CN101805625B - 外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法 - Google Patents

外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，将原料煤在100℃～300℃下在回转炭化炉干燥段内干燥、脱吸，干燥后的原料煤进入回转炭化炉干馏段，在物料温度500～700℃下热裂解1～5个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气，生成的兰炭经过熄焦炉和筛焦装置后得到兰炭成品，产生的焦油和煤气经过煤气分离纯化装置，得到高品质的焦油成品和高热值的煤气成品。本发明可以降低原料煤的粒度，提高了原料煤的利用率，另外提高了煤气的热值，大大提高了煤气的利用价值，采用干法熄焦，出焦连续，提高了兰炭的质量，节约能源，减少了有害气体的生成。本发明工艺过程反应物单一，无废气、废水、废渣排放，属于环保项目。

Description

外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法
技术领域
本发明涉及一种工业化生产兰炭的新工艺-外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的工艺，它属于煤化工技术领域。
背景技术
兰炭，又称作半焦，是以侏罗纪不粘煤的弱粘煤为原料，采用中低温干馏工艺生产的一种高固定碳含量的固体物质，生产兰炭的同时副产焦油和焦炉煤气。兰炭可广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、高炉喷吹和城市居民洁净用煤等生产生活领域；焦油用途极为广泛，可制取清洁燃料油，也是合成塑料、染料、纤维、橡胶、农药、医药、耐高温材料等有机化工的重要原料；焦炉煤气可用于发电、冶金、制取氢气、合成氨、甲醇、笨等化工产品以及工业煅烧用热源等。
目前国内用于工业化生产的方法主要有内热式直立炭化炉热裂解制备兰炭，它是目前运用最广泛，规模最大、最多的一种裂解原煤制备兰炭的工艺。工艺流程主要为：原料煤由炉体顶部上煤斗连续垂直加入焦炉，经预热后落入干馏段，干馏段干馏温度为600～700℃，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，由鼓风机经火口吹入干馏段燃烧，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。
上述方法的不足之处为：由于其干馏燃烧时，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，由鼓风机经火口吹入干馏段燃烧，因此，它所需原煤的粒度较大，要求在20～80mm，实际煤矿生产中，这样的块煤只有30％到40％，原料存在短缺问题；由于采用内热式干馏，炉内包含大量空气，因此生成的煤气热值较低，其中含氢气、甲烷较低，氮气含量过高，达不到化工利用的要求条件，只能当作燃料而不能作为化工原料；其焦油回收率低；另外其兰炭熄焦处理时采用湿法出焦，消耗了一部分兰炭的潜热，影响兰炭的质量，产品含水量较高，限制兰炭的使用，增加运输成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，可连续式生产，工艺过程无废气、废水、废渣排放，属于环保综合利用项目。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，包括以下步骤：
(1)将原料煤送入回转炭化炉干燥段，在100～300℃对原料煤进行干燥和脱吸20～60分钟，除去煤中的水份和结合水以及吸附在煤的毛孔中的气体；
(2)干燥和脱吸后的煤进入回转炭化炉干馏段，在物料温度350～700℃下热裂解1～5个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气，回转炭化炉压力控制在-20～20mm H2O，维持在微负压和微正压之间，其中一部分纯化后煤气和空气送入燃烧炉燃烧，加热后的热风送入回转炭化炉干馏段夹套内作为热源；
(3)通过裂解后产生的兰炭由回转炭化炉排出送熄焦炉熄焦，再进入筛焦装置筛分处理得到兰炭成品；
(4)通过裂解后产生的高温煤气和焦油混合物由回转炭化炉导气管抽出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品。
所述的原料煤的粒度为3mm～80mm。
所述的回转炭化炉安装方式为卧式，回转炭化炉加热方式为夹套外加热形式，炭化炉干馏段出口的热空气返回炭化炉干燥段加热，干燥段和干馏段采用间接加热，达到热量循环利用。
兰炭熄焦处理采取干法熄焦工艺，干法熄焦工艺采用如下两种形式之一：A，兰炭在隔绝空气的条件下送入回转冷却机间接冷却，冷却介质为循环水喷淋冷却；B，在回转干熄炉中用惰性气体与赤热红焦换热冷却。
本发明反应原理如下：
煤低温干馏过程主要经历如下变化：煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成兰炭(半焦)、焦油、煤气等产物的过程。当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象)；至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称为一次热分解产物；在500～600℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成兰炭(半焦)；高于650℃，兰炭(半焦)继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气和少量甲烷)，半焦失重同时进行收缩，形成裂纹。
该反应为吸热反应，热量由回转炭化炉外的加热系统来提供。生成的兰炭经过熄焦炉熄焦，然后通过排焦装置进入筛焦装置筛分处理得到成品兰炭，产生的焦油和煤气经过焦油煤气分离纯化装置吸收和纯化，最终生成高品质的焦油成品和高热值的煤气成品。
本发明与背景技术相比具有以下几个优点：
(1)由于采取外加热形式，带压热烟气不与原煤直接接触，小粒度的煤不会被热烟气带出，因此降低了原料煤的粒度，提高了原料煤的利用率。
(2)采用外热式炉体，热烟气在炉体外部循环加热，没有大量的惰性气体混入煤气中，提高了煤气的热值，大大提高了煤气的可利用价值。
(3)出焦连续，采用干法熄焦，提高了兰炭的质量，节约能源，减少了有害气体的生成。不会产生大量的工业污水，大大节省了治理的费用。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
将100kg，粒度在20～25mm的原料煤经过输送装置送入回转炭化炉干燥段，在260℃下干燥和脱吸30分钟，除去其中的水份和吸附在毛孔中的气体。干燥后的原料煤进入回转炭化炉干馏段，在物料温度600℃下热裂解3个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气。回转炭化炉压力值控制在10mm H2O，维持在微负压和微正压之间。所述的回转炭化炉安装方式为卧式，回转炭化炉加热方式为外加热形式。其中一部分纯化后的煤气送入燃烧炉与热空气充分燃烧，产生的热风送入炭化炉干馏段夹套内作为热源，炭化炉干馏段出口的热空气返回炭化炉干燥段加热，达到热量循环利用。整个过程连续生产，温度控制稳定，反应率高，回转炭化炉采用特殊材料，热风布置合理，热能利用率高。通过裂解后产生的兰炭由回转炭化炉出料口排出送熄焦炉熄焦，产生的兰炭在隔绝空气的条件下送入冷却机冷却，冷却机采取循环水喷淋冷却的形式。熄焦后再进入筛焦装置筛分处理得到兰炭成品。裂解后产生的高温煤气和焦油混合物由回转炭化炉导气管抽出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品。兰炭成品经计算和分析：干基固定碳的含量在85％以上，挥发份＜7％，水份＜2％，灰份＜7％，硫0.05以下，磷0.0025。煤气的热值：4000大卡/Nm3。
实施例2
将80kg，粒度在8～10mm的原料煤经过输送装置送入回转炭化炉干燥段，在220℃下干燥和脱吸20分钟。干燥后的原料煤送入回转炭化炉干馏段，在物料温度650℃下热裂解2.5个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气。压力值控制在-10mm H2O。裂解后产生的兰炭送入熄焦炉熄焦，在回转干熄炉中用逆流常温氮气与赤热红焦换热冷却。熄焦后再进入筛焦装置筛分处理得到兰炭成品。通过裂解后产生的高温煤气和焦油混合物由回转炭化炉导气管抽出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品。兰炭成品经计算和分析：干基固定碳的含量在86％以上，挥发份＜7％，水份＜3％，灰份＜8％，硫0.05以下，磷0.0025。煤气的热值：4400大卡/Nm3。
实施例3
将120kg，粒度在10～15mm的原料煤经过输送装置送入回转炭化炉干燥段，在250℃下干燥和脱吸60分钟。干燥后的原料煤送入回转炭化炉干馏段，在物料温度670℃下热裂解4个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气。压力值控制在5mm H2O。裂解后产生的兰炭送熄焦炉熄焦，产生的兰炭在隔绝空气的条件下送入冷却机冷却，冷却机采取循环水喷淋冷却的形式。熄焦后再进入筛焦装置筛分处理得到兰炭成品。通过裂解后产生的高温煤气和焦油混合物由回转炭化炉导气管抽出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品。兰炭成品经计算和分析：干基固定碳的含量在85％以上，挥发份＜5％，水份＜1％，灰份＜8％，硫0.05以下，磷0.0025。煤气的热值：4400大卡/Nm3。

