本發明專利技術涉及一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的裝置，該裝置包括熱解反應器、逆流移動床反應器、冷凝分離器、氣體凈化器和液體凈化器。以及一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的方法，在惰性氣體或富氫還原性氣體作用下使固體燃料在熱解反應器中發生熱解，得到熱解油、熱解氣和半焦產品；熱解油、熱解氣進入逆流移動床反應器，并與反應器中鐵礦石逆流接觸，使熱解油中重質組分在鐵礦石作用下繼續裂解，生成輕質焦油，同時鐵礦石被還原為單質鐵；生成的熱解氣和輕質焦油經冷凝分離、凈化后得到熱解氣和輕質焦油產品。本發明專利技術的特點在于利用天然鐵礦石裂解焦油中重質組分，獲得輕質焦油，提高了焦油品質；同時鐵礦石被還原為單質鐵，提高了礦石品位。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及燃料化工、鐵礦還原領域，具體地，涉及一種。
技術介紹
固體燃料屬于燃料的一大類，具體為能產生熱能或動力的固態可燃物質，大都含有碳或碳氫化合物。天然的有木材、煤炭、油頁巖等，其中，煤既是能源，又是寶貴的C、H資源和多種高價值化學品的重要來源，而且我國又是一個富煤、少氣、貧油的國家，煤炭是我國經濟發展的重要支柱，因此開發煤炭的清潔綜合利用方法是我國能源結構和產業發展的必然要求。目前，我國仍是以煤的直接燃燒為主要利用方式，用于直接燃燒的煤約占總煤量的80%，而直接燃燒煤的一半左右用于中小型燃煤設備，其問題之一是熱效率低，問題之二 是帶來的環境污染問題較嚴重。由于煤的結構單元主要包括結構穩定、反應性低的縮合芳香環和反應活性高、易于轉化的烷基側鏈、官能團及非化學鍵力結合的低分子化合物，對于年輕煤種，其單元結構中的低分子化合物、側鏈及官能團含量尤為豐富。利用直接燃燒的轉化方式，浪費了年輕煤中潛在的具有高附加值的油、氣和化學品，如果在利用年輕煤前，首先將煤炭經過簡單且條件溫和的工藝進行處理獲得液體和氣體產品，剩余的固體殘留物半焦再送去燃燒，則可在大大提高年輕煤綜合利用率的同時，得到社會急需的液體和氣體產品。在我國煤炭資源中，揮發分較高的年輕煤所占比例較大，干燥基揮發分含量在28%以上的年輕煤約占全國煤炭儲量的3/4左右，干燥基揮發分含量在35%以上的年輕煤約占全國煤炭儲量的50%，在這種情況下，若能充分考慮煤炭分子結構組成的不均一性以及不同組分轉化特性的差異，進而實施分級轉化，對于提高我國煤炭綜合利用效率具有重大意義。低溫熱解技術是獲得清潔固體燃料并聯產焦油及熱解氣的有效方法。該技術是以固體燃料為原料通過低溫熱解獲得三種重要的能源產品熱解氣、焦油和半焦；熱解氣和焦油既可直接作為氣體或液體燃料，用于燃氣、蒸汽輪機燃燒發電；還可用作化工原料，生產化工產品；所得固體產物即半焦，可用作清潔固體燃料在燃燒設備上應用，有利于減少燃燒產生的污染物(S02、NOx和粉塵等)。國內外眾多研究機構針對固體燃料熱解制取液體產物、煤氣和半焦工藝已開發了各種類型的熱解反應器，主要包括流化床熱解反應器、移動床熱解反應器、固定床熱解反應器、轉爐反應器和下行床反應器等，而且在熱解技術方面已擁有了較深的研究基礎，并已掌握了一些關鍵技術，積累了大量相關工藝運行與控制方面的經驗。但是，以上國內外開發的熱解工藝基本都處于中試或工業示范階段，至今未能實現大規模的工業應用。存在的核心問題是，熱解過程的氣液產品收率與品質控制未能實現技術突破。許多中試及工業性試驗結果表明，目前大部分熱解工藝所產生的熱解油中浙青含量高達50%以上。其技術缺陷的關鍵在于缺乏對煤熱解反應的有效控制，熱解反應過程的定向反應性能差。在固體燃料的初級熱解焦油中含有40%以上的沸點大于360°C的重質組分，主要為脂肪烴和稠環芳烴。這些重質組分不僅會堵塞管道，腐蝕設備；而且其中含有許多致癌物質，排放到環境中造成嚴重的環境污染。熱解油中的重質組分不僅降低了煤基油品的品位和價值，而且高粘度的焦油難于與系統中夾帶的粉塵實現有效分離，造成了一系列的運行問題，阻礙了熱解技術的工業化應用。因此，熱解技術的大規模產業化急待解決熱解反應調控與油氣質量控制問題，抑制重質組分形成，盡可能得到輕質的油氣產品，以實現定向熱解轉化的目的。煉鐵行業是鋼鐵工業中最基本和最重要的組成部分。我國又是鋼鐵生產和消費大國，進入21世紀以來，粗鋼產量年平均增長21. 1%。煉鐵工藝包括高爐煉鐵和非高爐煉鐵。而傳統的高爐煉鐵由于受到焦煤資源限制、以及煉焦工業帶來的環境污染問題而面臨嚴峻挑戰。因此，將熱解技術和煉鐵行業相結合，實現資源的清潔高效利用和節能減排，是能源戰略發展的需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的裝置，該裝置能 提聞焦油的品質和鐵礦石的品位。本專利技術的另一個目的在于，提供一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的方法。