[发明专利]一种碳质材料热解系统及其热解工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳质材料热解系统及其工艺，尤其涉及一种生产中热值煤气的内热式热解系统及其工艺。

背景技术

在全球油气资源日益短缺的背景下，如何以低成本和环保的方式合理利用煤炭资源，实现煤炭对油气资源的补充、甚至替代成为能源行业的一个重要研究课题。

经过多年研究和大量实验，可以确定煤炭资源的合理利用方式是根据煤质、煤种的不同特点对煤炭进行分级炼制、综合利用。干燥和热解技术则是煤炭分级炼制、综合利用的基本途径之一。通常，固态碳质材料、如煤热解按热解温度可分为三类：900～1100℃高温热解；700～900℃中温热解；350～700℃低温热解。煤热解通常可形成可燃气、焦油、和半焦（或焦炭）等三类产物，热解工艺不同，三类产物组成或收率将有较大差异。

煤热解过程为吸热过程，通常需要外部供热，常规供热方法有外热式和内热式两种。根据热量传递介质的不同，内热式又可分为气体热载体法和固体介质法。固体介质法是用高温固体的显热将煤热解，其主要缺点是系统复杂、投资高、设备磨损严重、维修量大等；气体热载体法是将热气体引入热解反应器中，其主要缺点是热气体中的CO2和惰性气体稀释了干馏气态产物，降低了煤气品质，增大了煤气分离净化设备及动力消耗。针对气体热载体热解工艺的上述缺陷，业界对传统热解工艺做了诸多改进，例如通过循环利用干馏煤气提高干馏气态产物的热值。

CN101885973A公开了一种用于褐煤或高挥发分煤干馏的生产工艺，其特征是：高温干馏煤气作为热载体进入干馏炉内与炉内煤料接触传热，干馏逸出的煤气汇入热载体煤气中一并出炉，出炉的煤气经降温净化后，相当于原热载体煤气量的一部分煤气经间壁式高温加热器加热至高温后作为热载体回干馏炉循环使用，其余量的煤气作外供使用。由于气体热载体全部来自于干馏煤气，干馏煤气没有被外来杂质气体稀释，因而煤气质量较好、热值较高。但将此技术方案进行工业放大时，将会遇到许多难题。首先，由于气体工作温度高，间壁式高温加热器需要用不锈钢、高温耐热钢材或碳化硅等特殊材料经表面合金化处理制成，导致设备造价高。再者，由于气体和气体换热系数较小，气流量大，需要加热器面积很大，使得间壁式加热器体积庞大，投资大。此外，由于气体中含有焦油组分等，使用间壁式加热器，冷热气体始终在同一侧，容易结焦并堵塞，使得间壁式加热器操作困难或无法操作。

CN101113340A公开了一种以高温循环煤气为载体来加热干馏高挥发分煤的直接加热工艺。由炉顶引出的干馏煤气分为三部分，第一部分经蓄热室预热作为干馏加热介质，第二部分作为热半焦的冷却介质，第三部分作为外供燃气。相较于间壁式加热器，蓄热式换热器具有结焦发生时自动进行烧焦清除和成本相对较低的优势。然而，蓄热式换热切换会带来压力波动、热解气返混等问题。

上述文献的公开内容在此全文引入以作参考。

基于以上对现有技术的描述和分析，有必要对现有气体热载体热解工艺进行改进，以提高提高煤气热值、采用合理的气体加热方式、合理利用余热热量，从而开发出工业化投资相对较小，运行相对稳定的气体热载体热解工艺。

发明内容

本发明目的是提供一种结构简单、成本低廉、运行稳定的热解系统，该热解系统利用循环热解气、气-固传热工艺，提高气态热解产物的热值、液态油回收率和系统稳定性。

根据本发明一个方面，提供一种碳质材料热解系统，包括：

干燥装置，用于干燥碳质材料；

热解装置，任选地与干燥装置相连通，碳质材料或干燥后的碳质材料利用气体热载体的热量在其中进行热解，产生粗热解气和固态热解产物；

任选地，冷却装置，与所述热解装置相连通，用于将所述固体热解产物冷却或钝化；

液态油回收单元，气相连通所述热解装置，接收所述热解装置中产生的粗热解气，并对所述粗热解气进行冷凝，以获得液态油和净热解气；和

热载体加热单元，与所述热解装置相连通，用来加热在所述热载体加热单元内循环移动的固体介质和/或冷固体介质，并利用所述加热后的固体介质加热所述净热解气，产生所述气体热载体和冷固体介质。

在本发明一个实施方式中，所述热载体加热单元包括固体介质加热器，利用热气体加热置于所述固体介质加热器中的固体介质或冷固体介质；和气体热载体加热器，部分来自所述液态油回收单元的净热解气与来自所述固体介质加热器的固体介质在其中换热，产生所述气体热载体和冷固体介质。优选地，所述固体介质加热器和气体热载体加热器是流化床或移动床。