技术领域

本发明涉及煤化工技术领域， 具体地， 本发明涉及一种用于宽粒径分布煤的 干馏装置及方法。 背景技术

煤热解是所有煤转化过程中的基本反应，此过 程中得到的煤焦油是煤化学工 业的主要原料。 目前， 煤基替代油气及化学品的生产主要基于煤气化 或煤的催化 液化，但同时存在通过热解利用煤的组成与结 构特征制备替代石油、天然气以及 化学品的技术路线。计算表明， 利用煤炭本身的挥发分直接生产燃料油、燃气 与 传统技术路线相比可提高能效 10%-20%， 降低水耗 20%-30%， 减少 C0 ₂ 排放 0.3-0.9吨 /吨煤， 而通过热解与甲烷化生产合成天然气 （SNG)的效率可达 75%、 通过热解与加氢制备燃料油的效率可至 65%。

目前常见的干馏供热方式可分为内热式和外热 式。内热式技术是通过高温气 体（或固体）热载体直接与物料接触换热进行 热解。 内热式热解干馏技术具有传 热效率高， 且加热速率快， 受热均匀等优点。但目前存在的问题是以气体 热载体 直接加热时，对原料粒度要求比较高， 当处理小粒径碎煤时煤气和焦油的含尘量 高； 以固体热载体加热时，一般采用高温灰，高温 半焦等与煤颗粒直接接触换热， 但实际生产中热解气夹带灰尘严重， 使焦油质量变差， 严重时会造成管路堵塞。 为解决以上问题， 一些研究已经进行。 如： 专利 CN 101818071 A就是以高温灰 为热载体，通过将引入高温灰的管路改为多级 分枝形， 将固体热载体引入到反应 器中下部， 同时热解原料煤由上部加入到反应器内部， 加料的同时热载体的引入 管路会对原料进行预热。在热解过程中堆积在 反应器上部的煤料会对粉尘起到一 定的过滤作用。但该反应器结构复杂， 特别是如果遇到热解原料结焦等情况很容 易造成管路堵塞，引起换热不均匀等问题。外 热式技术是通过加热壁向物料传热， 物料层由外向内逐渐升温的过程。外热式热解 干馏技术由于不引入其他热载体介 质，因而获得的焦油含尘量相对较低、煤气热 值较高。但当热解原料粒径较小时， 由于其在设备内部堆积密实， 外部热源很难加热内部煤， 致使物料受热不均匀， 产生的热解气逸出阻力大、停留时间过长引发 二次反应加剧， 从而造成焦油产率 低、 重质油含量高、 品质差、 生产效率低等问题。 另一方面， 以目前的采煤技术 在采煤的过程中产生大量粒径 20 mm以下的碎煤， 寻找对其的有效利用方式具 有十分重要的意义。 专利 CN 102212378 A是通过在热解反应器内添加内构件对 加强小粒径含碳原料热解过程中的传热， 具有一定的效果， 但是， 该专利并未解 决热解气逸出阻力大、 停留时间过长的问题。

由以上分析可以看出， 目前宽粒径分布煤干馏过程存在的核心问题是 如何强 化其反应过程中的传质传热。 发明内容

本发明的目的在于，为了克服宽粒径分布煤在 外热式间接加热干馏装置内存 在的传热速率慢以及由于热解气逸出阻力大、 停留时间长而导致焦油产率低、品 质差的问题，提供一种用于宽粒径分布煤的干 馏装置。通过在热解反应器内设置 热解气体通道， 强化煤热解过程中的传质传热。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述干馏 装置的用于宽粒径分布煤的 干馏方法。

本发明的用于宽粒径分布煤的干馏装置， 包括： 半焦排出口 1、 燃烧加热室 3、 加煤口 5与热解气排出管 4， 其中， 所述干馏装置内还设置两层隔板， 该两 层隔板之间形成热解气体通道 2， 所述的隔板上设有孔隙， 形成燃烧层向热解气 通道 2的气体流路。

