专利名称：低阶煤下行循环流化床热解提质设备的制作方法
技术领域：
低阶煤下行循环流化床热解提质设备1.技术领域[0001]本实用新型提供低阶煤下行循环流化床热解提质设备，属于煤化工领域。2.背景技术[0002]我国低阶煤储量丰富，具有水含量高，氧含量高，挥发分高，热值低等特点，在现代大规模机械化开采的条件下产生较多粉煤易风化和自燃，而且产地大都在偏远地区，交通不便，使得低阶煤不适合长途运输，应用受到很大限制。目前我国低阶煤大部分用于直接燃烧发电，造成严重的环境污染和大量温室气体排放，发电效率低，煤炭资源综合利用率低，资源浪费严重。将低阶煤进行热解提质生产优质半焦同时副产焦油和煤气是一种工艺过程相对简捷、投资较少、经济性较好的技术，不仅解决了能源远距离运输，而且可以进行综合加工利用，具有很强的竞争力，对于我国发展能源多元化战略意义重大，符合国家产业政策及未来发展方向。也是多元化能源的重要发展方向之一。[0003]低阶煤热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类:外热式热效率低，煤料加热不均，挥发产物的二次分解严重，焦油产量低，装置难以大型化，因此这类技术一般只用于实验室，大型工业化煤热解过程很难实现；内热式工艺利用气体热载体或固体热载体把热量直接传递给煤料，使煤发生热解反应，克服了外热式的缺点，具有热质传递速度快、加热均匀、挥发份二次分解少，焦油产量高，装置易于大型化等优势。[0004]内热式工艺包括气体热载体热解工艺和固体热载体热解工艺，其中:气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧的烟气引入热解室，代表性的有美国的COED工艺、ENCOAL工艺和波兰的双沸腾床工艺等。固体热载体热解工艺则利用高温半焦或其他的高温固体物料与煤在热解室内混合，利用热载体的显热将煤热解。与气体热载体热解工艺相比，固体热载体热解避免了煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，同时降低了冷却系统的负荷，工艺优势明显。但现有低阶煤固体热载体快速热解技术存在油中带灰、机械运动部件高温磨损、装置放大效应以及设备长周期稳定运行等难题，成为制约低阶煤快速热解的技术瓶颈，急需依据低阶煤热解反应特性开发能够消除油中带灰、热传递好、能量利用合理的低阶煤热解提质技术和设备。3.发明内容[0005]本实用新型的目的就是为了克服现有低阶煤热解提质技术存在的不足而提出的一种低阶煤下行循环流化床热解提质设备，既解决了低阶煤流化床热解提质的油中带灰难题，又合理利用了热能和低级煤粘结性，还得到了高附加值的焦油和燃气，消除了提质煤返潮现象。[0006]本实用新型的技术方案:[0007]本实用新型的目的是通过将低阶煤和半焦分级分离，大中颗粒煤和焦通过下行热解反应器热解、微小颗粒煤和焦以及部分原料煤和半焦混合提质，达到快速混合、传热、热解和分离，从源头上消除油中带灰，同时利用低级煤粘结性解决提质煤返潮的难题。其特征是低阶煤下行循环流化床热解提质设备，由烧焦提升管、气体分布器、进气管、半焦一级气固分离器、热载体料仓、半焦二级气固分离器、细焦料仓、下行热解反应器、油气气固分离器、油气出口、分料阀、热半焦料仓、低阶煤提质下行混合管、引风机、烟气提升管、烟气一级气固分离器、上部料仓、旋转进料器、烟气二级气固分离器、烟气出口、低阶煤入口、提升机、调质煤料仓、热成型机、提质型煤出口、热煤料仓、返料阀组成。