CN101955782A

CN101955782A - 一种煤的热解方法

Info

Publication number: CN101955782A
Application number: CN2010102877753A
Authority: CN
Inventors: 杨俊环
Original assignee: FUXI ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Current assignee: FUXI ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: CN101955782B

Abstract

本发明提供一种煤的热解方法，包括：a)将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为1.5mm～3.5mm的第一粉煤；b)将所述第一粉煤在干燥装置中一步干燥得到水含量为≤2.5wt％，温度为80℃～100℃的第二粉煤，干燥时所述干燥装置的轴向倾斜度为15°；c)将所述第二粉煤与煤灰混合后在热解反应器中进行热解反应得到第一气体产物和第一固体产物。通过上述煤的热解方法，本发明通过对褐煤进行预处理直接得到粒度、温度和水含量符合要求的第二粉煤，第二粉煤可以直接参与煤的热解反应，在该过程中，由于现将煤破碎到粒度达到合适的要求，因此在干燥的过程中可以避免深度干燥产生更多的细灰，有利于降低能耗和简化工艺，可以实现提高褐煤的利用效果。

Description

一种煤的热解方法

技术领域

本发明属于煤化工领域，具体涉及一种煤的热解方法。

背景技术

褐煤，又名柴煤，英文名称为Lignite coal，是一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的煤化程度较低的低级煤，其特点是水分高、孔隙度大、挥发分高，热值低，含有不同数量的腐殖酸。褐煤的储量丰富，在当前资源相对稀缺的条件下，对褐煤的开发利用具有很好的前景。但由于褐煤的含水量高，可以达到15wt％～50wt％，直接参与燃烧发电时，水分蒸发会带走大量热能，热损失大，发电效率降低；若是将褐煤直接进行煤的气化，由于含水量高，对煤的气化工艺要求也十分苛刻。

为了更好的实现褐煤的利用效果，需要对褐煤进行干燥提质处理，即在一定温度下对褐煤进行脱水处理使其转化成具有类似烟煤性质的提质煤，这样可以降低褐煤的含水量，从而有利于其综合利用。

在现有技术中，已经公开了多种褐煤的综合利用方法。例如，中国专利文献CN101701535A公开了一种褐煤提质循环利用联产电、蒸汽、煤气、焦油和型煤的工艺。在该工艺中，先将褐煤送入褐煤预处理系统，在褐煤预处理系统中，含水量为15wt％～55wt％、煤粒为≤300mm的褐煤经过双辊破碎机破碎至粒度≤30mm的煤颗粒，然后经可逆锤式破碎机继续破碎至粒度≤6.3mm以后与筛分的细煤粒混合；从褐煤预处理系统排出的合格煤粒通过链式输送机送入初级干燥装置在压力≤0.4MPa、温度为160℃～180℃的条件下，干燥至水含量达到9wt％～12wt％，温度约为80℃。

经过初级干燥温度约褐煤颗粒被送入提升管深度干燥器在300℃～400℃的条件下进一步干燥，该干燥器采用循环流化床锅炉的烟气作为干燥热源，经过初级干燥的褐煤颗粒在所述提升管深度干燥器内进一步干燥至含水量在2wt％以下、温度约为120℃。从提升管干燥器排出的煤颗粒经由旋风分离器分离后，进入循环流化床煤热解反应器进行热解反应，热解反应得到的气体产物从煤热解反应器排出后，经过旋风分离器除尘分出半焦细粉，得到的焦油进入焦油回收系统；热解反应得到固体产物即半焦根据原煤灰分的不同可以作为循环流化床燃烧锅炉的燃料，或作为高炉喷吹料、烧结粉焦或加工成洁净的无烟燃料等。