根据本发明的干馏装置， 其中， 所述隔板为带有筛孔的板材 9、 或由若干实 体板材 10平行间隔排列成百叶窗结构、或由若干管状� ��料 11平行间隔排列而成。

根据本发明的干馏装置，其中， 所述的热解气体通道 2上部封闭并与热解气 排出管 4相连通，通道上部与干馏装置顶盖之间留有� �距， 以便于加料过程中原 料可以均匀分布到热解气体通道 2周围。

根据本发明的干馏装置，其中， 所述热解气体通道 2的下端与干馏装置底盖 上设置的半焦排出口 1相连通，以便于反应完成后排除热解气体通� � 2中的半焦。

根据本发明的干馏装置， 所述干馏装置内还设置有若干板式内构件 6; 所述 板式内构件 6以垂直于干馏装置上下面的方式置于干馏装� �内，其中， 板式内构 件 6—端连接于加热壁 8且均匀分布于两加热壁 8上； 板式内构件 6自加热壁 8 向干馏装置内延伸至煤层内， 且不接触热解气体通道 2。

上述板式内构件 6与干馏装置底盖之间留有间距，以便于反应� �成后排除半 焦。 本发明的用于宽粒径分布煤的干馏装置组， 由若干干馏装置并联组成， 所述 的干馏装置包括： 半焦排出口 1、 燃烧加热室 3、 加煤口 5与热解气排出管 4， 其中，所述干馏装置内还设置两层隔板，该两 层隔板之间形成了热解气体通道 2, 所述的隔板上设有孔隙， 形成燃烧层向热解气通道 2的气体流路； 所述干馏装置 的热解气体通道 2上部与热解气排出管 4相连通，若干热解气排出管 4与总集气 管道 7相连通， 热解气相产物通过总集气管道 7排出。

根据本发明的干馏装置组， 其中， 所述隔板为带有筛孔的板材 9、 或由若干 实体板材 10平行间隔排列成百叶窗结构、或由若干管状� ��料 11平行间隔排列而 成。

根据本发明的干馏装置组，其中， 所述干馏装置内还设置有若干板式内构件 6； 所述板式内构件 6以垂直于干馏装置上下面的方式置于干馏装� �内， 其中， 板式内构件 6—端连接于加热壁 8且均匀分布于两加热壁 8上； 板式内构件 6 自加热壁 8向干馏装置内延伸至煤层内， 且不接触热解气体通道 2。

本发明的基于上述干馏装置的用于宽粒径分布 煤的干馏方法， 包括以下步 骤：

1 ) 热解煤经加煤口 5进入干馏装置内， 分别位于热解气体通道 2两侧；

2) 干馏装置一方面通过燃烧加热室 3对加热壁 8加热升温进而对热解煤加 热，另一方面通过热解气相产物向热解气体通 道 2移动过程中所携带热量对热解 煤加热；

3 ) 热解气相产物经热解气体通道 2壁面的孔隙汇集到热解气体通道 2中， 并经热解气排出管 4排出，然后进行热解气与热解油的分离处理� � 固态产物由半 焦排出口 1排出， 并做熄焦处理。

根据本发明的用于宽粒径分布煤的干馏方法， 其中， 所述干馏装置内还设有 板式内构件 6， 其中， 所述板式内构件 6伸入热解煤煤层， 热解煤层可以通过板 式内构件 6强化其中的传热传质。

根据本发明的用于宽粒径分布煤的干馏方法， 其中， 所述热解气排出管 4 管口处优选设置引风机，使管口与热解气体通 道 2之间形成较大压力差， 加速热 解气体排出。

根据本发明用于宽粒径分布煤的干馏方法，其 中， 所述干馏装置内含有板式 内构件 6时， 热解煤经加煤口 5加入装有热解气体通道 2的干馏装置内， 位于热 解气体通道 2两侧， 且使板式内构件 6伸入煤层。干馏装置一方面通过燃烧加热 室 3间接加热升温热解煤， 另一方面通过板式内构件 6进行强化传热传质， 同时 热解气相产物向热解气体通道 2移动过程中热解气体所携带的热量也会对热� � 煤进行直接加热升温， 其升温速率将迅速增加。

