[发明专利]一种褐煤直接干燥和热解一体化工艺和系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及褐煤直接干燥和热解一体化工艺和系统，特别涉及将褐煤干燥过程中产生的低压水蒸汽应用到后续的催化重整反应的工艺和系统，属于低品质煤清洁高效利用技术领域。

技术背景

我国煤炭的总储藏量达6000亿吨，居世界第三位，其中褐煤所占比例约为12.7%。褐煤是一种状态介于无烟煤和泥炭之间的煤炭，由于成煤时间短、水份较高（一般可达30%?60%）、挥发分高以及着火点低，使得其热稳定性差、化学活性高，发热量一般在4000kcal/kg以下。高含水率降低了褐煤的能量密度，给褐煤的输送和高效利用带来了很大困难，极大地限制了褐煤的开采规模。

利用褐煤化学活性高的特点，通过水蒸汽气化反应制备合成气，之后再用于合成一系列化学品是褐煤清洁利用的一条重要途径。传统的褐煤利用方案中，高含水率的褐煤在进入气化炉前须经过干燥预处理，如热风干燥，使其湿度降低到一定的范围。这种先干燥后利用的方案，不仅增加了设备投资，而且干燥工艺需要消耗更多的能量。此外，蒸汽气化所需的蒸汽则大多是通过辅助的蒸汽发生装置制备，干燥蒸发产生的大量低压水蒸汽也得不到利用，褐煤干燥气化反应过程能源重复消耗现象严重，能量利用率低，处理成本高。

胡国新等在Hydrogen-Rich Gas Production from Pyrolysis of Biomass in an Auto-generated Steam Atmosphere（ENERGY & FUELS， 2009， 23：1748-1753）中提出了湿生物质定向气化制取高浓度氢气的工艺，该工艺将湿生物质干燥和热解、蒸汽气化、高温原位CO₂分离集中在一个反应器内进行，使湿份干燥产生的自发蒸汽进行蒸汽气化，在获取产氢浓度较高的气化气的同时简化操作，降低能耗。郭烈锦等（专利CN 102126704A）在超临界水中进行生物质的催化气化，生物质的气化率可达到 100%， 气体产物中H₂的体积百分含量甚至可超50%，反应中没有焦油、木炭等副产品产生， 不会造成二次污染。对于含水量高的湿生物质可直接气化，不需要高能耗的干燥过程。但是，这些转化方式主要针对生物质制氢过程，不能制取燃气，或者制备合成气进行化工原料的合成。因此从改进蒸汽供给模式入手，采用褐煤高效清洁利用工艺制取燃气或合成气，将褐煤干燥过程所产生的低压水蒸汽应用到后续的气化重整反应过程，以节约能耗、减少设备用量及投资，具有十分重要的现实意义和较好的经济性。此前，未见褐煤直接干燥?热解一体化利用的报道。

 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种褐煤直接干燥和热解一体化工艺和系统，使得褐煤在自发蒸汽气氛内进行热解气化，省去了传统褐煤蒸汽气化应用中的干燥和蒸汽制备环节，提高了自发蒸汽的利用效率。

为了实现上述目的，本发明的一个技术方案为：

一种褐煤直接干燥和热解一体化系统，该系统由热解炉、高温催化裂解炉、缓冲罐、燃料料斗、鼓风机、旋风除尘器、水洗罐和活性炭过滤罐组成，所述的热解炉由内炉胆和外加热夹套组成，热解炉的内炉胆设有上顶进料口、上部出气口、底部出炭口和下部进气口，热解炉的加热夹套上设有下部烟气进口和上部烟气出口；高温催化裂解炉设有顶部进气口、上部烟气出口、底部出气口和下部燃料进口，高温催化裂解炉内装有催化剂；缓冲罐设有上部燃气进口、左侧燃气出口和右侧燃气出口；热解炉内炉胆的上部出气口连接高温催化裂解炉上部进气口，热解炉内炉胆的底部进气口连接缓冲罐左侧出气口，热解炉外加热夹套的下部烟气进口连接高温催化裂解炉的上部烟气出口，高温催化裂解炉的底部出气口连接缓冲罐的顶部燃气进口，高温催化裂解炉的下部燃料进口和燃料料斗的出料口联接，缓冲罐的右侧燃气出口连接燃气旋风除尘器的上部进气口，旋风除尘器出口和水洗罐进口联接，水洗罐出口和活性炭过滤罐进口连接。

作为本发明的进一步改进，所述的热解炉和高温催化裂解炉均由耐高温不锈钢制成，表面经耐热处理或内衬耐火层。

作为本发明的进一步改进，所述的高温催化裂解炉为列管式结构，粗煤气从其顶部进入，并在管程内受热产生催化裂解和水蒸气重反应；高温烟气在管外与粗煤气逆流流动，为裂解反应提供热量。

为了实现上述目的，本发明的另一个技术方案为：

一种褐煤直接干燥和热解一体化工艺，包括下列步骤：

S1.将燃料送入高温催化裂解炉内燃烧，产生的热量作为高温催化裂解炉的热源；