在上述工艺中，先将褐煤在褐煤预处理系统中破碎至≤6.3mm，然后干燥至9wt％～12wt％以后，再继续送入提升管深度干燥器进行深度干燥时，在深度干燥的过程中，干燥气和煤粉并向流动，干燥气不仅起着干燥煤粉的作用，而且还起着输送煤粉的作用，深度干燥管内部类似流态化，所以出深度干燥管的干燥气会携带大量的煤粉，必须采用至少两级旋风分离器进行分离才能得到符合排放要求的排放气；深度干燥及随后的旋风分离步骤增加了整个工艺的能耗，也使工艺变得复杂。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种煤的热解方法，与现有技术相比，本发明可以减少能耗，提高褐煤的利用效果，简化工艺。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种煤的热解方法，包括：

a)将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为1.5mm～3.5mm的第一粉煤；

b)将所述第一粉煤在干燥装置中一步干燥得到水含量为≤2.5wt％，温度为80℃～100℃的第二粉煤，干燥时所述干燥装置的轴向倾斜度为15°；采用的干燥装置为管式干燥机，包括多个平行排列的干燥管，干燥管内设螺旋导向叶片，干燥管具有圆形横截面，加热介质在干燥管外加热；螺旋导向叶片为可拉伸材料制成，装入干燥管内之前，先将其拉伸，使其直径小于干燥管的内径，然后装入干燥管，撤掉拉伸力，使叶片收缩，与干燥管内壁紧密接触；

c)将所述第二粉煤与煤灰混合后在热解反应器中进行热解反应得到第一气体产物和第一固体产物。

优选的，步骤a)中将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为2mm～3mm的第一粉煤。

优选的，步骤b)中将所述第一粉煤进行干燥得到水含量≤2wt％的第二粉煤。

优选的，步骤a)将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为2.5mm的第一粉煤。

优选的，所述步骤c)中进行热解反应时的反应温度为480℃～620℃。

优选的，所述步骤c)中进行热解反应时的反应温度为500℃～600℃。

优选的，还包括：

将所述第一气体产物进行分离得到煤气、焦油和/或半焦粉的步骤。

优选的，还包括：

将所述第一固体产物与所述煤气在锅炉中混合进行燃烧得到蒸汽、煤渣和第二气体产物；

将所述第二气体产物分离得到烟气和煤灰，所述煤灰可作为步骤c)中所述的煤灰的一部分。

优选的，在将所述第一固体产物与所述煤气混合前还包括：

加热所述煤气的步骤，所述第二气体产物分离得到的烟气可作为加热所述煤气的热源的一部分。

优选的，所述流化床燃烧锅炉产生的蒸汽被作为所述步骤b)中的干燥的热源的一部分。

本发明将褐煤破碎到1.5mm～3.5mm的第一粉煤以后，将所述第一粉煤燥得到水含量≤2.5wt％、温度约为80℃～100℃的第二粉煤，所述第二粉煤与煤灰混合后可以在热解反应器中直接进行热解反应得到第一固体产物和第一气体产物，其中第一固体产物为半焦可以作为锅炉燃烧的燃料，从锅炉的燃烧产物中得到的高温煤灰可以用于与第二粉煤混合对其进行加热，第一气体产物可以得到煤气，经过加热后可以送入锅炉中作为燃烧气体。

通过上述煤的热解方法，本发明通过对褐煤进行预处理直接得到粒度、温度和水含量符合要求的第二粉煤，第二粉煤可以直接参与煤的热解反应。本发明采用的干燥装置优选为管式干燥机。该干燥机包括多个平行排列的干燥管，干燥管内设螺旋导向叶片，干燥管具有圆形横截面，且直径为90mm，管长7m，加热介质在干燥管外加热；螺旋导向叶片为可拉伸材料制成，装入干燥管内之前，先将其拉伸，使其直径小于90mm，然后装入干燥管，撤掉拉伸力，使叶片收缩，与干燥管内壁紧密接触。采用该装置进行煤的干燥过程中，当将原料煤的粒度降低至3.5mm以下时，干燥效率大大提高，但粒度低至1.5mm以下时，干燥效率又开始降低。此外，采用该装置进行煤的干燥过程中，将干燥装置的轴向倾斜度设置在15°时，干燥平均粒度为3.5mm以下的原料煤的效率可达到最佳化。当干燥装置的轴向倾斜度设置在15°，且原料煤的平均粒度为2.5mm时，干燥效率最高，可直接将富含水原料煤干燥至≤2wt％，使干燥后的煤满足热解要求，直接应用于热解工艺。由于干燥后的煤粒可直接输送至热解反应器，从而避免了进一步的深度干燥工艺产生的细灰，从而减少了热解反应之前所需要的旋风分离步骤，减少了能耗，简化了工艺。实验结果表明，上述方法对褐煤具有更高的利用效率，在同样褐煤进料量的情况下，本发明所提供的方法可以提供更多的蒸汽、焦油、半焦粉和煤气。