為了實現上述目的，本專利技術提供了如下技術方案一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的裝置，所述裝置包括熱解反應器1，用于將固體燃料熱解，產生熱解氣、熱解油和熱解半焦；逆流移動床反應器2，用于熱解油中重質組分在鐵礦石的作用下進一步裂解，生成輕質焦油，同時鐵礦石被還原為單質鐵；冷凝分離器3，用于將經鐵礦石作用裂解產生的輕質焦油和熱解氣冷凝、分離；氣體凈化器(4)，用于經冷凝分離器(3)分離后熱解氣的凈化；液體凈化器(5)，用于經冷凝分離器(3)分離后輕質焦油的凈化；所述熱解反應器I上部設置固體燃料進料管6和熱解油氣輸出管9，底部設置載流氣進氣管7和熱解半焦出料管8 ;所述逆流移動床反應器2頂部設置鐵礦石進料管10，上部設置輕質焦油和熱解氣的混合料輸出管12，底部設置單質鐵出料管11 ;所述熱解油氣輸出管9通過管道與逆流移動床反應器2下部相連；所述輕質焦油和熱解氣的混合料輸出管12通過管道與冷凝分離器3相連，所述冷凝分離器3分別與氣體凈化器4和液體凈化器5相連。所述熱解反應器為流化床反應器、移動床反應器或者固定床反應器。本專利技術還提供了一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的方法，該方法包括以下步驟I)固體燃料從固體燃料進料管6加入熱解反應器I中，在由載流氣進氣管7通入的載流氣的作用下發生熱解，得到熱解油、熱解氣和熱解半焦，熱解半焦由熱解半焦出料管8排出；2)熱解油、熱解氣從熱解反應器I上部的熱解油氣輸出管9排出，并從逆流移動床反應器2下部進入，與由鐵礦石進料管10送入的鐵礦石逆流接觸，使熱解油中重質組分在鐵礦石作用下繼續裂解，生成輕質焦油，同時鐵礦石被還原為單質鐵，單質鐵從逆流移動床反應器2底部的單質鐵出料管11排出；3)由逆流移動床反應器2裂解產生的輕質焦油和熱解氣經冷凝分離器3分離后，經氣體凈化器4得到熱解氣產品，經液體凈化器5得到輕質焦油產品。其中，所述載流氣為富氫還原性氣體或者惰性氣體，惰性氣體可以為氮氣、氦氣等，富氫還原性氣體也可以為氫氣。優選地，載流氣為富氫還原性氣體，在富氫還原性氣氛下進行熱解反應，可進一步促進焦油品質的提聞，同時也更利于將鐵礦石還原為單質鐵，提聞礦石品位。所述熱解反應器的反應壓力為O. I lOMpa。 根據本專利技術的固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的方法，所述的熱解反應器和逆流移動床反應器分別控制不同的反應溫度，其中，熱解反應器的反應溫度為500 800°C，逆流移動床反應器的反應溫度為500 1000°C。本專利技術通過熱解從固體燃料中提取液體燃料、氣體燃料和固體半焦。所述固體燃料包括煤、油頁巖和生物質(如稻殼、秸桿、木屑)及油砂等含碳類固體燃料。本專利技術利用廉價的天然鐵礦石對熱解產物油中的重質組分繼續裂解生成輕質焦油，相對于現有技術，其優點在于I、本專利技術中由逆流移動床反應器下部進入的熱解油、熱解氣產物，在反應器中與鐵礦石逆流接觸，為油氣產物與固體鐵礦石提供了充分的接觸時間，并增強了接觸程度，可以保證熱解油中重質組分與鐵礦石的充分反應，增加熱解產物中焦油的Η/C比，從而增加熱解油中芳香烴類、酚類、苯及其衍生物、以及萘及其衍生物的含量，同時，逆流移動床也有利于脫除熱解氣中夾帶的部分粉塵，以降低焦油中粉塵含量；2、本專利技術利用天然鐵礦石為原料，對熱解產物油中本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種固體燃料熱解與鐵礦石還原耦合的裝置，其特征在于，所述裝置包括：熱解反應器（1），用于將固體燃料熱解，產生熱解氣、熱解油和熱解半焦；逆流移動床反應器（2），用于熱解油中重質組分在鐵礦石的作用下進一步裂解，生成輕質焦油，同時鐵礦石被還原為單質鐵；冷凝分離器（3），用于將經鐵礦石作用裂解產生的輕質焦油和熱解氣冷凝、分離；氣體凈化器（4），用于經冷凝分離器（3）分離后熱解氣的凈化；液體凈化器（5），用于經冷凝分離器（3）分離后輕質焦油的凈化；所述熱解反應器（1）上部設置固體燃料進料管（6）和熱解油氣輸出管（9），底部設置載流氣進氣管（7）和熱解半焦出料管（8）；所述逆流移動床反應器（2）頂部設置鐵礦石進料管（10），上部設置輕質焦油和熱解氣的混合料輸出管（12），底部設置單質鐵出料管（11）；所述熱解油氣輸出管（9）通過管道與逆流移動床反應器（2）下部相連；所述輕質焦油和熱解氣的混合料輸出管（12）通過管道與冷凝分離器（3）相連，所述冷凝分離器（3）分別連接氣體凈化器（4）和液體凈化器（5）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李松庚，宋文立，郝麗芳，林偉剛，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。