阅读说明：本技术 一种煤环流热解装置及其工作方法 (Coal circulation pyrolysis device and working method thereof ) 是由 彭丽 邹重恩 董方 石战胜 马治安 张伟阔 敬旭业 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤环流热解装置及其工作方法,装置由上至下依次设有热解产物输送段、热载体与热解产物分离段、环流热解反应段、热载体输出段；热解产物输送段和热载体输出段分别用于将热解油气产品和换热后的热载体快速引出煤环流热解装置；热载体与热解产物分离段包括上锥段、中间段、下锥段,用于将热解油气产品与热载体高效、快速分离；环流热解反应段设置有导流筒、煤给料口、热载体给料口、煤与热载体预混合段、布风板、出风口、风室和进气口,用于煤和热载体的混合、传热,以及煤的热解。本发明有效保证了煤和热载体的混合、换热行为,以及煤在热解器内停留时间,实现煤的充分热解,并减弱热解油气二次裂解反应,提高热解油气收率。(The invention discloses a coal circulation pyrolysis device and a working method thereof, wherein the device is sequentially provided with a pyrolysis product conveying section, a heat carrier and pyrolysis product separating section, a circulation pyrolysis reaction section and a heat carrier output section from top to bottom; the pyrolysis product conveying section and the heat carrier output section are respectively used for rapidly leading the pyrolysis oil gas product and the heat-exchanged heat carrier out of the coal circulation pyrolysis device; the heat carrier and pyrolysis product separation section comprises an upper conical section, a middle section and a lower conical section and is used for efficiently and quickly separating pyrolysis oil gas products from the heat carrier; the circulation pyrolysis reaction section is provided with a guide cylinder, a coal feeding port, a heat carrier feeding port, a coal and heat carrier premixing section, an air distribution plate, an air outlet, an air chamber and an air inlet, and is used for mixing and heat transfer of coal and heat carriers and pyrolysis of the coal. The invention effectively ensures the mixing and heat exchange behaviors of coal and heat carrier and the retention time of coal in the pyrolyzer, realizes the full pyrolysis of coal, weakens the secondary pyrolysis reaction of pyrolysis oil gas and improves the yield of pyrolysis oil gas.)

一种煤环流热解装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及煤化工、能源领域，具体涉及一种煤环流热解装置。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，“富煤、贫油、少气”的能源特点决定了相当长的一段时期内，煤炭作为我国的主导消费能源的地位不可动摇。我国的低阶煤资源丰富，约占全国探明保有煤炭资源的42.46%。低阶煤的化学结构中侧链较多，氢、氧含量较高，具有水分大、发热量低、化学反应性好、易燃易碎等特点，不适远距离运输和储存。现有低阶煤加工利用技术包括直接燃烧发电、直接液化、气化及提质加工。相对于低阶煤燃烧、气化、液化工艺，低阶煤热解工艺可将低阶煤转化成固态、液态和气态产品，是实现低阶煤清洁利用的重要方法。

中国专利公告号CN108728137B公开了一种低阶煤快速热解装置，该装置在热解室内设置多层搅拌器，通过搅拌器对煤料进行加热和搅拌。其不足之处在于：（1）煤粉颗粒从热解装置的顶部进料，沿热解室自上而下运动，煤粉颗粒的剧烈向下运动可能会引起热解室内供热的关键部件搅拌器出现冲蚀磨损现象。磨损会消耗搅拌器表面材料，降低搅拌器使用寿命，造成不安全的因素以及引起较大的经济损失；（2）热解室内下落的煤粉与搅拌器接触、换热，在搅拌器的搅拌和加热下热解生成产物半焦和油气。产物半焦及油气易粘附、堆积在搅拌器表面上，特别是煤中有较为复杂盐份与碱组分，在高温熔融状态下极易粘附，从而造成搅拌器的沾污，影响搅拌器的传热效果；（3）该装置的煤粉颗粒从热解室上部进料，通过热解室热解得到热解产物，产物流入热解室下部，因此该装置的热解室为典型的下行床，煤粉颗粒在其内停留时间短，不利于大颗粒煤粉的充分热解；（4）热解室内设置多根搅拌器，使得整个装置的结构复杂、操作繁琐，能耗较高。

