专利名称：串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法
技术领域：
本发明涉及一种串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法，充分发挥流化床干馏室对粉料的良好加热功能，充分发挥移动床补充干馏室的便于提供长干馏时间的功能，兼顾粉料快速均匀加热、热粉料足够时间干馏、减少细粉生成量、降低能耗的综合目标，特别适合于粉煤等有机粉料的干馏，通常与半焦气化或燃烧过程组合，可以使用半焦气化或燃烧过程生成的高温固体物料作为粉料流化床干馏室的固体热载体。
背景技术：
本发明所述的粉料干馏，通常指粉料受热分解为气体和固体的过程。本发明所述粉料通常为在加热条件下可以产生烃类蒸汽的有机粉料，包括粉状的煤、煤矸石、油页岩、油砂、生物质和废旧塑料等。本发明所述的粉煤干馏，指的是对所述粉煤实施加热处理、使其解析出挥发份完成部分气化获得干馏气和半焦的热加工过程，干馏气通常含有油蒸汽和可燃不凝气如h2、CO、CH4等中的一种、两种或多种组分，干馏气经冷凝后可以得到常规液体烃。已知的粉煤流化床干馏方法多为单程通过式，其缺点在于流化床干馏室无法提供长的停留时间即无法提供长的干馏时间，因为长的停留时间意味着低的流化速度和或高的流化床层高度，由于粉煤的颗粒度局限于O 13毫米，其流化速度存在一个临界极限低值，为了保证流化床的稳定，流化速度必须高于临界极限低值。由于粉煤存在一定粒度分布，在一次通过式粉煤流化床干馏室中，大粒子比表面积小、受到的气体摩擦力与自重的比值小，在流化床干馏室中上行速度慢，停留时间长；小粒子比表面积大、受到的气体摩擦力大，在流化床干馏室中上行速度快，停留时间短。不同粒径的粒子在流化床干馏室中的停留时间可以分为干馏前预热时间、干馏时间和半焦逃逸时间，半焦逃逸时间对提高干馏效果作用较小，但是颗粒碰撞会碎裂产生更多半`焦细粉。很明显，在流化床干馏室高度一定的条件下，如果刚好保证最大直径煤粉粒子的干馏效果，则通常造成较小粒度煤粉粒子(也就是大部分煤粉粒子)的干馏效果提前达到，半焦逃逸时间较长并制造更多微细焦粉，同时半焦逃逸时间越长，流化剂对颗粒做的无效功越多，微细焦粉产量越大，与煤气的分离就越困难。另一方面，在流化床干馏室高度一定的条件下，为了降低微细焦粉产量，需要降低大多数粒子的半焦逃逸时间，如果仅保证某一特征煤粉粒子直径(大于最小粒径而小于最大粒径)及其更小粒子的干馏效果，则通常造成大于特征煤粉粒子直径的煤粉粒子的干馏不充分。也就是说，在流化床干馏室中存在干馏深度和制造过量微细焦粉的矛盾:欲保证干馏深度，则必然产生大量微细焦粉；欲降低微细焦粉产量，必然降低干馏深度。再者由于流化床干馏室没有大粒子的返混，煤粉的预热过程主要是依靠气固传热，远较固固传热效果差，为了保证最大直径煤粉粒子的干馏效果，流化床干馏室高度必然增加，导致流化床干馏室高度较大。这是一次通过式粉煤流化床干馏室不能工业化的主要结症所在。其它已知的粉煤流化床干馏方法多为单程通过式，一种是气流床干馏方法，SP一定粒度分布的热态粉煤原料进入流化床下部，在高温流化气体作用下，自流化床下部向上移动，在一次通过式粉煤流化床干馏室中，全部半焦产物自流化床干馏室顶部排出。如专利申请号200310116687.7油页岩类物质流化床干馏及脱碳工艺和专利申请号200610151086.3煤流态化加氢液化方法公开的内容，粉煤干馏路线为单程通过，流化床干馏室不设置半焦外循环，内部也几乎不存在煤粉/半焦内循环。另一种粉煤流化床干馏方法也为单程通过式，煤料加入流化床干馏室，小颗粒半焦自流化床干馏室顶部随干馏气排出，大颗粒半焦自流化床干馏室下部排出。此类方法有浙江大学的申请号为200910153522.4循环流化床煤分级转化煤气焦油半焦多联产装置及方法，涉及一种粉煤干馏工艺，采用常压流化床干馏炉，其流化气体为返供的干馏煤气。流化床干馏室顶部排出的气固物流，经分离器分离为煤气气体和顶出半焦固体，顶出半焦固体进流化床气化炉，没有返回流化床干馏室的半焦循环系统。干馏吸热为流化床气化炉产生的循环料(由半焦、循环灰组成)固体热载体，干馏炉下部连接有热载体来料管道，底部连接有输送半焦和煤灰至气化炉的送料管道。干馏过程总体上属于一次通过流程，不同粒径粉煤的干馏时间没有控制，干馏炉底部排除的半焦和顶部排出的半焦夹带部分干馏不充分的生焦，焦油收率较低。未完成预期干馏深度的半焦直接进入气化炉，其焦油组份直接气化为合成气，降低了油品收率。华东石油大学的专利CN100445351C双上升管循环流化床煤气化装置，包括粉煤的热解流化床(一次干馏)、干馏半焦的热解循环流化燃烧床(空气气氛下部分气化)、气化半焦料(气化半焦和灰)的鼓泡流化床和气化半焦料的气化循环流化床，由于半焦气化需要在高温下操作，半焦气化后的气化半焦料固体内部的挥发份已经很少，所以气化半焦料(气化半焦和灰)的鼓泡流化床功能主要是采用鼓泡流化床对两路气化半焦料进行混合和脱气。中国科学院工程热物理研究所的申请号为200410081018.5的双循环流化床煤气-蒸汽联产方法及装置，涉及一种粉煤干馏工艺，煤粉首先进入循环流化床燃烧室，在800°C至1000°C的高温下部分燃烧，挥发份在此环节已经基本燃烧殆尽，燃烧室排出的含尘烟气经过分离器分离为除尘烟气和循环灰。循环灰分为两路，第一路循环灰返回燃烧室形成循环，第二路循环灰进入流化床气化室部分气化，同时作为气化过程的热载体，气化室操作温度为700°C至950°C。