[发明专利]粉煤催化热解制备煤焦油的方法及其装置

权利要求书

1.一种粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：催化热解反应器(1)的上端出口通过管道与荒煤气净化装置(4)的入口相联通、中部出口通过安装在管道上的阀门与加热提升管(2)的下端的入口相联通并通过管道与高温半焦换热器(6)的中部入口相联通，加热炉(7)与加热提升管(2)的入口相联通，加热提升管(2)中部出口通过管道与催化热解反应器(1)的半焦入口相联通、上端的出口通过管道与高温气体换热器(9)的烟气入口相联通，荒煤气净化装置(4)上出口通过安装在管道上循环煤气鼓风机(3)与高温气体换热器(9)的煤气输入端相联通、下出口通过安装在管道上煤气鼓风机(5)与高温半焦换热器(6)的入口相联通，高温气体换热器(9)的一输出口通过管道与催化热解反应器(1)相连通、另一输出口通过安装在管道上的烟气引风机(8)与加热提升管(2)的入口相联通，高温半焦换热器(6)的出口与催化热解反应器(1)的入口管道相联通。

2.按照权利要求1所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于所说的催化热解反应器(1)为：在热解反应管(1-5)的垂直段上部外围设置有分离器，外筒(1-6)的底部设置有高温半焦排出管(1-7)，在热解反应管(1-5)垂直段下部的外围套装有催化反应室(1-8)，催化反应室(1-8)的外侧壁上设置有与催化反应室(1-8)内相联通的催化室进气管(1-15)，热解反应管(1-5)外壁与催化反应室(1-8)内壁之间设置有环形的支撑花板(1-10)，支撑花板(1-10)上放置催化剂(1-9)，热解反应管(1-5)的垂直段下部设置有煤气分布器(1-11)，热解反应管(1-5)的水平段上设置有与其内向联通的高温半焦输入管(1-13)、粉煤输入管(1-12)、煤气输入管(1-14)；所说的加热提升管(2)内的上部设置有烟气分离器。

3.按照权利要求2所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于所说的催化热解反应器(1)的分离器为：在外筒(1-6)内壁上设置有环形封闭隔板(1-2)，环形封闭隔板(1-2)内侧设置有位于热解反应管(1-5)垂直段的外围的导流管(1-4)，导流管(1-4)内壁与热解反应管(1-5)外壁之间形成环状空间，热解反应管(1-5)垂直段和环形封闭隔板(1-2)下方的外筒(1-6)上设置有与热解反应管(1-5)内相联通、且等分圆周的4～8个旋流管(1-3)，旋流管(1-3)的自由端伸出于导流管(1-4)管壁外；所说的加热提升管(2)的烟气分离器的结构与催化热解反应器(1)的分离器相同。

4.按照权利要求3所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的旋流管(1-3)的自由端加工成向下的螺旋状。

5.按照权利要求2或3所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的外筒(1-6)的缩口段斜壁与水平面的夹角为36°～60°。

6.按照权利要求2所述的粉煤催化热解制备煤焦油的装置，其特征在于：所说的煤气分布器(1-11)上加工有3～20圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为8～12mm；所说的支撑花板(1-10)上加工有3～30圈同心圆环形排列或交错排列的气孔，气孔的孔径为2～4mm。

7.一种使用权利要求1装置制备煤焦油的方法，其特征在于由下述步骤组成：

(1)循环半焦粉加热

运转时用加热炉(7)加热产生的热烟气加热半焦粉到燃点，关闭加热炉(7)，空气和450～500℃循环烟气混合以8～15米/秒从加热提升管(2)底部进入，空气与循环烟气的体积比为1∶2～3，4％～8％的半焦粉燃烧将其余半焦粉加热到750～800℃，经加热提升管(2)上部的烟气分离器分离，分离出的800～850℃烟气从加热提升管(2)顶部通过管道输入高温气体换热器(9)进行换热，固体进入催化热解反应器(1)的高温半焦输入管(1-13)入口；

(2)粉煤的催化热解反应

750～800℃的半焦粉从高温半焦输入管(1-13)输入，经换热后的400～450℃的煤气以流速为5～15米/秒从煤气输入管(1-14)进入形成半焦粉流，并被半焦粉碳化，粒径小于1mm的粉煤从粉煤输入管(1-12)输入，被半焦流带入催化热解反应器(1)内，进行热解反应，粉煤与半焦粉的质量比为1∶2～3；

由高温气体换热器(9)输出的750～800℃煤气从催化室进气管(1-15)进入催化反应室(1-8)与催化剂发生催化反应，催化后的煤气，以流速为5～10米/秒经煤气分布器(1-11)进入催化热解反应器(1)内参与热解反应，生成半焦和荒煤气，经催化热解反应器(1)上部的旋流管(1-3)分离，分离出的510～550℃半焦粉从高温半焦排出管(1-7)排出，一部分经管道进入加热提升管(2)、另一部分经管道进入高温半焦换热器(6)，分离出的荒煤气从催化热解反应器(1)顶部经管道进入荒煤气净化装置(4)；

上述的催化剂的活性组分为Fe₂O₃、CoO、NiO中的任意一种或两种的混合物或三种的混合物，单一活性组分Fe₂O₃、CoO、NiO的负载量分别为10％～15％，在两种或三种活性组分的混合配比中，每种活性组分的负载量为10％～15％；催化剂的载体为α-Al₂O₃、β-Al₂O₃、γ-Al₂O₃中的任意一种；催化剂的比表面积为120m²/g～160m²/g、孔容为0.2mL/g～0.4mL/g；

(3)煤焦油的回收及余热利用

荒煤气净化装置(4)对输入的荒煤气进行净化分离成煤气和煤焦油，煤焦油从荒煤气净化装置(4)侧面排出，一部分煤气经安装在管道上的煤气鼓风机(5)输入到高温半焦换热器(6)、另一部分煤气经安装在管道上的循环煤气鼓风机(3)输入高温气体换热器(9)，在高温半焦换热器(6)内煤气被510～550℃半焦粉加热到400～450℃后，从高温半焦换热器(6)底部经管道输入催化热解反应器(1)的煤气输入管(1-14)循环利用，半焦粉经高温半焦换热器(6)冷却到60～80℃从侧面排出；在高温气体换热器(9)内煤气被烟气加热升温到750～800℃，烟气由800～850℃降到150～200℃，从底部输出到催化室进气管(1-15)进入催化反应室(1-8)循环利用，一部分废烟气从侧面排出、另一部分废烟气经安装在管道上的烟气引风机(8)从加热提升管(2)的底部输入循环利用。