一种粉煤热解方法及其热解系统与流程

本发明涉及粉煤热解领域，具体为一种粉煤热解方法，及其粉煤热解系统。

背景技术：

1、我国煤炭储量相对丰富，低阶煤约占储量的一半左右。因此，低阶煤利用副产的煤焦油潜在量很大，这对缓解我国石油对外依存能起很大作用。目前低阶煤利用技术比较落后。气化和燃烧工艺用到低阶煤，但大都不副产煤焦油。兰炭技术副产煤焦油，但同时产出大量兰炭，且原料必须是块煤，这与机械化采煤形成的粒度分布不匹配。

2、现有技术中流化床热解以粉煤为原料，热解反应速率快，同时在合理工艺安排下，污染排放量大幅减少，可达到绿色工艺水平。流化床低阶煤热解需要一定的热量供应，有多种热源形式，其中燃烧部分半焦提供热量是供热方式之一。

3、cn102504842a公开了一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法。该方法以高温循环灰为固体热载体，煤在流化床热解炉中与高温循环灰混合，发生热解析出挥发分，挥发分经冷却分离得到焦油和热解煤气，而煤热解所产生的热解半焦则被送到流化床气化炉，以水蒸气和o2为气化剂，发生气化反应，制取合成气，气化炉中未被完全气化的半焦再被送到循环流化床燃烧炉，鼓入空气进行常规燃烧，或者鼓入o2/co2进行富氧燃烧，加热固体热载体循环灰，同时燃烧产生的高温烟气用于生产气化炉所需的气化剂蒸汽。

4、cn205635482u实用新型公开了煤低温热解-燃烧一体化制取煤气焦油半焦系统，包括烟窗，移动床，通道，热解炉，旋风分离器，陶瓷过滤器，煤气间接冷却器，电捕集焦油器，煤气再循环风机，循环流化床燃烧炉。利用循环流化床锅炉内循环物料大的优势将大量物料通过移动床送入热解炉，提高系统出力；同时，循环物料从燃烧炉炉膛中引出，减轻了燃烧炉的磨损。

5、cn102585913a公开了一种基于流化床热解技术的煤气焦油半焦蒸汽多联产方法。该方法以高温半焦为热载体，煤与高温半焦在流化床热解炉中混合升温，析出挥发分，挥发分经冷却分离得到焦油和热解煤气，而半焦的一部分输出作半焦产品，另一部分则送至流化床半焦加热炉，与送入的少量空气发生燃烧反应，少量半焦燃烧后所释放的热量加热所送入的全部半焦，加热后的半焦随烟气进入旋风分离器，分离下来的高温半焦作为热载体送入流化床热解炉，而气固分离后的烟气则被送入补燃式余热锅炉，燃尽烟气中少量的可燃成分，生产蒸汽，然后进入空气预热器加热燃烧所需的空气，最后经除尘器除尘后排空。

6、由此可见，燃烧部分半焦供热，维持流化床在热解温度下平稳运行必须满足相应物料的化学计量关系，同时还需满足流态化需要。燃烧增热炉将循环半焦温度提升后，循环回热解炉，维持热解炉操作温度。半焦物料的循环比、燃烧增热炉的结构尺寸、增热炉操作参数等都与相应的热解炉操作紧密联系。如何改进燃烧增热炉，能与热解炉合理匹配，这是本发明所要解决的主要技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有采用半焦循环的热解系统存在的热量平衡不均匀，操作能耗高的问题。

2、本发明第一方面提供一种粉煤热解方法，包括：粉煤经粉煤预处理单元处理后，所得0.05-0.6mm粒径范围的煤粉原料进入热解炉，与高温循环半焦换热，在550-600℃范围内进行热解反应，生成煤气、煤焦油和半焦，油气混合物经热解炉内旋风分离器分离大部分焦粉后自热解炉顶部流出，经激冷洗涤、分离后，得到煤气、煤焦油和水，由热解炉中上部流出的低温循环半焦进入增热炉，在空气中进行部分燃烧，得到高温循环半焦，该高温循环半焦的温度为800-900℃，并进入热解炉为热解炉提供热量，所述热解炉为流化床热解炉，循环半焦与煤粉进料的重量比为3-6：1，煤粉原料与循环半焦的粒径比为1.1-1.9：1；所述增热炉为流化床增热炉，增热炉的流化床气速在小于1.0m/s范围。

3、在本发明优选的实施方式中，在所述增热炉中，流化床气速在0.30-0.75m/s范围，流化气为压缩空气。进一步优选，固体物料在增热炉停留时间在0.3-10分钟之间，气体停留时间在5-50秒范围。

4、在本发明优选的实施方式中，增热炉的主体为圆柱等径筒体，增热炉的高径比在0.35-2.0范围。在本发明中，增热炉的高径比是指增热炉的圆柱形等径筒体的高径比，不涉及顶部封头和底部气室，具体高径比由热解系统原料煤加工量、操作模式及原料煤性质确定。

5、在本发明优选的实施方式中，在增热炉底部设置气体分布板，气体分布板下方为倒置圆台形气室，气室内设置均流板，在气室的底部设置空气入口。

6、在本发明优选的实施方式中，在增热炉的下部设置半焦入口，在增热炉的中上部设置半焦出口，增热炉顶部设置烟气出口。

7、在本发明中“上”、“下”、顶部”“底部”均是描述轴向上的空间位置关系。

8、在本发明优选的实施方式中，循环半焦平均粒径在0.04-0.35mm范围。

9、在本发明优选的实施方式中，增热炉操作温度在800-900℃之间，压力在0.105-0.30mpa范围，烧焦量为增热炉入炉半焦的0.5-2.0重量％。

10、在系统压力平衡条件下，从热解炉流出的循环半焦被输送给增热炉，循环半焦经增热炉下部的半焦入口进入床层，入口温度550-600℃，与空气接触、燃烧，控制烧焦量，使得增热炉的半焦出口温度维持在800-900℃之间。增热炉的烟气自炉顶排出，经烟气热回收系统回收热量。