虽然循环流化床气化室的功能是干馏造气，但是于第二路循环灰挥发份很少，其干馏产生的煤气有限，在总煤气中的占比很少。该工艺的本质是循环流化床燃烧和半焦循环流化床气化。针对一次通过式粉煤流化床干馏室的缺陷，本发明提出了一种包含流化床干馏室和补充干馏室的粉料组合干馏方法，干馏系统包含有流化床干馏室、加工流化床干馏室排出的半焦的补充干馏室，能够充分发挥流化床干馏室对煤料的良好加热功能，充分发挥补充干馏室便于提供长停留时间的功能，形成流化床干馏室温度高、补充干馏室温度低的干馏温度匹配，即形成快速高温热解和慢速中低温热解的组合，提高油品收率，降低粉尘产量，且使工艺具备良好的操作灵活性和操作稳定性。本发明技术方案的主要目标和效果是:①设置 补充干馏室，延长热半焦的干馏时间，提高了粉煤的干馏油品收率；②补充干馏室使用移动床或鼓泡床等技术，充分发挥流化床干馏室对煤料的良好加热功能，充分发挥补充干馏室便于提供长停留时间的功能，形成流化床干馏室温度高、补充干馏室温度低的干馏温度匹配，即形成快速高温热解和慢速中低温热解的组合；补充干馏室使用移动床或鼓泡床等技术，可以降低颗粒间的碰撞几率和或碰撞强度，降低细微焦粉的产量，可降低干馏气的粉尘含量；③设置补充干馏室，提高了煤料单程干馏效率，同等的煤干馏任务，可以降低化床流化床干馏室、配套的提供固体热载体的半焦加工过程的规模，降低装置投资；④在保证粉煤受热升温至预期温度的前提下，提高了流化床干馏室的操作灵活性和操作稳定性，主要表现为:可以降低粉煤在流化床干馏室中的停留时间即可以显著提高装置处理能力或降低流化床干馏室高度，具有半焦后续加工过程的原料缓冲罐功能即具备稳定物流量的作用；⑤补充干馏室产生的深度半焦可以循环返回粉煤流化床干馏室，增强干馏室对粉煤的加热效率，在流化床干馏室和补充干馏室构成的循环系统内，由于深度半焦发生的干馏效应小即自身热解吸热少，其主要起着粉煤干馏过程的热载体的作用，因而作为热载体的效率高、产生粉尘的数量少。本发明所述的粉煤干馏方法未见报道。本发明的第一目的在于提出一种包含流化床干馏室和补充干馏室的粉料组合干馏方法。本发明的第二目的在于提出一种包含流化床干馏室和补充干馏室的粉煤组合干馏方法。本发明的第三目的在于提出一种粉煤干馏和半焦气化过程的组合方法。本发明的第四目的在于提出一种粉煤干馏和半焦燃烧过程的组合方法。
发明内容
一种串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法，其特征在于:①在流化床干馏室R1，流化床流化气F13自底部进入干馏室R1，含有机质的粉料Fll进入干馏室Rl的下部被热载体加热，在上行气体的作用下，原料Fll向上运动，进行流化床干馏反应产生包含不凝气和油蒸汽的流化床干馏气，流化床干馏气与流化床流化气混合并携带半焦粒子自干馏室Rl顶部排出成为排出气F14 ；②在第一补充干馏室Kl，干馏室Rl排出的半焦P完成补充干馏，补充干馏过程产生补充干馏气和深度干馏半焦K1SP。本发明第一补充干馏室K1，采用第一种进料方式时，其特征在于:②物流F14进入第一补充干馏室Kl气相空间完成气固分离，分离物流F14所得固体在第一补充干馏室Kl干馏床层进行干馏反应转化为深度干馏半焦KlSP和第一补充干馏气，来自物流F14的气体和第一补充干馏气一并进入第一气固分离部分SI，第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦进入第一补充干馏室Kl的干馏床层。本发明第一补充干馏室K1，采用第二种进料方式时，其特征在于:
②干馏室Rl底部排出的半焦F18进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，产生第一补充干馏气和第一深度干馏半焦K1SP。本发明第一补充干馏室K1，采用第三种进料方式时，其特征在于:②物流F14在第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦Pl进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，第一补充干馏室Kl得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦KlSP ;第一气固分离部分SI进行气固分离得到的气体不经过第一补充干馏室K1。本发明将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl时，形成第一深度干馏半焦循环物流K1SR，通常将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl的下部区域。本发明第一补充干馏室Kl采用固体移动床或鼓泡流化床。本发明与半焦循环流化床燃烧室R2组合时，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床燃烧室R2，此时，燃烧室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，深度干馏半焦KlSP的循环流化床燃烧过程的部分循环灰或热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。本发明与半焦循环流化床气化室R2组合时，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床气化室R2，此时，气化室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，第一深度干馏半焦KlSP的循环流化床气化过程的部分热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。
