一種煤粉的流化床干餾方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤粉的流化床干餾方法及裝置。干餾方法包括如下步驟：A.煤粉原料在煤粉原料預(yù)熱管(12)內(nèi)吸收氣化燃燒器(11)內(nèi)燃燒反應(yīng)生成的熱量進(jìn)行預(yù)熱；B.預(yù)熱后的煤粉原料在床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)內(nèi)進(jìn)行干餾反應(yīng)，生成油氣和煤粉半焦，煤粉半焦在汽提器(18)內(nèi)被汽提出夾帶的油氣；C.汽提后的煤粉半焦進(jìn)入氣化燃燒器，與氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)；D.經(jīng)過步驟C部分燃燒的煤粉半焦在提升管氣化反應(yīng)器(2)內(nèi)與水蒸汽進(jìn)行水煤氣反應(yīng)；E.步驟D生成的煤氣和高溫煤灰進(jìn)入煤灰煤氣分離器(1)進(jìn)行氣固分離。本發(fā)明公開了用于實(shí)現(xiàn)上述方法的煤粉流化床干餾裝置。本發(fā)明可用于多種煤粉的干餾加工。
【專利說明】一種煤粉的流化床干餾方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤粉干餾【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種煤粉的流化床干餾方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]我國快速增長的原油需求拉動(dòng)了原油進(jìn)口量的快速增長，對外依存度不斷提高，對我國的能源安全保障帶來了很大的隱患。油氣資源的缺乏和需求提升，使很多石油化工原料的成本也居高不下。煤化工與石油化工具有相互替代性，發(fā)展新型煤化工可以作為石油化工很好的補(bǔ)充，很有必要。煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程；主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。
[0003]煤干餾技術(shù)是煤化工的重要過程之一。煤低溫干餾可以提取低溫焦油，并生產(chǎn)半焦和低溫焦?fàn)t煤氣。焦油產(chǎn)率較高，成分以烷烴為主，能進(jìn)一步加工出高級液態(tài)燃料(例如汽油、柴油等車用燃料)和化工原料；半焦可用作固體燃料或氣化原料，煤氣則是良好的燃料和化學(xué)合成原料。煤干餾技術(shù)可分為移動(dòng)床干餾、流化床干餾等。其中煤粉的流化床干餾是將塊狀的煤粉碎為細(xì)粉(粒徑< 3mm)，與高溫固體熱載體(煤灰)或高溫氣體熱載體在流化狀態(tài)下直接接觸傳熱并發(fā)生熱分解反應(yīng)的過程；具有熱強(qiáng)度高、干餾速度快、油氣停留時(shí)間短、氣固可快速分離等特征，是一種較好的煤炭加工利用方式。
[0004]中國專利CN101328415A公開了一種活塞式流化床低溫干餾工藝方法，可以用于煤粉的干餾。該工藝方法利用提升管流化催化裂化裝置原理，以提升管反應(yīng)器為干餾反應(yīng)器，以催化劑再生器為高溫水煤氣發(fā)生器，以高溫水煤氣為干餾原料的流化介質(zhì)和熱載體。將干餾原料輸送到提升管流化床反應(yīng)器中進(jìn)行干餾反應(yīng)，反應(yīng)后油氣進(jìn)行分離得到干餾產(chǎn)品。干餾半焦進(jìn)入水煤氣發(fā)生器，干餾半焦中的碳、空氣中的氧和水蒸汽進(jìn)行氧化及水煤氣反應(yīng)，得到水煤氣。該工藝方法主要存在以下不足:(I)采用高溫水煤氣(約620~900°C)作為干餾過程的流化介質(zhì)和熱載體，需要用氣體壓縮機(jī)將高溫水煤氣從水煤氣發(fā)生器輸送到提升管干餾反應(yīng)器。輸送高溫水煤氣會(huì)對氣體壓縮機(jī)提出更高的材質(zhì)要求；另外氣體壓縮機(jī)始終處于高苛刻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，將影響到干餾裝置的長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)壓縮空氣和水蒸汽同時(shí)進(jìn)入高溫水煤氣發(fā)生器的底部，在同一區(qū)域與干餾半焦同時(shí)進(jìn)行燃燒反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)，造成兩種反應(yīng)之間相互影響；燃燒和水煤氣反應(yīng)不能充分進(jìn)行，會(huì)造成從干餾半焦生成水煤氣的產(chǎn)率降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種煤粉的流化床干餾方法及裝置，以解決現(xiàn)有的煤粉流化床干餾技術(shù)所存在的需要使用氣體壓縮機(jī)輸送干餾過程所需的高溫流化介質(zhì)和氣體熱載體、燃燒反應(yīng)和水煤氣反應(yīng)在同一區(qū)域同時(shí)進(jìn)行而相互影響的問題。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種煤粉的流化床干餾方法，其特征在于:該方法依次包括如下步驟:
