一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法制造方法及图纸

一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法。该集成装置由集成反应系统、循环回料系统以及深度分离净化系统构成。集成反应系统由气化段、快速热解段组成。气化段为氧气或空气鼓风湍流流化床气化炉。床层的高度和密度不是通过低流化速度来维持，而是通过高气流速度和高固体循环速度来维持。气化段的碳来自快速热解段。气化段产生的合成气与其所携带的固体颗粒同时作为快速热解段的热源。快速热解段是一个循环流化床反应器。热解段内的循环物料和气化段的煤气及固体颗粒混合后，两股物流的温度基本接近热阶段的温度从而使刚加入的煤不会和来自气化炉的高温煤气和颗粒在热阶段相接触。

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法
本专利技术涉及一种含碳原料制取油品及合成气的集成装置及方法，特别涉及一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法。
技术介绍
煤制油是一种非常重要的化工工艺。迄今为止，虽然不断有新增的石油探明储量，但作为常规的化石能源，煤炭的探明储量依然比石油丰富，这一点对于煤炭储量丰富但石油储量不足的国家而言，至关重要。直接或间接煤液化技术是一种资本密集型产业，且存在着煤转化效率低下、工艺复杂、相对可靠性低以及建设周期长等的缺点。与其形成鲜明对比的是，热解技术却可以分别从煤炭、生物质中提取出30％、70％的焦油，工艺效率高且成本低廉。将含碳原料转化为液体产品的有效方法之一便是快速热解。由MartinA.Elliott主编的ChemistryofCoalUtilizationSecondSupplementaryVolume一书中，Howard在P665-784中和其他文章表明，提高升温原料的升温速率，降低热解操作压力，减小进料煤粉的颗粒粒径，增加惰性颗粒物的循环速率，缩短热解产品的焦炭的接触时间和减少热解时间，降低热载体与原料的温差都会改善焦油的产率。可惜的是迄今为止，还没有一个热解装置能包容多数这些有利条件。Freel等人的专利US5,961,786公布了一种生物质热解方法，该专利显示，增加固体循环量与新鲜进料量之间的比例，避免循环半焦与进料接触可以使液收率由55％提高至70％。在此专利中，生物质在一个输运床中进行热解，但其本质上属于循环流化床反应器。对熟知流化床运行(操作)的人而言，很容易就可以发现，专利US5,961,786所涉及的输运床难于运行，因为一级旋风除尘器很难完全将热解过程中产生的细焦粉捕获。如果不将热解气中的细焦粉去除，热解产生的焦油中将含有大量的焦炭颗粒。而细焦粉与焦油一旦形成粘浆，对二者实施分离的难度将非常大。更糟糕的是，这些焦粉与焦油相接触，有助于焦油再聚合成焦炭，从而减少焦油的收率，增加重质焦油。因此，很好的分离焦油和焦粉是所有热解工艺必须解决的问题。实际上,这个专利技术的最大问题在于如何向热裂解装置供热。专利的数据是基于电加热。一旦放大，加热问题必须解决。虽然专利中提到可以用燃烧残碳的方法，但没有说明怎样供热，也没有认识到高温热载体和原料接触会降低焦油的产率。Che等人的文章就注意到电加热装置中焦油产率高于其他热载体。显然，电加热的床内温度更接近热源温度，可以避免让煤和更高温热源接触。当固体作为热载体时，热载体的温度往往比新加入的原料高得多。高温会使焦油裂解，从而降低焦油产率。实现热解产物中气-液-固三相的有效分离是Seglin与Bresler等人在ChemistryofCoalUtilizationSecondSupplementaryVolume一书的第13章(P776)中所列举的热解工艺面临的众多挑战之一。Seglin与Bresler在ChemistryofCoalUtilizationSecondSupplementaryVolume一书中还对另外一种为人们所熟知的流化床热解工艺，COED工艺进行了介绍。