其中，氣態(tài)熱解產(chǎn)物包括煤熱解產(chǎn)生的水蒸氣、熱解氣和在高溫下呈氣態(tài)的焦油（即焦油蒸氣，簡(jiǎn)稱油氣）。

本發(fā)明的其它發(fā)明構(gòu)思（以煤為例）還在于如下方面：

1、固體熱載體可以在固體熱載體通道內(nèi)被加熱，也可以是預(yù)先被加熱后再進(jìn)入固體熱載體通道。例如，可以采用氣體燃料、液體燃料或固體燃料燃燒、加熱惰性粒子的方式；或者直接以固體燃料顆粒作為固體熱載體，通過(guò)其自身的燃燒產(chǎn)生熱量。

2、熱解爐底部低于熱載體床層底部，即熱解爐下部存在一段不被加熱的“釋盡段”，用于延長(zhǎng)熱解煤的停留時(shí)間，供殘留的揮發(fā)分釋出，并提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化或煤的粒度發(fā)生變化時(shí)，用以保證揮發(fā)分完全釋放。

3、熱載體的流化床側(cè)壁可設(shè)有溢流口，固體熱載體從通道中流過(guò)時(shí)，以溢流的方式排出，從而保持穩(wěn)定的密相區(qū)高度，溢流口的高度位于熱載體流化床的密相區(qū)與稀相區(qū)之間的過(guò)渡段。

4、待熱解的粉煤預(yù)先進(jìn)行分選，將粒徑過(guò)小的粉煤送入爐膛燃燒，而將剩下的粉煤作為熱解煤，從而減少混入到熱解產(chǎn)物中的細(xì)顆粒量；或者，不限定分選出來(lái)的粒徑較小的粉煤的粒徑，而是以分選出的粉煤的量燃燒放熱能夠滿足熱解反應(yīng)所需的熱量為準(zhǔn)，分選出的粉煤粒徑可能比前一種構(gòu)思下的要大一些。

5、對(duì)待熱解的粉煤進(jìn)行分選時(shí)，可采用干燥－分選一體化工藝，在分選的同時(shí)實(shí)現(xiàn)粉煤的干燥，煤干燥產(chǎn)生的乏氣與分選出的粒徑較小的粉煤一起進(jìn)入爐膛燃燒。