低阶煤下行循环流化床热解提质设备分为低阶煤干燥系统、半焦循环系统、低阶煤反应系统、提质煤成型系统四部分，低阶煤干燥系统与低阶煤反应系统通过旋转进料器连通，低阶煤干燥系统与半焦循环系统通过烟气引风机连通，半焦循环系统和低阶煤反应系统顶部通过半焦热载体料仓连通、底部通过返料器连通；低阶煤反应系统和提质煤成型系统通过热半焦料仓连通，低阶煤干燥系统和提质煤成型系统通过热煤料仓连通，半焦循环系统和提质煤成型系统通过细焦料仓连通。[0008]低阶煤煤干燥系统为烟气提升管底部低阶煤入口，顶部设有烟气一级气固分离器和烟气二级气固分离器；烟气一级气固分离器固体出口接入上部料仓，再经旋转进料器连接在下行热解反应器顶端，气体出口与烟气二级气固分离器的入口相连；烟气二级气固分离器固体出口接入热煤料仓，通过料阀连接低阶煤提质下行混合管顶部，气体出口作为烟气出口。[0009]低阶煤反应系统为下行热解反应器顶部通过旋转进料器与连接上部料仓连接，通过料阀与热载体料仓连接，底部接入油气气固分离器；油气气固分离器的油气出口接下游的分离系统，固体出口通过分料阀一分为二，一路通过返料阀进入烧焦提升管底部，一路接入热半焦料仓通过料阀与低阶煤提质下行混合管顶部连通。[0010]提质煤成型系统为低阶煤提质下行混合管顶部通过热煤料仓与低阶煤干燥系统连接，通过热半焦料仓与低阶煤反应系统连接，通过细焦料仓和半焦循环系统连接，同时通过调质煤料仓与提升机连接；低阶煤提质下行混合管底部与热成型机入口连接，出口为提质型煤出口。[0011]半焦循环系统为烧焦提升管底部设有进气管和气体分布器，通过返料阀与低阶煤反应系统连通；顶部设有半焦一级气固分离器和半焦二级气固分离器，半焦一级气固分离器固体出口接入热载体料仓，通过料阀接入下行热解反应器顶部，气体出口与半焦二级气固分离器入口相连；半焦二级气固分离器固体出口接入细焦料仓，通过料阀接入低阶煤提质下行混合管顶部，气体出口通过引风机与烟气提升管底部连通。[0012]烧焦提升管由下部的湍流流化床和上部的携带反应器组成，湍流流化床直径为提升管气化反应器当量直径的2-4倍，携带反应器是由直径为提升管气化反应器当量直径不同倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2 2: I。[0013]烧焦提升管底部向上200mm-1500mm为返料阀的返料口，返料阀为为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器等非机械阀和液压滑动塞阀、电动滑动塞阀等机械阀中的一种，最佳选择为U型返料器。[0014]烟气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，最佳选择为卧式旋分器。[0015]半焦气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，半焦一级气固分离器最佳选择为惯性分离器，半焦二级气固分离器最佳选择为立式旋分器。[0016]下行热解反应器高径比为15-100，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为 300mm-5000mm。[0017]油气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，最佳选择为立式旋分器。[0018]下行混合管高径比为10-30，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为100mm-3000mm。[0019]热成型机为双辊成型机、螺旋挤压成型机、转盘式挤压成型机或环式挤压成型机，最佳选择为双棍成型机。[0020]本实用新型将实施例来详细叙述本发明的特点。4.