Claims (4)

1.一种外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将原料煤送入回转炭化炉干燥段，在100～300℃对原料煤进行干燥和脱吸20～60分钟，除去煤中的水份和结合水以及吸附在煤毛孔中的气体；
(2)干燥和脱吸后的煤进入回转炭化炉干馏段，在物料温度350～700℃下热裂解1～5个小时，热裂解后得到兰炭、焦油和煤气，回转炭化炉压力控制在-20～20mmH2O，维持在微负压和微正压之间，其中一部分纯化后的煤气和空气送入燃烧炉燃烧，加热后的热风送入回转炭化炉干馏段夹套内作为热源；
(3)通过裂解后产生的兰炭由回转炭化炉排出送熄焦炉熄焦，再进入筛焦装置筛分处理得到兰炭成品；
(4)通过裂解后产生的高温煤气和焦油混合物由回转炭化炉导气管抽出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品。
2.如权利要求1所述的外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，其特征在于：所述的原料煤的粒度为3mm～80mm。
3.如权利要求1所述的外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，其特征在于：所述的回转炭化炉安装方式为卧式，回转炭化炉加热方式为夹套外加热形式，炭化炉干馏段出口的热空气返回炭化炉干燥段加热，干燥段和干馏段采用间接加热，达到热量循环利用。
4.如权利要求1所述的外热式卧置回转炭化炉热裂解原煤制备兰炭的方法，其特征在于：兰炭熄焦处理采取干法熄焦工艺，干法熄焦工艺采用如下两种形式之一：A，兰炭在隔绝空气的条件下送入回转冷却机间接冷却，冷却介质为循环水喷淋冷却；B，在回转干熄炉中用惰性气体与赤热红焦换热冷却。
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