CN102766474A - 一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目相结合的方法，在蒸气流化床干燥炉内用热电厂汽轮机做功后的低品位蒸气作流化介质和热载体进行高水分粉煤的干燥，干燥至水分含量<5%；将干燥后的粉煤送入内加热式流化床干馏炉进行低温干馏并提取粉煤中的液体燃料和高附加值有机化工原料，在该步骤中开始初期用过热蒸气作粉煤干馏的流化介质，当产生足够多的干馏气后，用除尘后的干馏气作流化介质；可将一部分半焦送至燃煤发电锅炉燃烧发电，另一部分半焦送至半焦气化炉进行低压气化生产水煤气，用低品位蒸气和富氧作气化剂，半焦气化副产的中压蒸汽经蒸汽过热器再次加热后送去汽轮发电机发电。该方法不仅可使低品位蒸气余热得到梯级利用，还可使难处理粉煤资源得到分级转化综合利用，实现了粉煤分级转化综合利用与热电联产项目的耦合，是经济、有效和合理的劣质粉煤转化方法。

Description

一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法
技术领域
本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目相结合的方法。
背景技术
我国在面临不可再生优质煤炭资源短缺的同时，还面临随着煤炭开采机械化程度的提高，各大煤炭产地的大量廉价粉煤资源无法利用。同时，热电厂里经蒸汽轮机做功后的低压蒸气具有很高热值但不能用于发电，蒸气余热得不到合理利用。以低阶粉煤、低品位蒸气为代表的低品位能源的高效利用是摆在全世界能源专家面前的一项技术难题。
煤的分级转化是煤炭资源高效、洁净利用的重要途径之一。煤的干燥是煤分级转化利用的前提条件。近年来过热蒸气干燥是煤干燥技术领域研究的热点，该技术是利用过热蒸气作热载体来实现对高水分煤的深度干燥。而煤的低温干馏是煤分级转化利用的关键步骤，在煤气化、液化、焦化和燃烧过程中都会经过或发生。煤的气化是煤在气化剂作用下断裂生成CO，H2和C1-C3等烃类小分子化合物的过程，是洁净煤技术领域的关键性技术。
但现有煤炭转化技术还存在许多问题：能耗高，效率低，且大多数技术只适用于块煤、优质煤，而不适合于粉煤。如气流内热式干馏炉要求原煤块度在20～80mm之间，但块煤的导热性差，煤块越大，煤受热越不均匀，热解时间越长，焦油产率越低；陕西煤业化工集团王守峰等人开发的“块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法”（CN201010230968.5）中也要求，煤块的粒径必须大于20mm。常见的低阶粉煤（如：褐煤）普遍存在水分含量高，活性高，粒径小等特点，难于用传统技术进行处理，因而目前市场上积压库存了大量低廉的劣质粉煤。在西北化工研究院贺根良等人开发的“一种低煤化度粉煤热解方法及采用该方法所得到的产品”（CN201010215349.9）中，用立式外加热式热解炉进行粉煤热解，粉煤在热解炉内间接加热，存在传热速率和综合热效率低的问题。由此可见，开发新的粉煤转化方法和技术来降低能耗成本，提高粉煤的利用率，是现阶段煤化工领域迫切需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的部分不足，提供一种低阶粉煤分级转化综合利用与热电联产项目相结合的方法。这种新的煤炭转化技术可有效地利用热电厂蒸汽轮机做功后的低品位蒸气，将低阶粉煤的流化床过热蒸气干燥、干馏以及半焦气化整合在一起。在提取低阶粉煤中液态芳环结构的同时，可获得高热值煤气，并实现了低品位蒸气余热的回收利用。该方法不仅可以充分利用低品位蒸气余热，提高热电厂的热电比和能量利用率，还可使低阶粉煤中的有效成分得到最大限度提取，降低煤转化过程中的能耗成本，对粉煤资源的有效转化具有重要的现实意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目相结合的方法包括以下步骤：