[0007]A.粉碎后的煤粉原料經(jīng)煤粉原料進(jìn)料管進(jìn)入煤粉原料預(yù)熱管的下部，在由提升氣體噴管通入的提升氣體的作用下沿煤粉原料預(yù)熱管上行，吸收汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成的熱量進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的煤粉原料經(jīng)煤粉原料提升管進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器；
[0008]B.煤粉原料在床層式流化床干餾反應(yīng)器內(nèi)的干餾密相段床層中進(jìn)行干餾反應(yīng)，生成油氣和煤粉半焦，油氣經(jīng)設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器內(nèi)的第一組旋風(fēng)分離器分離出煤粉半焦后由床層式流化床干餾反應(yīng)器頂部的油氣出口管流出，干餾密相段床層中的煤粉半焦向下流動(dòng)，進(jìn)入設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器下方的汽提器，向汽提器內(nèi)通入汽提水蒸汽，汽提出煤粉半焦夾帶的油氣；
[0009]C.在汽提器內(nèi)汽提后的煤粉半焦經(jīng)煤粉半焦輸送管進(jìn)入氣化燃燒器，與經(jīng)燃燒氣體分布器通入氣化燃燒器內(nèi)的氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)，燃燒后生成的一氧化碳、二氧化碳連同霧化水蒸汽攜帶著經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦向上流動(dòng)，進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器；
[0010]D.在提升管氣化反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器內(nèi)的經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦與霧化水蒸汽和通入提升管氣化反應(yīng)器內(nèi)的氣化水蒸汽沿提升管氣化反應(yīng)器上行進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，生成的煤氣和高溫煤灰進(jìn)入煤灰煤氣分離器；
[0011]E.在煤灰煤氣分離器內(nèi)，煤氣和高溫煤灰在第二組旋風(fēng)分離器內(nèi)進(jìn)行氣固分離，分離出的煤氣由煤灰煤氣分離器頂部的煤氣出口管流出。
[0012]用于實(shí)現(xiàn)上述干餾方法的煤粉的流化床干餾裝置，設(shè)有流化床干餾反應(yīng)器、干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器，流化床干餾反應(yīng)器設(shè)有煤粉原料進(jìn)料管，其特征在于:干餾反應(yīng)器為床層式流化床干餾反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)有第一組旋風(fēng)分離器，頂部設(shè)有油氣集氣室、油氣出口管，下方與其同軸設(shè)置有汽提器，汽提器內(nèi)設(shè)有汽提擋板，底部設(shè)有汽提蒸汽分布器，干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器包括氣化燃燒器和提升管氣化反應(yīng)器，氣化燃燒器位于提升管氣化反應(yīng)器的下方，氣化燃燒器的殼體包括下部的圓筒形筒體和上部的圓臺(tái)面形筒體，圓筒形筒體的側(cè)面與汽提器的底部封頭之間設(shè)有煤粉半焦輸送管，氣化燃燒器內(nèi)與其同軸設(shè)置有煤粉原料預(yù)熱管，煤粉原料預(yù)熱管的下部由氣化燃燒器的底部伸出，所述的煤粉原料進(jìn)料管設(shè)于煤粉原料預(yù)熱管的下部，煤粉原料預(yù)熱管的底部設(shè)有提升氣體噴管，煤粉原料預(yù)熱管的頂部出口與連接管相連，連接管由氣化燃燒器伸出，其頂部出口與煤粉原料提升管的底部入口相連，煤粉原料提升管的頂部出口與水平管段相連，水平管段的出口位于床層式流化床干懼反應(yīng)器的稀相段，氣化燃燒器的底部設(shè)有燃燒氣體分布器，燃燒氣體分布器與進(jìn)氣管相連，進(jìn)氣管帶有氧氣入口和霧化水蒸汽入口，提升管氣化反應(yīng)器為橫截面呈圓形的垂直管，其底部入口與氣化燃燒器的頂部出口相連，下部設(shè)有氣化水蒸汽入口管，床層式流化床干餾反應(yīng)器的上方設(shè)有煤灰煤氣分離器，其內(nèi)設(shè)有第二組旋風(fēng)分離器，提升管氣化反應(yīng)器的頂部出口通過一段水平管與第二組旋風(fēng)分離器相連，煤灰煤氣分離器的頂部設(shè)有煤氣集氣室、煤氣出口管，底部設(shè)有流化氣體分布器。
