一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于能源化工领域，特别适用于基于固体燃料生产轻质液体燃料及高附加值化学品的热解装置。具体地，本专利涉及一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置及方法。
【背景技术】
[0002]我国能源结构特征为富煤、少气、贫油，煤炭资源将对我国的社会经济发展起到主要的支撑作用。但是，传统的煤炭利用方式具有能源利用率低、能耗高、污染物排放量大等缺点；而且，随着能源资源，尤其是石油资源的日益枯竭以及环保意识的不断增强，开发煤基制取清洁液体燃料和清洁煤气的高效清洁煤炭转化技术，对于缓解能源紧张、优化能源结构、改善生态环境具有重要意义。
[0003]我国具有丰富的煤炭资源，尤其是低阶煤。煤炭在加热过程中会受热分解，生成气体和液体产物等高附加值燃料和基础化学品原料，同时副产半焦、以及灰分，因此，如何提高热解煤气、轻质焦油等热解产物的收率和质量，是实现低阶煤炭高效清洁梯级利用的关键。
[0004]煤拔头工艺是由中国科学院过程工程研宄所提出的一项清洁利用型煤转化技术，该工艺通过耦合下行床的循环流化床反应器实现煤炭在温和条件下的快速热解、快速分离以及快速冷凝，可以获得热解气、焦油以及半焦；热解气以及焦油可以直接作为清洁燃料燃烧，也可以通过后续加工处理，生产高附加值化工产品，实现了煤炭分级利用与清洁高效转化。目前，该技术已进入中试阶段，但是运行结果表明依然存在焦油产品收率低，焦油中重质组分含量和灰尘含量高等问题。因此，在保证热解效率的前提下提高热解产物中轻质焦油收率和焦油品质、同时降低焦油中重质组分和含尘量，是煤拔头工艺以及煤基多联产分级利用技术的关键，这对低阶煤炭清洁高效利用具有重大研宄价值和经济效益。针对如何提高热解过程中焦油收率及其品质，本申请的发明人已经开展了大量研宄，而且曾提出一种生产轻质焦油的热解装置及方法(ZL 201110165703.6)，该装置是通过下行床中固体物料与气体热载体逆流接触发生热解，移动床中固体颗粒冷凝过滤热解油气的方法，利用固体颗粒冷凝并脱除热解油气中重质的沥青组分，从而提高热解过程中轻质焦油的收率，在一定程度上降低了热解产物中重质焦油组分含量，提高了轻质焦油产率和系统热效率。该发明是利用气体热载体作为热源使固体物料发生热解反应，反应过程中热解产物的含尘量较小。但是，利用气体热载体提供热量时，系统的运行负荷较低。为此，在中试试验研宄过程中，为了进一步提高系统运转负荷以及热效率，工艺将充分利用系统中自身产生的热灰为固体热载体，为热解过程提供热量，但这同时也会造成热解产物中夹带较多的灰尘等问题，从而导致产物品质降低。
[0005]因此，为了解决以热灰为固体热载体带来的油气产物高含尘量的问题，且同时保证热解过程中有较高的轻质焦油收率，本发明提出了一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置及方法。该装置采用下行床热解反应器，以固体循环灰为热载体为热解反应提供热量，使固体燃料、含尘重质焦油在下行床反应器中与循环灰热载体快速混合、且被快速加热，以发生热解反应，生成热解气、液产物以及固体半焦。热解气、液产物在经过高温过滤、氨水喷淋深度捕集、高凝点重质组分冷凝、油水分离、重质焦油反复热裂解等过程，最终得到较高收率的轻质焦油以及清洁的煤气，既提高了系统热效率，同时也可脱除油气产物中携带的灰分，脱除率可达99%以上。