附图说明

图1为本发明提供的煤的热解反应的工艺流程图；

图2为本发明使用的煤粉干燥装置的示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供一种煤的热解方法，其特征在于，包括：

b)将所述第一粉煤在干燥装置中一步干燥得到水含量为≤2.5wt％，温度为80℃～100℃的第二粉煤，干燥时所述干燥装置的轴向倾斜度为15°；采用的干燥装置为管式干燥机，包括多个平行排列的干燥管，干燥管内设螺旋导向叶片，干燥管具有圆形横截面，且直径为90mm，管长7m，加热介质在干燥管外加热；螺旋导向叶片为可拉伸材料制成，装入干燥管内之前，先将其拉伸，使其直径小于90mm，然后装入干燥管，撤掉拉伸力，使叶片收缩，与干燥管内壁紧密接触；

本文所称褐煤是指按照中国煤炭分类国家标准GB5751-86所定义的褐煤(HM)，可以包括透光率PM在30％～50％的年老褐煤和PM≤30％的年轻褐煤。本发明使用包括褐煤的原煤作为原料，所述原煤中还可以包括中国煤炭分类国家标准GB5751-86所定义的无烟煤(WY)、贫煤(PM)、贫瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、1/3焦煤(1/3JM)、肥煤(FM)、气肥煤(QF)、气煤(QM)、1/2中粘煤(1/2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)、长焰煤(CY)中的一种或多种，所述原煤中的褐煤的含量优选为大于80wt％，更优选大于85wt％，更优选大于90wt％，更优选大于95wt％，更优选大于99wt％，也可以为全部为褐煤。

按照本发明，先将包括褐煤的原煤破碎至粒度为1.5mm～3.5mm，优选为2mm～3mm的第一粉煤，对于破碎方法，可以使用本领域技术人员熟知的双辊破碎机或者逆锤式破碎机，优选为双辊破碎机。将原煤破碎得到第一粉煤后，可以将第一粉煤进行干燥得到水含量≤2.5wt％，温度为80℃～100℃的第二粉煤，第二粉煤的水含量优选为≤2wt％，温度优选为85℃～95℃。本发明所述的干燥工艺优选在管式干燥机中进行，在干燥的过程中，将所管式干燥机的轴向倾斜度设置在15°可以将褐煤干燥到水含量至2≤wt％。

请参见图1，为本发明提供的煤的热解方法的工艺流程图，将褐煤在第一粉煤在干燥装置11中干燥得到第二粉煤后，将所述第二粉煤通过链式输送机12输送至第一储煤槽13中，然后由螺旋输送机14输送至第二储煤槽15中，对于链式输送机和螺旋输送机，均属于本领域技术人员熟知的用于输送煤的装置，本发明无特别限制。

输送至第二储煤槽15的第二煤粉与来自于第一煤灰储槽16的煤灰在混合器17中混合得到温度优选为600℃～650℃的混合物，煤灰的温度优选为700℃～800℃，更优选为720℃～780℃。再将混合器17中混合物送至热解反应器18中进行热解反应，所述热解反应器优选为本领域技术人员熟知的流化床热解反应器，热解反应温度优选为500℃～600℃，更优选为520℃～580℃。热解反应后，从热解反应器中得到第一气体产物和第一固体产物，第一固体产物为半焦，第一气体产物包括半焦粉、煤气和焦油。然后将第一气体产物送至第一旋风分离器19优选为530℃～550℃的条件下进行分离，分离可以得到半焦粉和第三气体产物，将第三气体产物送至第二旋风分离器20优选在480℃～520℃的条件下进行分离，分离可以进一步得到半焦粉和第四气体产物，将第四气体产物在急冷装置21中进行分离得到煤气和焦油，煤气由抽风装置22抽出待用。