[0013]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:(1)本發(fā)明的干餾過程使用床層式流化床干餾反應(yīng)器，煤粉原料在煤粉原料預(yù)熱管內(nèi)吸收汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成的熱量進(jìn)行預(yù)熱，而不使用氣體熱載體。煤粉原料干餾生成的油氣和水蒸汽，以及在汽提器內(nèi)汽提煤粉半焦后的汽提水蒸汽和汽提出的油氣，都可以使床層式流化床干餾反應(yīng)器內(nèi)的干餾密相段床層處于充氣流化狀態(tài)，所以不需要專門提供流化介質(zhì)?？傊?，本發(fā)明不需要使用氣體壓縮機(jī)輸送高溫流化介質(zhì)和熱載體以用于干餾過程，不存在對氣體壓縮機(jī)提出更高材質(zhì)要求的問題以及使氣體壓縮機(jī)始終處于高苛刻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而影響到干餾裝置長周期運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。本發(fā)明也不使用高溫固體熱載體加熱煤粉原料，從而可以提高干餾裝置煤粉原料的處理量。(2)本發(fā)明，燃燒反應(yīng)在氣化燃燒器內(nèi)進(jìn)行，水煤氣反應(yīng)在提升管氣化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，兩種反應(yīng)在各自獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行，之間沒有相互影響。燃燒反應(yīng)可為水煤氣反應(yīng)提供足夠的熱量；在提升管氣化反應(yīng)器內(nèi)，水煤氣反應(yīng)可以充分進(jìn)行，有利于提高從煤粉半焦生成水煤氣的產(chǎn)率。(3)本發(fā)明，經(jīng)過干餾和水煤氣反應(yīng)，煤粉原料能夠得到充分利用；煤粉原料最后生成的固體產(chǎn)物是煤灰，從而可以降低煤灰煤氣分離器的藏量，使其結(jié)構(gòu)尺寸較小，節(jié)省投資。
[0014]本發(fā)明可用于多種煤粉的干餾加工，加工過程可以連續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行，調(diào)節(jié)靈活、處理量大，油氣與煤氣的收率高。
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和【具體實(shí)施方式】并不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明煤粉流化床干餾裝置的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]參見圖1，本發(fā)明的煤粉流化床干餾裝置(簡稱為干餾裝置)設(shè)有流化床干餾反應(yīng)器、干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器，流化床干餾反應(yīng)器設(shè)有煤粉原料進(jìn)料管15。干餾反應(yīng)器為床層式流化床干餾反應(yīng)器9，床層式流化床干餾反應(yīng)器9的殼體包括上部和下部的圓筒形筒體以及位于這兩個(gè)筒體之間的倒置圓臺(tái)面形筒體。床層式流化床干餾反應(yīng)器9內(nèi)設(shè)有第一組旋風(fēng)分離器8，包括兩個(gè)串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，其料腿伸入至干餾密相段床層之內(nèi)的上部。床層式流化床干餾反應(yīng)器9的頂部設(shè)有油氣集氣室6、油氣出口管7，下方與其同軸設(shè)置有汽提器18。汽提器18的殼體包括一個(gè)圓筒形筒體；汽提器18內(nèi)設(shè)有汽提擋板(圖1所示的為人字形汽提擋板)，底部設(shè)有汽提蒸汽分布器17。
[0018]本發(fā)明的干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器包括氣化燃燒器11和提升管氣化反應(yīng)器2，氣化燃燒器11位于提升管氣化反應(yīng)器2的下方。氣化燃燒器11的殼體包括下部的圓筒形筒體和上部的圓臺(tái)面形筒體，圓筒形筒體的側(cè)面與汽提器18的底部封頭之間設(shè)有煤粉半焦輸送管16。煤粉半焦輸送管16上設(shè)有流量控制閥23，以控制管內(nèi)煤粉半焦的流量。
[0019]氣化燃燒器11內(nèi)與其同軸設(shè)置有煤粉原料預(yù)熱管12 (煤粉原料預(yù)熱管12的主體部分設(shè)于氣化燃燒器11內(nèi))，氣化燃燒器11的圓筒形筒體與煤粉原料預(yù)熱管12之間形成環(huán)形通道27 (橫截面形狀為圓環(huán)形)。煤粉原料預(yù)熱管12的下部由氣化燃燒器11的底部伸出；所述的煤粉原料進(jìn)料管15設(shè)于煤粉原料預(yù)熱管12的下部，煤粉原料預(yù)熱管12的底部設(shè)有提升氣體噴管14。煤粉原料預(yù)熱管12的頂部出口與連接管20相連；連接管20由氣化燃燒器11伸出，其頂部出口與煤粉原料提升管10的底部入口相連。煤粉原料提升管10的頂部出口與水平管段101相連，水平管段101的出口 102位于床層式流化床干餾反應(yīng)器9的稀相段。氣化燃燒器11的底部圍繞煤粉原料預(yù)熱管12設(shè)有燃燒氣體分布器13 ;燃燒氣體分布器13與進(jìn)氣管131相連，進(jìn)氣管131帶有氧氣入口和霧化水蒸汽入口。
