公布日：2023.04.07
申請(qǐng)日：2022.12.19
分類(lèi)號(hào)：C10J3/04(2006.01)I;C10K1/14(2006.01)I;C10K1/00(2006.01)I;C02F1/02(2023.01)I;C02F101/34(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)及方法,涉及煤熱解氣化分級(jí)利用技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括相連接的下行床熱解爐和固定床氣化爐，以及氣液分離器、低溫甲醇洗裝置和油水分離器；處理過(guò)程為：塊煤原料在下行床熱解爐中與高溫氣化煤氣逆流接觸進(jìn)行熱解，熱解產(chǎn)生的半焦進(jìn)入固定床氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣化煤氣作為熱解所需的熱源以及熱解介質(zhì)返回下行床熱解爐，而熱解后所產(chǎn)生的含酚廢水及二氧化碳可同時(shí)作為氣化劑返回至固定床氣化爐參與氣化反應(yīng)。本發(fā)明提高了熱解-氣化過(guò)程的傳熱效率，實(shí)現(xiàn)了綜合處理二氧化碳和含酚廢水的過(guò)程，提高了整體的碳轉(zhuǎn)化率，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多樣化。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，包括相連接的下行床熱解爐和固定床氣化爐，其特征在于，還包括氣液分離器、低溫甲醇洗裝置和油水分離器；所述下行床熱解爐的頂部設(shè)置有塊煤進(jìn)口，底部設(shè)置有半焦出口，上部一側(cè)設(shè)置有熱解煤氣混合氣出口，下部一側(cè)設(shè)置氣化煤氣進(jìn)口；所述固定床氣化爐的頂部設(shè)置有半焦進(jìn)口，上部一側(cè)設(shè)置有氣化煤氣出口，底部設(shè)置氣化殘?jiān)隹�，在固定床氣化爐的下部還設(shè)置有氧氣進(jìn)口、含酚廢水進(jìn)口和二氧化碳進(jìn)口；所述下行床熱解爐上的熱解煤氣混合氣出口與冷卻器的進(jìn)口相連通，冷卻器的出口與氣液分離器的中部進(jìn)口相連通，氣液分離器頂部的氣相出口與低溫甲醇洗裝置的進(jìn)口相連通，低溫甲醇洗裝置上的二氧化碳出口與固定床氣化爐上的二氧化碳進(jìn)口相連通，氣液分離器的底部油水混合液出口與油水分離器頂部的油水混合液進(jìn)口相連通，油水分離器的上部一側(cè)設(shè)置有含酚廢水出口，含酚廢水出口與固定床氣化爐上的含酚廢水進(jìn)口相連通；所述下行床熱解爐上的半焦出口與固定床氣化爐上的半焦進(jìn)口相連通，固定床氣化爐上的氣化煤氣出口與下行床熱解爐上的氣化煤氣進(jìn)口相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫甲醇洗裝置上還設(shè)置有凈化氣出口。
3.如權(quán)利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述油水分離器的底部還設(shè)置有重油出口，排出的重油為煤焦油產(chǎn)品。
4.如權(quán)利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述固定床氣化爐上的氣化殘?jiān)隹谂c渣斗進(jìn)口相連通。
5.一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，采用如權(quán)利要求1-4任一所述的裝置，其特征在于，具體過(guò)程：粒徑為10-50mm的塊煤原料經(jīng)塊煤進(jìn)口進(jìn)入下行床熱解爐中，與來(lái)自固定床氣化爐的高溫氣化煤氣逆流接觸，塊煤被高溫氣化煤氣加熱至550-700℃，常壓下即可發(fā)生快速熱解反應(yīng)，熱解析出揮發(fā)分的同時(shí)還生成半焦；由下行床熱解爐的上部排出的熱解煤氣混合氣進(jìn)入冷卻器中，冷卻至60-80℃，冷卻后再進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，大部分的水及煤焦油蒸汽被冷卻成為液相的油水混合液，氣相則進(jìn)入低溫甲醇洗裝置進(