含碳固體燃料熱解的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于熱解含碳固體燃料的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括：熱解裝置，于其中含碳固體燃料利用固體熱載體和氣體熱載體的熱量進(jìn)行熱解產(chǎn)生粗熱解氣和固態(tài)產(chǎn)物，固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得固體熱載體和氣體熱載體的熱量均不足以單獨(dú)供給含碳固體燃料熱解所需的全部熱量；固態(tài)產(chǎn)物回收單元、液態(tài)產(chǎn)物回收單元、和熱載體供應(yīng)單元，與熱解裝置連通，并輸出氣體熱載體和固體熱載體至熱解裝置中。本發(fā)明的含碳固體燃料熱解的系統(tǒng)和方法采用固體熱載體和氣體熱載體共同為熱解反應(yīng)供熱，一方面利于提高液態(tài)產(chǎn)物的收率，另一方面，降低了系統(tǒng)的操作難度。
【專利說明】含碳固體燃料熱解的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含碳固體燃料熱解領(lǐng)域，具體而言，涉及一種內(nèi)熱式熱解系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的日益匱乏，為保證現(xiàn)代工業(yè)對能源的需求，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向石油的替代能源——煤。目前，煤熱解方法是煤化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，煤熱解是指煤在隔絕空氣或惰性氣氛中，受熱分解生產(chǎn)氣態(tài)煤氣、液態(tài)焦油和固態(tài)半焦的過程。煤氣的主要成分包括H2、CO、CO2和CH4，半焦作為水分含量較少以及熱值更高的燃料使用，焦油可加工提取高附加值的精細(xì)化學(xué)物。
[0003]內(nèi)熱式熱解方法通常采用氣體熱載體或固體熱載體向煤熱解過程供熱，美國專利US5401364公開了一種煤熱解制高熱值的半焦和焦油的方法，該方法利用氣體熱載體進(jìn)行煤的干燥和熱解。中國專利CN102010728公開了一種煤熱解制取半焦、焦油和煤氣的方法，該方法采用固體熱載體加熱方式，通過粒度分級方法將熱解產(chǎn)生的半焦與熱載體混合物中的大顆粒半焦作為產(chǎn)物分離出來，同時(shí)副產(chǎn)焦油和中熱值煤氣。
[0004]但是，由于氣體熱載體加熱方式對氣體的循環(huán)比值要求較高，因此需要較大的風(fēng)力供給，同時(shí)氣體熱載體中含有大量的惰性氣體，這些惰性氣體也會進(jìn)入干燥器和熱解裝置中，導(dǎo)致氣體熱載體的熱值較低并且難以保證其燃燒的穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致出爐煤氣的熱值較低；在熱解完成之后，氣體熱載體會隨著焦油進(jìn)入焦油回收單元，但是由于氣體熱載體中大量惰性氣體的存在，造成焦油分壓低進(jìn)而引起焦油回收率低。
[0005]固體熱載體加熱方式克服了氣體熱載體所存在的弊端，但是又存在新的問題，由于固體熱載體循環(huán)量大，單純依靠固體熱載體供熱使得熱解裝置操作條件難以調(diào)節(jié)；而且，由于缺乏氣體載體吹掃作用，氣態(tài)產(chǎn)物在熱解裝置中停留時(shí)間長，焦油易發(fā)生二次反應(yīng)，導(dǎo)致焦油產(chǎn)率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種熱解含碳固體燃料熱解制固體、液體和氣體燃料的系統(tǒng)及方法，提高了焦油的產(chǎn)率、得到了中熱值煤氣、并使煤熱解過程便于操作和控制。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于熱解碳質(zhì)材料含碳固體燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:熱解裝置，于其中碳質(zhì)材料含碳固體燃料利用固體熱載體和氣體熱載體的熱量進(jìn)行熱解產(chǎn)生粗熱解氣和固態(tài)產(chǎn)物，固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得固體熱載體和氣體熱載體的熱容熱量均不足以單獨(dú)供給碳質(zhì)材料含碳固體燃料熱解所需的全部熱量；固態(tài)產(chǎn)物回收單元，與熱解裝置連通，用于將固態(tài)產(chǎn)物冷卻和/或鈍化；液態(tài)產(chǎn)物回收單元，氣相連通熱解裝置，接收熱解裝置產(chǎn)生的粗熱解氣，并對粗熱解氣進(jìn)行冷凝，以獲得液態(tài)產(chǎn)物和可燃?xì)怏w；和熱載體供應(yīng)單元，與熱解裝置連通，并輸出氣體熱載體和固體熱載體至熱解裝置中。[0008]優(yōu)選地，固態(tài)產(chǎn)物回收單元與液態(tài)產(chǎn)物回收單元連通，來自液態(tài)產(chǎn)物回收單元的部分可燃?xì)怏w在固態(tài)產(chǎn)物回收單元中與固態(tài)產(chǎn)物和/或固體產(chǎn)物與固體熱載體的混合物換熱。