(1)在蒸气流化床干燥炉内用热电厂汽轮机做功后的低品位蒸气作流化介质和热载体进行高水分粉煤的干燥，干燥至水分含量<5%；
(2)将干燥后的粉煤送入内加热式流化床干馏炉进行低温干馏并提取粉煤中的液体燃料和高附加值有机化工原料，在该步骤中开始初期用过热蒸气作粉煤干馏的流化介质，当产生足够多的干馏气后，用除尘后的干馏气作流化介质；
(3)将一部分半焦送至燃煤发电锅炉燃烧发电，另一部分半焦送至半焦气化炉进行低压气化生产水煤气，用低品位蒸气和富氧作气化剂。
原煤在干燥前可破碎筛分成粒径在0.1-6mm的颗粒，将原煤破碎到一定粒径范围可以避免煤颗粒在深度干燥过程中产生更多的细灰颗粒，以减轻后续工段的分离负担，降低能耗，简化工艺。
粉煤干燥工艺中，维持蒸气温度为120-300℃，密相区过热蒸气流化速度为2-6m/s，稀相区过热蒸气流化速度<2m/s，干燥时间5-30分钟，干燥至水分含量<5%。
干燥后的粉煤可在内加热式流化床干馏炉内进行低温干馏，压力为0-1.0Mpa，温度为400-700℃，密相区流化速度为2-8m/s，稀相区流化速度<3m/s，干馏时间：5～30分钟，干馏炉内氧浓度<2vol%。
其中内加热式流化床干馏炉可以通过高温空气燃烧技术—蓄热式辐射管燃烧器提供热量。
低温干馏工艺中，用温度120～300℃的过热蒸气作粉煤干馏初期的流化介质，当产生足够多的干馏气后，用经一级、二级高温旋风除尘器除尘后的干馏气作流化介质，干馏气由高温油气循环风机返回至干馏炉。剩余干馏气进入油气分离单元，分离出重油、苯、酚、萘等高附加值有机化合物。
干馏气经油气分离后产生的荒煤气可用于蓄热式辐射管燃烧器的燃气。
将一部分半焦送至燃煤发电锅炉燃烧发电，另一部分半焦送至半焦气化炉进行低压气化用低品位蒸气和富氧作气化剂，气化温度为700-1200℃，压力为0.05-1.0Mpa，气化剂为水蒸汽和富氧，气化反应时间20-50分钟，过剩水浓度<20wt%。高温气化气通过气化气冷却器加热锅炉水生成汽水混合物，汽水混合物再经中压蒸汽汽泡分离器可得中压蒸汽，中压蒸汽经蒸汽过热器加热后可供汽轮发电机使用。粗水煤气经除尘单元和湿洗单元除尘脱水后，可作下游深加工产品的化工原料。
半焦气化反应产生的大量热可加热锅炉水生产中压蒸汽，中压蒸汽经蒸汽过热器再次加热后可用于推动汽轮发电机发电。
本发明提供的低阶粉煤过热蒸气干燥、干馏和半焦气化与热电联产项目相结合的方法，可充分利用热电厂低品位蒸气余热和煤转化过程中的半焦气化反应热，同时可使低阶粉煤的有效成分得到最大限度的分级转化高效洁净利用，有效提取粉煤中的液体燃料、高附加值精细化工产品和高热值煤气。
附图说明
图1为本发明利用热电联产项目中的低品位蒸气进行低阶粉煤分级转化综合利用方法的工艺流程图。
图中：1、破碎/筛分单元；2、粉煤储仓；3、螺旋输送机；4、蒸气流化床干燥炉；5、旋风除尘器；6、干煤仓；7、内加热式流化床干馏炉；8、一级高温旋风除尘器；9、二级高温旋风除尘器；10、油气分离单元；11、高温油气循环风机；12、半焦储仓；13、燃煤发电锅炉；14、半焦气化炉；15、气化气冷却器；16、水煤气除尘单元；17、水煤气湿洗单元；18、中压蒸汽汽包分离器；19、蒸汽过热器。
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：如图1所示，工艺步骤包括：
1、原料煤经破碎/筛分单元1，制得平均粒径在0.1<d<6mm范围的粉煤储存于粉煤储仓2中备用。用螺旋输送机3将粉煤送至蒸气流化床干燥炉4内干燥。