[0020]煤粉原料預(yù)熱管12、煤粉原料提升管10以及提升管氣化反應(yīng)器2均為橫截面呈圓形的垂直管。提升管氣化反應(yīng)器2的底部入口與氣化燃燒器11的頂部出口相連，下部設(shè)有氣化水蒸汽入口管201。氣化水蒸汽入口管201傾斜向上，通常是圍繞提升管氣化反應(yīng)器2均勻設(shè)置2~6個(gè)。氣化水蒸汽入口管201與提升管氣化反應(yīng)器2接口的中心至提升管氣化反應(yīng)器2底部入口與氣化燃燒器11頂部出口的連接處的垂直距離b，一般為0.5~Im (米)。
[0021]床層式流化床干懼反應(yīng)器9的上方設(shè)有煤灰煤氣分離器I,煤灰煤氣分離器I的殼體包括上部和下部的圓筒形筒體以及位于這兩個(gè)筒體之間的倒置圓臺(tái)面形筒體。煤灰煤氣分離器I內(nèi)設(shè)有第二組旋風(fēng)分離器24，包括兩個(gè)串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，其料腿伸入至煤灰密相床層之內(nèi)的上部；提升管氣化反應(yīng)器2的頂部出口通過一段水平管203與第二組旋風(fēng)分離器24相連。煤灰煤氣分離器I的頂部設(shè)有煤氣集氣室25、煤氣出口管26，底部設(shè)有流化氣體分布器4。
[0022]煤灰煤氣分離器I設(shè)有外取熱器22,外取熱器22與煤灰煤氣分離器I的下部圓筒形筒體之間設(shè)有出灰管221和返回管222。出灰管221上設(shè)有流量控制閥23，以控制管內(nèi)煤灰的流量。外取熱器22還通過管道223與煤灰罐21相連，煤灰罐21為一金屬容器。外取熱器22的取熱介質(zhì)通常是使用環(huán)境溫度下的水。
[0023]參見圖1，氣化燃燒器11的高度a —般為2~10m，圓筒形筒體的直徑一般為1000~5000mm。提升管氣化反應(yīng)器2的高度h —般為10~40m，提升管氣化反應(yīng)器2與煤粉原料預(yù)熱管12的橫截面積一般均為氣化燃燒器11圓筒形筒體橫截面積的20%~50%。上述的橫截面積，分別按提升管氣化反應(yīng)器2、煤粉原料預(yù)熱管12以及氣化燃燒器11圓筒形筒體的直徑計(jì)算。
[0024]本發(fā)明干餾裝置的各種設(shè)備、管道、構(gòu)件，均采用金屬材料制造。床層式流化床干餾反應(yīng)器9、汽提器18、氣化燃燒器11、煤灰煤氣分離器I等的殼體內(nèi)壁，提升管氣化反應(yīng)器2、煤粉原料提升管10以及其它與固體顆粒(煤粉半焦、煤灰等)接觸的管道的內(nèi)壁，都可以根據(jù)需要設(shè)置隔熱耐磨層(圖略)。煤粉原料預(yù)熱管12不設(shè)置隔熱耐磨層，而是在其內(nèi)、外壁均設(shè)置導(dǎo)熱耐磨層(材料為碳化硅、剛玉等，圖略)。各種管道的橫截面形狀均為圓形。本發(fā)明提到的直徑，均為筒體或管道的內(nèi)直徑；對于內(nèi)壁設(shè)有隔熱耐磨層的筒體或管道以及內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)熱耐磨層的煤粉原料預(yù)熱管12，直徑均為隔熱耐磨層或?qū)崮湍拥膬?nèi)直徑。各管道的直徑主要根據(jù)各管道內(nèi)物料和/或介質(zhì)的流量、密度計(jì)算確定。
[0025]汽提蒸汽分布器17、流化氣體分布器4、燃燒氣體分布器13可以使用常用的圓環(huán)形分布器或樹枝狀分布器。流量控制閥可以使用各種常用的控制粉粒狀固體顆粒流量的流量控制閥(如滑閥)。外取熱器22、旋風(fēng)分離器等都可以使用本領(lǐng)域或相近領(lǐng)域所常用的。
[0026]采用圖1所示的干餾裝置進(jìn)行本發(fā)明煤粉流化床干餾的方法(簡稱為干餾方法)，依次包括如下步驟:
[0027]A.粉碎后的煤粉原料150經(jīng)煤粉原料進(jìn)料管15進(jìn)入煤粉原料預(yù)熱管12的下部，在由提升氣體噴管14通入的提升氣體140的作用下沿煤粉原料預(yù)熱管12上行，吸收汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器11內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成的一部分熱量進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱后的煤粉原料150 (連同提升氣體140)經(jīng)連接管20、煤粉原料提升管10、水平管段101，由水平管段101的出口 102進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器9的稀相段，向下落入干餾密相段床層中。圖1中，附圖標(biāo)記19表示干餾密相段床層的界面；該界面的下方為干餾密相段床層，上方為床層式流化床干餾反應(yīng)器9的稀相段。
[0028]B.煤粉原料150在床層式流化床干餾反應(yīng)器9內(nèi)的干餾密相段床層中進(jìn)行干餾反應(yīng)，生成煤焦油氣(簡稱為油氣)和煤粉半焦。油氣向上流動(dòng)進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器9的稀相段，連同進(jìn)入該稀相段的提升氣體140，經(jīng)設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器9內(nèi)的第一組旋風(fēng)分離器8分離出煤粉半焦后進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器9頂部的油氣集氣室6，再由床層式流化床干餾反應(yīng)器9頂部的油氣出口管7流出，進(jìn)入冷凝回收系統(tǒng)。第一組旋風(fēng)分離器8分離出的煤粉半焦經(jīng)料腿向下落入干餾密相段床層中。
