煤富氧自热热解系统及方法

本发明涉及煤炭热解，具体涉及一种煤富氧自热热解系统及方法。

背景技术：

1、煤热解可将煤转化为半焦、焦油和煤气，是实现煤炭高值化利用的重要技术路径。传统外热式热解依靠炉壁或外部热载体传热，存在传热路径长、热效率低、大型化后炉内温度均匀性下降以及综合能耗偏高等问题。

2、自热式热解通过向炉内引入含氧气体，利用部分煤、半焦或热解气的氧化放热来维持反应，可减少对外部热源的依赖。然而，氧气若直接进入主热解区，易与焦油蒸气、甲烷、一氧化碳、氢气等挥发组分发生氧化反应，不仅降低目标产物收率，还易形成局部高温区，引发二次裂解和温度场波动。

3、在相关技术中，采用富氧气体可减少氮气对煤气的稀释，有利于提升煤气品质。但氧浓度升高会进一步增强局部氧化强度，使得“氧化供热”与“热解产物保护”之间的矛盾更加突出。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种煤富氧自热热解系统及方法。

2、根据本发明的第一个方面，提供了一种煤富氧自热热解系统，煤富氧自热热解系统包括热解炉，热解炉包括炉体、进料口、出料口以及出气口；进料口位于炉体的一侧；出料口位于炉体远离进料口的一侧；出气口位于炉体靠近进料口的一侧；其中，在沿进料口至出料口的方向上，热解炉还包括依次设置的预热及初级热解区、主挥发分析出区、调温过渡区和氧化供热区；热解炉还包括第一进气口和第二进气口，第一进气口与调温过渡区连通，第一进气口用于通入二氧化碳；第二进气口与氧化供热区连通，第二进气口用于通入富氧气体；主挥发分析出区不设置用于直接通入富氧气体的供气口。

3、根据本发明的实施例，第二进气口至少包括第一子进气口和第二子进气口，第一子进气口靠近第一进气口设置，第二子进气口位于第一子进气口远离第一进气口的一侧。

4、根据本发明的实施例，煤富氧自热热解系统还包括氧浓度检测组件和多个温度检测组件，氧浓度检测组件位于主挥发分析出区和调温过渡区之间，多个温度检测组件分别位于预热及初级热解区、主挥发分析出区、调温过渡区和氧化供热区。

5、根据本发明的实施例，煤富氧自热热解系统还包括第一调节阀和第二调节阀，第一调节阀与第一进气口连接，第二调节阀与第二进气口连接。

6、根据本发明的第二个方面，提供了一种基于上述煤富氧自热热解系统的煤富氧自热热解方法，包括以下步骤：

7、将原料煤通过进料口送入炉体内，原料煤依次经过预热及初级热解区和主挥发分析出区，并在主挥发分析出区完成主要脱挥发分反应，生成半焦和热解油气，完成至少部分脱挥发分反应后的原料煤和半焦依次经过调温过渡区和氧化供热区，热解油气通过出气口排出；

8、通过第一进气口向调温过渡区通入二氧化碳；

9、通过第二进气口向氧化供热区通入富氧气体，使完成至少部分脱挥发分反应后的原料煤和/或半焦发生氧化反应并释放热量；

10、通过调节富氧气体和/或二氧化碳的流量，使进入主挥发分析出区的氧气的体积分数小于等于第一阈值。

11、根据本发明的实施例，通过调节富氧气体和/或二氧化碳的流量，使进入主挥发分析出区的氧气的体积分数小于等于第一阈值，包括：

12、当检测到进入主挥发分析出区的氧气的体积分数大于第一阈值时，降低通入第二进气口的富氧气体的流量，和/或，提高通入第一进气口的二氧化碳的流量，使进入主挥发分析出区的氧气的体积分数小于等于第一阈值。

13、根据本发明的实施例，第二进气口至少包括第一子进气口和第二子进气口，第一子进气口靠近第一进气口设置，第二子进气口位于第一子进气口远离第一进气口的一侧，煤富氧自热热解方法还包括：

14、当检测到进入主挥发分析出区的氧气的体积分数大于第一阈值时，降低通入第一子进气口的富氧气体的流量，或者，仅通过第二子进气口向氧化供热区通入富氧气体，使进入主挥发分析出区的氧气的体积分数小于等于第一阈值。