2、在蒸气流化床干燥炉4内将高水分低阶粉煤干燥至水分含量<5%。常压干燥，用过热蒸气作热载体和流化介质在蒸气流化床干燥炉4内与粉煤直接接触。过热蒸气温度：120～300℃，密相区过热蒸气流化速度U1：2<U1<6m/s，稀相区过热蒸气流化速度U2：U2<2m/s，干燥时间：5～30min。将干燥后的粉煤输送至干煤仓6储存备用，经旋风除尘器5除尘后的过热蒸气乏汽送去冷凝净化处理。
3、将干煤仓6内的干煤送至内加热式流化床干馏炉7进行低温干馏，用蓄热式辐射管燃烧器给内加热式流化床干馏炉7提供热源。在干馏开始初期用过热蒸气作流化介质在干馏炉内进行粉煤低温干馏。低温干馏的压力（表压）：0～1.0Mpa，温度：400～700℃，密相区流化速度u1：2<u1<8m/s，稀相区流化速度u2：u2<3m/s，干馏时间：5～30min，干馏炉内氧浓度<2vol%。干馏后期用经内置一级高温旋风除尘器8和二级高温旋风除尘器9除尘后的干馏气（400～700℃）作流化介质，用高温油气循环风机11返回流化床干馏炉内，剩余干馏气相产物进入油气分离单元10，分离出重油、苯、酚、萘等高附加值有机化合物。经油气分离后的未冷凝荒煤气可用作蓄热式辐射管燃烧器的燃气，剩余荒煤气用于发电、民用或化学合成原料。固体产物半焦输送至半焦储仓12储存。
4、将半焦储仓12内卸出的半焦一部分输送至燃煤发电锅炉13燃烧发电，另一部分送至半焦气化炉14进行低压气化反应。气化温度：700～1200℃，压力（表压）：0.05～1.0MPa，气化剂：水蒸汽+富氧，气化反应时间：20～50min，过剩水浓度：<20wt%。高温气化气经过气化气冷却器15加热锅炉水生成汽水混合物，汽水混合物再经中压蒸汽汽泡分离器18分离出中压蒸汽送至蒸汽过热器19再次加热后用于汽轮发电机发电，而粗水煤气经除尘单元16和湿洗单元17除尘脱水后，可作下游深加工产品的化工原料。
实施例2：
以某地区年处理量为50.0万吨，平均粒径为3.0mm，收到基全水为42wt%的印尼褐煤的深加工为例。首先将印尼褐煤原煤破碎筛分成粒径在0.1～4.0mm范围的粉煤，再在蒸气流化床内用来自热电厂的280℃过热蒸气直接接触流化干燥，密相区流化速度为3.0m/s，稀相区流化速度为1.0m/s。将印尼褐煤内的水份降低至4.5wt%以下，干燥时间约20分钟。干燥前后印尼褐煤的工业分析、元素分析和热值分析比较结果见表1所示。再将干燥好的褐煤输送至流化床干馏炉内进行低温干馏，用蓄热式辐射管燃烧器给内加热式流化床干馏炉提供热源。在干馏开始初期用过热蒸气作流化介质，后期用循环风机返回一级、二级高温旋风除尘器除尘后的干馏气作流化介质，炉内压力维持在微正压0.05MPa左右，炉内温度维持在500℃左右，密相区流化速度为4.0m/s，稀相区流化速度为1.5m/s，干馏时间20分钟，干馏炉内氧浓度恒定在1.0vol%以下。低温干馏得到的焦油、半焦和荒煤气等产物的产率见表2。荒煤气中各气体组分的体积百分含量见表3，荒煤气可用作蓄热式辐射管燃烧器的燃气。最后将干馏炉内卸出的半焦一部分输送至燃煤发电锅炉燃烧发电，另一部分送至半焦气化炉进行气化反应，气化温度900℃，压力0.8MPa，气化剂：水蒸汽+富氧，气化反应时间30分钟，过剩水浓度约18wt%。半焦气化的反应热用于生产中压蒸汽，中压蒸汽经蒸汽过热器再次加热后用于汽轮发电机发电；气化反应得到的水煤气组成见表4所示。
本实施例的主要操作条件范围为：
印尼褐煤原煤破碎后的粒径范围为：0.1～4.0mm；
蒸气流化床干燥炉的操作条件为：压力0.01～0.05MPa，蒸气温度250～300℃；
内加热式流化床干馏炉的操作条件为：压力0.03～0.07MPa，温度480～520℃，氧浓度低于1.0vol%；