[0029]干餾密相段床層中的煤粉半焦向下流動(dòng)，進(jìn)入設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器9下方的汽提器18。經(jīng)汽提蒸汽分布器17向汽提器18內(nèi)通入汽提水蒸汽170，汽提出煤粉半焦夾帶的油氣。汽提出的油氣和汽提后的汽提水蒸汽170向上流動(dòng)進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器9，流經(jīng)干餾密相段床層進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器9的稀相段；經(jīng)第一組旋風(fēng)分離器8進(jìn)行氣固分離后進(jìn)入油氣集氣室6，再由油氣出口管7流出。
[0030]C.在汽提器18內(nèi)汽提后的煤粉半焦經(jīng)煤粉半焦輸送管16進(jìn)入氣化燃燒器11 (進(jìn)入環(huán)形通道27內(nèi))。經(jīng)進(jìn)氣管131上的氧氣入口和霧化水蒸汽入口分別向燃燒氣體分布器13內(nèi)通入氧氣132和霧化水蒸汽133，使兩者在燃燒氣體分布器13內(nèi)混合后噴出、進(jìn)入環(huán)形通道27。在環(huán)形通道27內(nèi)，上述汽提后的煤粉半焦與氧氣132和霧化水蒸汽133的混合物接觸，與氧氣132進(jìn)行燃燒反應(yīng)；燃燒后生成的一氧化碳、二氧化碳連同霧化水蒸汽133攜帶著經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦向上流動(dòng)，進(jìn)入設(shè)于氣化燃燒器11上方的提升管氣化反應(yīng)器2。經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦(即汽提后的煤粉半焦中的炭只有一部分參與燃燒反應(yīng))是向下述步驟D的水煤氣反應(yīng)提供熱量的主要熱量載體。霧化水蒸汽133主要是使汽提后的煤粉半焦達(dá)到霧化狀態(tài)，從而使煤粉半焦能夠與氧氣132充分地混合、燃燒。
[0031]上述的燃燒反應(yīng)，主要是汽提后的煤粉半焦中的炭與氧氣132的反應(yīng)。燃燒生成的氣體產(chǎn)物，主要是一氧化碳和二氧化碳。汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器11內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的過程中，將一部分自身攜帶的熱量以及燃燒生成氣體攜帶的熱量經(jīng)煤粉原料預(yù)熱管12的管壁傳遞給煤粉原料預(yù)熱管12內(nèi)的煤粉原料150，對煤粉原料150進(jìn)行預(yù)熱。
[0032]D.在提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)，進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)的經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦與霧化水蒸汽133和經(jīng)過氣化水蒸汽入口管201通入提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)的氣化水蒸汽202以活塞流形式沿提升管氣化反應(yīng)器2上行進(jìn)行水煤氣反應(yīng)。水煤氣反應(yīng)生成的煤氣(主要成分為一氧化碳和氫氣)和高溫煤灰經(jīng)水平管203進(jìn)入煤灰煤氣分離器I。少量剩余的水蒸汽(包括霧化水蒸汽133和氣化水蒸汽202)以及進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)的步驟C燃燒反應(yīng)生成的一氧化碳隨之一同進(jìn)入煤灰煤氣分離器I。步驟C燃燒反應(yīng)生成的一氧化碳也計(jì)入水煤氣反應(yīng)所生成的煤氣中。
[0033]上述的水煤氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，主要反應(yīng)有汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器11內(nèi)經(jīng)過部分燃燒后剩余的炭與水蒸汽(包括霧化水蒸汽133和氣化水蒸汽202)反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，還有該剩余的炭與步驟C燃燒反應(yīng)生成的進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)的二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳。水煤氣反應(yīng)之后，所述的煤粉半焦成為高溫煤灰(其炭含量低于 0.05% )。