[0009]優(yōu)選地，固態(tài)產(chǎn)物回收單元包括:第一固體分離器，與熱解裝置連通，用于分離固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體，可燃?xì)怏w自第一固體分離器的下部引入，通過吹掃與固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體的混合物換熱，并強(qiáng)化分離固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體；和冷卻裝置，冷卻和/或鈍化分離出的固態(tài)產(chǎn)物。
[0010]優(yōu)選地，熱載體供應(yīng)單元包括燃燒器，于其中燃燒一部分換熱后的可燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒尾氣，至少部分燃燒尾氣作為氣體熱載體引入熱解裝置中；和熱載體供應(yīng)單元還包括固體熱載體加熱單元，與固體產(chǎn)物回收單元連通，用于使固體熱載體加熱為高溫固體熱載體并將高溫固體熱載體輸送至熱解裝置中。
[0011]優(yōu)選地，一部分換熱后的可燃?xì)怏w被送入燃燒器中燃燒產(chǎn)生燃燒尾氣，另一部分換熱后的可燃?xì)怏w與一部分燃燒尾氣混合后作為氣體熱載體進(jìn)入熱解裝置。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選地，上述系統(tǒng)還包括干燥器，于固體熱載體加熱單元中，固體熱載體和/或外來燃料燃燒產(chǎn)生高溫固體熱載體和熱煙氣，熱煙氣、燃燒尾氣的另一部分以及干燥尾氣一同作為干燥介質(zhì)引入與熱解爐連通的干燥器中。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，系統(tǒng)還包括設(shè)在干燥器和熱解裝置之間的混合器，于其中混合來自干燥器的碳質(zhì)材料含碳固體燃料和來自熱載體供應(yīng)單元的高溫固體熱載體。
[0014]優(yōu)選地，固體熱載體的引入量使得其為熱解提供的熱量大于或等于氣體熱載體所提供的熱量，能夠?yàn)樘假|(zhì)材料含碳固體燃料熱解提供50、5%的熱量，優(yōu)選55、0%的熱量，進(jìn)一步優(yōu)選70-85%的熱量，氣體熱載體的引入量能夠?yàn)樘假|(zhì)材料熱解提供10-50%的熱量，氣體熱載體能夠?yàn)楹脊腆w燃料熱解提供5~50%，優(yōu)選10-45%，優(yōu)選10-30%的熱量。
[0015]優(yōu)選地，固體熱載體和氣體熱載體進(jìn)入熱解裝置的溫度為50(T80(TC，優(yōu)選600~700。。。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種熱解碳質(zhì)材料含碳固體燃料的方法，包括:在固體熱載體和氣體熱載體的熱作用下，使碳質(zhì)材料含碳固體燃料進(jìn)行熱解，固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得固體熱載體和氣體熱載體的熱容熱量均不足以單獨(dú)供給碳質(zhì)材料含碳固體燃料熱解所需的全部熱量；冷凝熱解產(chǎn)生的粗熱解氣，以獲得液態(tài)油和可燃?xì)怏w；和對固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻處理和對固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻和/或鈍化。
[0017]進(jìn)一步地，方法還包括使可燃?xì)怏w與固態(tài)產(chǎn)物和/或固體熱解產(chǎn)物與固體熱載體的混合物換熱。
[0018]進(jìn)一步地，方法還包括:分離固體熱解產(chǎn)物和固體熱載體，并在分離過程中通入可燃?xì)怏w以進(jìn)行換熱和強(qiáng)化分離固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體。
