一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法，该系统由热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV有机连接而成。该系统耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，实现了气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料用以加热热载体为气化过程提供热量，热解过程和燃烧过程未消耗高品位热解煤气，避免采用高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，有效利用中高热值热解气，提高了煤气热值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤炭利用领域，特别是涉及。
技术介绍
我国的能源消耗目前以及今后很长一段时间都是以煤炭为主。我国煤炭贮藏和开采的品种有大约50%属于低阶煤，主要包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等。伴随中国机械化采煤技术发展，开采出的煤炭中含碎煤率高达70 %?80 %，块煤所占比例极少，碎煤量越来越大，而且碎煤价格比块煤要便宜的多。这一客观条件造成当前许多单位都在大力开发适合低阶碎煤利用的新技术。传统碎煤利用技术往往只重视于单一热转化过程(如碎煤气化技术、碎煤热解技术或碎煤燃烧技术)，造成低阶碎煤资源利用极大浪费。中国专利CN101611123B，CN1754945A，CN1958742A提出了碎煤气化耦合燃烧技术，如图1所示，它将传统单一煤气化过程中同时存在的燃烧和热解气化过程完全分开，在两个反应器内完成上述两个过程，通过两个反应器间循环的热载体为气化过程提供热量获取中高热值煤气和高压过热蒸汽。但该技术实施过程中会直接导致碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850°C)下发生热裂解，影响焦油产率(视热解气停留时间确定，焦油产率在3.5?8.0wt/% )，造成煤炭资源利用浪费。中国专利CN101781583A提出了煤热解耦合气化技术，如图2所示，它的反应器由流化床和输送床耦合为一体，通过将煤的进料位置固定在流化床上部实现煤热解和气化过程在单一反应器内耦合，热解气和气化煤气混合形成气化煤气。但该技术存在高价值热解焦油在高温度气化气下发生热裂解，影响焦油产率等不利因素，而且存在输送床中高操作气速会夹带大量热解的焦粉，为后续焦油和焦粉分离造成困难。中国专利CN101294092A提出了煤热解气化耦合燃烧技术，该技术由热解反应器、气化反应器和燃烧反应器组成，如图3所示，它主要通过燃烧反应器内循环热载体为气化反应器气化过程和热解反应器热解过程供热，同时气化反应器通过供给氧气引起内部燃烧可弥补热载体不足以提供气化反应热。但是该技术工艺，首先未解决后续加工焦油和焦粉分离问题，亦未充分考虑气化过程煤气余热回收利用，且热解过程和燃烧过程燃用中高热值的热解气体，造成高品位产品浪费；其次，燃烧过程用于为气化过程和热解过程供热的热载体通过气固分离装置的料腿直接返料至气化反应器和热解反应器的浓相床层，存在操作浓相床层突然消失，热解气和气化煤气进入气固分离器与热烟气混合易造成爆燃或者爆炸隐患。
技术实现思路
基于上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供，解决碎煤分质分级梯级利用过程中普遍存在的:碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850°C)下发生热裂解造成焦油产率低，高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难，热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用不好以及循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性低等问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，包括:热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器1、气固分离器I1、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器I1、空气预热器1、返料机构1、返料机构I1、返料机构III和返料机构IV ;其中，所述热解反应器的浓相段设置碎煤入口，该热解反应器上部设置所述颗粒除尘器，所述颗粒除尘器与所述换热器和所述水洗塔依次连接；所述换热器设有重质焦油出口，所述水洗塔设有轻质焦油和热解气与煤气出口；所述热解反应器的半焦和热载体出口经所述返料机构III与所述气化反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的气化煤气出口与所述气固分离器II的进口相连，所述气固分离器II的半焦出料口与所述气化反应器的半焦入口相连，所述气固分离器II的煤气出口与所述余热锅炉相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口一经所述返料机构IV与所述热解反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口二经所述返料机构II与所述燃烧反应器的半焦和热载体入口相连；所述燃烧反应器的出口与所述气固分离器I的进口相连，所述气固分离器I的热载体出口经所述返料机构I与所述气化反应器的热载体入口相连，所述气固分离器I的烟气出口依次与所述空气预热器II和空气预热器I连接，所述空气预热器II的热空气出口与所述气化反应器连接，所述空气预热器I的热空气出口与所述燃烧反应器相连；所述余热锅炉的煤气出口与所述热解反应器连接，所述余热锅炉的热蒸汽出口与所述气化反应器相连；所述颗粒除尘器的含半焦颗粒出口与所述燃烧反应器连接；所述换热器的热水出口连接至所述余热锅炉。