该工艺属于一种气相为热载体的多段操作工艺，工艺流程中包括了一个典型的四段式反应系统：原料煤的颗粒小于3mm经预处理段，两段煤热解段及半焦焚烧段。在该体系中，半焦燃烧产生的烟气为第二段煤热解提供热量，二段热解炉的所有气体都为一段热解炉提供热量。熟知该工艺的人会发现，实际上只需将少量的煤进行燃烧便可以提供煤热解所需的热量(Seglin与Bresler给出的比例为5％)，该工艺中，煤热解产生的大量焦炭其实没有被很好的加以利用。煤热解过程产生的过量半焦是包括COED工艺及US5,961,786所公开的工艺在内所有快速热解技术都面临的一个挑战。为了防止过量焦炭的产生，可以将该工艺流程延伸一步，即将热解工艺与流化床气化炉组合。另外,在COED工艺以高温气体作为热载气，为防止粘结煤结焦，采用了多容器气固逆流的方式来加热固体，在两个热解炉中，热载气的温度与固体的温差介于75到200℃之间。很可能由于这个原因使COED的焦油产率在11-22wt％。但由于气体热载体不会使物料快速升温，此工艺的焦油产率低于快速热解所能达到的焦油产率。迄今为止，给热解供热的方法有两种：用气体作为热载体和固体作为热载体。用气体作为热载体，操作相对简单，但加热速度低，焦油产率也低。用固体作热载体，加热速度快，焦油产率高，但操作困难。同时用固体作为热载体，还要额外的气体来流化热解炉，从而进一步增加操作困难。不管用气体还是固体做热载体，只要热载体的温度高都会降低焦油的产率。专利US4,186,079中，Roberts等人公开了一种对减压沥青进行热解，以制取重质及轻质液态产品、气态烃与焦炭的工艺方法。这是一个典型的用固体作为热载体的例子。该工艺中包括热解炉、气化炉和焚烧炉。将重油加入到热解炉中，将热解炉产生的半焦投入焚烧炉中进行燃烧，分离出来的重质油送到气化炉，焚烧炉加热的高温热固体送到气化炉的作为热源来气化重质油品。气化炉中产生的高温固体温度高达1900℃，进入热解炉作为热载体，将所携带的热量用于热解反应。虽则该工艺对减压沥青的热解在理论上和实践中可能行得通。由于沥青质比固体物料容易裂解，热解过程不会产生大量的焦炭，因此，焚烧炉的热量不会大量过剩。但是对固体物料而言，其实施的难度仍然较大。如果将该工艺用于煤热解，热解炉大约会产生60～70％的焦炭，焚烧炉中燃烧这些焦炭所释放的热量将远大于气化炉用来气化重质焦油所需的热量。当然也会大于热解炉所需的热量。因此导致热解炉、气化炉与焚烧炉三个反应器的热量平衡很难保持。和其他以固体作为热载体的工艺一样，热解炉也需要额外的流化气，增加了操作的复杂性。同时，当高温热载体和原料接触也会降低焦油产率。此专利没有给出如何维持热解炉、气化炉与焚烧炉三个反应器的热量平衡，而工业经验普遍认为煤热解所需热量约占焦炭燃烧释放能量的5％～10％。在该集成装置中，涉及固体产物在三个反应器内的循环：热解炉中产生的半焦进入焚烧炉，焚烧炉的热固体作为热载体进入气化炉，气化炉中产生的高温固体又作为热载体进入热解炉。要实现固体物料在三个反应器中的连续循环就要求每一个循环回路都有较高的固体颗粒捕集效率。任一个颗粒捕集设备中捕获颗粒的流失都会导致整个工艺循环难以实现。三个反应器间固体颗粒的循环还要求格外注意三个反应器的压力平衡。任一反应器运行状况不佳，都将导致整个集成反应装置体系的正常运行陷入困境。这里还有一个潜在的问题，那就是在大约1000℃的高温及较高的固体物料循环流速条件下，通过任何一种价格合理的机械式阀门来实现燃烧室及气化炉中固体流量的精准控制都是不现实的。另外一个更加严峻的现实情况是，所有类似的集成工艺中的焚烧炉中都会产生大量的烟气。现如今，出于环保要求，焚烧炉中排放的烟气中所含的亚微米级颗粒物、NOx、SOx、汞蒸汽、二噁英、游离态氯及氟都要被去除。后续的污染物处理工序又会导致该集成装置的经济性降低。专利US8,217,210同样因面临这样的缺陷而无法付诸实践。实际上，基于环保要求，所有集成热解装置应该尽量避免污染性烟气的产生。