无热载体蓄热式旋转床低温热解技术

无热载体蓄热式旋转床低温热解技术郭启海，丁力，张顺利，吴道洪北京神雾环境能源科技集团股份有限公司摘要：北京神雾集团无热载体蓄热式旋转床低温热解技术与现有技术比，具有以下显著特点：采用北京神雾集团的蓄热式节能燃烧技术，热效率高，可以使用低热值煤气（700kcal/Nm3以上）作为燃料；采用内置外热式辐射管传热，传热均匀性好，热解速度快，热解室与燃烧室隔离，热解挥发物与燃烧烟气不相混合，煤气成分较纯，富产气体热值高4000kcal/Nm3以上），后续冷却、净化装置负荷相对减小；采用旋转床装置进行热解，物料均匀布置到底料板后，物料随底料板在炉膛内旋动，没有翻滚、搅动等，对物料强度、粒度要求不高；旋转床热解装置易实现单体扩大，单炉产量高，适于大规模推广。关键词：褐煤；无热载体；热解；旋转床；蓄热式燃烧；辐射管。1前言随着我国国民经济的快速发展，石油消费迅速增长，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，缺油、少气、富煤的资源赋存现状，决定了在相当长时期内，煤炭在我国能源消费结构中的比例不会低于60%。全世界的褐煤储量约为4万亿吨，占全球煤炭储量的40%［1］。我国褐煤资源丰富，据2010年底的统计，中国探明的煤炭储量约为1145xl08t，其中次烟煤和褐煤约占46%［2］，褐煤已经成为我国能源生产和供应的重要组成部分，随着煤炭产量的逐年增长，在能源构成中的比重将进一步增加。褐煤是煤化程度最低的煤种，具有水分含量高，挥发分高，不粘结，易风化变质，含原生腐殖酸，含氧高，化学反应性强，燃点低，热稳定性差等主要特点。根据褐煤资源的特点，如何实现褐煤洁净高效燃烧？如何实现褐煤清洁利用，这些问题一直困扰着褐煤的开发和利用［3,4］。北京神雾环境能源科技集团股份有限公司本着发展循环经济理念，发挥低变质煤的煤质特点，经过多年技术积累，研发出无热载体蓄热式旋转床低温热解技术，将低变质煤转化成优质油品、优质化工原料气、优质半焦，并进一步转化为高附加值冶金和化工产品。2技术简介神雾集团根据褐煤热解工艺需要，结合在冶金行业已成熟应用的具有自主知识产权的蓄热式转底炉和蓄热式辐射管燃烧等技术，首次将转底炉技术和蓄热式辐射管燃烧技术应用在化工行业，在将冶金行业和化工行业成熟技术相结合的基础上，开发设计出满足煤、油页岩、废旧轮胎、垃圾、生物质等原料热解需要的连续式热解反应器。该旋转床的床内温度可精确控制，且热解过程中产生的高温油气通过油气快速导出装置部分快速排出，实际使用性能既满足了热解充分、油气产率高，又实现了安全、环保、节能的要求。无热载体蓄热式旋转床热解系统如图1所示，由原料预处理单元、热解单元、熄焦单元和油气冷却分离单元组成，包括原料破碎装置、筛分装置、干燥装置、进料机、辐射管加热装置、旋转床、出料机、高温强制对流装置、油气冷却器、油水分离器等部分。! 源科预i!原煤 卜破碎• 卜|筛分 •十燥 h成型装置||* —T- ——p 'MI(krnnn I热解单兀 |1O换詈4 】 !熄焦小元 打 / I提质煤*_|熄焦装置卜出出料装置R——礴除二强制对流装置|；11111讣温油气快速输甲装萱焦油4——1油气冷却分离单元1r=!11高温汕气高温油气快1冷却装置■速输山裝置11煤气4——111图1无热载体蓄热式旋转床热解系统其中无热载体蓄热式旋转床反应器是这一系统的核心设备，该设备的开发设计既需要满足入炉热解充分、油气产率高的要求，又要实现安全、环保、节能的要求。图2是无热载体蓄热式旋转床横截面结构示意图，物料依次经过旋转床的装料区、预热区、加热区、均热区和出料区，在500〜650°C下发生热解反应，得到焦油、煤气气和半焦产品。原煤热解生成的小分子烃类和煤气，在引风机的作用下，从炉膛顶部或炉膛侧面多处油气出口快速采出，进入高温油气冷却系统，极大缩短了高温油气在炉膛里面的停留时间，保证了焦油的高收率。热解过后的提质煤通过出料装置输送到喷雾熄焦系统。在旋转床热解反应器中，用多点布置、精确可调蓄热式辐射管辐射加热，保证了煤层快速、均匀受热。通过控制旋转床的布料板的旋转速度，以控制物料的反应时间。通过控制辐射管燃气量，实现炉膛温度的精确调节。图2无热载体蓄热式旋转床横截面结构示意图3技术特点无热载体蓄热式旋转床低温热解技术，高度关注节能、降耗、减排的同时，在热解装置大型化、连续稳定化运行思路和技术上有所突破，有效解决了诸如结构设计技术、材料技术、高温密封技术、高温油气分离技术等关键技术问题。与现有技术比，北京神雾集团无热载体蓄热式旋转床低温热解技术具有以下显著特点：八、、•（1）采用北京神雾集团的蓄热式节能燃烧技术，热效率高，可以使用低热值煤气（700kcal/Nm3以上）作为燃料；（2）采用内置外热式辐射传热，传热均匀性好，热解速度快，热解室与燃烧室隔离，热解挥发物与燃烧烟气不相混合，煤气成分较纯，后续冷却、净化装置负荷相对减小；3）采用旋转床装置进行热解，物料均匀布置到底料板后，物料随底料板在炉膛内旋动，没有翻滚、搅动等，对物料强度、粒度要求不高，原料广泛，褐煤、长焰煤、烟煤、垃圾、生物质、废旧轮胎等均可作为原料；热解过程中无其它杂质引入，富产气体热值高(4000kcal/Nm3以上)；生产过程清洁环保，过程中产生的许多有害物质可以控制、回收，对周围环境基本无污染；(6)旋转床热解装置易实现单体扩大，可通过加大设备规模增强处理能力，单炉产量高，适于大规模推广。4结论北京神雾集团以市场需求为向导，以节能减排和资源综合利用为研发目标，制定可持续发展的技术开发战略，始终立足原始创新和集成创新，专注高效燃烧技术，利用深度技术研发和工业化推广应用，在非常规矿石资源/化石能源、固废及再生资源的高效利用方面提供节能、环保、经济的综合解决方案。在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视。神雾集团自主研发的无热载体蓄热式旋转床低温热解技术的推广，对褐煤资源清洁高效利用领域的开拓具有重要意义，符合我国可持续发展战略和节能减排要求，同时也极大的缓解了中国对国外能源的过度依