本发明，粉煤流化床干馏室Rl的流化气体，可以为半焦气化过程合成气或半焦燃烧过程烟气或干馏煤气或水蒸汽。本发明方法，在粉煤流化床干馏室R1，可以设置与粉煤共加工的第二原料的加入口，流化床干馏室Rl的第二原料可以是含有煤浙青的物料，进行煤浙青的热裂解或流化焦化；第二原料选自以下形式:液体煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者气体雾化后的煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者由煤浙青与粉煤和/或半焦组成的油煤浆混合物；干馏室第二原料的加入口位于流化床干馏室Rl的中下部。本发明所述含有机质的粉料F11，指的是在加热条件下产生烃类蒸汽的固体粉料，选自粉状的煤、煤矸石、油页岩、油砂、生物质和废旧塑料。本发明加工的粉料为粉煤时，其特征在于:①流化床干馏室R1，使用富氢气的流化气形成加氢干馏气氛，粉煤流化床干馏室Rl的操作压力为I 8MPa，还可以在流化床干馏室Rl的原料粉煤Fll中添加加氢干馏金属催化剂，该催化剂选自铁基、钥基、锌基、镍基、锡基、钴基金属催化剂的一种、两种或多种，催化剂的添加重量为原料煤重量的O 15%。本发明，可以对气体F14中的大、小颗粒分别实施补充干馏，其特征在于:②在气固分离和补充干馏部分，气体F14经过两级串联的气固分离步骤，气体F14经过第一级气固分离步骤Si得到第一半焦Pl和第一气体S1V1，第一半焦Pl进入第一补充干馏室Kl完成补充干馏，得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦KlSP ;第一气体SlVl经过第二级气固分离步骤S2得到第二半焦P2和第二气体S1V2，第二半焦P2进入第二补充干馏室K2完成补充干馏，得到第二补充干馏气和第二深度干馏半焦K2SP，第二深度干馏半焦K2SP不返回干馏室Rl。本发明加工粉煤时，其特征在于:①粉煤Fll选自:褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、烟煤；粉煤粒度分布范围:通常为
0.001 13毫米、较佳者为0.001 8毫米、优选为0.001 6毫米；粉煤Fll温度:通常为100 450°C、较佳者为200 350°C ；粉煤流化床干馏室Rl操作条件:操作压力:通常常压 8MPa、较佳者为常压 2MPa、宜为常压 IMPa ;操作温度通常为400 1000°C、一般为500 800°C、宜为550 700 V ；②在第一补充干馏室K1，半焦停留时间通常为2分钟 120分钟、一般为5分钟 60分钟、宜为10分钟 30分钟；第一气固分离部分SI的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，特征粒径通常为10 250微米、一般为50 200微米、宜为100 150微米；。③部分第一深度干馏半焦直接返回干馏室Rl形成第一深度干馏半焦循环物流KlSR ；④为干馏室Rl提供干馏热量的固体热载体，来源于加工深度干馏半焦的气化过程或燃烧过程。
附图1是本发明的基本方案的流程示意图，附图1中主要设备有:粉料流化床流干馏室R1、补充干馏室K1、分离部分SI。与粉料流化床干馏室Rl相关的管道:粉料Fll输入管11、第二原料F12输入管12、气化剂F13输入管13、干馏室排出气F14排出管14、底部半焦F18输出管18、循环第一深度干馏半焦KlSR输入管33。与分离部分SI相关的管道:进料管SID、气相物流SlV排出管21、固相物流SlS排出管22。分离部分SI，通常选用旋风分离器。与补充干馏室Kl相关的管道:气固相进料管14和进料管22、补充干馏气排出管S1D、第一深度干馏半焦产品KlSP排出管32、循环第一深度干馏半焦KlSR输出管33、粉料流化床干馏室Rl底部半焦F18输送管18。附图1所示本发明基本方案的工艺流程为:物流F14先进入第一补充干馏室Kl空 间完成气固分离，来自物流F14的气体和第一补充干馏室Kl的干馏气一并经进料口 SlD进入分离器SI进行分离，气体SlV沿排出管21排出，分离出的固体SlS沿料腿22排入第一补充干馏室Kl。固体SlS在第一补充干馏室Kl完成补充干馏反应转化为第一深度干馏半焦K1SR。附图2是本发明第一补充干馏室的一种原理结构图，排出气F14经开口 NI进入干流器固体料面之上的空间，通常通过惯性气固分离部件进行初步的气固分离，开口 NI可以为两个或多个，便于实现均匀进料；L1为固体料面；N9为吹扫气分布管，管子上部封闭，管壁上开有多个通气孔，管子N9下部连接的腔体开有气体引入管NV9和固体导出管NS9，固体导出管NS9用于导出自固体通道进入腔体Q9的颗粒；N8为干馏气导出管，管子上部可以敞开，管壁上开有多个通气孔，管子NS下部连接的腔体开有气体引入管NV8和固体导出管NS8，当管道N8出现堵塞时，气体经引入管NV8进入腔体Q8，将管道N8的固体松动使其下落或从管道N8向上吹出；半焦经过床层BED下行，移动过程中，来自管道N9的吹扫气穿过床层携带干馏气进入干馏气导出管NS。控制固体床层料面LI的高度即可控制停留时间，即可调节干馏效果。