11、本发明增热炉在以上参数范围设计和操作，能够很好地与流化床热解炉匹配，维持热解工艺过程热量平衡，有效降低了操作能耗，同时实现流化床热解装置操作连续平稳运行。

12、在本发明优选的实施方式中，热解炉的压力在0.105-0.30mpa范围，热解炉流化气速在0.3-0.6m/s之间，流化气为循环煤气。进一步优选，固体物料在热解炉停留时间在5-30分钟之间，气体停留时间在10-60秒范围。

13、在本发明的一个实施方式中，粉煤预处理单元设置干燥系统，干燥系统的操作温度在100-150℃范围，干燥后的原料煤含水量小于6.0重量％。如果原料煤水分较高值得回收，则可以取出一定量的水分，这部分水与自然水水质相当，可以进行利用。

14、在本发明的一个实施方式中，将干燥的原料煤粉碎至小于0.05-1.0mm范围的小颗粒，优选小于0.05-0.7mm，经过旋风分离，分出0.05-0.6mm范围的颗粒和小于0.05mm的细粉颗粒。小于0.05mm细煤粉可送往气化单元或型煤单元。0.05-0.6mm粒径范围的煤粉原料进入热解炉进入热解反应。

15、在本发明的一个实施方式中，富余半焦单独从热解炉中上部排出，或者富余半焦与循环半焦一起从热解炉中上部排出后再与循环半焦进行分流。

16、在本发明的一个实施方式中，富余半焦经换热降温，冷却至70-200℃后排出系统，作为fcb锅炉燃料或气化原料。

17、在本发明的一个实施方式中，热解炉床层上方空间内设置旋风分离器，油气混合物出热解炉之前经气固分离，分离出的细粉排出热解炉，油气混合物出热解炉，去油洗塔冷却并铺集剩余细粉，同时得到重质煤焦油和冷却后的油气混合物，油洗塔排出的油气混合物再次冷却后，得到煤气、煤焦油和水；所得煤气循环至热解炉的底部，作为热解炉的流化气。

18、在本发明优选的实施方式中，热解炉顶部排出的物料为煤气与煤焦油蒸气携带少量细焦粉，该物料经油洗塔后，温度从500-600℃降至200-350℃，并使油气中细焦粉含量降至接近零。油洗塔排出的油气混合物进入第二级冷却器，温度从200-350℃降至110-200℃，分离出部分煤焦油。剩余的油气混合物进入末级冷却系统，将物料温度降至40-60℃，分离出煤气、轻质煤焦油和水分。所得煤气经循环机压缩，大部分循环至热解炉底部，作为热解炉的流化气，剩余部分煤气流出装置进行后处理。

19、在本发明优选的实施方式中，分离的水分经脱氨、脱酚后送往水处理单元，分离所得水量为热解炉煤进料量的3-5重量％。

20、本发明另一方面提供一种采用上述任一粉煤热解方法的粉煤热解系统，包括粉煤预处理单元、热解炉、增热炉、分离单元、煤气循环系统；

21、粉煤预处理单元的0.05-0.6mm粒径范围的煤粉原料出口与热解炉的入口连通，热解炉顶部的油气出口与分离单元的入口连通，分离单元设置细粉出口、煤焦油出口、煤气出口、水出口，分离单元的煤气出口与煤气循环系统的入口连通，煤气循环系统的煤气出口与热解炉底部的循环煤气入口连通；

22、热解炉中上部的循环半焦出口与增热炉的循环半焦入口连通，增热炉的高温半焦出口与热解炉的高温半焦入口连通，增热炉底部设置空气入口，增热炉的高径比在0.35-2.0范围。

23、在本发明优选的实施方式中，增热炉的炉底设置气体分布板，气体分布板下方为倒置圆台形气室，气室内设置均流板，在气室底部设置空气入口。在增热炉的下部设置半焦入口，在增热炉的中上部设置半焦出口，增热炉顶部设置烟气出口。

24、在本发明的一个实施方式中，粉煤预处理单元设置干燥系统、磨煤系统和煤粉分级系统，煤粉分级系统设置0.05-0.6mm粒径范围的煤粉原料出口、小于0.05mm粒径的细煤粉出口。

25、在本发明的一个实施方式中，分离单元设置油洗塔、第二级冷却系统、末级冷却系统，热解炉顶部的油气出口与油洗塔入口连接，油洗塔设置细粉出口、重煤焦油出口和油气出口，油洗塔的油气出口与第二级冷却系统的入口连通，第二级冷却系统设置煤焦油出口和油气出口，第二级冷却系统的油气出口和末级冷却系统的油气入口连通，末级冷却系统设置煤焦油出口、煤气出口、水出口，末级冷却系统的煤气出口与煤气循环系统的入口连通。

26、本发明的特点：本发明优选的增热炉能够很好地与本发明的流化床热解炉匹配，维持热解工艺过程热量平衡，有效降低了操作能耗，并且本发明的流化床粉煤热解系统能够长周期连续平稳运行。