本专利技术实施例提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用方法，采用本专利技术所述的系统，包括以下步骤:将碎煤经碎煤入口送入热解反应器中，在所述余热锅炉换热的热气化煤气和返料机构IV返料至所述热解反应器的半焦和热载体的作用下进行热解反应；热解反应器上部的颗粒除尘器去除热解反应器输出的由热解气与气化煤气形成的混合煤气中的焦粉，分离出的焦粉输送至燃烧反应器燃烧，分离焦粉后的混合煤气经换热器与水换热后进入水洗塔降温分离成干混合煤气和高纯度煤焦油输出；热解反应器中热解半焦和热载体通过返料装置III进入气化反应器作为气化反应的气化原料；气化反应器内半焦和热载体经返料装置II进入燃烧反应器燃烧，被加热的热载体经气固分离器I与热烟气分离，气固分离器I分离的热载体经返料装置I进入气化反应器为气化反应供热；气固分离器I分离出的热烟气通过空气预热器II对气化反应器所用的空气进行预热，通过空气预热器I对燃烧反应器所用的空气进行预热；气化反应器产生的热气化煤气经气固分离器II进入余热锅炉与来自换热器的预热水进行换热生成过热蒸汽，过热蒸汽部分进入气化反应器作为气化剂参与气化反应，一部分用于外供；气固分离器II分离的半焦颗粒返料至气化反应器浓相床进一步参与气化反应。本专利技术的有益效果为:通过利用多个返料装置将热解反应器和燃烧反应器与气化反应器有机连接，耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，实现了气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料用以加热热载体为气化过程提供热量，热解过程和燃烧过程未消耗高品位热解煤气，避免采用高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，有效利用中高热值热解气，提高了煤气热值；解决了碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(>850°C)下发生热裂解造成焦油产率低(3.5%?8.0% )问题，煤焦油产率可达9.5%?10.决和缓解了热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难以及解决了循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性的问题。通过设置余热锅炉解决了热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用问题，有效提高工艺过程热效率。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为现有技术的碎煤气化耦合燃烧技术示意图；图2为现有技术的煤热解耦合气化技术示意图；图3为现有技术的煤热解气化耦合燃烧技术示意图；图4为本专利技术实施例的低阶碎煤分质分级梯级利用系统示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，包括：热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV；其中,所述热解反应器的浓相段设置碎煤入口，该热解反应器上部设置所述颗粒除尘器，所述颗粒除尘器与所述换热器和所述水洗塔依次连接；所述换热器设有重质焦油出口，所述水洗塔设有轻质焦油和热解气与煤气出口；所述热解反应器的半焦和热载体出口经所述返料机构III与所述气化反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的气化煤气出口与所述气固分离器II的进口相连，所述气固分离器II的半焦出料口与所述气化反应器的半焦入口相连，所述气固分离器II的煤气出口与所述余热锅炉相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口一经所述返料机构IV与所述热解反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口二经所述返料机构II与所述燃烧反应器的半焦和热载体入口相连；所述燃烧反应器的出口与所述气固分离器I的进口相连，所述气固分离器I的热载体出口经所述返料机构I与所述气化反应器的热载体入口相连，所述气固分离器I的烟气出口依次与所述空气预热器II和空气预热器I连接，所述空气预热器II的热空气出口与所述气化反应器连接，所述空气预热器I的热空气出口与所述燃烧反应器相连；所述余热锅炉的煤气出口与所述热解反应器连接，所述余热锅炉的热蒸汽出口与所述气化反应器相连；所述颗粒除尘器的含半焦颗粒出口与所述燃烧反应器连接；所述换热器的热水出口连接至所述余热锅炉。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓平，侯傲，霍锡臣，冯娜，
申请(专利权)人：北京雷浩环保能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11