煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统技术方案

本发明专利技术提供一种煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统，该系统包括原煤预处理系统、煤热解系统、煤焦化学链气化系统和载氧体空气再生系统。化学链气化单元以热解半焦为原料，载氧体晶格氧为氧源，反应得到合成气和还原态载氧体；热解单元采用流化床为热解反应器，气固两相热载体为热源，热解煤气与高温气化合成气换热后，作为气体热载体循环，同时具有一定催化作用的还原态载氧体作为固体热载体补充热量；经磁选分离的还原态载氧体进入空气再生反应器，再生为氧化态。本发明专利技术以煤为原料，通过载氧体的载氧、催化及载热能力，将煤热解与化学链气化耦合同时制取焦油和合成气，实现煤炭梯级利用，具有碳转化率高、系统能耗低、环境友好等优点。环境友好等优点。环境友好等优点。

【技术实现步骤摘要】
煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统


[0001]本专利技术涉及一种煤炭梯级转化联产焦油和合成气工艺系统，可用于煤炭清洁高效利用领域，尤其涉及煤干馏、焦油催化重整、化学链联产油气系统。

技术介绍

[0002]作为我国储量最为丰富的化石原料，在我国一次能源消费结构中占据着主导地位。然而，我国在煤炭资源的开发和利用过程中仍存在着环境污染，利用效率低等一系列问题。如何解决煤炭资源的可持续发展问题已经迫在眉睫。针对当前我国对煤炭能源的利用现状，改善煤炭资源传统的利用方式，提高利用效率，减少环境污染，实现煤炭资源的清洁利用与低碳排放是中国能源产业结构可持续化发展的关键。
[0003]资源高效清洁利用的主要方式有煤炭的液化、煤热解及煤气化。其中煤气化是实现煤炭高效清洁利用的核心技术之一，且生产出的合成气广泛地应用于城市生活用天然气、工业生产用燃料气、合成气、还原气等方面，是现代煤化工工业的核心工艺。然而传统煤气化过程存在碳排放强度大、过程能耗高等亟待解决的问题，且煤的热解和气化在同一个反应器中进行，各子反应存在交互作用，对转化过程的合成气的定向选择性调控产生阻碍作用。
[0004]化工艺由载氧体的晶格氧取代传统富氧气化剂，参与气化反应制取合成气。与传统煤气化相比，空分装置被完全替代，能耗和成本显著降低；载氧体在再生反应器中释放大量的反应热，这些热量由载氧体带入气化反应器用于煤的气化，实现自热平衡；载氧体的参与会抑制煤气化过程中NO
X
、SO
X
的生成，更加高效环保。但目前针对化学链气化技术的研究还缺乏联合其他新兴清洁能源技术共同发力，充分发挥“1+1＞2”作用来推动清洁煤技术的发展，为我国煤炭资源开发利用发挥巨大推力作用。
[0005]煤热解耦合化学链气化工艺充分考虑了单独煤化工技术的优势和不足，实现了优势互补。主要表现在：1)相较于单一煤热解，耦合工艺不仅将煤热解阶段褐煤中高附加值的焦油资源提取出来，提高了煤炭转化利用经济性，而且考虑了传统煤热解所忽视半焦利用问题，将热值高、含碳量高的优质半焦作为化学链气化的原料，充分实现了煤炭资源元素利用的最大化；2)相较于煤单独化学链气化，耦合工艺既可以解决煤化学链气化过程中产生的焦油所导致的装置堵塞、载氧体结焦等问题，而且在煤气循环过程中，煤热解含酚废水作为水煤气变换反应反应物，既可以提高焦油品质，同时实现了煤热解废水“近零排放”；3)从能量整体利用效率上，耦合工艺充分考虑热解高温半焦以及气化高温合成气的能量利用问题，不仅实现了煤炭资源的梯级转化，还利用各反应单元的温度梯度，通过载氧体及气体的循环换热，实现能量的高效传递，提高能量利用效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的问题在于解决现有煤热解和煤气化技术的局限，提出煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统及方法，该系统基于煤热解工艺在制取高附加值化