中国专利公告号CN105238426B公开了一种可拆卸板式间接加热煤热解装置，该装置采用换热板加热煤料进行热解，其不足之处在于：（1）煤热解过程中会产生焦油、粉尘等物质沾污换热板，导致换热板的换热效率降低，增加了定期清理的频率，同时换热板长期在气固两相较高温度下工作，增加了换热板局部零部件的检测与更换频率；（2）多根换热板装填在热解室内，占据了煤粉热解空间，影响了装置的处理能力；（3）该装置为典型的下行床，煤粉颗粒在其内停留时间短，不利于大颗粒煤粉的充分热解。

中国专利公告号CN209619268U公开了一种装填内构件的热解炉，该装置通过在炉体内设置多个相互平行的热解墙加热煤料进行热解，其不足之处在于：（1）热解墙均设置在炉体底部，不利于炉膛上部煤料的吸热，整个系统传热效率低；（2）炉体上部采用松煤装置仅仅避免了上部煤层对下部煤层的挤压，但煤层内的空隙依然很小，不利于煤料的吸热，难以保证煤料的充分热解。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的新型煤环流热解装置，以解决不同温度的两种固体颗粒，即大颗粒粉煤和热载体混合、换热不均匀，煤在反应器内停留时间短，热解不充分，热解产物收率低，且热解油气二次裂解严重的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种煤环流热解装置，其特征是，包括热解产物输送段、热载体与热解产物分离段、环流热解反应段和热载体输出段，所述热解产物输送段、热载体与热解产物分离段、环流热解反应段和热载体输出段由上至下依次布置；

上述的煤环流热解装置中，所述热解产物输送段用于将热解油气产品快速引出所述煤环流热解装置，并减弱热解油气二次裂解反应；所述热解产物输送段的高度为所述环流热解反应段的高度的1.5~3倍，所述热解产物输送段的直径为所述环流热解反应段的直径的10~30%。

上述的煤环流热解装置中，所述热载体与热解产物分离段用于降低表观气速，将热解油气产品与热载体高效、快速分离，并使热解油气迅速流入所述热解产物输送段；所述热载体与热解产物分离段包括上锥段、中间段和下锥段，所述上锥段与所述热解产物输送段的底端相连通，且上锥段、中间段和下锥段由上至下依次相连通，所述上锥段、所述中间段和所述下锥段与所述热解产物输送段同轴布置；

上述的煤环流热解装置中，所述下锥段的高度为所述环流热解反应段的高度的5~20%，所述下锥段与所述环流热解反应段的轴线夹角范围为30~60°，所述中间段的高度为所述下锥段的高度的50~100%，所述上锥段的高度为所述中间段的高度的50~100%，所述上锥段与所述环流热解反应段的轴线夹角范围为30~60°。

上述的煤环流热解装置中，所述环流热解反应段与所述下锥段的底端相连通，并与所述热载体与热解产物分离段同轴布置，所述环流热解反应段设置有导流筒、煤给料口、热载体给料口、煤与热载体预混合段、布风板、出风口、风室和进气口；所述布风板位于所述煤与热载体预混合段和所述风室之间，用于保证环流热解反应段内煤和热载体的均匀流化；所述出风口垂直均匀分布在所述布风板上，所述出风口的数量为60~100个；所述风室为倒锥形结构，用于为提升气体进入布风板前提供一个空气稳压区，是一个动静压转化的场所，有利于布风的均匀性；所述进气口位于所述风室的外侧；

所述环流热解反应段通过增加所述导流筒，将热解反应区分为所述导流区和所述环隙区，强化大颗粒粉煤与热载体的混合、换热行为，增大煤在环流热解反应段内停留时间，实现煤充分热解，提高热解油气收率；

上述的煤环流热解装置中，所述导流筒与所述环流热解反应段同轴布置，所述导流筒的内部为导流区，所述导流筒与所述环流热解反应段之间的环隙空间为环隙区，所述煤给料口和所述热载体给料口分别位于所述环流热解反应段的两侧；

上述的煤环流热解装置中，所述导流筒的直径为所述环流热解反应段的直径的0.4~0.7倍，所述导流筒的高度为所述环流热解反应段的高度的50~80%，所述导流筒的底部与所述环流热解反应段底部的垂直间距为所述环流热解反应段的高度的10~25%；