从流化床热解反应器排出的第一固体产物即半焦可以与经过加热的煤气一起送入锅炉26中进行燃烧得到蒸汽、煤渣和第二气体产物，蒸汽的一部分可以送入干燥11对第一粉煤进行干燥；所述锅炉优选为流化床燃烧锅炉，所述第二气体产物经过第三旋风分离器25分离后得到烟气和煤灰，烟气的温度优选为750℃～850℃。所述加热的煤气可以由所述抽风装置22抽出的煤气进行加热得到。对于所述煤气的加热源，可以为所述经过第三旋风分离器得到的烟气的一部分，将所述烟气的一部分对所述煤气进行加热时，优选将所述烟气经由烟气下降管24输送至煤气加热器23对所述由抽风装置22抽出的煤气进行加热，从烟气下降管24排出的烟气温度优选为700℃～800℃，经过加热的煤气被送入流化床燃烧锅炉26中与从流化床热解反应器排出的半焦进行燃烧。

按照本发明，烟气在煤气加热器23中对煤气进行加热后得到温度约为180℃～220℃，更优选为190℃～210℃的冷烟气，冷烟气经由烟囱抽风机27抽送至烟囱28，然后排出。经由所述第三旋风分离器分离得到的煤灰温度优选为700℃～800℃，然后将一部分输送至第一煤灰储槽16中用于与来自第二储煤槽15的第二煤粉混合。

对于上述流程中所使用的流化床锅炉26，流化床热解反应器18、旋风分离器19、20、25，烟气下降管24，煤气加热器23，混合器17，烟囱抽风机27、烟囱28等，均属于本领域技术人员熟知的装置，对此本发明没有特别的限制。

请参见图2，为本发明使用的干燥装置的示意图，干燥装置也称为管式干燥机，包括倾斜设置的回转的干燥外筒101，在本实施例中，回转的干燥外筒的轴向倾斜度为15°，在回转干燥外筒内设置多个与回转干燥外筒的轴向平行的干燥管102。在本实施方式中，干燥管102的横截面形状为圆形，内径为90mm，管长7mm，加热介质在干燥管外加热，本实施方式使用的加热介质为锅炉产生的蒸汽。在干燥管内设置有螺旋导向叶片103，螺旋导向叶片的材质为可拉伸材料，优选为弹簧钢，在装入干燥管之前，拉伸螺旋导向叶片的两端，使其伸长，将其直径拉伸到小于干燥管的内径后，装入干燥管内，然后撤掉螺旋导向叶片两端的拉伸力，螺旋导向叶片收缩，直径变大，与干燥管内壁紧密接触。所述干燥装置还包括进料口104、出料口105、蒸汽进口106、以及驱动装置(未示出)。

所述干燥装置为以下实施例中使用的干燥装置为管式干燥机，包括多个平行排列的干燥管，干燥管内设螺旋导向叶片，干燥管具有圆形横截面，且直径为90mm，管长7m，加热介质在干燥管外加热。螺旋导向叶片的材料为弹簧钢，装入干燥管内之前，先将其拉伸，使其直径小于90mm，然后装入干燥管，撤掉拉伸力，使叶片收缩，与干燥管内壁紧密接触。

以下以具体实施例说明本发明的方案，但本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

将水含量为35％的褐煤粉碎至平均粒度为2.5mm得到第一粉煤，第一粉煤以72.3t/h的速度被输送至旋转干燥器11进行干燥得到含水量为2wt％、温度为90℃左右的第二粉煤，本实施例采用的旋转干燥器11干燥时，轴向倾斜度设置在15°。