附图3是本发明第一补充干馏室Kl的第一深度干馏半焦的卸料机构分布图，第一补充干馏室Kl的空间被隔板或隔墙分隔为9个子区域，中间区域可以空置不用，因为不便布置开口及其连接设施；卸料口 N2安装有螺旋卸料器，附图3画出了 16个螺旋卸料器，每个子区域布置2个卸料口 N2。附图4表示了本发明气固分离和补充干馏部分的又一种实施方案的流程示意图，物流F14先进入分离器SI进行分离，然后进入分离器S2进行分离，分离器SI和分离器S2串联操作，固体SlS进入第一补充干馏室进行干馏反应，转化为第一补充干馏气和第一深度干馏半焦K1SP，第一补充干馏气KlV经排出管31排出；来自S2的固体S2S可以引入补充干馏室进行干馏反应。附图5是本发明一种包含流化床干馏室和补充干馏室的粉料组合干馏方法的一种实施方案的流程示意图，设置半焦气化室R2，属于粉煤干馏和半焦气化的组合工艺。与半焦流化床气化室R2相关的管道:深度半焦F321输入管321、半焦F421输入管421、第二气化原料F53输入管53、气化剂F51 (即水蒸汽或二氧化碳)输入管51和氧化剂F52 (即空气或富氧或纯氧)输入管52、气化气F56排出管56、底部半焦F57输出管57、循环半焦F621输入管621、固体热载体F57输入管57。与分离部分S3相关的管道:进料管56、气相物流S3V排出管61、固相物流S3S排出管62。分尚部分S3,通常选用旋风分尚器。可以将部分固体S3S，通过管道622作为粉料流化床干馏室Rl的固体热载体F622使用。与附图1相比，附图5增加了气体SlV的气固分离步骤，如附图5所示，气体SlV进入分离器S2进行分离，气体S2V沿排出管41排出，分离出的固体S2S经管道42、管道43排出第一补充干馏室Kl。
具体实施例方式以下详细描述本发明。本发明所述的压力，指的是绝对压力。本发明所述的气体组分浓度，未特别指明时，均为体积浓度。一种串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法，其特征在于:①在流化床干 馏室R1，流化床流化气F13自底部进入干馏室R1，含有机质的粉料Fll进入干馏室Rl的下部被热载体加热，在上行气体的作用下，原料Fll向上运动，进行流化床干馏反应产生包含不凝气和油蒸汽的流化床干馏气，流化床干馏气与流化床流化气混合并携带半焦粒子自干馏室Rl顶部排出成为排出气F14 ；②在第一补充干馏室Kl，干馏室Rl排出的半焦P完成补充干馏，补充干馏过程产生补充干馏气和深度干馏半焦K1SP。本发明第一补充干馏室K1，采用第一种进料方式时，其特征在于:②物流F14进入第一补充干馏室Kl气相空间完成气固分离，分离物流F14所得固体在第一补充干馏室Kl干馏床层进行干馏反应转化为深度干馏半焦KlSP和第一补充干馏气，来自物流F14的气体和第一补充干馏气一并进入第一气固分离部分SI，第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦进入第一补充干馏室Kl的干馏床层。本发明第一补充干馏室K1，采用第二种进料方式时，其特征在于:②干馏室Rl底部排出的半焦F18进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，产生第一补充干馏气和第一深度干馏半焦K1SP。本发明第一补充干馏室K1，采用第三种进料方式时，其特征在于:②物流F14在第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦Pl进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，第一补充干馏室Kl得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦KlSP ;第一气固分离部分SI进行气固分离得到的气体不经过第一补充干馏室K1。
本发明将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl时，形成第一深度干馏半焦循环物流K1SR，通常将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl的下部区域。本发明第一补充干馏室Kl采用固体移动床或鼓泡流化床。本发明与半焦循环流化床燃烧室R2组合时，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床燃烧室R2，此时，燃烧室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，深度干馏半焦KlSP的循环流化床燃烧过程的部分循环灰或热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。本发明与半焦循环流化床气化室R2组合时，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床气化室R2，此时，气化室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，第一深度干馏半焦KlSP的循环流化床气化过程的部分热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。本发明，粉煤流化床干馏室Rl的流化气体，可以为半焦气化过程合成气或半焦燃烧过程烟气或干馏煤气或水蒸汽。