本发明的优点在于，在干馏反应装置中添加了 热解气体通道， 使得煤干馏过 程中所产生的气相产物能及时溢出，同时通过 设置内构件，改善了传热传质效果, 减少二次反应，有利于提高焦油产率与品质。 同时在热解气相产物向热解气体通 道移动过程中热解气体所携带的热量也会对原 料进行直接加热升温，使得物料升 温速率大大提高，加热均匀性也得到了改善， 有效解决了外热式间接加热热解反 应器存在的传热速率慢的问题。 附图说明

图 1为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置结构� �意图；

图 2为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置结构� �意图 （含板式内构件）； 图 3为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置俯视� �面图，其中， 热解气体通 道隔板为带有筛孔的板材；

图 4为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置俯视� �面图，其中， 热解气体通 道隔板由若干实体板材平行间隔排列成百叶窗 结构；

图 5为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置俯视� �面图，其中， 热解气体通 道隔板由若干管状材料平行间隔排列构成；

图 6为本发明用于宽粒径分布煤的干馏装置组结� �示意图。

附图标识

1、 半焦排出口 2、 热解气体通道 3、 燃烧加热室

4、 热解气排出管 5、 加煤口 6、 板式内构件

7、 总集气管道 8、 加热壁 9、 含有筛孔的板材

10、 实体板材 11、 管状材料 12、 煤层

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的 用于宽粒径分布煤的干馏装置及方法 进行说明。

如图 1-6所示， 本发明的用于宽粒径分布煤的干馏装置， 包括： 半焦排出口 1、 燃烧加热室 3、 加煤口 5与热解气排出管 4， 其中， 所述干馏装置内还设置两 层隔板， 该两层隔板之间形成热解气体通道 2， 所述的隔板上设有孔隙， 形成燃 烧层向热解气通道 2的气体流路。所述隔板为带有筛孔的板材 9 (图 3 )、或由若 干实体板材 10平行间隔排列成百叶窗结构 （图 4)、 或由若干管状材料 11平行 间隔排列而成 （图 5 )。 所述的热解气体通道 2上部封闭并与热解气排出管 4相 连通，通道上部与干馏装置顶盖之间留有间距 ， 以便于加料过程中原料可以均匀 分布到热解气体通道 2周围。所述热解气体通道 2的下端与干馏装置底盖上设置 的半焦排出口 1相连通， 以便于反应完成后排除热解气体通道 2中的半焦。

所述干馏装置内还设置有若干板式内构件 6 (图 2); 所述板式内构件 6以垂 直于干馏装置上下面的方式置于干馏装置内， 其中， 板式内构件 6—端连接于加 热壁 8且均匀分布于两加热壁 8上；板式内构件 6自加热壁 8向干馏装置内延伸 至煤层内， 且不接触热解气体通道 2。 板式内构件 6与干馏装置底盖之间留有间 距， 以便于反应完成后排除半焦。

本发明的用于宽粒径分布煤的干馏装置组， 由若干干馏装置并联组成， 如图 6所示， 所述的干馏装置包括： 半焦排出口 1、 燃烧加热室 3、 加煤口 5与热解 气排出管 4， 其中， 所述干馏装置内还设置两层隔板， 该两层隔板之间形成了热 解气体通道 2，所述的隔板上设有孔隙，形成燃料层向热� �气通道 2的气体流路; 所述干馏装置的热解气体通道 2上部与热解气排出管 4相连通，若干热解气排出 管 4与总集气管道 7相连通， 热解气相产物通过总集气管道 7排出。所述隔板为 带有筛孔的板材 9、 或由若干实体板材 10平行间隔排列成百叶窗结构、 或由若 干管状材料 11平行间隔排列而成。 所述干馏装置内还设置有若干板式内构件 6; 所述板式内构件 6以垂直于干馏装置上下面的方式置于干馏装� �内，其中， 板式 内构件 6—端连接于加热壁 8且均匀分布于两加热壁 8上；板式内构件 6自加热 壁 8向干馏装置内延伸至煤层内， 且不接触热解气体通道 2。