干燥后，将所述第二粉煤经由链式输送机12以48t/h的速度输送至第一储煤槽13中，然后螺旋输送机14输送至第二储煤槽15中，从第二储煤槽15排出的第二粉煤与从第一煤灰储槽16排出的、温度为750℃的煤灰在混合器17中混合后得到温度约在620℃的混合物，然后将所述混合物输送至循环流化床热解反应器18中在温度约为550℃的条件下进行热解反应得到第一气体产物和第一固体产物，第一固体产物为半焦，半焦的排量为153.79t/h。将所述第一气体产物在第一旋风分离器19中在温度为550℃的条件下进行分离得到半焦粉和第三气体产物，将第三气体产物继续送入第二旋风分离器20中在温度为500℃的条件下进行分离得到半焦份和第四气体产物，将第一旋风分离器得到的半焦粉和第二旋风分离器得到的半焦粉混合后的半焦粉的排量为3.05t/h。将第四气体产物在急冷装置21中冷却得到排量为1.01t/h的焦油和排量为0.5万m³/h、温度为100℃的煤气。

从流化床热解反应器排出的半焦与经过加热的煤气一起被送入流化床燃烧锅炉26进行燃烧，对于流化床燃烧锅炉26，空气的供气量为18.7万m³/h。从所述锅炉中，排出蒸汽、煤渣和第二气体产物，蒸汽的排气量为196t/h、煤渣的排出量为10.89t/h，部分蒸汽作为旋转干燥器11的热源对第一粉煤进行干燥；将第二气体产物送入第三旋风分离器25进行分离得到温度约为800℃、排气量为18.7万m³/h的烟气和温度为750℃左右的煤灰，煤灰被送入第一煤灰储槽16中循环利用。

从第三旋风分离器排出的烟气经由烟气下降管24后温度降到约为750℃然后送入煤气加热器23中对来自第四气体产物分离得到的煤气进行加热，加热后的煤气与从流化床热解反应器排出的半焦一起被送入循环流化床锅炉中进行燃烧。

从煤气加热器排出的烟气温度约为200℃，经由烟囱抽风机27抽送至烟囱28中排放，烟气指标如下：颗粒小于250mg/m³，SO₂的浓度小于60ppm，NOX(氮氧化物)的浓度小于70ppm，符合国家环保排放要求。

通过上述煤的热解方法，本发明通过对褐煤进行预处理直接得到粒度、温度和水含量符合要求的第二粉煤，第二粉煤可以直接参与煤的热解反应。采用上述装置进行煤的干燥过程中，将原料煤的粒度降低至3.5mm以下时，干燥效率大大提高，但粒度低至1.5mm以下时，干燥效率又开始降低。将干燥装置的轴向倾斜度设置在15°时，干燥平均粒度为3.5mm以下的原料煤的效率可达到最佳化。当干燥装置的轴向倾斜度设置在15°，且原料煤的平均粒度为2.5mm时，干燥效率最高，可直接将富含水原料煤干燥至≤2wt％，使干燥后的煤满足热解要求，直接应用于热解工艺。由于干燥后的煤粒可直接输送至热解反应器，从而避免了进一步的深度干燥工艺，降低了能耗，避免产生更多的细灰，实现提高褐煤的利用效果，并且减少热解反应之前所需要的旋风分离步骤，优化了工艺。实验结果表明，上述方法对褐煤具有更高的利用效率，在同样褐煤进料量的情况下，本发明所提供的方法可以提供更多的蒸汽、焦油、半焦粉和煤气。

以上对本发明所提供的煤的热解方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种煤的热解方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热解方法，其特征在于，步骤a)中将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为2mm～3mm的第一粉煤。

3.根据权利要求2所述的热解方法，其特征在于，步骤b)中将所述第一粉煤进行干燥得到水含量≤2wt％的第二粉煤。

4.根据权利要求3所述的热解方法，其特征在于，步骤a)将包括褐煤的原煤破碎至平均粒度为2.5mm的第一粉煤。

5.根据权利要求4所述的热解方法，其特征在于，所述步骤c)中进行热解反应时的反应温度为480℃～620℃。

6.根据权利要求5所述的热解方法，其特征在于，所述步骤c)中进行热解反应时的反应温度为500℃～600℃。

7.根据权利要求1至6任一项所述的热解方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的热解方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7所述的热解方法，其特征在于，在将所述第一固体产物与所述煤气混合前还包括：

10.根据权利要求9所述的热解方法，其特征在于，所述流化床燃烧锅炉产生的蒸汽被作为所述步骤b)中的干燥的热源的一部分。