[0019]進(jìn)一步地，方法還包括:燃燒一部分換熱后的可燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒尾氣，至少部分燃燒尾氣和另一部分換熱后的可燃?xì)怏w混合后用作氣體熱載體。
[0020]進(jìn)一步地，方法還包括，可直接采用凈熱解氣加熱作為氣體熱載體。
[0021]進(jìn)一步地，上述氣體熱載體選自高溫惰性氣體、高溫?zé)峤鈿狻⒉粎⑴c含碳固體燃料解熱反應(yīng)的高溫尾氣、高溫廢氣與高溫尾氣組成的組中的一種或多種。
[0022]進(jìn)一步地，上述方法還包括:燃燒固體熱載體和/或外來燃料以產(chǎn)生高溫固體熱載體和熱煙氣，并將高溫固體熱載體輸送至熱解裝置中。
[0023]進(jìn)一步地，上述方法還包括:混合熱煙氣、燃燒尾氣的另一部分以及干燥尾氣形成用來干燥碳質(zhì)材料含碳固體燃料的干燥介質(zhì)。優(yōu)選地，固體熱載體為熱解提供的熱量大于或等于氣體熱載體為熱解提供的熱量，能夠?yàn)楹脊腆w燃料熱解提供50、5%的熱量，優(yōu)選55^90%的熱量，優(yōu)選70-85%的熱量，氣體熱載體能夠?yàn)楹脊腆w燃料熱解提供5~50%的熱量，優(yōu)選10~45%的熱量，優(yōu)選15~30%的熱量。
[0024]優(yōu)選地，固體熱載體和氣體熱載體進(jìn)入熱解裝置的溫度為50(T800°C，優(yōu)選600~700。。。
[0025]優(yōu)選地，熱解溫度控制在40(T700°C得到半焦、低溫煤焦油和中熱值燃?xì)猱a(chǎn)物。
[0026]本發(fā)明的含碳固體燃料熱解的系統(tǒng)和方法采用固體熱載體和氣體熱載體共同為熱解反應(yīng)供熱，一方面利于提高液態(tài)產(chǎn)物的收率，另一方面，降低了系統(tǒng)的操作難度。
[0027]在本說明書中，含碳固體燃料是一個(gè)寬泛的概念，其可包括但不限于:煤、煤直接液化殘?jiān)⒅刭|(zhì)渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質(zhì)工業(yè)廢料或尾料、生物質(zhì)、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、浙青和/或它們的混合物。含碳固體燃料優(yōu)選為熱解低階煤。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的含碳固體燃料熱解的系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0031]如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種含碳固體燃料熱解制固、液和氣體燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱解裝置4、固態(tài)產(chǎn)物回收單元、熱載體供應(yīng)單元、和液態(tài)產(chǎn)物回收單元10。于熱解裝置4中，含水量小于15%的含碳固體燃料利用固體熱載體和氣體熱載體的熱量進(jìn)行熱解產(chǎn)生粗熱解氣和固態(tài)產(chǎn)物。所述固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得所述固體熱載體和所述氣體熱載體的熱量均不足以單獨(dú)供給所述含碳固體燃料熱解所需的全部熱量。固態(tài)產(chǎn)物回收單元，與所述熱解裝置4連通，用于將所述固態(tài)產(chǎn)物冷卻和/或鈍化。液態(tài)產(chǎn)物回收單元10，氣相連通所述熱解裝置4，接收所述熱解裝置4產(chǎn)生的粗熱解氣，并對所述粗熱解氣進(jìn)行冷凝，以獲得液態(tài)產(chǎn)物和可燃?xì)怏w。熱載體供應(yīng)單元，與所述熱解裝置4連通，并輸出所述氣體熱載體和固體熱載體至所述熱解裝置4中。
[0032]本發(fā)明的含碳固體燃料熱解制固、液和氣燃料的系統(tǒng)，利用固體熱載體為含碳固體燃料熱解提供一部分熱量，另一部分熱量由氣體熱載體提供。在為熱解提供熱量之外，引入的氣體熱載體對熱解裝置4內(nèi)的氣態(tài)產(chǎn)物有吹掃作用，減少熱解氣態(tài)產(chǎn)物在熱解裝置4內(nèi)的停留時(shí)間，從而減少了焦油二次反應(yīng)，有利于提聞焦油廣率，而另一方面，固體熱載體的引入意味著氣體熱載體的引入量減少，使得氣態(tài)產(chǎn)物中惰性氣體的含量降低，進(jìn)而提高氣態(tài)產(chǎn)物的熱值。同時(shí)，由于氣體熱載體供熱方式的可調(diào)節(jié)性較好，在熱解過程中可以根據(jù)實(shí)際的熱解溫度和壓力調(diào)節(jié)氣體熱載體的供熱量，克服了固體熱載體供熱難以調(diào)控的弊端。