[0021]附图为本实用新型的结构示意图。[0022]附图的图面设明如下:[0023]1、烧焦提升管2、气体分布器3、进气管4、半焦一级气固分离器5、热载体料仓6、半焦二级气固分离器7、细焦料仓8、下行热解反应器9、油气气固分离器10、油气出口11、分料阀12、热半焦料仓13、低阶煤提质下行混合管14、引风机15、烟气提升管16、烟气一级气固分离器17、上部料仓18、旋转进料器19、烟气二级气固分离器20、烟气出口21、低阶煤入口 22、提升机23、调质煤料仓24、热成型机25、提质型煤出口 26、热煤料仓。[0024]
以下结合附图和实施例来详述本实用新型的结构特点。5.具体实施方式
[0025]低阶煤下行循环流化床热解提质设备，由烧焦提升管(I)、气体分布器(2)、进气管(3)、半焦一级气固分离器(4)、热载体料仓(5)、半焦二级气固分离器(6)、细焦料仓(7)、下行热解反应器(8)、油气气固分离器(9)、油气出口(10)、分料阀(11)、热半焦料仓(12)、低阶煤提质下行混合管(13)、引风机(14)、烟气提升管(15)、烟气一级气固分离器(16)、上部料仓(17)、旋转进料器(18)、烟气二级气固分离器(19)、烟气出口(20)、低阶煤入口(21)、提升机(22)、调质煤料仓(23)、热成型机(24)、提质型煤出口(25)、热煤料仓(26)、返料阀(27)组成。低阶煤下行循环流化床热解提质设备分为低阶煤干燥系统、半焦循环系统、低阶煤反应系统、提质煤成型系统四部分，低阶煤干燥系统与低阶煤反应系统通过旋转进料器连通，低阶煤干燥系统与半焦循环系统通过烟气引风机连通，半焦循环系统和低阶煤反应系统顶部通过半焦热载体料仓连通、底部通过返料器连通；低阶煤反应系统和提质煤成型系统通过热半焦料仓连通，低阶煤干燥系统和提质煤成型系统通过热煤料仓连通，半焦循环系统和提质煤成型系统通过细焦料仓连通。[0026]低阶煤煤干燥系统为烟气提升管(15)底部低阶煤入口(21)，顶部设有烟气一级气固分离器(16)和烟气二级气固分离器(19);烟气一级气固分离器(16)固体出口接入上部料仓(17)，再经旋转进料器(18)连接在下行热解反应器(8)顶端，气体出口与烟气二级气固分离器(19)的入口相连；烟气二级气固分离器(19)固体出口接入热煤料仓(26)，通过料阀连接低阶煤提质下行混合管(13)顶部，气体出口作为烟气出口(20)。[0027]低阶煤反应系统为下行热解反应器(8)顶部通过旋转进料器(18)与连接上部料仓(17)连接，通过料阀与热载体料仓(26)连接，底部接入油气气固分离器(9);油气气固分离器(9)油气出口接下游的分离系统，固体出口通过分料阀(11) 一分为二，一路通过返料阀进入烧焦提升管(I)底部，一路接入热半焦料仓(12)通过料阀与低阶煤提质下行混合管(13)顶部连通。[0028]提质煤成型系统为低阶煤提质下行混合管(13)顶部通过热煤料仓(26)与低阶煤干燥系统连接，通过热半焦料仓(12)与低阶煤反应系统连接，通过细焦料仓(7)和半焦循环系统连接，同时通过调质煤料仓(23)与提升机(22)连接；低阶煤提质下行混合管(13)底部与热成型机(24)入口连接，出口为提质型煤出口(25)。[0029]半焦循环系统为烧焦提升管(I)底部设有进气管(3)和气体分布器(2)，通过返料阀(27)与低阶煤反应系统连通；顶部设有半焦一级气固分离器(4)和半焦二级气固分离器(6)，半焦一级气固分离器(4)固体出口接入热载体料仓(26)，通过料阀接入下行热解反应器(8)顶部，气体出口与半焦二级气固分离器(6)入口相连；半焦二级气固分离器(6)固体出口接入细焦料仓(7)，通过料阀接入低阶煤提质下行混合管(13)顶部，气体出口通过引风机(14)与烟气提升管(15)底部连通。[0030]烧焦提升管(I)由下部的湍流流化床和上部的携带反应器组成，湍流流化床直径为提升管气化反应器当量直径的2-4倍，携带反应器是由直径为提升管气化反应器当量直径不同倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2 2: I。[0031]烧焦提升管(I)底部向上200mm-1500mm为返料阀(27)的返料口，返料阀(27)为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器等非机械阀和液压滑动塞阀、电动滑动塞阀等机械阀中的一种，最佳选择为U型返料器。[0032]烟气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，最佳选择为卧式旋分器。