本发明方法，在粉煤流化床干馏室R1，可以设置与粉煤共加工的第二原料的加入口，流化床干馏室Rl的第二原料可以是含有煤浙青的物料，进行煤浙青的热裂解或流化焦化；第二原料选自以下形式:液体煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者气体雾化后的煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者由煤浙青与粉煤和/或半焦组成的油煤浆混合物；干馏室第二原料的加入口位于流化床干馏室Rl的中下部。本发明所述含有机质的粉料F11，指的是在加热条件下产生烃类蒸汽的固体粉料，选自粉状的煤、煤矸石、油页岩、油砂、生物质和废旧塑料。本发明加工的粉料 为粉煤时，其特征在于:①流化床干馏室R1，使用富氢气的流化气形成加氢干馏气氛，粉煤流化床干馏室Rl的操作压力为I 8MPa，还可以在流化床干馏室Rl的原料粉煤Fll中添加加氢干馏金属催化剂，该催化剂选自铁基、钥基、锌基、镍基、锡基、钴基金属催化剂的一种、两种或多种，催化剂的添加重量为原料煤重量的O 15%。本发明，可以对气体F14中的大、小颗粒分别实施补充干馏，其特征在于:②在气固分离和补充干馏部分，气体F14经过两级串联的气固分离步骤，气体F14经过第一级气固分离步骤Si得到第一半焦Pl和第一气体S1V1，第一半焦Pl进入第一补充干馏室Kl完成补充干馏，得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦KlSP ;第一气体SlVl经过第二级气固分离步骤S2得到第二半焦P2和第二气体S1V2，第二半焦P2进入第二补充干馏室K2完成补充干馏，得到第二补充干馏气和第二深度干馏半焦K2SP，第二深度干馏半焦K2SP不返回干馏室Rl。本发明加工粉煤时，其特征在于:①粉煤Fll选自:褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、烟煤；粉煤粒度分布范围:通常为
0.001 13毫米、较佳者为0.001 8毫米、优选为0.001 6毫米；粉煤Fll温度:通常为100 450°C、较佳者为200 350°C ；粉煤流化床干馏室Rl操作条件:操作压力:通常常压 8MPa、较佳者为常压 2MPa、宜为常压 IMPa ;操作温度通常为400 1000°C、一般为500 800°C、宜为550 700 V ；
②在第一补充干馏室K1，半焦停留时间通常为2分钟 120分钟、一般为5分钟 60分钟、宜为10分钟 30分钟；第一气固分离部分SI的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，特征粒径通常为10 250微米、一般为50 200微米、宜为100 150微米；。③部分第一深度干馏半焦直接返回干馏室Rl形成第一深度干馏半焦循环物流KlSR ；④为干馏室Rl提供干馏热量的固体热载体，来源于加工深度干馏半焦的气化过程或燃烧过程。以下结合附图，以粉煤干馏为例，详细描述本发明技术方案。附图是为了说明本发明而绘制的，但不能限定本发明的应用范围。附图5是本发明一种包含流化床干馏室和补充干馏室的粉料组合干馏方法的一种实施方案的流程示意图，设置半焦气化室R2，属于粉煤干馏和半焦气化的组合工艺。如附图5所示，本发明物料流程如下:粉煤Fll经粉料输入管11进入流化床干馏室Rl下部、气化剂F13经输入管13进入流化床干馏室底部，排出气F14经排出管14排出流化床干馏室进入第一补充干馏室Kl空间完成气固分离，来自物流F14的气体和第一补充干馏室Kl的干馏气一并经进料口 SlD进入分离器SI进行分离，气体SlV沿排出管21排出，分离出的固体SlS沿料腿22排入第一补充干馏室Kl。固体SlS在第一补充干馏室Kl完成补充干馏反应转化为第一深度干馏半焦KlSP ;图中分离部分SI选用旋风分离器；在分离部分S2，气体SlV进行气固分离，分离出的气体S2V经管41排出，固体S2S经管42排出，部分固体S2S经管421输入流化床气化室R2底部、部分固体S2S经管422作为产品输出，图中分离部分S2选用旋风分离器。分离出的固体S2S也可以沿料腿42排入第一补充干馏室K1。
在第一补充干馏室K1，第一深度干馏半焦产品KlSP经管32排出、循环第一深度干馏半焦KlSR经管33输出、底部半焦F18经管18输入。在半焦流化床气化室R2，第一深度干馏半焦F321经管321输入、第二深度干馏半焦F421经管421输入、第二气化原料F53经管53输入、气化剂F51 (即水蒸汽或二氧化碳)经管51输入、氧化剂F52(即空气或富氧或纯氧)经管52输入、气化气F56经管56排出、底部半焦F57经管57输出、循环半焦F621经管621返回气化室R2、固体热载体F57经管57输入流化床干馏室Rl。在分离部分S3，气相物流S3V经管61排出、固相物流S3S经管62排出，图中分离部分S3选用旋风分离器。附图5所示流程的操作原则是:调节停留时间控制补充干馏室Kl干馏效果，根据需求优先气化小粒半焦S2S或大粒半焦K1SP，根据需求使用半焦F57和或半焦F622作为固体热载体进入流化床干馏室Rl。以下结合粉煤干馏过程详细描述本发明。按照本发明，根据需要，粉煤Fll已经脱硫降灰、干燥脱水、粒度级配等步骤的一个、两个或多个；粉煤温度一般为200 350°C;各种已知的加料方式均可采用；典型的粉煤原料为:褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、烟煤等，或它们中二者或多者的混合物；粉煤粒度分布范围:通常为0.001 13毫米、一般为0.001 6毫米。