[0033]如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，任選地，粒徑約為:T60mm、優(yōu)選為l(T30mm含碳固體燃料顆粒被送入干燥器I中干燥。干燥器I優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)干燥爐，在其中，含碳固體燃料顆粒溫度由室溫升至約120°C，含水量減少至不高于15%、優(yōu)選小于10%。干燥器I的溫度為100°C~200°C，以保證含碳固體燃料顆粒在去除水分時(shí)不會產(chǎn)生熱解和化學(xué)變化。可采取任何已知的方式為干燥器I提供熱量，以保持干燥器I的溫度，優(yōu)選地，使用來源于熱載體供應(yīng)單元的燃燒尾氣作為干燥含碳固體燃料顆粒的熱源。干燥器I排出溫度約為100°C干燥尾氣,通過耐酸、防腐、耐高溫管道進(jìn)入第一氣-固分離器2中。第一氣-固分離器2優(yōu)選為旋風(fēng)機(jī)或旋風(fēng)機(jī)級聯(lián)，其作用是去除干燥介質(zhì)中的固體細(xì)顆粒和/或粉塵，例如細(xì)煤粉。部分分離出固體細(xì)顆粒和/或粉塵的干燥尾氣經(jīng)脫硫等處理后可作為除塵尾氣排空。優(yōu)選地，除塵尾氣的另一部分與來自熱載體供應(yīng)單元的燃燒尾氣混合后循環(huán)回干燥器I中。優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)除塵尾氣的引入量將干燥器I的操作溫度控制在100°C~200°C之間。第一氣-固分離器2收集的固體細(xì)顆粒和/或粉塵優(yōu)選地被送至熱載體供應(yīng)單元中燃燒，為干燥含碳固體燃料顆粒和加熱固體介質(zhì)提供熱源。對于大規(guī)模熱解系統(tǒng)而言，還可以選擇將部分收集的固體細(xì)顆粒和/或粉塵壓制成型，形成例如型煤的固體。
[0034]熱解裝置4，任選地與干燥器I相連通，含碳固體燃料或干燥后的含碳固體燃料利用氣體熱載體和固體熱載體的熱量在其中進(jìn)行熱解。經(jīng)干燥器I干燥的含碳固體燃料顆粒、固體熱載體和氣體熱載體從不同入口進(jìn)入熱解裝置4中。優(yōu)選地，含碳固體燃料顆粒和固體熱載體從熱解裝置4的上部引入，氣體熱載體借助氣體分布器(未圖示)從熱解裝置4的下部進(jìn)入熱解裝置4中。熱解裝置4可為普通的反應(yīng)器如移動床、流化床、氣流床、噴動床、滾筒、旋轉(zhuǎn)盤、回轉(zhuǎn)窯等。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格要求不同，含碳固體燃料在熱解裝置4中停留時(shí)間控制在10分鐘到1.5小時(shí)。優(yōu)選地，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用來混合固體熱載體和干燥含碳固體燃料的混合器3，混合器3可單獨(dú)設(shè)置在干燥器I和熱解裝置4之間，也可以直接整合在熱解裝置4內(nèi)部。在熱解裝置4中，含碳固體燃料在固體熱載體和氣體熱載體同時(shí)加熱下發(fā)生熱解，形成固態(tài)產(chǎn)物`和氣態(tài)產(chǎn)物，形成的氣態(tài)產(chǎn)物在很短的時(shí)間內(nèi)即被氣體熱載體帶走，避免了氣態(tài)產(chǎn)物中的焦油的二次反應(yīng)，提高了焦油的產(chǎn)率。
[0035]固態(tài)產(chǎn)物及固體熱載體從熱解裝置4的下部排出，并被送入固態(tài)產(chǎn)物回收單元中。固態(tài)產(chǎn)物回收單元可包括第一固體分離器7和冷卻裝置11。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體的混合物被引入第一固體分離器7中，并依靠粒度差或密度差被篩分開。優(yōu)選地，將來自液態(tài)產(chǎn)物回收單元10的可燃?xì)怏w和/或氣體熱載體引入第一固體分離器7的下部以吹掃上部的混合物，借此松動混合物，達(dá)到強(qiáng)化分離固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體的效果。與此同時(shí)，可燃?xì)怏w與混合物換熱得到溫度大約350°C的中溫可燃?xì)怏w。經(jīng)第一固體分離器7分離出的固態(tài)產(chǎn)物接著進(jìn)入冷卻裝置11。在冷卻裝置11中，固態(tài)產(chǎn)物在冷卻介質(zhì)，例如水的噴淋下冷卻失活和/或鈍化，形成便于后續(xù)存儲和運(yùn)輸?shù)墓虘B(tài)產(chǎn)品，例如焦或半焦。冷卻裝置11可以采用冷卻盤、直接冷卻裝置、間接冷卻裝置或其它冷卻設(shè)備。優(yōu)選地，經(jīng)第一固體分離器7分離出的固體熱載體被引入第二固體分離器8中，以自分離出的固體熱載體中進(jìn)一步分離出粉末狀固體顆粒，例如焦粉。