[0034]E.在煤灰煤氣分離器I內(nèi)，煤氣和高溫煤灰(還有少量剩余的水蒸汽)在第二組旋風(fēng)分離器24內(nèi)進(jìn)行氣固分離。分離出的煤氣(還有少量剩余的水蒸汽)進(jìn)入煤灰煤氣分離器I頂部的煤氣集氣室25,再由煤灰煤氣分離器I頂部的煤氣出口管26流出，進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)；分離出的高溫煤灰經(jīng)料腿向下落入煤灰密相床層中。經(jīng)流化氣體分布器4向煤灰煤氣分離器I的底部通入流化氣體5 (通常是450~550°C的水蒸汽)，流化氣體5向上流經(jīng)煤灰密相床層，使煤灰密相床層處于充氣流化狀態(tài)；流化氣體5同時(shí)也可以將煤灰密相床層中的煤灰夾帶的剩余煤氣汽提出來。流化氣體5連同汽提出的煤灰密相床層中的煤灰夾帶的剩余煤氣最終向上流動(dòng)進(jìn)入煤灰煤氣分離器I的稀相段，經(jīng)第二組旋風(fēng)分離器24上的入口進(jìn)入第二組旋風(fēng)分離器24內(nèi)進(jìn)行氣固分離后進(jìn)入煤氣集氣室25，再由煤氣出口管26流出。圖1中，附圖標(biāo)記3表示煤灰密相床層的界面；該界面的下方為煤灰密相床層，上方為煤灰煤氣分離器I的稀相段。
[0035]上述的步驟A~E連續(xù)、循環(huán)進(jìn)行；主要的操作條件一般如下:
[0036]步驟A中，煤粉原料150在煤粉原料預(yù)熱管12內(nèi)預(yù)熱后的溫度為450~550°C ；該溫度在水平管段101的出口 102處測量。煤粉原料150在煤粉原料預(yù)熱管12內(nèi)的停留時(shí)間(即進(jìn)行預(yù)熱的時(shí)間)為0.5~3min (分鐘)。水平管段101出口 102處的壓力，應(yīng)略高于床層式流化床干餾反應(yīng)器9頂部的操作壓力。
[0037]本發(fā)明能夠處理的煤粉原料150，可以是褐煤、長焰煤、氣煤、不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤等；其粒徑不大于3mm，含油量為6 %~25 %，含水量不高于20 %。粒徑用篩分法測定，含水量和含油量用格金法(GB/T1341-2007煤的格金低溫干餾試驗(yàn)方法)測定。
[0038]步驟A所用的提升氣體140可以是干氣(主要組分為甲烷)，是由環(huán)境溫度下的干氣壓縮而成的壓縮干氣，壓力為0.15~0.6MPa(本發(fā)明提到的壓力均為表壓)。提升氣體140還可以是水蒸汽，溫度為200~400°C。
[0039]步驟B中，煤粉原料150在干餾密相段床層中的干餾反應(yīng)時(shí)間為2~lOmin，干餾密相段床層的溫度(即干餾反應(yīng)溫度)為450~550°C，床層式流化床干餾反應(yīng)器9頂部的操作壓力為0.1~0.4MPa，床層式流化床干餾反應(yīng)器9稀相段的氣體線速為0.2~1.2m/s(米/秒)。干餾密相段床層的溫度，是指干餾密相段床層的平均溫度。所述氣體線速中的氣體，主要是煤粉原料干餾生成的油氣和水蒸汽，以及在汽提器18內(nèi)汽提煤粉半焦后的汽提水蒸汽170和汽提出的油氣。
[0040]干懼反應(yīng)時(shí)間較好為3~6min,干懼密相段床層的溫度較好為470~530°C。干懼反應(yīng)時(shí)間最好為3.5~4.5min,干懼密相段床層的溫度最好為490~510°C。
[0041]床層式流化床干餾反應(yīng)器9上部圓筒形筒體的直徑主要根據(jù)床層式流化床干餾反應(yīng)器9稀相段氣體線速的變動(dòng)范圍計(jì)算確定，干餾密相段床層的高度主要根據(jù)煤粉原料150在干餾密相段床層中的干餾反應(yīng)時(shí)間和床層式流化床干餾反應(yīng)器9內(nèi)煤粉半焦的藏量計(jì)算確定，床層式流化床干餾反應(yīng)器9稀相段的高度主要根據(jù)煤粉半焦的沉降高度計(jì)算確定。
[0042]在汽提器18內(nèi)，汽提溫度為450~550°C ;該溫度是汽提器18內(nèi)煤粉半焦床層的平均溫度。進(jìn)入汽提器18內(nèi)的煤粉半焦經(jīng)汽提后被汽提出夾帶的油氣；被汽提出夾帶油氣的煤粉半焦，其炭含量一般為65%~85%。本發(fā)明提到的百分?jǐn)?shù)，均為重量百分?jǐn)?shù)。
[0043]步驟C中，通入燃燒氣體分布器13內(nèi)的霧化水蒸汽133的溫度為450~550°C，氧氣132的溫度為100~400°C。煤粉半焦在氣化燃燒器11內(nèi)進(jìn)行燃燒的時(shí)間為3~5min，燃燒溫度為800~900°C (在氣化燃燒器11的頂部測量)，氣化燃燒器11頂部的操作壓力為0.15~0.5MPa。應(yīng)控制氧氣132的流量，使汽提后的煤粉半焦只進(jìn)行部分燃燒。汽提后的煤粉半焦經(jīng)過部分燃燒后，被燒去40%~60%的炭。
[0044]步驟D中，經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦在提升管氣化反應(yīng)器2內(nèi)與霧化水蒸汽133和氣化水蒸汽202進(jìn)行水煤氣反應(yīng)的時(shí)間為3~1s (秒)，提升管氣化反應(yīng)器2頂部出口的溫度比底部入口的溫度低30~60°C，提升管氣化反應(yīng)器2頂部出口的操作壓力為0.1~
0.4MPa。提升管氣化反應(yīng)器2底部入口的溫度,基本上等于氣化燃燒器11內(nèi)的燃燒溫度。
[0045]步驟E中，煤灰煤氣分離器I內(nèi)煤灰密相床層的平均溫度為650~750°C，煤灰煤氣分離器I頂部的操作壓力為0.1~0.4MPa，煤灰煤氣分離器I稀相段的氣體線速為0.2~
