本實用新型涉及煤粉熱解，具體涉及一種快速熱解處理煤粉的系統(tǒng)。
背景技術：
：我國的能源特點是“缺油、少氣，煤炭資源相對豐富”。隨著國家經濟的發(fā)展，能源的需求日益增大，根據(jù)現(xiàn)有的技術分析，我國能源自給率的保障只能來自于煤炭資源的大規(guī)模使用，因此以煤為主的能源戰(zhàn)略是必然的選擇。在煤炭利用中，中低階煤具有高揮發(fā)分的特點，可以提取較高產量的煤焦油，通過煤焦油加氫得到汽柴油和化工產品，從而可以有效緩解我國缺油的困境。低階煤指處于低變質階段的煤，具有高水分、高揮發(fā)分、活性強等特征，并具有易自燃、發(fā)熱量低，難于長途運輸或儲存等缺點，必須進行加工提質處理才能有效利用。中低階煤占我國全部煤炭儲量55％以上，總量高達4000億噸，其高效清潔利用可緩解我國能源供應緊張的局面，并對節(jié)能減排、治理霧霾貢獻巨大。國內外研究機構針對低階煤提質進行了大量的技術開發(fā)和工程示范，其工藝路線主要包括干燥提質、熱解多聯(lián)產、氣化等方向。因低階煤物理、化學性質的復雜性限制，除干燥提質技術相對成熟外，迄今為止熱解多聯(lián)產、氣化等工藝路線仍未被大規(guī)模的工業(yè)化利用。技術實現(xiàn)要素：本實用新型的目的是為了提供一種結構簡單的快速熱解處理煤粉的系統(tǒng)。本實用新型提供了一種快速熱解處理煤粉的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：快速熱解反應器，具有熱解原料入口、半焦出口和熱解油氣出口；除塵裝置，具有進氣口、凈化油氣出口和排灰口，所述進氣口與所述快速熱解反應器的熱解油氣出口相連；冷凝器，具有凈化油氣入口、熱解油出口和熱解氣出口；所述凈化油氣入口和所述除塵裝置的凈化油氣出口相連；凈化裝置，具有熱解氣入口和凈化氣出口，所述熱解氣入口與所述冷凝器的熱解氣出口相連；PSA制氫裝置，具有凈化氣入口和氫氣出口，所述凈化氣入口與所述凈化裝置的凈化氣出口相連；熱解油加氫裝置，具有熱解油入口、氫氣入口和人造石油出口，所述熱解油入口與所述冷凝器的熱解油出口相連，所述氫氣入口與所述PSA制氫裝置的氫氣出口相連；所述快速熱解反應器內設置有多層輻射管和多個擋板，所述擋板傾斜設置于兩層輻射管中間。在本實用新型的一個實施方案中，所述系統(tǒng)還包括融合成型裝置，所述融合成型裝置具有半焦入口、生石灰入口、粘結劑入口和型球出口，所述半焦入口與所述快速熱解反應器的半焦出口相連。在本實用新型的一個實施方案中，所述系統(tǒng)還包括煤干燥裝置和煤破碎裝置，所述原煤干燥裝置具有原煤入口和干燥煤出口，所述煤破碎裝置具有干燥煤入口和煤粉出口，所述干燥煤入口與所述原煤干燥裝置的干燥煤出口相連，所述煤粉出口與所述進料料斗的煤粉入口相連。在本實用新型的一個實施方案中，所述除塵裝置為兩級旋風除塵器。在本實用新型的一個實施方案中，所述輻射管的上側安裝有頂蓋。本實用新型采用了蓄熱式快速熱解反應器，利用蓄熱式輻射管作為加熱源，不需要熱載體，而是采取蓄熱式輻射管提供熱量，不需要熱載體的加熱、分離、提升等工藝，因此系統(tǒng)結構簡單、工藝流程短，容易實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)性運行和工業(yè)化推廣。此外，本實用新型對熱解制得的半焦、熱解油和熱解氣進行轉化再利用，整個工藝無中間產物，經濟價值高。附圖說明圖1為本實用新型一實施例提供的一種快速熱解處理煤粉的系統(tǒng)結構示意圖。圖中：1、進料料斗；2、蓄熱式快速熱解反應器；3、一級旋風除塵器；4、二級旋風除塵器；5、半焦收集裝置；6、冷凝器；7、冷凝水管路；8、儲油罐；9、熱解油加氫裝置；10、凈化塔；11、凈化器；12、PSA制氫裝置；13、融合成型裝置；14、干燥裝置；15、煤破碎裝置；16、原煤入料斗；17、提升管；18、冷凝水管路。具體實施方式以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。需要說明的是，本實用新型中的“輻射管”指得是蓄熱式無熱載體輻射管。