本发明的基于上述干馏装置的用于宽粒径分布 煤的干馏方法， 包括以下步 骤：

1 ) 热解煤经加煤口 5进入干馏装置内， 分别位于热解气体通道 2两侧；

2) 干馏装置一方面通过燃烧加热室 3对加热壁 8加热升温进而对热解煤加 热，另一方面通过热解气相产物向热解气体通 道 2移动过程中所携带热量对热解 煤加热；

3 ) 热解气相产物经热解气体通道 2壁面的孔隙汇集到热解气体通道 2中， 并经热解气排出管 4排出，然后进行热解气与热解油的分离处理� � 固态产物由半 焦排出口 1排出， 并做熄焦处理。

其中， 所述干馏装置内还设有板式内构件 6， 其中， 所述板式内构件 6伸入 热解煤煤层， 热解煤层可以通过板式内构件 6强化其中的传热传质。所述热解气 排出管 4管口处优选设置引风机，使管口与热解气体� �道 2之间形成更大压力差, 加速热解气体排出。

所述干馏装置内含有板式内构件 6时，热解煤经加煤口 5加入装有热解气体 通道 2的干馏装置内， 位于热解气体通道 2两侧， 且使板式内构件 6伸入煤层 12。干馏装置一方面通过燃烧加热室 3间接加热升温热解煤， 另一方面通过板式 内构件 6进行强化传热传质，同时热解气相产物向热� �气体通道 2移动过程中热 解气体所携带的热量也会对热解煤进行直接加 热升温， 其升温速率将迅速增加。 实施例 1

本实施例为固定床、 间接加热方式的粒径小于 5mm的府谷煤的热解， 如图 1所示， 干馏装置内部设有热解气体通道 2， 包括加煤口 5、 燃烧加热室 3、 热解 气排出管 4和半焦排出口 1， 热解气体通道 2两壁与燃烧加热室 3平行。 干馏装 置两侧的燃烧室中燃气燃烧提供热量并由燃烧 加热室 3传入热解煤层中。原料煤 由加煤口 5装入干馏装置内，进行升温并发生热解反应� � 热解气相产物进入热解 气体通道 2并最终汇集到热解气排出管 4被引出。 达到预定反应温度和时间后， 进行排焦操作， 焦炭由半焦排出口 1排出。关于熄焦及焦油、煤气处理技术可按 现有技术处理。

与未添加热解气相产物排出通道的干馏装置相 比， 100 kg煤在 3小时内其中 心温度由原来的 280°C提升到 420°C， 表明传热速率大大提高。 同时， 焦油收率 提高 1倍以上、 含灰尘率在 0.5%以下。 实施例 2

本实施例为固定床、间接加热方式的板式内构 件强化粒径小于 5 mm的府谷 煤的热解， 如图 2所示， 干馏装置内装有板式内构件 6和热解气体通道 2， 包括 加煤口 5、 燃烧加热室 3、 热解气排出管 4和半焦排出口 1， 板式内构件 6以垂 直于热解反应器两侧加热壁和炉底的方式置于 干馏装置中，热解气体通道 2与燃 烧加热室 3平行且位于两端板式内构件 6之间。干馏装置两侧的燃烧室中燃气燃 烧提供热量并由燃烧加热室 3及板式内构件 6导入热解煤层中。原料煤由加煤口 5装入干馏装置内， 进行升温并发生热解反应， 热解气相产物进入热解气体通道 2导出。 最终所有热解气相产物汇集到热解气排出管 4被引出， 达到预定反应温 度和时间后， 进行排焦操作， 焦炭由半焦排出口 1排出。 关于熄焦及焦油、 煤气 处理技术可按现有技术处理。

与未添加内构件和热解气相产物排出通道的热 解反应器相比， 100 kg煤在 3 小时内其中心温度由原来的 280°C提升到 553 °C， 表明传热速率升高了 1倍。 同 时， 焦油收率是不加内构件时产率的 1.3倍以上、 含灰尘率在 0.5%以下。

需要指出的是， 对于本发明具体实施方法， 如干馏装置内腔体边壁的孔径， 孔分布， 腔体的形状， 内构件的形状、 尺寸、 安装间距与分布方式、 热解反应器 与其他装置的结合形式及操作方式等仍可进行 修改和改进，但都不会由此而背离 权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精 神。