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置及方法，其主要技术方案为:固体燃料在下行床热解反应器中被热循环灰快速加热发生热解反应，生成热解油气、固体半焦；热解油气、固体半焦和循环灰进入移动床分离装置，使热解油气与固体半焦、循环灰中的粗颗粒进行初步分离；热解油气夹带细颗粒半焦以及热灰进入旋风分离器进行除尘；经旋风分离后的热解油气进入氨水喷淋装置，利用喷淋氨水进行深度捕集热解油气中的细颗粒固体，使高凝点的重质焦油组分冷凝析出，得到清洁的轻质热解油气和含尘、水和焦油混合物；含尘、水和焦油混合物进入油水分离装置进一步分离，得到的含尘重质焦油则再次返回下行床热解反应器，与固体燃料一起被循环热灰加热发生再次裂解，从而得到轻质焦油和清洁煤气。采用本发明技术的装置及方法，一方面，通过将重质焦油组分反复热裂解使其转化为轻质焦油和煤气，降低热解焦油产物中重质组分含量，提高产物焦油的Η/C比以及轻质焦油和煤气收率；另一方面，通过多级除尘处理，降低产物焦油的含尘量；最终得到较高收率的轻质焦油以及清洁的煤气。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置，所述装置主要包括:
[0008]下行床热解反应器1，用于固体燃料的热解、以及含尘重质焦油的热裂解，并产生热解油气以及固体半焦；
[0009]流化床反应器2，用于固体半焦与空气或者氧气发生氧化反应，为下行床热解反应器I内固体燃料的热解以及含尘重质焦油的热裂解提供热解反应所需热量；
[0010]移动床分离装置3，用于热解油气与固体半焦、循环灰中的粗颗粒初步分离；固体半焦中的粗颗粒进入流化床反应器2，而热解油气则夹带未分离的细颗粒半焦以及灰进入旋风分离器4 ;
[0011]旋风分离器4，用于将来自于移动床分离装置3中夹带着细颗粒半焦及灰分的热解油气进行除尘；
[0012]氨水喷淋装置5，用于深度捕集来自旋风分离器4的热解油气中未脱除的固体颗粒，得到清洁的热解油气，并使高凝点的重质焦油组分冷凝，达到轻质热解油气与含尘、水和焦油混合物分离；轻质热解油气可进一步深冷分离，分别得到热解气和轻质焦油；含尘、水和焦油混合物则进入油水分离装置6 ；
[0013]油水分离装置6，用于将含尘、水和焦油混合物的分离，得到轻质焦油和含尘重质焦油；轻质焦油可进一步精制得到产品；含尘重质焦油则返回下行床热解反应器(I)进行热裂解；
[0014]所述下行床热解反应器I底部的物料出口与移动床分离装置3的顶部物料入口相连接，所述流化床反应器2下部侧壁的物料入口与移动床分离装置3底部或侧壁物料出口相连接，流化床反应器2上部侧壁或顶部的循环灰出口与下行床热解反应器I上部侧壁或顶部的循环灰入口相连接；
[0015]所述移动床分离装置3侧壁或底部油气出口依次连接旋风分离器4和氨水喷淋装置5;
[0016]所述氨水喷淋装置5的液固物料出口连接于油水分离装置6 ;油水分离装置6的含尘重质焦油出口连接于下行床热解反应器I侧壁或顶部焦油入口，油水分离装置6的氨水出口连接于氨水喷淋装置5的氨水入口。
[0017]作为上述方案的一种补充和改进，所述的一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置，还包括:冷凝分离装置7、气体净化装置8、液体净化装置9，分别用于气液产物进一步分离、净化；干燥器10，用于脱除原料中水分；筛分装置11，用于固体燃料的破碎、筛分；如图2所示，所述热解装置还包括冷凝分离装置7、气体净化装置8、液体净化装置9、干燥器10和筛分装置11 ;所述冷凝分离装置7与氨水喷淋装置5的热解油气出口相连；所述气体净化装置8和液体净化装置9并联连接于冷凝分离装置7 ;所述干燥器10与筛分装置11的物料入口相连；所述筛分装置11的两个物料出口分别与下行床热解反应器I和流化床反应器2的固体物料入口相连。
[0018]本发明可应用于通过快速热解反应从固体燃料中提取高热值气体