[0033]半焦气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，半焦一级气固分离器最佳选择为惯性分离器，半焦二级气固分离器最佳选择为立式旋分器。[0034]下行热解反应器(8)高径比为15-100，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为300mm-5000mm。[0035]油气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，最佳选择为立式旋分器。[0036]下行混合管(13)高径比为10-30，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为 100mm-3000mm。[0037]热成型机(24)为双辊成型机、螺旋挤压成型机、转盘式挤压成型机或环式挤压成型机，最佳选择为双辊成型机。[0038]具体运行时，将大量小于6mm的低阶煤经低阶煤入口(21)进入烟气提升管(15)干燥和提升，低阶煤颗粒被烟气一级气固分离器(16)和烟气二级气固分离器(19)分级分离，烟气从烟气出口(20)外排，大中颗粒进入上部料仓(17)，细颗粒进入热煤料仓(26)通过料阀流入低阶煤提质下行混合管(13);大中颗粒低阶煤经旋转进料器(18)在下行热解反应器(8)顶端与通过料阀下落的高温循环半焦迅速实现自混合、升温、热解，在下行热解反应器(8)立管下部油气与半焦在油气气固分离器(9)作用下快速分离；热解油气从油气出口(10)排出经冷凝器获得液体产品和煤气，半焦经过分料阀(11) 一分为二 ；部分半焦进入热半焦料仓(12)通过料阀流入低阶煤提质下行混合管(13)，部分半焦通过返料阀进入烧焦提升管(I)与进气管(3)和气体分布器(2)来的空气混合、燃烧加热；加热后的高温半焦经半焦一级气固分离器(4)和半焦二级气固分离器(6)与烟气分离后，烟气被引风机(14)引到烟气提升管(15)底部提升和干燥从低阶煤入口(21)加入的小于6_低阶煤，大中颗粒进入热载体料仓(5)流入下行热解反应器(8)顶部作为高温循环半焦，实现半焦循环供热，细半焦进入细焦料仓(7)通过料阀流入低阶煤提质下行混合管(13);少量小于6_的低阶煤通过提升机(22)提到调质煤料仓(23)，经料阀在低阶煤提质下行混合管(13)顶端与流入的半焦和热煤迅速实现自混合、换热、部分软化热解；降温后的混合煤焦流入热成型机(24)生产成提质型煤从提质型煤出口(25)排出。[0039]烧焦提升管⑴反应温度为850°C _1200°C。[0040]高温半焦与大中颗粒低阶煤的混合比例为3-8: I。[0041]下行热解反应器(8)出口反应温度为450°C -600°C。[0042]低阶煤提质下行混合管(13)出口反应温度为100°C _300°C。[0043]本实用新型所提供的粉煤组合式循环流化床分级热解气化设备，通过将低阶煤和半焦分级分离，大中颗粒煤和焦通过下行热解反应器热解、微小颗粒煤和焦以及部分原料煤和半焦混合提质，达到快速混合、传热、热解和分离，从源头上消除油中带灰，焦油收率为理论出油率的95% -120%，油中杂质含量小于0.5 %，热量利用合理，同时利用低级煤粘结性解决提质煤返潮的难题。
权利要求1.低阶煤下行循环流化床热解提质设备，由烧焦提升管、气体分布器、进气管、半焦一级气固分离器、热载体料仓、半焦二级气固分离器、细焦料仓、下行热解反应器、油气气固分离器、油气出口、分料阀、热半焦料仓、低阶煤提质下行混合管、引风机、烟气提升管、烟气一级气固分离器、上部料仓、旋转进料器、烟气二级气固分离器、烟气出口、低阶煤入口、提升机、调质煤料仓、热成型机、提质型煤出口、热煤料仓、返料阀组成，其特征在于低阶煤下行循环流化床热解提质设备分为低阶煤干燥系统、半焦循环系统、低阶煤反应系统、提质煤成型系统四部分，低阶煤干燥系统与低阶煤反应系统通过旋转进料器连通，低阶煤干燥系统与半焦循环系统通过烟气引风机连通，半焦循环系统和低阶煤反应系统顶部通过半焦热载体料仓连通、底部通过返料器连通；低阶煤反应系统和提质煤成型系统通过热半焦料仓连通，低阶煤干燥系统和提质煤成型系统通过热煤料仓连通，半焦循环系统和提质煤成型系统通过细焦料仓连通。
2.根据权利要求1所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于低阶煤干燥系统为烟气提升管底部低阶煤入口，顶部设有烟气一级气固分离器和烟气二级气固分离器；烟气一级气固分离器固体出口接入上部料仓，再经旋转进料器连接在下行热解反应器顶端，气体出口与烟气二级气固分离器的入口相连；烟气二级气固分离器固体出口接入热煤料仓，通过料阀连接低阶煤提质下行混合管顶部，气体出口作为烟气出口。