学品的同时，以热解半焦作为化学链气化的固体燃料来制取合成气产品，既可以解决煤气化技术高成本以及煤化学链气化过程中产生的焦油所导致的装置堵塞及载氧体结焦等问题，还可以实现煤的梯级利用，同时利用各反应单元的温度梯度，通过载氧体及气体的循环换热，实现能量的高效传递，提高能量的利用效率。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统，包括原煤预处理系统、煤热解系统、煤焦化学链气化系统和载氧体空气再生系统；
[0009]原煤预处理系统，包括原煤料仓1、破碎制粉设备2、干燥反应器3、气液分离罐12和CO2吸收塔13；原煤料仓1中的原煤经破碎制粉装置2制成粒径为0.05～0.1mm的煤粉，与煤焦化学链气化系统中残碳燃烧反应器17产生的高温除尘烟气，在干燥反应器3进行混合干燥预处理；干燥反应器3中产生的含水废气经气液分离罐12分离出废水后，再经CO2吸收塔13分离CO2和N2，干燥后的煤样作为原料进入煤热解系统；
[0010]煤热解系统，包括进料料斗4、滑阀给料装置5、热解反应器6、两级旋风分离器22、第一旋风除尘器A7
‑
1、冷凝器8、储油罐9、电捕油器21、第一磁选分离装置A10
‑
1和第一换热器A11
‑
1；干燥反应器3预处理后的原煤依次经第一进料料斗A4
‑
1和第一滑阀给料装置A5
‑
1，与依次经第二进料料斗B4
‑
24
‑
24和第二滑阀给料装置B5
‑
2进料的还原态载氧体，一并进入内设两级旋风分离器22的热解反应器6，在热解反应器6中得到半焦、焦油和热解煤气；热解煤气和焦油混合物，从热解反应器6上出口端进入第一旋风除尘器A7
‑
1，经第一旋风除尘器A7
‑
1除尘处理后，焦油进入冷凝器8，经冷凝器8冷凝处理，存于储油罐9中；储油罐9出口处安装有电捕油器21，用于回收气体夹带的焦油；回收焦油后的热解煤气与煤焦化学链气化系统产生的高温气化合成气在第一换热器A11
‑
1进行换热后，作为气体热载体进入热解反应器6；半焦与还原态载氧体通过热解反应器6下出口端进入第一磁选分离装置A10
‑
1，经第一磁选分离装置A10
‑
1分离，半焦作为煤焦化学链气化系统原料，还原态载氧体至空气再生反应器18再生；
[0011]所述的热解反应器6为内热式流化床反应器，反应分为上下两段，下段为密相区，上段为稀相区，且内部设有两级旋风分离器22，旋风分离器22下端设有翼阀；热解反应器6温度为500～600℃，来自气化反应器的载氧体为Fe3O4，通过晶格氧的不断释放与补充，促进焦油催化裂化；经外部换热后650～750℃的热解煤气，作为气体热载体返回至热解反应器6，为热解反应提供热量；具有催化作用的550～650℃还原态载氧体，通过滑阀装置与煤样同时进入热解反应器6；冷凝器8的温度为120～150℃，提高焦油的品质，同时含酚废水为焦油轻质化提供氢源。
[0012]在煤热解系统，主要发生如下反应：
[0013]原煤干燥与轻微热解
[0014]原煤
→
干燥煤+废水，吸热反应。
[0015]煤热解
[0016]煤
→
半焦+焦油+热解煤气CO、CO2、H2、H2O、CH4等，吸热反应。
[0017]焦油催化重整
[0018]重质焦油+
‑
O
‑→
轻质焦油、轻质芳烃、苯酚、甲酚等，吸热反应。
[0019]煤焦化学链气化系统，包括射流装置14、气化反应器15、第一旋风分离器A16
‑
1、第
二磁选分离装置B10
‑
2、残碳燃烧反应器17和第二旋风除尘器B7
