热解技术

热解技术热解的概念热解的分类现代热解技术热解技术的阐述——以煤炭热解技术为例1、热解的定义物质受热发生分解的反应过程，也称裂解，是利用有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下受热分解的过程，也可将其定义为破坏性蒸馏、干馏或炭化过程。热解技术主要是针对城市垃圾、污泥、废塑料、废橡胶、废树脂等工业和农业废弃物，还有石油、煤等具有一定能量的有机固体废弃物。热解和燃烧的区别？？？焚烧热解热效应放热、氧化吸热、还原反应物CO2、H2O可燃的低分子化合物释能方式及应用产生的热能只能就近利用（发电、加热水或产生蒸汽）产生燃料油气，可贮存和远距离输送2、热解的分类根据解热方式的不同分为：内热式热解技术、外热式热解技术以及内外并热式热解技术根据热载体的类型的不同分为：固体热载体、气体热载体和固－气热载体热解根据固体物料的运行状态的不同分为：固定床、流化床、气流床，滚动床。根据热解温度的不同分为：低温热解（500～650℃）、中温热解（650～800℃）、高温热解（900～1000℃）和超高温热解（＞1200℃）根据加热速度的不同分为：慢速（3～5℃／min）、中速（5～100℃／s）、快速（500～105℃／s）热解和闪裂解（＞106℃／s）3、现代热解技术现代热解技术在实际生产分析和应用上主要有：煤炭热解技术、污泥热解技术、生物质的热解技术、固体废弃物的热解技术4、煤炭热解技术煤炭热解的定义煤炭热解技术的发展历程国内煤炭热解技术介绍国内各种煤炭热解技术的比较煤炭热解定义：煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。煤热解的结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品，尤其是低阶煤热解能得到高产率的焦油和煤气。焦油经加氢可制取汽油、柴油和喷气燃料，是石油的代用品，而且是石油所不能完全替代的化工原料。煤气是使用方便的燃料，可成为天然气的代用品，另外还可用于化工合成。半焦既是优质的无烟燃料，也是优质的铁合金用焦、气化原料、吸附材料。煤炭热解的产物都是重要的能源物质煤炭热解技术的发展历程第1阶段：20世纪50~60年代，主要热解装置有上吸式炉、水平铁甑等热解装置，北京石油学院、上海电业局的研究人员也开发了流化床快速热解工艺第2阶段：20世纪60~70年代，大连工学院聂恒锐等人研究开发了辐射炉快速热解工艺第3阶段：20世纪80~90年代初期，大连工学院的郭树才等人研究开发了固体热载体新法干馏工艺，北京煤化所开发的MRF热解工艺第4阶段：20世纪90年代末，开发的煤炭热解工艺多是从煤炭的高效利用、环保、节能方面综合考虑，因此这一阶段的热解技术的研究主要是以热解为基础的多联产技术。国内煤炭热解技术介绍1、气体热载体直立炉工艺直立炉工艺按加热方式分为内热式和外热式工艺，外热式直立炉工艺由于热效率低，基本上已被淘汰。国内在鲁奇三段炉的基础上，开发了不同类型的内热立式干馏炉。代表性的工艺：三段炉、SJ低温干馏工艺1）三段炉技术路线：将20-80mm的褐煤或型煤沿炉中下行，气流逆向通入进行热解。对粉状的褐煤和烟煤要预先压块，热解过程分为上、中、下三段即干燥和预热段、热解段、半焦冷却段。在上段循环热气流把煤干燥并预热到150℃；在中段热气流把煤加热到500~850℃，进行热解。在下段半焦被循环气流冷却到100~150℃，最后排出。1）三段炉2）SJ低温干馏工艺在我国对三段炉的改造设计中，比较有代表性的是陕西神木县三江煤化工有限责任公司设计的SJ低温干馏方炉2）SJ低温干馏工艺其技术路线：原料煤加入焦炉，经预热段进入干馏段，干馏段干馏温度为750℃±20℃，干馏所用热量主要由回炉煤气与空气在火道内混合均匀后，经火口进入干馏段燃烧，干馏段下部焦炭落入水封槽冷却，然后排出。荒煤气在干馏室内沿料层上升，通过煤气收集罩、上升管、桥管先后经文氏管塔、旋流板塔洗涤，煤气在鼓风机的作用下回炉加热，剩余部分放散。