[发明专利]循环流态化碳氢固体燃料的四联产工艺及装置

说明书

本发明属于快速热解固体燃料的工艺和装置，特别涉及一种循环流态化固体燃料，以提取燃料油、燃气，随后半焦燃烧产生热/电的循环流态化碳氢固体燃料的四联产工艺及装置。这里所指的固体燃料可以是煤炭、油页岩、生物质、焦油砂等，也可以是它们的混合物。

含碳固体燃料经过各种热化学反应(如气化、液化、热解和燃烧等)处理可以得到热能、电能、化学品或燃料，现有的热加工方法大都是将煤炭、生物质等含碳原料视为性质单一的物料，通过单一过程将其全部转化为单一产品。以煤为例，燃烧过程中，将燃料中的碳、氢全部氧化，以提取热能，进而产生电能，这种热加工方法不仅浪费资源，而且污染比较严重；

将煤炭直接液化转变成烃类燃料油，需要在高温、高压和催化剂的条件下，而且工艺产率较低，到目前为止仍然停留在实验室试验阶段；

对煤炭进行间接液化，需要强烈破环煤中的高级烃类，将煤炭降解成气相CO和H₂，再由合成气制成中级烃类油或其他化学品；该获得油品的工艺，对煤种要求较高，需要大量的设备投资，装置的操作和维护也需要大笔的费用，因此发展至今仍然鲜有应用；

将煤炭完全气化需要较为严格的条件，由于高温气氛下半焦失活，导致不完全转化，因此气化炉结构复杂、造价高，对煤种有一定要求；

上述工艺主要是获得一种目的产品，而且获得油、煤气的过程比较复杂，条件苛刻，投资较高。

一些基础研究表明，以煤为代表的固体燃料，大都是有机与无机化合物的混合体，在加热过程中会发生热解转化，煤中包含的一些烃类和有机化合物会产生裂解，形成气体或液体逸出，同时残留半焦和灰分。若采用快速加热技术，即物料的加热速率达到每秒1000～10000℃的范围，使物料在不到1秒的时间内达到400～750℃的反应温度，固体燃料内的复杂有机化合物会大量分解成化学活泼性良好的组分，这些组分最初主要是通过解聚和蒸馏形成的，这些初级产物经过激冷后能保持原来的非平衡状态。通过控制合适的操作条件可以有选择性地并尽可能多地获得有价值的化学中间体、优质燃料油或优质燃气，而避免过多地生成低价值的固体半焦和重质焦油。

我国对热解技术的研究已经有几十年的历史，中国科学院山西煤炭化学研究所、煤炭科学研究总院北京煤化学研究所、大连理工大学、中国科学院化工冶金研究所、华东理工大学等单位在煤的低温干馏、加氢热解及生物质快速热解等方面做过大量的实验室研究。为了把研究成果推向工业应用，国内已进行了一些多联产的扩大试验甚至工业性试验。例如：国内多家研究所和锅炉厂正在研发的三联供技术，它的工艺特点是：将循环流化床燃煤锅炉与煤气发生炉有机结合，以循环流化床锅炉的850℃～900℃高温循环灰为热载体，将其送入用循环热煤气作流化介质的一个鼓泡流化床煤炭气化器里，粒度6～13mm的碎煤在气化器里被加热达到800℃左右，发生部分气化，产生热值为10.5～12.5MJ/Nm³左右的煤气可供输出，气化后的半焦与循环灰一起回到锅炉燃烧室中燃烧，产热发电，从而实现煤气、热力和电力的联合生产。目前该工艺小试已完成，并进行了75t/h多联产示范装置的设计。但尚未见到有关三联产结果的报道。这一技术并不产出油品，但因物料升温速度慢，气化温度不够高，煤气中所含重质焦油需要清洗后才能使用，煤气后处理工艺较复杂，易造成新的污染。

以焦油、煤气、半焦为目的产物的多联供技术在国内也有二种工艺进行过工业性试验。一种为MRF(多级回转炉)的煤热解工艺是由3台串联的卧式回转炉组成，原煤粒度3～25mm，在一台回转炉内采用外热式加热到反应温度550～700℃，产品中半焦达到60％，煤气250～300m³/t煤，焦油产率为理论量的60～70％。由于焦油产率偏低，且粘度大，工艺能耗较高，半焦用途不明确，试验已经停止；另一种为“褐煤固体热载体干馏工艺”，使用原料为小于8mm的粉煤，其主要热解工艺设备有混合器、热解反应器、半焦加热提升管、流化燃烧炉等，干煤与800℃热焦粉在机械混合器混合，温升到550～650℃，进入移动床反应器进行热解反应，析出干馏气态产物，排出半焦，其中部分600℃左右的半焦被来自流化燃烧炉的800～900℃含氧烟气在加热提升管里部分燃烧和升温又达到800℃左右，重新进入混合器又与干煤混合，重复热解循环；该工艺固体热载体是半焦，产品以冷却后的半焦为主，以每吨干褐煤计，产出半焦0.3～0.45t、焦油0.02～0.03t、煤气200m³左右。由于该工艺煤粒较粗，固体颗粒加热速率较慢，焦油量少而质粘，影响操作顺行，半焦用途又不畅，经鉴定后已停止试验。