其次，術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型，而不是要求本實用新型必須以特定的方位構造和操作，因此，不能理解為對本實用新型的限制。如圖1所示，本實用新型提供的煤粉熱解系統(tǒng)包括：進料料斗1、蓄熱式快速熱解反應器2(本申請中也簡稱反應器)、一級旋風除塵器3、二級旋風除塵器4、半焦收集裝置5、冷凝器6、冷凝水管路7、儲油罐8、熱解油加氫裝置9、凈化塔10、凈化器11、PSA制氫裝置12、融合成型裝置13、干燥裝置14、煤破碎裝置15、原煤入料斗16、提升管17、冷凝水管路18。進料料斗1具有煤粉入口和煤粉出口。參考圖1，本實用新型使用的蓄熱式快速熱解反應器2包括反應器本體、輻射管和擋板。反應器本體上設有熱解原料入口、半焦出口、燃料氣進口、空氣入口、煙氣出口和熱解油氣出口，其中，熱解原料入口與進料料斗1的煤粉出口相連。輻射管為多個，水平同方向間隔排布在反應器本體的不同高度，相鄰高度層的輻射管錯列布置。擋板為多個，擋板傾斜設置于兩層輻射管之間。輻射管的上方安裝有頂蓋。本實用新型提供的蓄熱式熱解反應器采用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、占地面積小，易于工業(yè)化。輻射管的上側的頂蓋能有效地起到保護輻射管不受受到物料沖刷，延長輻射管的使用壽命。頂蓋的形狀并不需要限定，其形狀優(yōu)選為開口向下且具有一個頂角，這樣設置可避免煤粉滯留在頂蓋上，也可以對煤粉起到引流作用。頂角的角度主要影響煤粉在頂蓋上停留的時間。頂角太大，煤粉容易堆積到頂蓋上；太小，煤粉在頂蓋上的停留時間短，熱解效果不好。頂蓋的垂直截面的寬度過長會影響輻射管熱量的有效利用，過短對分散物料的作用不大。頂角的角度優(yōu)選為60°-90°，頂蓋的垂直截面的寬度優(yōu)選為輻射管直徑的1.1-1.5倍。煤粉從入口進入爐內中，從上到下經過輻射管后會被分散，分散的物料如果不經過減速或改變方向則大部分會從兩根輻射管中間的空隙落下，既減少了壁面?zhèn)鳠嵝视挚s短了物料在反應器內的停留時間，如果想增加物料在爐內的熱解時間則必然要加高反應器的高度，增加占地面積及投資，效益降低。通過模擬發(fā)現(xiàn)，兩層輻射管之間加入擋板能有效地的改善對物料在反應器2中的分布，使其充分打散，最大面積的讓煤粉參與爐內傳熱。煤粉從進料口進入后，開始下落，碰到擋板和頂蓋后，被彈起，然后再下落；煤粉每碰到一次擋板和頂蓋，即被彈到一定高度，其下落速度被減緩，因此，增加了煤粉在熱解反應器內的停留時間。而且，擋板和頂蓋還起到對煤粉的引流作用，增加了煤粉在反應器本體內移動的距離，這也能增加煤粉在熱解反應器內的停留時間。因此，添加擋板和頂蓋后，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加擋板和頂蓋后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數(shù)量。此外，擋板還可以起到打散物料的作用，提高煤粉的熱解效果。擋板和頂蓋的材質，優(yōu)選為金屬，金屬的熱傳導性好，能提高煤粉熱解的效果。擋板的具體位置、形狀并不需要特別限定。為了更好的起到引流的作用，上下相鄰兩層的擋板最好錯列布置。擋板可以根據(jù)需要設置在某層輻射管的上方或下方，擋板的最佳位置為兩層輻射管的正中間，即與上下兩層輻射管之間的垂直距離相等。如圖1所示，擋板最好設置在反應器本體的中下部，最上層擋板位于反應器本體高度的1/2-2/3處?？蓪蓚€擋板組成開口向下的擋板組件，該開口的角度優(yōu)選為60°-90°；也可將擋板的一端連在反應器本體的內側壁上，擋板與反應器本體內側壁形成15°-60°的夾角。圖1所示的反應器2包括這兩種設置方式，需要說明的是，反應器2可只包括其中一種設置方式。如圖1所示，上述擋板組件優(yōu)選設置在兩個輻射管之間的空隙的上方，其最佳位置為兩個輻射管之間的空隙的正上方，即擋板組件與該兩個輻射管之間的水平距離相等，能保證停留在擋板上的煤粉受熱均勻。擋板的長度優(yōu)選為輻射管的直徑的1-2倍。擋板的長度主要影響煤粉在擋板上的停留時間及煤粉在反應器內的移動的軌跡。