焦油进入沉淀池脱水，然后集中在1500M3焦油池进行静置恒温加热和二次脱水，脱水后的焦油即为成品油。国内煤炭热解技术介绍2、固体半焦热载体为基础的干馏多联产工艺技术核心是以半焦作为固体热载体，并以流态化方式按气化过程所需热量来组织物料和热量的输送。代表性的工艺：大连理工大学褐煤半焦提质煤工艺(DG工艺)大连理工大学褐煤半焦提质煤工艺(DG工艺)半焦提质煤工艺是在大连理工大学固体热载体干馏工艺（新法干馏）的基础上改进的。固体热载体干馏工艺（新法干馏）技术路线：热原料煤粉碎到小于6mm,送入原料煤槽1，湿的原料煤由给料机送入干燥提升管2。干燥提升管下部有沸腾段；热烟气由下部进入，湿煤被550℃左右的烟气提升并加热干燥。干煤与烟气在旋风分离器分离，干煤入干煤槽3；烟气除尘后经引风机17排入大气。干煤自干煤槽经给料机去混合器4。来自热半焦槽7的800℃热粉焦在混合器与干煤相混合。混合后物料温度为550℃～650℃；然后进入反应器5，完成煤的快速热解反应，析出干馏气态产物。煤或焦粉在流化燃烧炉8燃烧生成800℃的含氧烟气，在加热提升管下部与来自反应器的600℃半焦发生部分燃烧并被加热提升到热半焦槽7；半焦被加热到800℃～850℃，作为热载体循环使用。由半焦槽出来的热烟气去干燥提升管2，温度为550℃左右,与湿煤在干燥提升管完成干燥过程，使煤水分小于5%，温度为120℃左右。烟气温度降至200℃左右。反应器下部产品半焦管导出部分粉焦经过冷却，作为半焦产品。干馏产物来自反应器的荒煤气经过除尘去洗气管10，冷却洗涤后于气液分离器11分离。水和重焦油去分离槽12。煤气经间冷器13冷却，分出轻焦油。煤气经鼓风机加压和除焦油后，再经脱硫后去煤气柜。国内煤炭热解技术介绍3、多段回转炉热解（MRF）工艺多段回转炉热解(MRF)工艺是针对我国年青煤的综合利用开发的一项技术，通过多段串联回转炉，对年青煤进行干燥、热解、增炭等不同阶段的热加工，最终获得较高产率的焦油、中热值煤气及优质半焦。代表性的工艺：北京煤化所MRF工艺北京煤化所MRF工艺技术路线：制备好的原煤(6~30mm)在干燥炉内直接干燥，脱水率不小于70%。干燥煤在热解炉中被间接加热。热解温度550~750℃热解挥发产物从专设的管道导出，经冷凝回收焦油。热半焦在三段熄焦炉中用水冷却排出，最终得到煤气、焦油、半焦油。国内煤炭热解技术介绍4、以流化床热解为基础的热电气多联产工艺特点是利用循环流化床(CFB)锅炉的循环热灰或半焦作为煤干馏、部分气化的热源，煤在流化床气化炉中热解、部分气化产生中热值煤气，经净化除尘后输出，气化炉中的半焦及放热后的循环灰一起送入循环流化床锅炉，半焦燃烧放出热量产生过热蒸汽用于发电、供热。代表性的工艺：浙江大学流化床热解联产工艺(ZDL工艺)浙江大学流化床热解联产工艺(ZDL工艺)技术路线：煤首先进入气化炉内热解，产生的煤气经净化后，一部分输出民用，另一部分送入流化床气化炉作为流化介质；气化炉中的半焦及放热后的循环热灰通过返料装置进入循环流化床锅炉，半焦燃烧产生的蒸汽用于发电、供热；气化炉内煤热解反应所需热量由循环流化床锅炉的循环热灰提供，流化介质采用的是低温净化后的再循环煤气或过热蒸汽。该技术的关键是保证大量固体循环物料在流化床锅炉燃烧室和气化炉之间循环而没有气体串通。国内煤炭热解技术介绍5、以移动床热解为基础的循环流化床多联产工艺以移动床热解为基础的循环流化床多联产工艺与以流化床热解为基础的循环流化床多联产工艺类似，其主要差别在气化室。以移动床热解为基础的循环流化床多联产工艺的气化室采用移动床气化。代表性的工艺：北京动力经济研究所和济南锅炉厂联产工艺(BJY工艺)北京动力经济研究所和济南锅炉厂联产工艺(BJY工艺)技术路线：将煤磨碎至0~8mm，其中20%的煤通过锅炉给煤机进入锅炉流化床燃烧室，80%煤通过干馏器给煤机与热灰一起进入热解反应器，在热解反应器内进行混合、热解，产生的半焦又经返料系统返回燃烧室，作为锅炉的燃料。