[发明专利]含碳固体燃料热解的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及含碳固体燃料热解领域，具体而言，涉及一种内热式热解系统及其方法。

背景技术

随着石油资源的日益匮乏，为保证现代工业对能源的需求，人们逐渐将目光转向石油的替代能源——煤。目前，煤热解方法是煤化工领域的研究热点，煤热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛中，受热分解生产气态煤气、液态焦油和固态半焦的过程。煤气的主要成分包括H₂、CO、CO₂和CH₄，半焦作为水分含量较少以及热值更高的燃料使用，焦油可加工提取高附加值的精细化学物。

内热式热解方法通常采用气体热载体或固体热载体向煤热解过程供热，美国专利US5401364公开了一种煤热解制高热值的半焦和焦油的方法，该方法利用气体热载体进行煤的干燥和热解。中国专利CN102010728公开了一种煤热解制取半焦、焦油和煤气的方法，该方法采用固体热载体加热方式，通过粒度分级方法将热解产生的半焦与热载体混合物中的大颗粒半焦作为产物分离出来，同时副产焦油和中热值煤气。

但是，由于气体热载体加热方式对气体的循环比值要求较高，因此需要较大的风力供给，同时气体热载体中含有大量的惰性气体，这些惰性气体也会进入干燥器和热解装置中，导致气体热载体的热值较低并且难以保证其燃烧的稳定性，进而导致出炉煤气的热值较低；在热解完成之后，气体热载体会随着焦油进入焦油回收单元，但是由于气体热载体中大量惰性气体的存在，造成焦油分压低进而引起焦油回收率低。

固体热载体加热方式克服了气体热载体所存在的弊端，但是又存在新的问题，由于固体热载体循环量大，单纯依靠固体热载体供热使得热解装置操作条件难以调节；而且，由于缺乏气体载体吹扫作用，气态产物在热解装置中停留时间长，焦油易发生二次反应，导致焦油产率降低。

发明内容

本发明旨在提供一种热解含碳固体燃料热解制固体、液体和气体燃料的系统及方法，提高了焦油的产率、得到了中热值煤气、并使煤热解过程便于操作和控制。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于热解碳质材料含碳固体燃料的系统，该系统包括：热解装置，于其中碳质材料含碳固体燃料利用固体热载体和气体热载体的热量进行热解产生粗热解气和固态产物，固体热载体和气体热载体的引入量使得固体热载体和气体热载体的热容热量均不足以单独供给碳质材料含碳固体燃料热解所需的全部热量；固态产物回收单元，与热解装置连通，用于将固态产物冷却和/或钝化；液态产物回收单元，气相连通热解装置，接收热解装置产生的粗热解气，并对粗热解气进行冷凝，以获得液态产物和可燃气体；和热载体供应单元，与热解装置连通，并输出气体热载体和固体热载体至热解装置中。

优选地，固态产物回收单元与液态产物回收单元连通，来自液态产物回收单元的部分可燃气体在固态产物回收单元中与固态产物和/或固体产物与固体热载体的混合物换热。

优选地，固态产物回收单元包括：第一固体分离器，与热解装置连通，用于分离固态产物和固体热载体，可燃气体自第一固体分离器的下部引入，通过吹扫与固态产物和固体热载体的混合物换热，并强化分离固态产物和固体热载体；和冷却装置，冷却和/或钝化分离出的固态产物。

优选地，热载体供应单元包括燃烧器，于其中燃烧一部分换热后的可燃气体产生燃烧尾气，至少部分燃烧尾气作为气体热载体引入热解装置中；和热载体供应单元还包括固体热载体加热单元，与固体产物回收单元连通，用于使固体热载体加热为高温固体热载体并将高温固体热载体输送至热解装置中。

优选地，一部分换热后的可燃气体被送入燃烧器中燃烧产生燃烧尾气，另一部分换热后的可燃气体与一部分燃烧尾气混合后作为气体热载体进入热解装置。

进一步优选地，上述系统还包括干燥器，于固体热载体加热单元中，固体热载体和/或外来燃料燃烧产生高温固体热载体和热烟气，热烟气、燃烧尾气的另一部分以及干燥尾气一同作为干燥介质引入与热解炉连通的干燥器中。

进一步优选地，系统还包括设在干燥器和热解装置之间的混合器，于其中混合来自干燥器的碳质材料含碳固体燃料和来自热载体供应单元的高温固体热载体。