擋板的長度越長，煤粉在擋板上的停留時間越長，但煤粉無法均勻的分散到下層輻射管；擋板的長度越短，煤粉在擋板上的停留時間越少。參考圖1，根據(jù)本實用新型的實施例，反應器2和進料漏斗1之間還連接有螺旋進料器，反應器2的半焦出口與螺旋出料器相連。進料料斗1和螺旋進料器用于將煤粉送入反應器2中，螺旋出料器用于將煤粉熱解后產生的固體產物運送至下一工段。螺旋進料器和螺旋出料器并不是必要裝置，可視現(xiàn)場情況和具體的工藝決定是否要添加。螺旋出料器還連接有冷凝水管路18，用循環(huán)水與從反應器2中排出的高溫半焦換熱，冷卻高溫半焦，并回收熱量。冷凝水管路18也不是本實用新型必要的裝置，可根據(jù)情況增減。如圖1所示，螺旋出料器與融合成型裝置13相連，半焦、生石灰和粘結劑在融合成型裝置13中混合均勻后被壓制成型球，型球可直接對外出售，也可用于制備電石。融合成型裝置13并不是系統(tǒng)必須的裝置，半焦也可直接作為燃料使用，比如送往電廠，與煤摻燒。輻射管為公稱直徑為200-300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。反應器本體的高度為5-20m、寬度(其內壁的寬度)為2-6m、長度(其內壁的長度)為5-15m，反應器本體中輻射管的層數(shù)為10-25層。燃料氣進口和空氣入口分別與輻射管相連。如圖1所示，熱解油氣從右上側部出來，并利用兩級旋風分離結構除去熱解油氣中的固體半焦，降低了焦油含塵量，以便后續(xù)能對熱解油氣進一步加工。圖1所示的除塵裝置包括兩個一級旋風除塵器3和兩個二級旋風除塵器4，旋風除塵器除塵效率高，兩級除塵能有效的將熱解油氣中的半焦清除。當然，也可選用其他除塵裝置。如圖1所示，一級旋風除塵器3和二級旋風除塵器4具有進氣口、凈化油氣出口和排灰口，其中，一級旋風除塵器3的進氣口與蓄熱式快速熱解反應器2的熱解油氣出口相連。從二級旋風除塵器4排出的半焦進入半焦收集裝置5中儲存，另做他用。冷凝器6具有凈化油氣入口、熱解油出口和熱解氣出口；凈化油氣入口和一級旋風除塵器3的凈化油氣出口相連。如圖1所示，冷凝器6連接有冷凝水管路7，用循環(huán)水與從高溫油氣換熱，冷卻高溫油氣，并回收熱量。當然，也可采用其他方式冷卻高溫油氣。高溫油氣冷卻后，其中的熱解油變?yōu)橐后w，從熱解油出口排出，進入儲油罐8中儲存。如圖1所示，凈化裝置包括凈化塔10和凈化器11，凈化塔10用于去除從冷凝器6中排出的熱解氣中的油蒸汽，凈化器11用于去除熱解氣中的熱解油、苯、萘、硫等雜質。凈化塔10和凈化器11均具有熱解氣入口和凈化氣出口，其中，凈化塔10的熱解氣入口與冷凝器6的熱解氣出口相連。PSA制氫裝置12具有凈化氣入口、氫氣出口和解析氣出口，凈化氣入口與凈化器11的凈化氣出口相連。PSA制氫裝置12用于將熱解氣解析并制備氫氣。如圖1所示，系統(tǒng)還包括熱解油加氫裝置9。熱解油加氫裝置9具有熱解油入口、氫氣入口和人造石油出口，熱解油入口與儲油罐8相連，氫氣入口與PSA制氫裝置12的氫氣出口相連。用熱解氣制備的氫氣與熱解油反應，制備人造石油，增加熱解油的經濟價值。如圖1所示，進料料斗1前還設有干燥裝置14、煤破碎裝置15、原煤入料斗16和提升管17，這些裝置都不是系統(tǒng)必須的裝置，若煤的粒徑太大、水分太高時，可采用這些設備進行預處理后再送往反應器2中進行熱解。經干燥裝置14干燥、煤破碎裝置15破碎后的煤粉進入到原煤入料斗16，再由提升管17提升到進料料斗1中，煤粉從進料料斗1由螺旋進料器送入反應器2中，煤粉在反應器2中進行熱解。煤粉熱解產生半焦和熱解油氣，其中半焦被沉降下來通過反應器2的螺旋出料器排出，熱解油氣從反應器2的側部排出，經過一級旋風分離器3和二級旋風分離器4后收集下來的細半焦進入半焦收集裝置5，經過兩級旋風分離后較純凈的熱解油氣送入冷凝器6內快速冷卻，熱解油蒸汽被冷卻，形成熱解油進入儲油裝置8，從冷凝器6出來的熱解氣進入凈化塔10后除去其中的油蒸汽，再進入凈化器11后除去熱解油、苯、萘、硫等雜質后進入PSA制氫裝置12制備氫氣，從PSA制氫裝置12抽取出來的氫氣與熱解油一起進入至熱解油加氫裝置9，用于制備人造石油。熱解后的半焦由螺旋出料器排出，在螺旋出料器的管內有循環(huán)冷卻水進行間壁換熱冷卻，高溫半焦由循環(huán)冷卻水冷卻后行成冷態(tài)半焦。冷態(tài)半焦與粉狀生石灰、粘結劑一起進入融合成型裝置13成型后進行外售；也可以直接作為燃料使用。下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述