Davis等人的专利US3,988,2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：包括集成反应系统、循环回料系统以及深度分离净化系统（24）；所述的集成反应系统包括气化段（7）和快速热解段（4），其中气化段（7）经高温煤气管道（5）和夹带颗粒管道（6）与快速热解段（4）相连通，快速热解段（4）的原料入口经进煤管线（3）与进料系统（2）相连通，在气化段（7）上开设有固体循环通道（18），快速热解段（4）的一个出口经循环颗粒管道（16）与固体循环通道（18）相连通，气化段（7）下端还经管路与氧气（20）或空气（28）及蒸汽（21）的混合气体相连通；所述的循环回料系统包括经气固混合物流管道（13）与快速热解段（4）出口相连通的惰性颗粒分离器（14），惰性颗粒分离器（14）的分离出的惰性颗粒经惰性颗粒管道（15）与快速热解段（4）相连通，惰性颗粒分离器（14）的另一出口经管道与含碳颗粒分离器（22）的入口相连，含碳颗粒分离器（22）分离出的含碳颗粒经含碳颗粒管道（19）与气化段（7）相连通，经含碳颗粒分离器（22）分离出的初级净化气（23）送入深度分离净化系统（24），经分离后的油品、合成气分别经油品管道（25）及合成气管道（26）送出。...

【技术特征摘要】
1.一种粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：包括集成反应系统、循环回料系统以及深度分离净化系统(24)；所述的集成反应系统包括气化段(7)和快速热解段(4)，其中气化段(7)经高温煤气管道(5)和夹带颗粒管道(6)与快速热解段(4)相连通，快速热解段(4)的原料入口经进煤管线(3)与进料系统(2)相连通，在气化段(7)上开设有固体循环通道(18)，快速热解段(4)的一个出口经循环颗粒管道(16)与固体循环通道(18)相连通，气化段(7)下端还经管路与氧气(20)及蒸汽(21)、或空气(28)及蒸汽(21)的混合气体相连通；所述的循环回料系统包括经气固混合物流管道(13)与快速热解段(4)出口相连通的惰性颗粒分离器(14)，惰性颗粒分离器(14)的分离出的惰性颗粒经惰性颗粒管道(15)与快速热解段(4)相连通，惰性颗粒分离器(14)的另一出口经管道与含碳颗粒分离器(22)的入口相连，含碳颗粒分离器(22)分离出的含碳颗粒经含碳颗粒管道(19)与气化段(7)相连通，经含碳颗粒分离器(22)分离出的初级净化气送入深度分离净化系统(24)，经分离后的油品、合成气分别经油品管道(25)及合成气管道(26)送出；所述的混合物料入口在原料煤(1)进料口的下部至少1米处；所述的进煤管线(3)喷注进料线速度为50～150m/s，同时进料口有一个向上的与竖直方向呈小于45°的倾角。2.根据权利要求1所述的粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：所述的气化段(7)的下端经高温灰渣管道(9)与灰渣处理器(8)相连通，灰渣处理器(8)烟气经烟气管道(10)与气化段(7)相连通，灰渣处理器(8)的下端设置有冷却器(11)，且灰渣处理器(8)还经管道与氧气、空气及蒸汽的混合气体相连通。3.根据权利要求1所述的粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：所述的循环颗粒管道(16)上还安装有料位控制器(17)，且位于料位控制器(17)后端的循环颗粒管道(16)还与吹扫气(27)相连。4.根据权利要求1所述的粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：所述的固体循环通道(18)的数量为1～16条。5.根据权利要求1所述的粉煤制取油品及合成气的集成装置，其特征在于：所述的快速热解段(4)为循环流化床热解炉，快速热解段(4)的操作压力为0.12～1MPa，操作温度为450～850℃。6.根据权利要求1所述的粉煤制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，李大鹏，王宁波，
申请(专利权)人：刘国海，李大鹏，王宁波，
类型：发明
国别省市：陕西;61