[发明专利]一种煤热解和流化制气耦合的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭分阶梯级利用技术领域，具体为一种煤热解和流化制气耦合的系统和方法。

背景技术

在我国煤炭资源中，挥发分较高的年轻煤所占比例较大，干燥基挥发分含量在28％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的3/4左右，干燥基挥发分含量在35％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的50％。中国直接燃烧的煤约占总煤量的80％，而直接燃烧煤的一半以上用于发电，很多年轻煤中的化学能全部转化为热能，浪费了年轻煤中潜在的具有高附加值的油、气和化学品。

若能充分考虑煤炭分子结构组成的不均一性以及不同组分转化特性的差异，进而实施分级转化，则对于提高我国年轻煤炭综合利用率具有重大意义。基于此，中国科学院郭慕孙院士提出了以年轻煤热解为基础的油、气、热、电等联产的煤拔头工艺，即在利用年轻煤炭前，首先将年轻煤炭经过简单且条件温和的工艺进行处理获得液体和气体产品去化工作为化工原料，剩余的固体残留物半焦再送去燃烧或制气，则可在大大提高年轻煤炭综合利用率的同时，得到社会急需的和气体产品和化工产品。

现有技术公开了一种高温半焦埋刮板输送的煤热解工艺，如图1，其工艺流程为：从热解炉1出来的800℃高温半焦经旋转给料机2输送至封闭式高温埋刮板3入口。进过高温埋刮板3输送到流化床锅炉入料口，高温埋刮板出口进入到锅炉流化区入口4。同时一次风从一次风入口51进入通过锅炉风机8输送至锅炉流化区5，一次风使半焦颗粒进入流化状态并燃烧。小颗粒及CO等气体通过床层向上流动进入燃烧区6。二次风从二次风入口61进入，作为燃烧区6的燃料气与之混合进一步燃烧，随后焦粉和烟气进入锅炉旋风分离器9进行气固分离。未燃尽的焦粉通过返料口返回到流花流化区继续燃烧。燃尽的灰尘随烟气排出锅炉，并通过蒸汽发生器10加热水蒸气。

但上述技术存在如下缺陷：(1)热解炉内，伴随着高温半焦的产生，同时产生热解气，热解气内含有CO比例超过20％，属于有毒易燃易爆气体；(2)采用高温埋刮板输送高温半焦，热解气会随着高温半焦共同进入高温埋刮板内部，但高温埋刮板由于结构特点，在驱动端和尾轮部分很难完全密封，尤其在生产状态下，温度大幅度变化，造成各个密封面更加困难，并且会造成环境污染；(3)高温埋刮板内部和锅炉进料区也难以完全隔断，锅炉内的明火容易进入埋刮板内部，引起热解气爆炸，也是个安全隐患。

发明内容

面临上述技术问题，本发明旨在提出针对中低阶粉煤的一种热解制气联合化工的系统和方法，采用热解炉、流化床制气炉、高温半焦气力输送和旋风分离耦合的方式，实现提高能源利用效率且保证系统的安全性的目的。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤热解和流化制气耦合的系统，其特征在于，包括热解反应器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，

所述热解反应器包括燃料气入口、热解气出口、烟气出口、以及设置在顶部的多管束布料器和底部的热焦出口；

所述气力输送装置包括加压烟气入口和热焦输送管线；所述热焦输送管线一端连接所述加压烟气入口以及所述热焦出口，另一端连接所述炉前旋风分离器；进一步地，所述加压烟气入口连接烟气加压装置；

所述炉前旋风分离器包括设在顶部的气相出口以及底部的固相出口；

所述流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，其中，

所述流化床分为稀相区和密相区；所述稀相区设有气相入口、二次风入口以及焦粉烟气出口，所述二次风入口位置优选高于所述气相入口，所述气相入口和所述气相出口相连；所述密相区设有固相入口、粉煤入口、一次风入口、回料入口以及燃烧器，所述固相入口和所述固相出口通过斜管相连；进一步地，所述流化床上部三分之二高度部分为所述稀相区，下部三分之一高度部分为所述密相区；

所述炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口、燃尽灰尘出口以及燃料气出口，所述焦粉烟气入口连接所述焦粉烟气出口，所述回料出口连接所述回料入口；进一步地，所述燃尽灰尘出口连接换热装置。

优选地，所述炉前旋风分离器的高度位置在所述二次风入口和所述密相区之间。

进一步地，所述系统还包括相互连接的净化装置和喷淋装置；所述净化装置包括热解气入口，所述喷淋装置包括净化气出口和煤焦油出口，所述热解气入口和所述热解气出口相连。

具体地，所述煤焦油出口分为第一煤焦油出口和第二煤焦油出口；其中，所述第二煤焦油出口和所述流化床的燃烧器相连。

进一步地，所述热解反应器包括辐射管加热器，多个所述辐射管加热器从上往下布置在所述热解反应器内的加热区域；