實用新型內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。實施例利用圖1所示的系統(tǒng)對伊東褐煤進行處理。反應器2中，由兩個擋板組成開口向下的擋板組件的開口的角度為70°，擋板與反應器本體內側壁形成的夾角為40°，頂蓋的頂角為70°，頂蓋的垂直截面的寬度為330mm，擋板的長度均為450mm，輻射管均為是公稱直徑為300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為1200mm。反應器本體的高度為20m、內壁的寬度為6m、內壁的長度為15m，有25層輻射管。該伊東褐煤的成分分析如表1所示，其粒徑≤1mm。熱解工藝具體如下：將伊東褐煤干燥、破碎，選取粒徑≤1mm的煤粉送入反應器2中進行熱解。每根輻射管單獨控溫，反應器自上而下設有三個區(qū)：干燥脫水區(qū)、熱解反應區(qū)和半焦生成區(qū)。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區(qū)的溫度控制在600℃、熱解反應區(qū)的溫度在控制550℃，半焦成熟區(qū)的溫度控制在580℃。伊東褐煤自上而下依次通過干燥脫水區(qū)、熱解反應區(qū)和半焦生成區(qū)，完成熱解過程。熱解產生的熱解油氣經過兩級旋風除塵后冷凝分離成熱解油和熱解氣，熱解氣再次凈化，除去油蒸汽、熱解油、苯、萘、硫等雜質后用于制備氫氣，剩下的解析氣用于制備合成天然氣。熱解油與制得的氫氣反應，制備人造石油。半焦、粉狀石灰和瀝青混合后壓制成型，制備型球，用于外賣。熱解還會產生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應器本體外，煙氣與空氣換熱后會降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進入反應器2的伊東褐煤，這樣能進一步提高反應器效率和燃燒效率。本實施例具體的工藝參數(shù)請見表2。表3為本實施例的物料平衡表。表1伊東褐煤的成分分析Mad/％Vad/％Aad/％Fcad/％19.9910.1627.9741.88表2工藝參數(shù)表3物料平衡表從表3可知，本實用新型提供的系統(tǒng)能有效的熱解煤粉。綜上可知，本實用新型采用了蓄熱式快速熱解反應器，利用蓄熱式輻射管作為加熱源，不需要熱載體，而是采取蓄熱式輻射管提供熱量，不需要熱載體的加熱、分離、提升等工藝，因此系統(tǒng)結構簡單、工藝流程短，容易實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)性運行和工業(yè)化推廣。本實用新型對熱解制得的半焦、熱解油和熱解氣進行轉化再利用，整個工藝無中間產物，經濟價值高。此外，本實用新型提供的蓄熱式熱解反應器采用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應器結構簡單、占地面積小，易于工業(yè)化。其次，反應器內設置了擋板，擋板能增加煤粉在熱解反應器內停留的時間。因此，添加擋板后，反應器的高度可降低。若不改變反應器本體的高度，添加擋板后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應器內輻射管的數(shù)量。而且，擋板還可以起到打散物料的作用，提高煤粉的熱解效果。此外，輻射管上方安裝有頂蓋，頂蓋能有效地起到保護輻射管不受受到物料沖刷，延長輻射管的使用壽命。需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的范圍之內。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。當前第1頁1 2 3