[发明专利]一种使用循环流化床工艺的粉料热解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用循环流化床工艺的粉料热解方法；特别地讲，本发明涉及一种气体热载体(如气化过程产生的合成气或炭化过程产生的炭化气等)与粉料的循环流化床热解制油过程的组合方法，用于实现粉料如煤、油页岩、油砂等的清洁高效热解。

背景技术

本发明所述的粉料热解，通常指粉料受热分解为气体和固体的过程。本发明所述粉料通常为在加热条件下可以产生烃类蒸汽的有机粉料，包括粉煤、煤矸石、油页岩、油砂、生物质和废旧塑料等。

本发明所述的粉煤热解，指的是对所述粉煤实施加热处理、使其解析出挥发份完成部分气化获得热解气和半焦的热加工过程，热解气通常含有油蒸汽和可燃不凝气如H₂、CO、CH₄等中的一种、两种或多种组分，热解气经冷凝后可以得到常规液体烃。

已知的粉煤流化床热解方法多为单程通过式，其缺点在于流化床热解室无法提供足够长的停留时间即无法提供足够长的热解时间，因为足够长的停留时间意味着低的流化速度和或高的流化床层高度，由于粉煤的颗粒度局限于0～13毫米，其流化速度存在一个临界极限低值，为了保证流化床的稳定，流化速度必须高于临界极限低值。由于粉煤存在一定粒度分布，在一次通过式粉煤流化床热解室中，大粒子比表面积小、受到的气体摩擦力与自重的比值小，在流化床热解室中上行速度慢，停留时间长；小粒子比表面积大、受到的气体摩擦力大，在流化床热解室中上行速度快，停留时间短。不同粒径的粒子在流化床热解室中的停留时间可以分为热解前预热时间、热解时间和半焦逃逸时间，半焦逃逸时间对提高热解效果作用较小，但是其颗粒碰撞会碎裂产生更多半焦细粉。很明显，在流化床热解室高度一定的条件下，如果刚好保证最大直径煤粉粒子的热解效果，则通常造成较小粒度煤粉粒子(也就是大部分煤粉粒子)的热解效果提前达到，半焦逃逸时间较长并制造更多微细焦粉，同时半焦逃逸时间越长，流化剂对颗粒做的无效功越多，微细焦粉产量越大，与煤气的分离就越困难。另一方面，在流化床热解室高度一定的条件下，为了降低微细焦粉产量，需要降低大多数粒子的半焦逃逸时间，如果仅保证某一特征煤粉粒子直径(大于最小粒径而小于最大粒径)及其更小粒子的热解效果，则通常造成大于特征煤粉粒子直径的煤粉粒子的热解不充分。也就是说，在流化床热解室中存在热解深度和制造过量微细焦粉的矛盾：欲保证热解深度，则必然产生大量微细焦粉；欲降低微细焦粉产量，必然降低热解深度。再者由于流化床热解室没有大粒子的返混，煤粉的预热主要通过气固传热，远较固固传热效果差，为了保证最大直径煤粉粒子的热解效果，需增加流化床热解室的高度，导致流化床热解室高度较大。这是一次通过式粉煤流化床热解室存在的一大缺点。

已知的粉煤流化床热解方法多为单程通过式，一种是气流床热解方法，即一定粒度分布的热态粉煤原料进入流化床下部，在高温流化气体作用下，自流化床下部向上移动，在一次通过式粉煤流化床热解室中，全部半焦产物自流化床热解室顶部排出。如专利申请号200310116687.7油页岩类物质流化床热解及脱碳工艺和专利申请号200610151086.3煤流态化加氢液化方法公开的内容，粉煤热解路线为单程通过，流化床热解室不设置半焦外循环，内部也几乎不存在煤粉/半焦内循环。

另一种粉煤流化床热解方法也为单程通过式，煤料加入流化床热解室，小颗粒半焦自流化床热解室顶部随热解气排出，大颗粒半焦自流化床热解室下部排出。此类方法有浙江大学的申请号为200910153522.4循环流化床煤分级转化煤气焦油半焦多联产装置及方法，涉及一种粉煤热解工艺，采用常压流化床热解炉，其流化气体为返供的热解煤气。流化床热解室顶部排出的气固物流，经分离器分离为煤气气体和顶出半焦固体，顶出半焦固体进流化床气化炉，没有返回流化床热解室的半焦循环系统。热解吸热为流化床气化炉产生的循环料(由半焦、循环灰组成)固体热载体，热解炉下部连接有热载体来料管道，底部连接有输送半焦和煤灰至气化炉的送料管道。在组合系统中，热解过程总体上属于一次通过流程，不同粒径粉煤的热解时间没有控制，热解室底部排除的半焦和顶部排出的半焦夹带部分热解不充分的生焦，焦油收率较低。未完成预期热解深度的半焦直接进入气化炉，其焦油组份直接气化为合成气，又降低了油品收率。