本发明粉煤流化床干馏室Rl的操作条件，根据粉煤组成和干馏目标确定，粉煤流化床干馏室操作压力通常为常压 8MPa、一般为常压 IMPa ;粉煤干馏操作温度通常为400 1000°C、一般为500 800°C，中低温干馏温度优选为550 700°C ；当粉煤流化床干馏室Rl采用低温、中温或高温干馏时，本发明即可形成低温、中温或高温干馏工艺；通过控制干馏时间和干馏温度，当粉煤流化床干馏室进行慢速、中速、快速和闪裂解时，本发明即可形成慢速、中速、快速和闪裂解工艺；本发明粉煤流化床干馏室中，原料煤粉颗粒预/加热的供热体可以为气体、或为固体或为气固联合热载体；根据流化气体的组成，本发明的干馏气氛可以形成惰性气氛干馏、加氢干馏和催化加氢干馏，推荐加氢干馏和催化加氢干馏；按照干馏操作压力，本发明可以形成常压干馏和加压干馏。粉煤流化床干馏室Rl可以使用任何一种合适的流化气体，推荐富氢气的高温气体，优选来自煤气化或半焦气化过程的高温合成气或高温焦炉煤气；当使用富氢气的气体流化剂时，干馏过程即形成加氢干馏气氛；为了温和干馏操作条件，可以在原料煤中使用加氢干馏金属催化剂，该催化剂可以是铁基、钥基、锌基、镍基、锡基、钴基金属催化剂的一种、两种或多种，添加催化剂的数量为原料煤量的O 15%。在气固分离和补充干馏部分，完成气固分离、半焦预期干馏时间并解析挥发物；工艺流程大体有两种方式:第一种方式是物流F14先进入补充干馏室空间完成气固分离，来自物流F14的气体和补充干馏室的干馏气一并进入分离器进行分离，可以采用串联的两个或多个分离器进行分离，补充干馏室进行干馏反应后的固体产品是深度干馏半焦，如附图1、附图2、附图5所示方式；第二种方式是物流F14先进入分离器进行分离，可以采用串联的两个或多个分离器进行分离，然后分离出的固体进入补充干馏室进行干馏反应，补充干馏室得到补充干馏气和深度干馏半焦，如附图4所示方式。补充干馏部分的补充干馏室，可以使用任何合适形式的干馏室，可以是移动床或鼓泡流化床，通常选用移动床；补充干馏室内部可以分割为两个或多个粉料流动通道式空间；粉料流动通道式空间可以布 置输送气体的气体分布器或分布管或间隔室，分布器或分布管或间隔室壁面上设置通气孔，分布器或分布管或间隔室之外是固体流动空间，可以将吹扫气体引入粉料通道内快速置换吹出颗粒间的半焦解析气体以降低油汽的热缩合几率，可以将干馏气体引出粉料通道快速移出颗粒间的半焦解析气体。吹扫气体可以是水蒸汽、二氧化碳气、干馏煤气的返回气、或为半焦合成气。在补充干馏室，半焦停留时间通常为2分钟 120分钟、一般为5分钟 60分钟、优选为10分钟 30分钟。第一气固分离部分、补充干馏部分的操作温度和操作压力，根据粉煤流化床干馏室Rl排出气F4的操作温度和操作压力确定，通常二者相等；第一气固分离部分的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，控制第一分离部分气相物流中小粒子的含量；第一分离部分，可以使用任何形式的气固分离器，通常使用离心分离器。为粉煤流化床干馏室Rl提供干馏热量的热载体，可以是任何合适形式的热载体，可以是气体热载体和或固体热载体；热载体来源，可以是任何合适形式的来源，比如可以是加工补充干馏室排出的半焦的气化过程或燃烧过程。可以将部分第一深度干馏半焦直接返回粉煤流化床干馏室Rl形成循环物流K1SP，深度干馏半焦循环物流主要用于增加流化床总进料中热进料的比例，提高粉煤原料的预热速度、缩短粉煤原料的预热时间，同时执行二次高温干馏；半焦循环物流与粉煤原料量的质量比定义为半焦循环比，该循环比通常为0.0Ol 10、一般为0.5 5、优选为I
3。通常当粉煤流化床干馏室Rl的流化剂和热载体均为气体时，可以将部分第一深度干馏半焦直接返回粉煤流化床干馏室Rl形成循环物流K1SP。第一深度干馏半焦循环返回粉煤流化床干馏室Rl，在流化床干馏室Rl和补充干馏室Kl构成的循环系统内，由于发生的干馏效应小即自身热解吸热少，其主要起着粉煤干馏过程的热载体的作用，因而作为热载体的效率高、产生粉尘的数量少。本发明可与任何一种合适的生产气体热载体的过程(如气化过程产生的合成气或炭化过程产生的炭化气等)组合为组合方法。气体热载体温度过高时，可以与低温气体(如冷却后的煤气、水蒸气或氢气)混合调节温度后作为气体流化剂。可以将气体热载体注入粉煤流化床干馏室Rl排出气F4中提高气体温度，以防止气体在分离器中焦油重组分凝结。可以将气体热载体注入粉煤流化床干馏室Rl中作为二次流化剂气体加热煤粉，其进料口位于粉煤进料口以上位置。为了转化或利用干馏半焦，本发明可与任何一种合适的半焦气化过程、半焦燃烧过程、半焦炭化过程等组合为组合方法， 比如可以与半焦循环流化床燃烧过程耦合，此时，通常半焦循环流化床燃烧操作温度高于本发明的煤干馏操作温度，将半焦循环流化床燃烧过程的部分循环灰或热半焦引入本发明的流化床干馏室作为固体热载体，烟气作为本发明流化床干馏室流化剂，还可以将本发明的流化床干馏过程的热半焦引入半焦循环流化床燃烧室；又比如可以与半焦循环流化床气化过程耦合，此时，通常半焦循环流化床气化操作温度高于本发明的煤干馏操作温度，将半焦循环流化床气化过程的部分热半焦引入本发明的流化床干馏室作为固体热载体，合成气作为本发明流化床干馏室流化剂，还可以将本发明的流化床干馏过程的热半焦引入半焦循环流化床气化室。