1.2m/s。所述氣體線速中的氣體，主要是進(jìn)入煤灰煤氣分離器I稀相段的流化氣體5(還有被流化氣體5汽提出來的煤灰密相床層中的煤灰夾帶的剩余煤氣)。
[0046]煤灰煤氣分離器I上部圓筒形筒體的直徑主要根據(jù)煤灰煤氣分離器I稀相段氣體線速的變動(dòng)范圍計(jì)算確定，煤灰密相床層的高度主要根據(jù)煤灰煤氣分離器I內(nèi)煤灰的藏量計(jì)算確定，煤灰煤氣分離器I稀相段的高度主要根據(jù)煤灰的沉降高度計(jì)算確定。
[0047]在操作過程中，將煤灰煤氣分離器I內(nèi)煤灰密相床層中的一部分高溫煤灰經(jīng)出灰管221送入外取熱器22，經(jīng)外取熱器22取熱、冷卻至70~80°C。取熱、冷卻后的煤灰，其中的一部分經(jīng)返回管222返回煤灰密相床層，以控制煤灰密相床層的平均溫度在650~750°C，不超過規(guī)定的溫度范圍。經(jīng)外取熱器22取熱、冷卻后的另一部分煤灰，經(jīng)管道223進(jìn)入煤灰罐21后定時(shí)排出干餾裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種煤粉的流化床干餾方法，其特征在于:該方法依次包括如下步驟: A.粉碎后的煤粉原料(150)經(jīng)煤粉原料進(jìn)料管(15)進(jìn)入煤粉原料預(yù)熱管(12)的下部，在由提升氣體噴管(14)通入的提升氣體(140)的作用下沿煤粉原料預(yù)熱管(12)上行，吸收汽提后的煤粉半焦在氣化燃燒器(11)內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成的熱量進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的煤粉原料(150)經(jīng)煤粉原料提升管(10)進(jìn)入床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)； B.煤粉原料(150)在床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)內(nèi)的干餾密相段床層中進(jìn)行干餾反應(yīng)，生成油氣和煤粉半焦，油氣經(jīng)設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)內(nèi)的第一組旋風(fēng)分離器(8)分離出煤粉半焦后由床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)頂部的油氣出口管(7)流出，干餾密相段床層中的煤粉半焦向下流動(dòng)，進(jìn)入設(shè)于床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)下方的汽提器(18)，向汽提器(18)內(nèi)通入汽提水蒸汽(170)，汽提出煤粉半焦夾帶的油氣； C.在汽提器(18)內(nèi)汽提后的煤粉半焦經(jīng)煤粉半焦輸送管(16)進(jìn)入氣化燃燒器(11)，與經(jīng)燃燒氣體分布器(13)通入氣化燃燒器(11)內(nèi)的氧氣(132)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，燃燒后生成的一氧化碳、二氧化碳連同霧化水蒸汽(133)攜帶著經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦向上流動(dòng)，進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器(2); D.在提升管氣化反應(yīng)器(2)內(nèi)，進(jìn)入提升管氣化反應(yīng)器(2)內(nèi)的經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦與霧化水蒸汽(133)和通入提升管氣化反應(yīng)器(2)內(nèi)的氣化水蒸汽(202)沿提升管氣化反應(yīng)器(2)上行進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，生成的煤氣和高溫煤灰進(jìn)入煤灰煤氣分離器(I)； E.在煤灰煤氣分離器(I)內(nèi)，煤氣和高溫煤灰在第二組旋風(fēng)分離器(24)內(nèi)進(jìn)行氣固分離，分離出的煤氣由煤灰煤氣分離器(I)頂部的煤氣出口管(26)流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干餾方法，其特征在于:步驟A中，煤粉原料(150)在煤粉原料預(yù)熱管(12)內(nèi)預(yù)熱后的溫度為450~550°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干餾方法，其特征在于:步驟B中，煤粉原料(150)在干餾密相段床層中的干餾反應(yīng)時(shí)間為2~lOmin，干餾密相段床層的溫度為450~550°C，床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)頂部的操作壓力為0.1~0.4MPa，床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)稀相段的氣體線速為0.2~1.2m/s，在汽提器(18)內(nèi)被汽提出夾帶油氣的煤粉半焦，其炭含量為65%~85