jìn)一步脫除其中的酸性氣體；低溫甲醇洗裝置脫酸處理后產(chǎn)生的CO2進(jìn)入固定床氣化爐中作為氣化反應(yīng)氣化劑，脫除酸性氣體后的凈化氣可直接作為下游工藝的原料使用；從氣液分離器底部排出的油水混合液被送入油水分離器中，其中的重油經(jīng)重油出口排出油水分離器，含酚廢水則會(huì)進(jìn)入固定床氣化爐中參與氣化反應(yīng)；快速熱解反應(yīng)后得到的半焦送入固定床氣化爐中，與固定床氣化爐下部進(jìn)入的氣化劑O2、CO2以及含酚廢水相接觸，在2.5-4MPa、1000-1250℃條件下，發(fā)生氣化反應(yīng)生成高溫氣化煤氣以及氣化殘?jiān)邷貧饣簹馑腿胂滦写矡峤鉅t中參與熱解反應(yīng)，氣化殘?jiān)鼊t在重力作用下落入渣斗中收集。
6.如權(quán)利要求5所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，其特征在于，從固定床氣化爐上部排出的高溫氣化煤氣包含CO、H2、CO2、H2O，高溫氣化煤氣的溫度為：1000-1250℃。
7.如權(quán)利要求5所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，其特征在于，從下行床熱解爐的上部排出的熱解煤氣混合氣中包括氣化煤氣、CH4、H2、CO、CO2、H2O、焦油蒸汽、酚類(lèi)。
8.如權(quán)利要求5所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，其特征在于，進(jìn)入低溫甲醇洗裝置中的酸性氣體中包含CO2、H2S、COS。
9.如權(quán)利要求5所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，其特征在于，從氣液分離器底部排出的油水混合液中包含酚類(lèi)、水和煤焦油。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)將熱解與氣化合理地耦合于一體，塊煤原料在下行床熱解爐中與高溫氣化煤氣逆流接觸進(jìn)行熱解，熱解產(chǎn)生的半焦進(jìn)入固定床氣化爐中進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣化煤氣作為熱解所需的熱源以及熱解介質(zhì)返回下行床熱解爐，而熱解后所產(chǎn)生的含酚廢水及二氧化碳可同時(shí)作為氣化劑返回至固定床氣化爐參與氣化反應(yīng)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了合成氣和焦油的聯(lián)產(chǎn)，達(dá)到了綜合處理二氧化碳和含酚廢水的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，包括相連接的下行床熱解爐和固定床氣化爐，還包括氣液分離器、低溫甲醇洗裝置和油水分離器；
所述下行床熱解爐的頂部設(shè)置有塊煤進(jìn)口，底部設(shè)置有半焦出口，上部一側(cè)設(shè)置有熱解煤氣混合氣出口，下部一側(cè)設(shè)置氣化煤氣進(jìn)口；
所述固定床氣化爐的頂部設(shè)置有半焦進(jìn)口，上部一側(cè)設(shè)置有氣化煤氣出口，底部設(shè)置氣化殘?jiān)隹冢诠潭ù矚饣癄t的下部還設(shè)置有氧氣進(jìn)口、含酚廢水進(jìn)口和二氧化碳進(jìn)口；
所述下行床熱解爐上的熱解煤氣混合氣出口與冷卻器的進(jìn)口相連通，冷卻器的出口與氣液分離器的中部進(jìn)口相連通，氣液分離器頂部的氣相出口與低溫甲醇洗裝置的進(jìn)口相連通，低溫甲醇洗裝置上的二氧化碳出口與固定床氣化爐上的二氧化碳進(jìn)口相連通，氣液分離器的底部油水混合液出口與油水分離器頂部的油水混合液進(jìn)口相連通，油水分離器的上部一側(cè)設(shè)置有含酚廢水出口，含酚廢水出口與固定床氣化爐上的含酚廢水進(jìn)口相連通；