为了实现多联产，本发明可与任何一种合适的煤加工过程如煤气化过程、煤燃烧过程、煤炭化过程等组合为组合方法，比如可以与粉煤循环流化床燃烧过程耦合，此时，通常粉煤循环流化床燃烧操作温度高于本发明的煤干馏操作温度，将粉煤循环流化床燃烧过程的部分循环灰或热半焦引入本发明的流化床干馏室作为固体热载体，烟气作为本发明流化床干馏室流化剂，还可以将本发明的流化床干馏过程的热半焦引入粉煤循环流化床燃烧室；又比如可以与粉煤循环流化床气化过程耦合，此时，通常粉煤循环流化床气化操作温度高于本发明的煤干馏操作温度，将粉煤循环流化床气化过程的部分热半焦引入本发明的流化床干馏室作为固体热载体，合成气作为本发明流化床干馏室流化剂，还可以将本发明的流化床干馏过程的热半焦引入粉煤循环流化床气化室。本发明可以使用粉煤Fll干馏过程所得半焦的转化过程产生的热态气体产品作为本发明流化床干馏室气体流化剂和/或作为气体热载体使用，气体热载体可以与低温气体(比如冷却后的煤气、水蒸气或氢气)混合后作为气体流化剂使用。本发明可以使用粉煤Fll干馏过程所得半焦的转化过程产生的热态固体(焦和/或灰)作为固体热载体使用。本发明粉煤流化床干馏室的流化气体，可以是任何一种合适的气体，比如可以是半焦气化过程合成气或炭化气或干馏煤气或水蒸汽或烟气等，或者它们中二种气体或多种气体的混合物。可以将半焦气化过程产生的热态气体产品注入粉煤循环流化床干馏室气体中提高其气体温度，防止其气体在分离器中焦油重组分凝结。可以将气化过程产生的热态气体产品注入粉煤循环流化床干馏室中作为二次气提流化气体和多段使用，其进料口位于粉煤进料口以上位置。在粉煤流化床干馏室Rl，可以设置与粉煤共干馏的流化床干馏室Rl第二原料F12的加入管12。流化床干馏室第二原料可以是任何合适于加工的粉料，比如可以为:以液体形式喷入流化床向粉料扩散的液体煤浙青，或气体雾化后的煤浙青，或煤浙青与粉煤和/或半焦的混合物比如油煤浆，或煤浙青与粉煤和/或半焦的流体状液固均匀混合物的凝固物的粉料。此时第二原料 的加入口的位置宜位于粉煤进料口上下附近的位置，在此情况下，利用粉煤流化床干馏室进行煤浙青的热裂解或流化焦化。为了降低深度干馏半焦循环过程产生的粉尘数量，在气固分离和补充干馏部分，气体F14经过两级串联的气固分离步骤，气体F14经过第一级气固分离步骤得到半焦Pl和第一气体SlVl，半焦Pl进入第一补充干馏室Kl完成成补充干馏，得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦，部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl ;第一气体SlVl经过第二级气固分离步骤得到半焦P2和第二气体S1V2，半焦P2可以进入第二补充干馏室K2完成补充干馏，得到第二补充干馏气和第二深度干馏半焦，第二深度干馏半焦不返回干馏室R1，第二深度干馏半焦可以用作气化原料或锅炉燃料。
权利要求
1.一种串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法，其特征在于: ①在流化床干馏室Rl，流化床流化气F13自底部进入干馏室Rl，含有机质的粉料Fll进入干馏室Rl的下部被热载体加热，在上行气体的作用下，原料向上运动，进行流化床干馏反应产生包含不凝气和油蒸汽的流化床干馏气，流化床干馏气与流化床流化气混合并携带半焦粒子自干馏室Rl顶部排出成为排出气F14 ； ②在第一补充干馏室Kl，干馏室Rl排出的半焦P完成第一补充干馏，补充干馏过程产生补充干馏气和第一深度干馏半焦K1SP。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: ②物流F14进入第一补充干馏室Kl气相空间完成气固分离，分离物流F14所得固体在第一补充干馏室Kl的干馏床层进行干馏反应转化为深度干馏半焦KlSP和第一补充干馏气，来自物流F14的气体和第一补充干馏气一并进入第一气固分离部分SI，第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦进入第一补充干馏室Kl的干馏床层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: ②干馏室Rl底部排出半焦F18，半焦F18进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，产生第一补充干馏气和第一深度干馏半焦K1SP。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: ②物流F14在第一气固分离部分SI进行气固分离得到的第一半焦Pl进入第一补充干馏室Kl进行干馏反应，第一补充干馏室Kl得到第一补充干馏气和第一深度干馏半焦KlSP ；第一气固分离部分SI进行气固分离得到的气体SlVl不经过第一补充干馏室K1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: ③将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl形成第一深度干馏半焦循环物流K1SR。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于: ③将部分第一深度干馏半焦返回干馏室Rl的下部区域形成第一深度干馏半焦循环物流 K1SR。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于: ②第一补充干馏室Kl采用固体移动床。
