[发明专利]一种设置超前混合分离步骤的碳氢粉料的分级热解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设置超前混合分离步骤的碳氢粉料的分级热解方法，在超前混合分离步骤，第二固体热载体R20KS和使用固体热载体的上行提升管一级热解反应过程产物R10P中的一级热解半焦R10PS完成初步混合后进入二级热解反应器的反应空间进行下行流化床热解反应，可实现气流驱动的固固高效混合过程从而提高二级热解反应器的反应空间的反应效率，适合于低变质煤粉的热解过程，旋风分离器分离出的一级热解半焦和第二固体热载体的混合料进入二级热解反应器的反应空间进行传热热解，同时与自下而上流动的高温气体逆流接触进行焦油气置换气提；脱气后的最终热解半焦去流化烧焦过程R50，R50通常向热解过程提供固体热载体。

背景技术

本发明所述碳氢粉料粉料，指的是在本发明所述热解过程可以产生含油蒸汽的含有碳元素、氢元素的粉料，比如挥发分含量高的低变质煤粉。

现代化大型煤矿比如低变质煤矿通常采用机械化综采技术以提高采煤效率、降低成本，其煤炭采出品中的粉煤产率约为60～70％，成为主体产品，因此粉煤的深度转化和综合利用技术必将占据现代低变质煤炭利用技术的主体地位，粉煤加工的一个分支领域是“粉煤分质分级利用”，其中粉煤低温热解被视为有经济竞争力的技术途径。

本发明所述粉煤低温热解过程，指的是以多产煤焦油为工艺目标的在适宜低温范围内操作的粉煤热解过程。

粉煤低温热解过程的主要产品是焦油、煤气、半焦，其中焦油被认为是潜在经济价值最大的产品，通常期望提高其产率和或氢含量。

粉煤热解商业化技术的主要目标是：提高粉煤高价值组分提取率(或提高粉煤高价值产品收率)、提高单套装置加工量、降低单位能耗、提高技术的可靠性和可控性；因此，只有在上述一个或几个目标上取得显著突破，才能支撑工业技术的经济性，并最终成为主流的粉煤热解商业化技术。

目前为止，多个工业国或大型商业公司对粉煤热解技术进行了研究开发，已经提出多种工艺如德国鲁奇-鲁尔工艺L-R工艺、美国Toscoal工艺、美国COED工艺，但是尚无大型商业化装置的成功案例。

上述典型粉煤热解技术，从工程技术角度讲，无法全面或大体消除下述缺陷，根源在于没有将实现不同目标的技术手段合理融合集成：

①热解反应的热力学机制不清晰，单个热解反应过程的主体操作温度位于超过500℃的狭窄温度范围，不具备分级热解功能，无法兼顾粉煤不同温度阶段的热解反应的差异，缺乏煤热解过程的并行反应、串联反应的反应深度的选择性控制能力，导致焦油收率低、氢含量低；

②热解反应工业过程的供热方式不合理、流体力学特性不合理及设备结构不合理，导致运转周期太短即可靠性差，不易实现大型化，导致单位加工量投资大；

③热能回收系统集成度太低，导致系统热效率低；

④热解步骤集成度太低，操作步骤多，系统复杂可靠性差。

通常，挥发分含量高的煤的不同的热解反应存在于如380～680℃的较宽的热解温度范围内，就反应类型而言，粉煤热解过程存在众多的并行反应和串联反应，就指向不同目标产品的途径方向而言，主要有煤的大分子产生更小分子量产物(煤气和焦油)的热裂解反应(包括一次热裂解反应、热裂解产物的二次热裂解反应)和煤热解过程的2个或多个中间产物自由基缩合为大分子量产物的缩合反应，因此，为了提高焦油收率、提高焦油氢含量，一方面需要增加产生焦油的煤的热裂解反应，一方面需要抑制焦油产物的二次缩合反应。

COED工艺采用的多段热解方法，分级热解反应条件符合煤的逐级升温分级热解要求，热解焦油的收率能达到18～22％且品质优良，但是，该方法包含的操作步骤太多、系统复杂、可靠性差；加之煤干馏过程供热方式仅使用了气体热载体而没有使用固体热载体，其传热速度较低，反应空间体积必然庞大，不利于大型化。