‑
2；经第一射流装置A14
‑
1进料的半焦，与经第二射流装置B14
‑
2进料的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤气循环煤热解耦合化学链气化联产油气的系统，其特征在于，该系统包括原煤预处理系统、煤热解系统、煤焦化学链气化系统和载氧体空气再生系统；原煤预处理系统，包括原煤料仓(1)、破碎制粉设备(2)、干燥反应器(3)、气液分离罐(12)和CO2吸收塔(13)；原煤料仓(1)中的原煤经破碎制粉装置(2)制成粒径为0.05～0.1mm的煤粉，与煤焦化学链气化系统中残碳燃烧反应器(17)产生的高温除尘烟气，在干燥反应器(3)进行混合干燥预处理；干燥反应器(3)中产生的含水废气经气液分离罐(12)分离出废水后，再经CO2吸收塔(13)分离CO2和N2，干燥后的煤样作为原料进入煤热解系统；煤热解系统，包括进料料斗、滑阀给料装置、热解反应器(6)、两级旋风分离器(22)、第一旋风除尘器A(7
‑
1)、冷凝器(8)、储油罐(9)、电捕油器(21)、第一磁选分离装置A(10
‑
1)和第一换热器A(11
‑
1)；干燥反应器(3)预处理后的原煤依次经第一进料料斗A(4
‑
1)和第一滑阀给料装置A(5
‑
1)，与依次经第一进料料斗B(4
‑
2)和第二滑阀给料装置B(5
‑
2)进料的还原态载氧体，一并进入内设两级旋风分离器(22)的热解反应器(6)，在热解反应器(6)中得到半焦、焦油和热解煤气；热解煤气和焦油混合物，从热解反应器(6)上出口端进入第一旋风除尘器A(7
‑
1)，经第一旋风除尘器A(7
‑
1)除尘处理后，焦油进入冷凝器(8)，经冷凝器(8)冷凝处理，存于储油罐(9)中；储油罐(9)出口处安装有电捕油器(21)，用于回收气体夹带的焦油；回收焦油后的热解煤气与煤焦化学链气化系统产生的高温气化合成气在第一换热器A(11
‑
1)进行换热后，作为气体热载体进入热解反应器(6)；半焦与还原态载氧体通过热解反应器(6)下出口端进入第一磁选分离装置A(10
‑
1)，经第一磁选分离装置A(10
‑
1)分离，半焦作为煤焦化学链气化系统原料，还原态载氧体至空气再生反应器(18)再生；煤焦化学链气化系统，包括射流装置、气化反应器(15)、第一旋风分离器A(16
‑
1)、第二磁选分离装置B(10
‑
2)、残碳燃烧反应器(17)和第二旋风除尘器B(7
‑
2)；经第一射流装置A(14
‑
1)进料的半焦，与经第二射流装置B(14
‑
2)进料的氧化态载氧体，一并进入气化反应器(15)，并补充气化剂CO2和H2O，发生气化反应制取合成气；气化产物从气化反应器(15)顶端的出口进入第一旋风分离器A(16
‑
1)，经第一旋风分离器A(16
‑
1)分离合成气与固相残余；高温合成气与煤热解系统产生的低温热解煤气，在第一换热器A(11
‑
1)中换热，回收热量后的合成气作为产品去罐区储存；固相残余经第二磁选分离装置B(10
‑
2)分离出还原态载氧体与未反应碳，未反应碳在燃烧反应器(17)充分燃烧产生的高温烟气，含尘烟气在第二旋风除尘器B(7
‑
2)中脱尘处理后，进入干燥反应器(3)，为原煤干燥提供热量；还原态载氧体部分返料至热解反应器(6)作为固体热载体和催化剂，其余还原态载氧体至空气再生反应器(18)氧化为高价态载氧体；载氧体空气再生系统，包括混合器(20)、空气再生反应器(18)、螺旋管式换热器(19)、第二旋风分离器B(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋民，单良，何德民，关珺，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：