[0036]上升的氣體熱載體和熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物作為粗熱解氣一起從熱解裝置4上部離開熱解裝置4，并被送入第二氣-固分離器9中除塵。在一個(gè)示范性實(shí)施方式中，第二氣-固分離器9優(yōu)選為旋風(fēng)機(jī)或旋風(fēng)機(jī)級聯(lián)，用于除塵和收集上述粗熱解氣夾裹的固體細(xì)顆粒和/或粉塵，上述固體細(xì)顆粒和/或粉塵包含相當(dāng)比例的固態(tài)產(chǎn)物細(xì)顆粒和/或粉塵，該細(xì)顆粒和/或粉塵隨后被送到熱載體供應(yīng)單元中燃燒和/或被壓制成塊狀型煤。
[0037]液態(tài)產(chǎn)物回收單元10，氣相連通所述熱解裝置4，接收所述熱解裝置4中產(chǎn)生的粗熱解氣，并對所述除塵后粗熱解氣進(jìn)行冷凝，以獲得液態(tài)產(chǎn)品，例如焦油，和可燃?xì)怏w。可燃?xì)怏w主要由0)2、014、0)、!12和輕烴等組成，一定比例的可燃?xì)怏w用為氣體熱載體，為此，若希望得到中熱值甚或高熱值的燃?xì)猓缑簹猓瑒t需要控制引入到熱解裝置4中的氣體熱載體的量，優(yōu)選地，控制氣體熱載體的量使其能夠?yàn)闊峤馓峁?0%~50%的熱量，更優(yōu)選地，提供10%~30%的熱量。需要時(shí)，可直接采用凈熱解氣加熱作為氣體熱載體，則最終熱解所得可燃?xì)怏w為高熱值燃?xì)狻Ｒ簯B(tài)產(chǎn)物回收單元10可采用常規(guī)冷卻回收設(shè)備如冷卻塔、管殼冷卻裝置、吸收冷卻塔以及電捕集器等。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，可燃?xì)怏w被分為兩股，一股作為氣體產(chǎn)品被外送，另一股被送入熱載體供應(yīng)單元的第一固體分離器7中與固態(tài)產(chǎn)物和/或固體熱載體換熱。
[0038]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，熱載體供應(yīng)單元用來接收、提供和/或產(chǎn)生為熱解提供熱量的固體熱載體和氣體熱載體。為起到熱載體的作用，即保持熱解裝置4內(nèi)的溫度并為熱解提供全部所需熱量，固體熱載體和所述氣體熱載體進(jìn)入所述熱解裝置4的溫度或與含碳固體燃料接觸時(shí)的溫度大約為500-800°C。
[0039]優(yōu)選地,熱載體供 應(yīng)單元包括燃燒器6和固體熱載體加熱單元5。上述固體熱載體加熱單元5可包括加熱器和提升裝置，而且，加熱器和提升裝置可以一體設(shè)置形成具有提升功能的加熱器，比如提升管燃燒器、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部配備氣體提升裝置、流化床燃燒器配備氣體提升裝置，或者，加熱器與提升裝置分開設(shè)置并相互連通，加熱器產(chǎn)生的固體熱載體經(jīng)提升裝置提升后進(jìn)入熱解裝置4或混合器3。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方式中，熱載體供應(yīng)單元接收來自固態(tài)產(chǎn)物回收單元的固體熱載體和可燃?xì)怏w換熱得到的中溫可燃?xì)怏w。于燃燒器6中，燃燒所述中溫可燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒尾氣，至少部分所述燃燒尾氣作為所述氣體熱載體被引入所述熱解裝置4中。于所述固體熱載體加熱單元5中，所述固體熱載體和/或燃料燃燒產(chǎn)生高溫固體熱載體和熱煙氣，任選地將所述熱煙氣、所述燃燒尾氣的另一部分以及除塵尾氣一同作為干燥介質(zhì)引入與所述熱解裝置4連通的干燥器I中。優(yōu)選地，一部分所述中溫可燃?xì)怏w被送入所述燃燒器6中燃燒，另一部分所述中溫可燃?xì)怏w與所述燃燒尾氣混合后作為所述氣體熱載體進(jìn)入所述熱解裝置4。優(yōu)選地，氣體熱載體的來源不限于燃燒尾氣、、中溫可燃?xì)怏w、和/或他們的混合物，氣體熱載體可以是高溫惰性氣體、高溫?zé)峤鈿狻⒉粎⑴c含碳固體燃料熱解反應(yīng)的高溫尾氣、高溫廢氣、和/或它們的混合物，這里所指的高溫指溫度在大約50(T800°C。任選地，本發(fā)明的含碳固體燃料干燥過程中需要的熱量主要由再熱固體熱載體過程中產(chǎn)生的熱煙氣提供，不足部分由燃燒器6產(chǎn)生的燃燒尾氣補(bǔ)充，從而使整個(gè)熱解系統(tǒng)的熱量進(jìn)一步得到充分、合理的利用，提高了熱量的利用效率。