半焦气化炉的操作条件为：气化反应温度900～950℃，压力0.75～0.85MPa。
表1.印尼褐煤干燥前后工业分析、元素分析及热值分析单位：wt%
Figure BDA00001721974300061
表2.干馏产物的产率
Figure BDA00001721974300062
表3.干馏荒煤气的组成
表4.水煤气的组成                              单位：vol%
  组分   H2   CO   CO2   CH4  H2S+COS   N2+Ar   CmHn   O2
  含量   42.0   34.60   18.00   2.80  0.40   2.20   -   -
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，包括下述步骤:
(1)在蒸气流化床干燥炉内用热电厂汽轮机做功后的低品位蒸气作流化介质和热载体进行高水分粉煤的干燥，干燥至水分含量<5%；
(2)将干燥后的粉煤送入内加热式流化床干馏炉进行低温干馏并提取粉煤中的液体燃料和高附加值有机化工原料，在该步骤中开始初期用过热蒸气作粉煤干馏的流化介质，当产生足够多的干馏气后，用除尘后的干馏气作流化介质；
(3)将一部分半焦输送至燃煤发电锅炉燃烧发电，另一部分送至半焦气化炉进行低压气化生产水煤气，用低品位蒸气和富氧作气化剂。
2.根据权利要求1所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，粉煤在干燥前破碎筛成粒径在0.1-6mm的颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述粉煤干燥工艺中，过热蒸气温度为120-300℃，密相区过热蒸气流化速度为2-6m/s，稀相区过热蒸气流化速度<2m/s，干燥时间5-30分钟。
4.根据权利要求1或2所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述低温干馏工艺中，在内加热式流化床干馏炉内进行，压力为0-1.0Mpa，温度为400-700℃，密相区流化速度为2-8m/s，稀相区流化速度<3m/s，干馏时间5～30分钟，干馏炉内氧浓度<2vol%。
5.根据权利要求4所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述内加热式流化床干馏炉是通过高温空气燃烧技术—蓄热式辐射管燃烧器提供热量。
6.根据权利要求1或2所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述低温干馏工艺中，用温度120～300℃的过热蒸气作粉煤干馏开始初期的流化介质，当产生足够多的干馏气后，用经一级、二级高温旋风除尘器除尘后的干馏气作流化介质，干馏气由高温油气循环风机返回至干馏炉。
7.根据权利要求6所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述干馏气经油气分离后产生的荒煤气可用于蓄热式辐射管燃烧器的燃气。
8.根据权利要求1或2所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述半焦气化工艺中，气化温度为700-1200℃，压力为0.05-1.0Mpa，气化剂为水蒸汽和富氧，气化反应时间20-50分钟，过剩水浓度<20wt%。
9.根据权利要求8所述的低阶粉煤分级转化与热电联产项目结合的方法，其特征在于，所述半焦气化工艺中，副产中压蒸汽经蒸汽过热器再次加热后可用于汽轮机发电。
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