8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于: ②第一补充干馏室Kl采用鼓泡流化 床。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床燃烧室R2，此时，燃烧室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，深度干馏半焦KlSP的循环流化床燃烧过程的部分循环灰或热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:至少一部分第一深度干馏半焦KlSP进入循环流化床气化室R2，此时，气化室R2操作温度高于干馏室Rl的操作温度，第一深度干馏半焦KlSP的循环流化床气化过程的部分热半焦进入干馏室Rl作为固体热载体。
11.根据权利要求1所述的方法，加工的粉料为粉煤时，其特征在于:粉煤流化床干馏室Rl的流化气体，为半焦气化过程合成气或半焦燃烧过程烟气或干馏煤气或水蒸汽。
12.根据权利要求1所述的方法，加工的粉料为粉煤时，在粉煤流化床干馏室R1，设置与粉煤共加工的第二原料的加入口，流化床干馏室Rl的第二原料是含有煤浙青的物料，进行煤浙青的热裂解或流化焦化；第二原料选自以下形式:液体煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者气体雾化后的煤浙青喷入流化床与粉料接触，或者由煤浙青与粉煤和/或半焦组成的油煤浆混合物；干馏室第二原料的加入口位于流化床干馏室Rl的中下部。
13.根据权利要求1所述的方法，所述含有机质的粉料F11，指的是在加热条件下产生烃类蒸汽的固体粉料，选自粉状的煤、煤矸石、油页岩、油砂、生物质和废旧塑料。
14.根据权利要求1所述的方法，加工的粉料为粉煤时，其特征在于: ①流化床干馏室Rl，使用富氢气的流化气形成加氢干馏气氛，粉煤流化床干馏室Rl的操作压力为I 8MPa。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于: ①在流化床干馏室Rl的原料粉煤Fll中添加加氢干馏金属催化剂，该催化剂选自铁基、钥基、锌基、镍基、锡基、钴基金属催化剂的一种、两种或多种，催化剂的添加重量为原料煤重量的O 15%。
16.根据权利要求4所述的方法，其特征在于: ②在气固分离和补充干馏部分，气体F14经过两级串联的气固分离步骤，第一气体SlVl经过第二级气固分离步骤S2得到第二半焦P2和第二气体S1V2，第二半焦P2进入第二补充干馏室K2完成补充干馏，得到第二补充干馏气和第二深度干馏半焦K2SP，第二深度干馏半焦K2SP不返回干馏室Rl。
17.根据权利 要求1所述的方法，加工的粉料为粉煤时，其特征在于: ①粉煤Fll选自:褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、烟煤；粉煤粒度分布范围为0.0Ol 13毫米；粉煤Fll温度为100 450°C ； 粉煤流化床干馏室Rl操作条件:操作压力为常压 8MPa、操作温度为400 1000°C ； ②在第一补充干馏室K1，半焦停留时间为2分钟 120分钟； 第一气固分离部分SI的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，特征粒径为10 250微米； ③部分第一深度干馏半焦直接返回干馏室Rl形成第一深度干馏半焦循环物流KlSR； ④为干馏室Rl提供干馏热量的固体热载体，来源于加工第一深度干馏半焦的气化过程或燃烧过程。
18.根据权利要求17所述的方法，加工的粉料为粉煤时，其特征在于: ①粉煤Fll粒度分布范围为0.001 8毫米；粉煤Fll温度为200 350°C ； 粉煤流化床干馏室Rl操作条件:操作压力为常压 2MPa、操作温度为500 800°C ； ②在第一补充干馏室K1，半焦停留时间为5分钟 60分钟； 第一气固分离部分SI的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，特征粒径为50 200微米。
19.根据权利要求18所述的方法，加工的粉料为粉煤时，其特征在于: ①粉煤Fll粒度分布范围为0.001 6毫米； 粉煤流化床干馏室Rl操作条件:操作压力为常压 IMPa、操作温度为550 700°C ； ②在第一补充干馏室K1，半焦停留时间为10分钟 30分钟； 第一气固分离部分SI的操作目标是分离出预期特征粒径的大粒子，特征粒径为100 150微米。
全文摘要
一种串联使用流化床干馏室和补充干馏室的粉料干馏方法，特别适合于粉煤等有机粉料的干馏，将流化床干馏室对粉煤的快速均匀加热的优点和移动床补充干馏室的便于为半焦提供长干馏时间的优点组合在一起，实现粉煤的快速均匀加热、热半焦的长时间干馏、减少细粉生成量、降低能耗、增加焦油产量的综合目标。流化床干馏室，可以单独使用气体热载体，也可以与深度干馏半焦的气化或燃烧过程组合使用半焦气化或半焦燃烧过程生成的高温固体物料作为粉料流化床干馏室的固体热载体。本发明具有操作灵活、稳定的特点。
文档编号C10J3/62GK103205283SQ201310140209
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月13日 优先权日2013年4月13日
发明者何巨堂, 张晓 申请人:何巨堂, 张晓