[0041]在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式中，還提供了一種含碳固體燃料熱解方法。本發(fā)明的熱解方法采用固體熱載體和氣體熱載體共同提供熱解所需熱量，且所述固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得所述固體熱載體和所述氣體熱載體的熱量均不足以單獨(dú)供給所述含碳固體燃料熱解所需的全部熱量。固體熱載體的加入減少了氣體熱載體的用量尤其是其中的惰性氣體的含量，從而，一方面在回收焦油時(shí)能夠提高焦油的收率，另一方面，增加了出爐煤氣的熱值，得到了中熱值煤氣；同時(shí)，氣體熱載體的加入增強(qiáng)了系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)性，在熱解過程中可以根據(jù)實(shí)際的熱解溫度調(diào)節(jié)氣體熱載體的供熱量，克服了單純固體熱載體供熱難以調(diào)控的弊端。
[0042]本發(fā)明無意對固體熱載體和氣體熱載體的用量做任何限制，只要滿足同時(shí)使用氣體熱載體和固體熱載體為熱解反應(yīng)供熱的要求即可。優(yōu)選地，固體熱載體提供50、0%的熱量，氣體熱載體提供10-50%的熱量，更優(yōu)選地，固體熱載體提供70%~90%的熱量。當(dāng)為含碳固體燃料熱解提供熱量的固體熱載體和氣體熱載體的熱量的比例大約為9:1~1:1時(shí)，不僅能夠充分利用固體熱載體提供的50、0%的熱量，而且氣體熱載體能夠?qū)峤膺^程起到較好的調(diào)節(jié)作用。由于不同的固體熱載體的比熱不同，不同的氣體熱載體的比熱也不同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)熱量衡算，根據(jù)所用物料的比熱大小選擇適量的物料用量完成本發(fā)明的熱量分配，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)/工藝的熱量平衡。
[0043]在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例中，上述固體熱載體和氣體熱載體與含碳固體燃料接觸時(shí)的溫度為50(T80(TC。固體熱載體和氣體熱載體溫度均為50(T80(TC，如果熱載體溫度過高，則對設(shè)備要求高，并容易導(dǎo)致液態(tài)產(chǎn)物二次分解從而降低收率；如果熱載體溫度過低，則熱載體循環(huán)量大，設(shè)備體積大。
[0044]采用固體熱載體向含碳固體燃料熱解反應(yīng)供熱時(shí)，固體熱載體與含碳固體燃料之間的接觸面積愈大其傳熱效果越好，因此，本發(fā)明優(yōu)選固體熱載體為粒徑小于2mm的氧化鋁顆粒、陶瓷顆粒。而且，為了改善熱解反應(yīng)的進(jìn)程以及產(chǎn)物的分配，優(yōu)選固體熱載體為負(fù)載有催化劑的氧化鋁顆粒、陶瓷顆粒、沙石顆粒。可以根據(jù)產(chǎn)物的需求選擇相應(yīng)的催化劑能夠增大所需產(chǎn)物的產(chǎn)率。
[0045]下面以熱解低階煤為例說明上述含碳固體燃料熱解的方法。原煤經(jīng)干燥器I干燥后得到的干燥煤進(jìn)入混合器3與溫度為50(T800°C的固體熱載體在混合器3中的混合形成混合物，該混合物在熱解裝置4中進(jìn)一步與溫度為50(T800°C的氣體熱載體接觸并開始熱解，熱解溫度控制在40(T70(TC得到半焦、低溫煤焦油和中熱值燃?xì)猱a(chǎn)物。上述過程中混合物優(yōu)選由熱解裝置4的上部進(jìn)入熱解裝置4中，氣體熱載體從熱解裝置4的下部進(jìn)入熱解裝置4。在熱解過程中，由于氣體熱載體對混合物的吹掃作用，加快了熱傳導(dǎo)作用、減少了熱解氣停留時(shí)間，避免了熱解氣中的焦油的二次反應(yīng)。
[0046]熱解產(chǎn)物中的大顆粒的半焦和固體熱載體從熱解裝置4的底部進(jìn)入第一固體分離器7經(jīng)分離后，大顆粒的半焦進(jìn)入冷卻裝置11中冷卻到200°C以下回收即得半焦產(chǎn)品，固體熱載體進(jìn)入第二固體分離器8進(jìn)行進(jìn)一步的分離處理，其中大部分的焦粉從第二固分離器8中分離出來，其余的固體物質(zhì)進(jìn)入固體熱載體加熱單元5再熱后進(jìn)入到混合器3中循環(huán)利用；熱解產(chǎn)物中部分小顆粒的半焦、氣體熱載體和氣態(tài)產(chǎn)物由熱解裝置4的上部移出后在第二氣-固分離器9中小顆粒的半焦與氣態(tài)物質(zhì)分離，小顆粒的半焦進(jìn)入固體熱載體加熱單元5作為燃料加熱固體熱載體，氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)液態(tài)產(chǎn)物回收單元10壓縮冷卻至6(T12(TC后，焦油變?yōu)橐簯B(tài)被回收，不可凝的中熱值煤氣一部分進(jìn)行回收，一部分和氣體熱載體從底部進(jìn)入第一固體分離器7，并在第一固體分離器7中加熱至25(T350°C，然后使溫度在25(T350°C的中熱值煤氣進(jìn)入燃燒器6燃燒，產(chǎn)生的燃燒尾氣作為氣體熱載體為熱解反應(yīng)供熱。通過高溫固態(tài)產(chǎn)物預(yù)熱中熱值煤氣，合理地利用了熱能；而且，中熱值煤氣可以對固態(tài)的半焦和固體熱載體起到松動作用，有利于強(qiáng)化兩者的分離。