3.根据权利要求1所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于低阶煤反应系统为下行热解反应器顶部通过旋转进料器与连接上部料仓连接，通过料阀与热载体料仓连接，底部接入油气气固分离器；油气气固分离器的油气出口接下游的分离系统，固体出口通过分料阀一分为二，一路通过返料阀进入烧焦提升管底部，一路接入热半焦料仓通过料阀与低阶煤提质下行混合管顶部联通。
4.根据权利要求1所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于提质煤成型系统为低阶煤提质下行混合管顶部通过热煤料仓与低阶煤干燥系统连接，通过热半焦料仓与低阶煤反应系统连接，通过细焦料仓和半焦循环系统连接，同时通过调质煤料仓与提升机连接；低阶煤提质下行混合管底部与热成型机入口连接，出口为提质型煤出口。
5.根据权利要求1所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于半焦循环系统为烧焦提升管底部设有进气管和气体分布器，通过返料阀与低阶煤反应系统连通；顶部设有半焦一级气固分离器和半焦二级气固分离器，半焦一级气固分离器固体出口接入热载体料仓，通过料阀接入下行热解反应器顶部，气体出口与半焦二级气固分离器入口相连；半焦二级气固分离器固体出口接入细焦料仓，通过料阀接入低阶煤提质下行混合管顶部，气体出口通过引风机与烟气提升管底部连通。
6.根据权利要求 5所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于烧焦提升管由下部的湍流流化床和上部的携带反应器组成，湍流流化床直径为提升管气化反应器当量直径的2-4倍，携带反应器是由直径为提升管气化反应器当量直径不同倍数的大小直管通过大小头管件连接而成，大小直管的直径比值为1.2 2: I。
7.根据权利要求5所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于烧焦提升管底部向上200mm-l500mm为返料阀的返料口，返料阀为L型返料器、U型返料器、J型返料器和N型返料器等非机械阀和液压滑动塞阀、电动滑动塞阀等机械阀中的一种，最佳选择为U型返料器；半焦气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，半焦一级气固分离器最佳选择为惯性分离器，半焦二级气固分离器最佳选择为立式旋分器。
8.根据权利要求4所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于下行混合管高径比为10-30，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为100mm-3000mm ;热成型机为双辊成型机、螺旋挤压成型机、转盘式挤压成型机或环式挤压成型机，最佳选择为双辊成型机。
9.根据权利要求3所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于下行热解反应器高径比为15-100，上部设有格栅式的静态混合器，静态混合器的高度为300mm-5000mm ;油气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种,最佳选择为立式旋分 器。
10.根据权利要求2所提述的低阶煤下行循环流化床热解提质设备，其特征在于烟气气固分离器为立式旋风分离器、卧式旋分器、惯性分离器中的一种，最佳选择为卧式旋分器。
专利摘要本实用新型提供低阶煤下行循环流化床热解提质设备，分为低阶煤干燥系统、半焦循环系统、低阶煤反应系统、提质煤成型系统四部分，低阶煤干燥系统与低阶煤反应系统通过旋转进料器连通，低阶煤干燥系统与半焦循环系统通过烟气引风机连通，半焦循环系统和低阶煤反应系统顶部通过半焦热载体料仓连通、底部通过返料器连通；低阶煤反应系统和提质煤成型系统通过热半焦料仓连通，低阶煤干燥系统和提质煤成型系统通过热煤料仓连通，半焦循环系统和提质煤成型系统通过细焦料仓连通。
文档编号C10B57/00GK202968482SQ20122052558
公开日2013年6月5日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者田原宇, 乔英云 申请人:田原宇