公布日：2023.04.07
申請日：2022.12.19
分類號：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
本發明公開了一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統及方法,涉及煤熱解氣化分級利用技術領域，該系統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行熱解，熱解產生的半焦進入固定床氣化爐中進行氣化反應，氣化反應產生的高溫氣化煤氣作為熱解所需的熱源以及熱解介質返回下行床熱解爐，而熱解后所產生的含酚廢水及二氧化碳可同時作為氣化劑返回至固定床氣化爐參與氣化反應。本發明提高了熱解-氣化過程的傳熱效率，實現了綜合處理二氧化碳和含酚廢水的過程，提高了整體的碳轉化率，并實現了產品的多樣化。
權利要求書
1.一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統，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置有塊煤進口，底部設置有半焦出口，上部一側設置有熱解煤氣混合氣出口，下部一側設置氣化煤氣進口；所述固定床氣化爐的頂部設置有半焦進口，上部一側設置有氣化煤氣出口，底部設置氣化殘渣出口，在固定床氣化爐的下部還設置有氧氣進口、含酚廢水進口和二氧化碳進口；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口相連通，冷卻器的出口與氣液分離器的中部進口相連通，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口相連通，油水分離器的上部一側設置有含酚廢水出口，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口相連通。
2.如權利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統，其特征在于，所述低溫甲醇洗裝置上還設置有凈化氣出口。
3.如權利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統，其特征在于，所述油水分離器的底部還設置有重油出口，排出的重油為煤焦油產品。
4.如權利要求1所述的熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統，其特征在于，所述固定床氣化爐上的氣化殘渣出口與渣斗進口相連通。
5.一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的方法，采用如權利要求1-4任一所述的裝置，其特征在于，具體過程：粒徑為10-50mm的塊煤原料經塊煤進口進入下行床熱解爐中，與來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℃，常壓下即可發生快速熱解反應，熱解析出揮發分的同時還生成半焦；由下行床熱解爐的上部排出的熱解煤氣混合氣進入冷卻器中，冷卻至60-80℃，冷卻后再進入氣液分離器進行氣液分離，大部分的水及煤焦油蒸汽被冷卻成為液相的油水混合液，氣相則進入低溫甲醇洗裝置進一步脫除其中的酸性氣體；低溫甲醇洗裝置脫酸處理后產生的CO2進入固定床氣化爐中作為氣化反應氣化劑，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，其中的重油經重油出口排出油水分離器，含酚廢水則會進入固定床氣化爐中參與氣化反應；快速熱解反應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，發生氣化反應生成高溫氣化煤氣以及氣化殘渣，高溫氣化煤氣送入下行床熱解爐中參與熱解反應，氣化殘渣則在重力作用下落入渣斗中收集。
6.如權利要求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。
8.如權利要求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，進入低溫甲醇洗裝置中的酸性氣體中包含CO2、H2S、COS。
9.如權利要求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、水和煤焦油。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明公開了一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統及方法，該系統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行熱解，熱解產生的半焦進入固定床氣化爐中進行氣化反應，氣化反應產生的高溫氣化煤氣作為熱解所需的熱源以及熱解介質返回下行床熱解爐，而熱解后所產生的含酚廢水及二氧化碳可同時作為氣化劑返回至固定床氣化爐參與氣化反應；本發明實現了合成氣和焦油的聯產，達到了綜合處理二氧化碳和含酚廢水的目的。
為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
一種熱解-氣化耦合處理CO2及含酚廢水的系統，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置有塊煤進口，底部設置有半焦出口，上部一側設置有熱解煤氣混合氣出口，下部一側設置氣化煤氣進口；
所述固定床氣化爐的頂部設置有半焦進口，上部一側設置有氣化煤氣出口，底部設置氣化殘渣出口，在固定床氣化爐的下部還設置有氧氣進口、含酚廢水進口和二氧化碳進口；
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口相連通，冷卻器的出口與氣液分離器的中部進口相連通，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口相連通，油水分離器的上部一側設置有含酚廢水出口，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口相連通。
作為本發明進一步地，所述低溫甲醇洗裝置上還設置有凈化氣出口。
作為本發明進一步地，所述油水分離器的底部還設置有重油出口，排出的重油為煤焦油產品。
作為本發明進一步地，所述固定床氣化爐上的氣化殘渣出口與渣斗進口相連通。
本發明還公開了一種熱解-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，具體過程：
粒徑為10-50mm的塊煤原料經塊煤進口進入下行床熱解爐中，與來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℃，常壓下即可發生快速熱解反應，熱解析出揮發分的同時還生成半焦；
由下行床熱解爐的上部排出的熱解煤氣混合氣進入冷卻器中，冷卻至60-80℃，冷卻后再進入氣液分離器進行氣液分離，大部分的水及煤焦油蒸汽被冷卻成為液相的油水混合液，氣相則進入低溫甲醇洗裝置進一步脫除其中的酸性氣體；
低溫甲醇洗裝置脫酸處理后產生的CO2進入固定床氣化爐中作為氣化反應氣化劑，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，其中的重油經重油出口排出油水分離器，含酚廢水則會進入固定床氣化爐中參與氣化反應；
快速熱解反應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，發生氣化反應生成高溫氣化煤氣以及氣化殘渣，高溫氣化煤氣送入下行床熱解爐中參與熱解反應，氣化殘渣則在重力作用下落入渣斗中收集。
作為本發明進一步地，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℃。
作為本發明進一步地，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。
作為本發明進一步地，進入所述低溫甲醇洗裝置中的酸性氣體中包含CO2、H2S、COS。
作為本發明進一步地，從所述氣液分離器底部排出的油水混合液中包含酚類、水和煤焦油。
本發明的有益效果是，與現有技術相比，具有以下特點：
(1)將低溫甲醇洗裝置中產生的二氧化碳返回至固定床氣化爐中作為氣化反應的氣化劑之一，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將廢水中的酚類分解為CO、H2等有效氣體。
(3)下行床熱解爐發生熱解反應所需的熱源是由高溫氣化煤氣提供的，無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，下行床熱解爐中的高溫半焦可直接進入固定床氣化爐中進行氣化，無需熄焦。
本發明將熱解過程與氣化過程合理地耦合于一體，解決了現有熱解-氣化技術中存在二氧化碳排放量大的技術問題，有效地減少碳排放、提高了整體的碳轉化率，并實現了產品的多樣化；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。
（發明人：閆龍;康爾波;王玉飛;李健）