上述的煤环流热解装置中，所述煤给料口的高度为所述环流热解反应段的高度的50~80%，所述煤给料口与所述环流热解反应段的轴线夹角范围为30~90°；所述热载体给料口的高度为所述环流热解反应段的高度的50~80%，所述热载体给料口与所述环流热解反应段的轴线夹角范围为30~90°。

上述的煤环流热解装置中，所述热载体输出段用于将换热后的热载体高效、快速移出所述煤环流热解装置；所述热载体输出段垂直贯穿于所述布风板和风室，且所述热载体输出段的顶端与所述布风板的顶端齐平，所述热载体输出段的底端位于所述风室的下端，所述热载体输出段的数量为1~7个。

上述的煤环流热解装置的工作方法，其特征是，过程如下：

提升气体由进气口进入风室，风室为提升气体进入布风板前提供一个空气稳压区，是一个动静压转化的场所，有利于布风的均匀性，通过调控进气口的提升气体量，从而控制布风板上出风口的提升气体量，使导流区的提升气体表观速度大于环隙区的提升气体表观速度，保证导流筒底部的导流区压力大于环隙区压力，实现分别来自煤给料口和热载体给料口的煤和热载体在环隙区的环隙空间向下流动，随后进入导流筒的底部边缘，并沿边缘向导流区的中央流动，煤与热载体在环流热解反应段内环流5~20次后流出；

热解后的热解产物与热载体沿环流热解反应段流入热载体与热解产物分离段，采用先扩径后缩径方式将热载体与热解产物分离段分为上锥段、中间段和下锥段。

下锥段有效降低提升气体的表观气速，强化热解油气产品与热载体的分级行为，使热解油气产品与热载体高效、快速分离，有效保证热解油气迅速由下锥段依次流入中间段、上锥段和热解产物输送段，同时换热后的热载体迅速由热载体与热解产物分离段，经环流热解反应段向下流入热载体输出段。

最后，通过将热解产物输送段缩径迅速提高提升气体的表观气速，强化热载体与热解产物分离段内分级完成后浮在上锥段的焦炭颗粒的输送，并且减小热解产物输送段内热解油气的停留时间，减弱其内热解油气的二次裂解反应。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

本发明中的环流热解反应段通过在装置下部设置导流筒，形成导流区和环隙区，通过调控导流区和环隙区下方的导流区布风板和环隙区布风板上的提升气体量，使得煤颗粒和热载体在环流热解反应段定向流动，并形成多次环流，有效保证了煤颗粒和热载体的均匀混合、换热，同时增大了煤的停留时间，提高了热解油气收率。

本发明中的热载体与热解产物分离段通过在装置中部先扩径后缩径的方式降低提升气体的表观气速，强化热解油气产品与热载体的分级行为，使热解油气产品与热载体高效、快速分离，有效保证了热解油气迅速流入热解产物输送段。

本发明中的热解产物输送段通过在装置上部缩径的方式迅速提高提升气体的表观气速，强化中部分级完成后浮在床层上部焦炭颗粒的输送，并且可以减小热解油气的停留时间，减弱热解油气的二次裂解反应。

本发明结构设计简单、操作方便，容易实现规模生产，同时对煤种适应性强，无论对于非黏结性煤、弱黏结性煤、强黏结性煤均可适应。

附图说明

图1是本发明实施例中煤环流热解装置的结构示意图。

图2是图1中布风板的结构示意图。

图中：热解产物输送段1、热载体与热解产物分离段2、环流热解反应段3、热载体输出段4、上锥段5、中间段6、下锥段7、导流筒8、导流区9、环隙区10、煤给料口11、热载体给料口12、煤与热载体预混合段13、布风板14、出风口15、风室16、进气口17。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图2，本实施例中，一种煤环流热解装置，包括热解产物输送段1、热载体与热解产物分离段2、环流热解反应段3和热载体输出段4，热解产物输送段1、热载体与热解产物分离段2、环流热解反应段3和热载体输出段4由上至下依次布置；

热载体与热解产物分离段2包括上锥段5、中间段6和下锥段7，上锥段5与热解产物输送段1的底端相连通，且上锥段5、中间段6和下锥段7由上至下依次相连通，上锥段5、中间段6和下锥段7与热解产物输送段1同轴布置；