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干餾方法，其特征在于:步驟C中，煤粉半焦在氣化燃燒器(11)內(nèi)進(jìn)行燃燒的時(shí)間為3~5min，燃燒溫度為800~900°C，氣化燃燒器(11)頂部的操作壓力為0.15~0.5MPa，煤粉半焦經(jīng)過部分燃燒后，被燒去40%~60%的炭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的干餾方法，其特征在于:步驟D中，經(jīng)過部分燃燒的煤粉半焦在提升管氣化反應(yīng)器(2)內(nèi)與霧化水蒸汽(133)和氣化水蒸汽(202)進(jìn)行水煤氣反應(yīng)的時(shí)間為3~10s，提升管氣化反應(yīng)器(2)頂部出口的溫度比底部入口的溫度低30~60°C，提升管氣化反應(yīng)器(2)頂部出口的操作壓力為0.1~0.4MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的干懼方法,其特征在于:煤灰煤氣分離器(I)內(nèi)煤灰密相床層中的一部分高溫煤灰經(jīng)外取熱器(22)取熱、冷卻后，其中的一部分返回煤灰密相床層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的干餾方法，其特征在于:煤粉原料(150)為褐煤、長焰煤、氣煤、不粘結(jié)煤或弱粘結(jié)煤，其粒徑不大于3mm。
8.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的煤粉的流化床干餾裝置，設(shè)有流化床干餾反應(yīng)器、干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器，流化床干餾反應(yīng)器設(shè)有煤粉原料進(jìn)料管(15)，其特征在于:干餾反應(yīng)器為床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)，其內(nèi)設(shè)有第一組旋風(fēng)分離器(8)，頂部設(shè)有油氣集氣室出)、油氣出口管(7)，下方與其同軸設(shè)置有汽提器(18)，汽提器(18)內(nèi)設(shè)有汽提擋板，底部設(shè)有汽提蒸汽分布器(17)，干餾半焦燃燒與氣化反應(yīng)器包括氣化燃燒器(11)和提升管氣化反應(yīng)器(2)，氣化燃燒器(11)位于提升管氣化反應(yīng)器(2)的下方，氣化燃燒器(11)的殼體包括下部的圓筒形筒體和上部的圓臺(tái)面形筒體，圓筒形筒體的側(cè)面與汽提器(18)的底部封頭之間設(shè)有煤粉半焦輸送管(16)，氣化燃燒器(11)內(nèi)與其同軸設(shè)置有煤粉原料預(yù)熱管(12)，煤粉原料預(yù)熱管(12)的下部由氣化燃燒器(11)的底部伸出，所述的煤粉原料進(jìn)料管(15)設(shè)于煤粉原料預(yù)熱管(12)的下部，煤粉原料預(yù)熱管(12)的底部設(shè)有提升氣體噴管(14)，煤粉原料預(yù)熱管(12)的頂部出口與連接管(20)相連，連接管(20)由氣化燃燒器(11)伸出，其頂部出口與煤粉原料提升管(10)的底部入口相連，煤粉原料提升管(10)的頂部出口與水平管段(101)相連，水平管段(101)的出口(102)位于床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)的稀相段，氣化燃燒器(11)的底部設(shè)有燃燒氣體分布器(13)，燃燒氣體分布器(13)與進(jìn)氣管(131)相連，進(jìn)氣管(131)帶有氧氣入口和霧化水蒸汽入口，提升管氣化反應(yīng)器(2)為橫截面呈圓形的垂直管，其底部入口與氣化燃燒器(11)的頂部出口相連，下部設(shè)有氣化水蒸汽入口管(201)，床層式流化床干餾反應(yīng)器(9)的上方設(shè)有煤灰煤氣分離器(I)，其內(nèi)設(shè)有第二組旋風(fēng)分離器(24)，提升管氣化反應(yīng)器(2)的頂部出口通過一段水平管(203)與第二組旋風(fēng)分離器(24)相連，煤灰煤氣分離器(I)的頂部設(shè)有煤氣集氣室(25)、煤氣出口管(26)，底部設(shè)有流化氣體分布器(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的干餾裝置，其特征在于:煤灰煤氣分離器(I)設(shè)有外取熱器(22)，外取熱器(22)與煤 灰煤氣分離器(I)之間設(shè)有出灰管(221)和返回管(222)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的干餾裝置，其特征在于:氣化燃燒器(11)的高度a為2~10m，圓筒形筒體的直徑為1000~5000mm，提升管氣化反應(yīng)器(2)的高度h為10~40m，提升管氣化反應(yīng)器(2)與煤粉原料預(yù)熱管12的橫截面積均為氣化燃燒器11圓筒形筒體橫截面積的20%~50%。
【文檔編號】C10B57/00GK104178227SQ201310210239
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】樊麥躍, 湯海濤, 王文柯, 陳曼橋, 張亞西, 武立憲, 陳章淼 申請人:中石化洛陽工程有限公司, 中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司