燃烧烟气经炉膛上部出口的旋风分离器将灰分离后经冷却器、引风机和烟囱排出。锅炉产生的热水经冷却后循环使用。锅炉的旋风分离器分离的一部分热灰经返料器进入锅炉流化床燃烧室，形成正常的炉膛、分离器、干馏器和返料器组成的循环系统。国内煤炭热解技术介绍6、循环流化床“煤拔头”（BT）工艺煤炭的拔头工艺核心是实现煤炭的分级转化，在煤炭发电燃烧之前经过快速热解、快速分离和快速冷却，回收煤炭中挥发分，实现焦油和煤气的优先利用，半焦等固体产品发电。代表性的工艺：中国科学院过程工程研究所“煤拔头”工艺中国科学院过程工程研究所“煤拔头”工艺下行管气固快速分离器急冷器热载体料仓高温固体料阀返料装置技术路线：实验时先将原料煤粉碎分级，并进行干燥处理后，经过正压加料装置，利用气力输送方式切向加入到固固混合器，在固固混合器中，煤粉与来自燃烧提升管中的循环热砂(灰)迅速混合，并被加热升温，之后被送入下行管中；煤粉和热灰的混合物在下行管中下行的同时，煤粉发生热解；热解产生挥发分，热解产物进入到气固快速分离器；在快速分离器中，快速分离气固混合物，分离出的油气和燃气快速进入到急冷器；可冷凝的油气被循环的丙酮冷却液迅速冷却，经蒸馏分离得到液体产品，不可冷凝的油气经过冷却液降温后成为气相可燃气体；分离出的半焦和循环灰继续下行，通过固体返料装置进入到燃烧室(锅炉)的下部，半焦燃烧，重新加热循环（砂灰）；燃烧升温后的循环热灰被燃烧烟气夹带到炉顶，在旋风分离器中进行气固分离，收集下来的热砂(灰)进入热载体料仓，然后经过高温固体料阀加入到固固混合器中，重新参加新一轮的循环。国内各种煤炭热解技术的比较从原料产品上的比较国内各种煤炭热解技术的比较从原理的比较热解工艺原理加热方式热载体热解温度（℃）热解速度SJ工艺直立炉内热式空气、煤气730-770中速DG工艺直立式循环流化床内热式半焦470-600快速MRF工艺多段回转炉内热式空气、烟气550-750中速ZDL工艺流化式循环流化床热解内热式循环热灰500-900快速BJY工艺移动床循环流化床热解内热式半焦、循环灰600-900快速BT工艺下行床循环流化床热解内热式热灰570-660快速国内各种煤炭热解技术的比较从优缺点的比较热解工艺优点存在问题环保、节能状况SJ工艺物料下降均匀，布料、布气和加热均匀煤气热值低，炉内阻力大环保、节能效果差DG工艺原料利用率高，产品质量好，操作弹性大气固分离设备多，排渣受温度影响环保、节能效果好，成本高MRF工艺减少酚水量，污水处理系统简化热效率低，粉尘易造成阻塞环保好，节能差ZDL工艺资源利用充分、热效率高净化系统和下料部分易阻塞环保节能效果好BJY工艺保证装置的连续运行煤气回收系统不完善环保好，节能差BT工艺液体产品收率高、反应停留时间短连续输送不稳定环保节能好岩石热解仪概述：近年研发生产的新型石油仪器，它利用岩石热解技术，按设定时间段和温度区间对分析样品进行加热，获得S0、S1、S2（分别表示气态烃、液态烃以及固态烃）、Tmax等分析参数。该仪器用于油气勘探生产现场，可定量分析、评价生油岩、储集岩,为生产决策提供资料。构成：由热解装置、FID（热解烃）、微电流放大器、温度程序控制器、气路系统组成岩石热解仪原理：样品被送进热解炉内进行加热，使样品中的烃类和干酪根在不同温度下热解和裂解为小分子烃，通过载气的吹洗，与样品定性分离，并被载气带入FID，再将小分子烃浓度的变化转换为相应的电流信号，经微机采集处理，获得一条分析时间与电压信号的关系曲线和对应的分析参数。根据烃类和干酪根热解和裂解的温度差异，采取温度(时间)区间积分法，分别测定气态烃、液态烃以及固态烃的含量。温度区间和测定时间如表1所示，参数S0、S1、S2分别表示不同相态的烃。岩石热解分析数据处理采用外标法和峰面积定量法，依据峰面积大小确定岩石中烃类的多少。峰面积用定基线、定时间段求取，也就是对图2进行定积分计算。参考文献刘光启,等.我国煤炭热解技术研究进展[J].现代化工,2007,7(2):37-43