所述下行床熱解爐上的半焦出口與固定床氣化爐上的半焦進(jìn)口相連通，固定床氣化爐上的氣化煤氣出口與下行床熱解爐上的氣化煤氣進(jìn)口相連通。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，所述低溫甲醇洗裝置上還設(shè)置有凈化氣出口。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，所述油水分離器的底部還設(shè)置有重油出口，排出的重油為煤焦油產(chǎn)品。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，所述固定床氣化爐上的氣化殘?jiān)隹谂c渣斗進(jìn)口相連通。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，采用上述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統(tǒng)，具體過(guò)程：
粒徑為10-50mm的塊煤原料經(jīng)塊煤進(jìn)口進(jìn)入下行床熱解爐中，與來(lái)自固定床氣化爐的高溫氣化煤氣逆流接觸，塊煤被高溫氣化煤氣加熱至550-700℃，常壓下即可發(fā)生快速熱解反應(yīng)，熱解析出揮發(fā)分的同時(shí)還生成半焦；
由下行床熱解爐的上部排出的熱解煤氣混合氣進(jìn)入冷卻器中，冷卻至60-80℃，冷卻后再進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，大部分的水及煤焦油蒸汽被冷卻成為液相的油水混合液，氣相則進(jìn)入低溫甲醇洗裝置進(jìn)一步脫除其中的酸性氣體；
低溫甲醇洗裝置脫酸處理后產(chǎn)生的CO2進(jìn)入固定床氣化爐中作為氣化反應(yīng)氣化劑，脫除酸性氣體后的凈化氣可直接作為下游工藝的原料使用；
從氣液分離器底部排出的油水混合液被送入油水分離器中，其中的重油經(jīng)重油出口排出油水分離器，含酚廢水則會(huì)進(jìn)入固定床氣化爐中參與氣化反應(yīng)；
快速熱解反應(yīng)后得到的半焦送入固定床氣化爐中，與固定床氣化爐下部進(jìn)入的氣化劑O2、CO2以及含酚廢水相接觸，在2.5-4MPa、1000-1250℃條件下，發(fā)生氣化反應(yīng)生成高溫氣化煤氣以及氣化殘?jiān)�，高溫氣化煤氣送入下行床熱解爐中參與熱解反應(yīng)，氣化殘?jiān)鼊t在重力作用下落入渣斗中收集。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，從所述固定床氣化爐上部排出的高溫氣化煤氣包含CO、H2、CO2、H2O，高溫氣化煤氣的溫度為：1000-1250℃。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，從所述下行床熱解爐上部排出的熱解煤氣混合氣中包括氣化煤氣、CH4、H2、CO、CO2、H2O、焦油蒸汽、酚類(lèi)。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，進(jìn)入所述低溫甲醇洗裝置中的酸性氣體中包含CO2、H2S、COS。
作為本發(fā)明進(jìn)一步地，從所述氣液分離器底部排出的油水混合液中包含酚類(lèi)、水和煤焦油。
本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：
(1)將低溫甲醇洗裝置中產(chǎn)生的二氧化碳返回至固定床氣化爐中作為氣化反應(yīng)的氣化劑之一，有效的減少了二氧化碳的排放量，提高了碳轉(zhuǎn)化率。
(2)將油水分離器分離得到的含酚廢水返回固定床氣化爐中作為氣化反應(yīng)的氣化劑之一，有效的降低了廢水外排量，另外，還可利用該高溫氣化反應(yīng)將廢水中的酚類(lèi)分解為CO、H2等有效氣體。
(3)下行床熱解爐發(fā)生熱解反應(yīng)所需的熱源是由高溫氣化煤氣提供的，無(wú)需提供額外熱解熱源，且下行床熱解爐中的高溫氣化煤氣與塊煤原料之間形成逆流換熱，大大提高了換熱效率；同時(shí)，下行床熱解爐中的高溫半焦可直接進(jìn)入固定床氣化爐中進(jìn)行氣化，無(wú)需熄焦。
本發(fā)明將熱解過(guò)程與氣化過(guò)程合理地耦合于一體，解決了現(xiàn)有熱解-氣化技術(shù)中存在二氧化碳排放量大的技術(shù)問(wèn)題，有效地減少碳排放、提高了整體的碳轉(zhuǎn)化率，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多樣化；減少了廢水排放量，使得含酚廢水得到了有效處理；降低了能耗、提高了能源利用效率。
（發(fā)明人：閆龍;康爾波;王玉飛;李健）