环流热解反应段3与下锥段7的底端相连通，并与热载体与热解产物分离段2同轴布置，环流热解反应段3设置有导流筒8、煤给料口11、热载体给料口12、煤与热载体预混合段13、布风板14、出风口15、风室16和进气口17；布风板14位于煤与热载体预混合段13和风室16之间，用于保证环流热解反应段3内煤和热载体的均匀流化；出风口15垂直均匀分布在布风板14上；风室16为倒锥形结构，用于为提升气体进入布风板14前提供一个空气稳压区，是一个动静压转化的场所，有利于布风的均匀性；进气口17位于风室16的外侧；导流筒8与环流热解反应段3同轴布置，导流筒8的内部为导流区9，导流筒8与环流热解反应段3之间的环隙空间为环隙区10，导流区布风板13位于导流筒8的下部，环隙区布风板14位于环隙区10的下部，煤给料口11和热载体给料口12分别位于环流热解反应段3的两侧；

热载体输出段4垂直贯穿于布风板14和风室16，且热载体输出段4的顶端与布风板14的顶端齐平，热载体输出段4的底端位于风室16的下端。

本发明煤环流热解装置的工作原理如下：

常温大颗粒粉煤和高温热载体分别由煤给料口11、热载体给料口12向下输送到环隙区10内，煤和热载体不但在环隙区10进行混和、传热，同时在提升气体作用下，通过布风板14上的提升气体量，使在导流筒8底部的导流区9和环隙区10产生压力差，推动煤和热载体在导流区9和环隙区10间循环流动，形成相互交叉混合实现换热。

进一步地，煤给料口11的高度为环流热解反应段3的高度的60%，煤给料口11与环流热解反应段3的轴线夹角为90°；热载体给料口12的高度为环流热解反应段3的高度的60%，热载体给料口12与环流热解反应段3的轴线夹角为90°。

导流筒8的直径为环流热解反应段3的直径的0.5倍，导流筒8的高度为环流热解反应段3的高度的50%；导流筒8的底部与环流热解反应段3底部的垂直间距为环流热解反应段3的高度的20%。

出风口15的数量为72个，热载体输出段4的数量为3个。

煤环流热解装置的工作方法如下：

提升气体由进气口17进入风室16，风室16为提升气体进入布风板14前提供一个空气稳压区，是一个动静压转化的场所，有利于布风的均匀性，通过调控进气口17的提升气体量，从而通过控制布风板14上出风口15的提升气体量，使导流区9的提升气体表观速度大于环隙区10的提升气体表观速度，保证导流筒8底部的导流区9压力大于环隙区10压力，实现分别来自煤给料口11和热载体给料口12的煤和热载体在环隙区10的环隙空间向下流动，随后进入导流筒8的底部边缘，并沿边缘向导流区9的中央流动。煤与热载体在环流热解反应段3内环流5~20次（即历经5~20次混合）后流出热解装置，其停留时间长达上百秒，远远超过了传统的上行或下行循环流化床的停留时间，不但能够实现煤与热载体的完全混合、传热，并且使煤具有足够的热解时间充分热解。

热解后的热解产物与热载体沿环流热解反应段3流入热载体与热解产物分离段2。采用中部扩径方式将热载体与热解产物分离段2分为上锥段5、中间段6和下锥段7。下锥段7的高度为环流热解反应段3的高度的10%，下锥段7与环流热解反应段3的轴线夹角为45°。中间段6的高度为下锥段7的高度的50%。上锥段5的高度为中间段6的高度的50%；上锥段5与环流热解反应段3的轴线夹角为60°。

下锥段7有效降低了提升气体的表观气速，强化了热解油气产品与热载体的分级行为，使热解油气产品与热载体高效、快速分离，有效保证了热解油气迅速由下锥段7依次流入中间段6、上锥段5和热解产物输送段1，同时换热后的热载体迅速由热载体与热解产物分离段2，经环流热解反应段3向下流入热载体输出段4。

最后，通过将热解产物输送段1缩径可迅速提高提升气体的表观气速，强化热载体与热解产物分离段2内分级完成后浮在上锥段5的焦炭颗粒的输送，并且可以减小热解产物输送段1内热解油气的停留时间，减弱其内热解油气的二次裂解反应。

进一步地，热解产物输送段1的高度为环流热解反应段3的高度的2倍；热解产物输送段1的直径为环流热解反应段3的直径的10%。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。