[发明专利]一种生产轻质焦油的热解装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体燃料热解领域，尤其是可作为基于固体燃料热解和半焦燃烧的分级混合发电系统的热解装置。具体地，本发明涉及一种生产轻质焦油的热解装置及方法。

背景技术

煤既是能源，又是宝贵的C、H资源和多种高价值化学品的重要来源。我国是一个富煤、少气、贫油的国家，煤炭是我国经济发展的重要支柱，因此开发煤炭的清洁综合利用方法是我国能源结构和产业发展的必然要求。

以煤为代表的固体燃料，通常由有机物和无机物组成，其中的有机物在加热过程中会发生热分解反应，生成有机产物和气体，同时残留半焦和灰分。而且，固体燃料低温热解技术是获得清洁固体燃料并联产焦油及热解气的有效方法。该技术以固体燃料为原料通过低温热解获得三种重要的能源产品：热解气、焦油和半焦；热解气和焦油既可直接作为气体或液体燃料，用于燃气、蒸汽轮机燃烧发电；还可用作化工原料，生产化工产品；所得固体产物即半焦，可用作清洁固体燃料在燃烧设备上应用，有利于减少燃烧产生的污染物(SO₂、NO_X和粉尘等)。由中国科学院过程工程研究所申请的发明专利“基于固体燃料热解和半焦燃烧的分级混合发电系统及方法”(201110144144.0)，提出了一种通过热解，实现煤的气、液产物与固体半焦分离，同时通过集成IGCC和超超临界发电的优点，实现更高的系统发电效率。而且，该系统装置简单，投资和运行成本低；并可用于对现有的中小热电机组的改造以提高发电效率，实现节能减排。因此，设计合适的热解装置及工艺是实现该发电系统的关键。本发明为上述技术提供了一种合理的热解方法。

国内外众多研究机构针对固体燃料热解制取液体产物、煤气和半焦工艺开发了各种类型的热解反应器，主要包括流化床热解反应器、移动床热解反应器、固定床热解反应器、转炉反应器和下行床反应器等。

国内浙江大学申请的发明专利(CN101691501)公布了循环流化床煤分级转化煤气焦油半焦多联产装置，该装置将循环流化床气化炉和流化床干馏炉相结合，干馏炉为常压流化床，用再循环煤气作流化介质。李定凯等人1991年申请了名为“循环床煤气-蒸汽联产工艺及装置”的发明专利(CN1056117A)采用流化床煤热解炉与流化床锅炉耦合，用高温热灰作热载体提供粉煤热解所需热量，煤粉在700-750℃条件下进行热解，产生煤气。张绪炜，程荫桐95年提出了“重力循环床煤气-蒸汽联产锅炉”发明专利(CN1144260A)，主要特征是锅炉炉膛下部由燃烧床、传热床和气化床三个并列的流化床组成，强化了炉内飞灰的重力循环，提高煤气产率。1996年又提出用半焦作为热载体产生煤气，提高煤气产率(CN1155573A)。吕清刚于04年提出了“双循环流化床煤气-蒸汽联产方法及装置”(CN1754945)，其特征是燃烧炉和气化炉都为循环流化床。美国安辛集团股份有限公司公布了一种快速热解含碳物质的新方法和装置(发明专利CN1225851)，它使用上流式夹带输送热解反应器，输送气体为循环的煤气。上世纪60年代德国的Lurgi-Ruhr Gas褐煤热解工艺将煤与热载体半焦在螺旋混合器中混合，然后在移动床中热解。国内的大连理工大学新法干馏技术与此相似，也是采用螺旋混合器及移动床干馏槽进行煤的热解。煤炭科学研究总院北京煤化学研究所的专利(CN1066459)公布了一种多级回转窑的煤热解反应器，通过串联多级回转窑对煤粉分段进行内热式干燥，外热式热解，内热式增碳热加工，得到粒状焦、焦油产品及中热值煤气。中国科学院过程工程研究所的发明专利(CN1377938)公布了一种循环流态化碳氢固体燃料的四联产装置，该装置采用下行床热解反应器，利用下行床热解反应器可以实现小颗粒固体燃料的快速热解，热解气体停留时间短，但对于大粒径的固体燃料则停留时间过短，不利于大颗粒的充分热解。

上述采用热灰、循环砂为固体热载体的下行床或流化床热解工艺中，所得固体产物半焦与固体热载体颗粒呈固-固混合状态，分离难度较大，难以得到纯半焦产品；而且，所得热解产物中焦油产率较低，重质焦油组分含量较高。为此，本发明提出了一种生产轻质焦油的热解装置，该装置以流化气作为热载体，在下行床反应器中与固体燃料逆流接触，使得固体燃料在反应器内有充分的受热时间进行热解，产生的热解油气经粗颗粒固体燃料的冷凝过滤作用，将其中的重质焦油组分冷凝分离并随同固体颗粒返回下行床热解反应器中再次裂解为轻质的油气组分，既获得了轻质的焦油产品和清洁的煤气，又提高了整个系统的热效率；同时可脱除油气产物中携带的灰分，简化了工艺；而且，由于利用气体作为热载体，可以获得清洁的纯半焦产品，作为工业锅炉和发电系统的燃料。

发明内容