15、根据本发明的实施例，煤富氧自热热解方法包括高有效气运行模式、焦油保护运行模式和高半焦产率运行模式中的至少一种，其中：

16、当煤富氧自热热解系统工作于高有效气运行模式时，提高氧化供热区的温度以及二氧化碳的通入量，使至少部分高温半焦与二氧化碳发生气化反应，生成一氧化碳，一氧化碳通过出气口排出；

17、当煤富氧自热热解系统工作于焦油保护运行模式时，降低第一子进气口的氧气分配比例，使氧气主要通过第二子进气口通入；

18、当煤富氧自热热解系统工作于高半焦产率运行模式时，在维持煤富氧自热热解系统稳定自热运行的条件下，降低富氧气体和/或二氧化碳的通入量，以降低半焦的进一步氧化和气化程度。

19、根据本发明的实施例，第一阈值大于等于0.2%且小于等于1.0%。

20、根据本发明的实施例，富氧气体中氧气的体积分数为30%~100%，按照单位干煤质量计，氧气的通入量为0.05~0.60 nm3/kg，二氧化碳的通入量为0.02~1.00 nm3/kg。

21、本发明提供的煤富氧自热热解系统，至少具有以下有益效果：

22、（1）通过将主挥发分析出区与氧化供热区在炉内进行空间分离，使富氧气体优先与已经完成主要脱挥发分反应的煤或半焦接触并发生氧化反应，能够降低氧气对热解油气的直接氧化，提升热解油气的收率。

23、（2）至少部分半焦氧化产生的热量能够向上部热解区域传递，实现自热供能，降低对外部加热的依赖。

24、（3）通过在氧化供热区和主挥发分析出区之间设置调温过渡区，从第一进气口通入的二氧化碳可以与氧化供热区向上传递的高温气体混合，实现局部高温削峰和热量输运，从而实现热解过程的热量自平衡。

25、（4）二氧化碳还可以与高温半焦发生气化反应，生成一氧化碳，从而可以提高热解煤气中有效气的比例。

1.一种煤富氧自热热解系统，其特征在于，所述煤富氧自热热解系统包括热解炉，所述热解炉包括：

2.根据权利要求1所述的煤富氧自热热解系统，其特征在于，所述第二进气口至少包括第一子进气口和第二子进气口，所述第一子进气口靠近所述第一进气口设置，所述第二子进气口位于所述第一子进气口远离所述第一进气口的一侧。

3.根据权利要求1所述的煤富氧自热热解系统，其特征在于，所述煤富氧自热热解系统还包括氧浓度检测组件和多个温度检测组件，所述氧浓度检测组件位于所述主挥发分析出区和所述调温过渡区之间，所述多个温度检测组件分别位于所述预热及初级热解区、所述主挥发分析出区、所述调温过渡区和所述氧化供热区。

4.根据权利要求3所述的煤富氧自热热解系统，其特征在于，所述煤富氧自热热解系统还包括第一调节阀和第二调节阀，所述第一调节阀与所述第一进气口连接，所述第二调节阀与所述第二进气口连接。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述煤富氧自热热解系统的煤富氧自热热解方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的煤富氧自热热解方法，其特征在于，所述通过调节富氧气体和/或二氧化碳的流量，使进入所述主挥发分析出区的氧气的体积分数小于等于第一阈值，包括：

7.根据权利要求5所述的煤富氧自热热解方法，其特征在于，所述第二进气口至少包括第一子进气口和第二子进气口，所述第一子进气口靠近所述第一进气口设置，所述第二子进气口位于所述第一子进气口远离所述第一进气口的一侧，所述煤富氧自热热解方法还包括：

8.根据权利要求7所述的煤富氧自热热解方法，其特征在于，所述煤富氧自热热解方法包括高有效气运行模式、焦油保护运行模式和高半焦产率运行模式中的至少一种，其中：

9.根据权利要求5所述的煤富氧自热热解方法，其特征在于，所述第一阈值大于等于0.2%且小于等于1.0%。

10.根据权利要求5所述的煤富氧自热热解方法，其特征在于，所述富氧气体中氧气的体积分数为30%~100%，按照单位干煤质量计，所述氧气的通入量为0.05~0.60 nm3/kg，所述二氧化碳的通入量为0.02~1.00 nm3/kg。