[0047]以下結(jié)合實(shí)施例和對比例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果。
[0048]以下實(shí)施例中采用如圖1所示的流程對原煤進(jìn)行熱解處理，所處理的原煤的粒徑在3~50mm之間,成分組成如表1所示。原煤以濕基計(jì)以145833kg/h的流速進(jìn)入干燥器,并在210°C下加熱至水分含量在5%以下得到干燥煤，干燥煤的熱值為5975Kcal/kg，并以干基計(jì)以97125kg/h的流速進(jìn)入混合器與固體熱載體混合。
[0049]表1
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱解含碳固體燃料的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 熱解裝置(4)，于其中含碳固體燃料利用固體熱載體和氣體熱載體的熱量進(jìn)行熱解產(chǎn)生粗熱解氣和固態(tài)產(chǎn)物，所述固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得所述固體熱載體和所述氣體熱載體的熱量均不足以單獨(dú)供給所述含碳固體燃料熱解所需的全部熱量； 固態(tài)產(chǎn)物回收單元，與所述熱解裝置(4)連通，用于將所述固態(tài)產(chǎn)物冷卻和/或鈍化； 液態(tài)產(chǎn)物回收單元(10)，氣相連通所述熱解裝置(4)，接收所述熱解裝置(4)產(chǎn)生的粗熱解氣，并對所述粗熱解氣進(jìn)行冷凝，以獲得液態(tài)產(chǎn)物和可燃?xì)怏w；和 熱載體供應(yīng)單元，與所述熱解裝置(4 )連通，并輸出所述氣體熱載體和固體熱載體至所述熱解裝置(4)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)產(chǎn)物回收單元與所述液態(tài)產(chǎn)物回收單元(10)連通，來 自所述液態(tài)產(chǎn)物回收單元(10)的部分可燃?xì)怏w在所述固態(tài)產(chǎn)物回收單元中與所述固態(tài)產(chǎn)物和/或固體產(chǎn)物與固體熱載體的混合物換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)產(chǎn)物回收單元包括: 第一固體分離器(7)，與所述熱解裝置(4)連通，用于分離所述固態(tài)產(chǎn)物和所述固體熱載體，所述可燃?xì)怏w自所述第一固體分離器(7)的下部引入，通過吹掃與所述固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體的混合物換熱，并強(qiáng)化分離所述固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體；和 冷卻裝置(11)，冷卻和/鈍化所述分離出的固態(tài)產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱載體供應(yīng)單元包括: 燃燒器(6)，于其中燃燒一部分所述換熱后的可燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒尾氣，至少部分所述燃燒尾氣作為所述氣體熱載體引入所述熱解裝置(4)中；和 固體熱載體加熱單元(5)，與所述固體產(chǎn)物回收單元連通，用于使所述固體熱載體加熱為高溫固體熱載體并將所述高溫固體熱載體輸送至所述熱解裝置(4 )中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，一部分所述換熱后的可燃?xì)怏w被送入所述燃燒器(6)中燃燒產(chǎn)生燃燒尾氣，另一部分所述換熱后的可燃?xì)怏w與一部分所述燃燒尾氣混合后作為所述氣體熱載體進(jìn)入所述熱解裝置(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括干燥器(I)，于所述固體熱載體加熱單元(5)中，所述固體熱載體和/或外來燃料燃燒產(chǎn)生高溫固體熱載體和熱煙氣，所述熱煙氣、所述燃燒尾氣的另一部分以及干燥尾氣一同作為干燥介質(zhì)引入與所述熱解裝置(4)連通的所述干燥器(I)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設(shè)在所述干燥器(I)和熱解裝置(4 )之間的混合器(3 )，于其中混合所述來自干燥器(I)的含碳固體燃料和來自熱載體供應(yīng)單元的高溫固體熱載體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體熱載體的引入量使得其為熱解提供的熱量大于或等于氣體熱載體為熱解提供的熱量， 所述固體熱載體能夠?yàn)樗龊脊腆w燃料熱解提供50、5%的熱量，優(yōu)選55、0%的熱量，進(jìn)一步優(yōu)選70-85%的熱量； 所述氣體熱載體能夠?yàn)樗龊脊腆w燃料熱解提供5~50%的熱量，優(yōu)選10-45%的熱量；進(jìn)一步優(yōu)選10-30%的熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體熱載體和所述氣體熱載體進(jìn)入所述熱解裝置(4)的溫度為50(T80(TC，優(yōu)選為60(T70(TC。
10.一種熱解含碳固體燃料的方法，包括: 在固體熱載體和氣體熱載體的熱作用下，使含碳固體燃料進(jìn)行熱解，所述固體熱載體和氣體熱載體的引入量使得所述固體熱載體和所述氣體熱載體的熱量均不足以單獨(dú)供給所述含碳固體燃料熱解所需的全部熱量； 冷凝熱解產(chǎn)生的粗熱解氣，以獲得液態(tài)油和可燃?xì)怏w；以及 對固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻和/或鈍化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括使所述可燃?xì)怏w與所述固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體的混合物換熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括分離所述固態(tài)產(chǎn)物和所述固體熱載體，并在分離過程中通入可燃?xì)怏w以進(jìn)行換熱和強(qiáng)化分離所述固態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括燃燒一部分所述換熱后的可燃?xì)怏w產(chǎn)生燃燒尾氣，至少部分所述燃燒尾氣和另一部分所述換熱后的可燃?xì)怏w混合后用作所述氣體熱載體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括直接采用凈熱解氣加熱作為氣體熱載體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述氣體熱載體選自高溫惰性氣體、高溫?zé)峤鈿狻⒉粎⑴c含碳固體燃料解熱反應(yīng)的高溫尾氣、高溫廢氣與高溫尾氣組成的組中的一種或多種。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括燃燒所述固體熱載體和/或外來燃料以產(chǎn)生高溫固體熱載體和熱煙氣，并將所述高溫固體熱載體輸送至熱解裝置(4 )中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法還包括混合所述熱煙氣、燃燒尾氣的另一部分以及干燥尾氣形成用來干燥含碳固體燃料的干燥介質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的方法，固體熱載體為熱解提供的熱量大于或等于氣體熱載體為熱解提供的熱量， 所述固體熱載體能夠?yàn)樗龊脊腆w燃料熱解提供50、5%的熱量，優(yōu)選55、0%的熱量，進(jìn)一步優(yōu)選70-85%的熱量； 所述氣體熱載體能夠?yàn)樗龊脊腆w燃料熱解提供5~50%的熱量，優(yōu)選10-45%的熱量；進(jìn)一步優(yōu)選10-30%的熱量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體熱載體和所述氣體熱載體進(jìn)入熱解裝置(4)的溫度為50(T80(TC，優(yōu)選為60(T70(TC。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱解溫度控制在40(T70(TC得到半焦、低溫煤焦油和中熱值燃?xì)猱a(chǎn)物。
【文檔編號】C10B57/00GK103695013SQ201210366310
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】翁力, 崔哲, 李初福, 趙香龍, 劉科 申請人:北京低碳清潔能源研究所