CN103060047A

CN103060047A - 半焦钝化工艺及半焦钝化塔

Info

Publication number: CN103060047A
Application number: CN2012105601829A
Authority: CN
Inventors: 曾镇; 陈钢; 黄学群; 李泽海; 殷煜武
Original assignee: China Wuhuan Engineering Co Ltd
Current assignee: China Wuhuan Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种半焦钝化工艺及半焦钝化塔，解决了现有半焦钝化工艺成本、配套设备投资和场地面积要求均较高的问题，技术方案包括将半焦原料进行预冷却、喷水调节、反应和冷却，基于原料半焦可与空气中的氧和水发生缓慢水合氧化反应的原理实现半焦钝化。本发明还提供一种半焦钝化塔，所述塔体内由上自至依次为预冷却区、喷水调节区、反应区和冷却区。本发明工艺简单、操作简便、安全可靠、设备投资和运行成本低、占地面积小，得到的半焦成品钝化性能好，性质稳定、贮运性能良好。

Description

半焦钝化工艺及半焦钝化塔

技术领域

本发明涉及一种半焦精制工艺及设备，具体的说是一种半焦钝化工艺及半焦钝化塔。

背景技术

为了提高低阶煤的使用和经济价值，低阶煤的转化提质技术成为煤化工技术发展的重点，而其中较为成熟的是低阶煤的低温热解提质技术。该工艺中煤被600℃左右的惰性气体加热，其水分和大部分挥发份被脱除，生产出的半焦（温度为95℃-105℃含水量为0-2%）具有很大的活性，直接暴露在空气中会与空气中的水分和氧发生反应，如果直接贮存或运输，反应放出的热量无法有效释放，热量的聚集会导致半焦温度升高而发生自燃。为提高半焦的贮运特性，需要对此类半焦进行钝化处理，降低其与空气发生反应的活性。国内外针对活性焦的钝化处理主要是通过喷洒含有氧化剂（如高氯酸盐、氯酸盐、次氯酸盐、过氧化物或硝酸盐等）的水溶液来进行，此种工艺技术一定条件下能够解决物料的自燃问题，但氧化剂的成本、配套设备投资和场地面积要求均较高，无法在大型工业化装置中体现经济合理性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作简便、安全可靠、设备投资和运行成本低、占地面积小的半焦钝化工艺，得到的半焦成品钝化性能好，性质稳定、贮运性能良好。

本发明还提供一种用于上述工艺的半焦钝化塔，具有结构简单、可靠性高、控制简便的优点。

技术方案包括以下步骤：

一，预冷却：将原料半焦先与换热介质间接换热，控制进料温度95℃-105℃，出料温度35℃-45℃；

二，喷水调节：将步骤一得到的原料半焦继续与热换介质间接换热的同时喷入工艺水，控制出料温度35℃-45℃，出料含水量为质量百分数10%；

三，反应：将步骤二得到的原料半焦与调湿空气进行反应，反应时间为15-18小时，反应后得到的半焦成品中含水量质量百分数为8%-10%，氧吸收量为质量百分数2%-3%。

四，冷却：将步骤三中得到的半焦成品与冷却介质间接换热冷却至35℃-45℃。

所述调湿空气温度43℃-54℃、相对湿度80%-90%、氧含量为20%-21%wt，反应所需气体流量为15-18m³/kg原料半焦。

所述步骤三中，反应后得到的气体温度68℃，相对湿度42%，经循环风机抽出后，小部分气体外排，大部分气体在补充新鲜空气和冷却水使气体中氧含量维持在20%-21%wt、相对湿度达到80%-90%、温度达到43℃-54℃后经加湿器回送作为步骤三的调湿空气与半焦进行反应。

所述反应后的气体体积30-40%外排，66-70%用于循环。

本发明工艺中，发明人基于原料半焦可与空气中的氧和水发生缓慢水合氧化反应实现半焦钝化的原理，但考虑到生产出的原料半焦具有与水和空气反应活性强的特点，直接与空气进行反应存在反应无法控制，反应热无法有效释放导致半焦温度升高而发生自燃的问题，因此应先行预冷却，使其温度降到35℃-45℃，然后再进行喷水调节，以提高半焦中的水含量，由于半焦吸收水分同时会产生热量，可通过与换热介质间接接触换热降温，离开喷水调节区时半焦含水量应达到9%-11%wt，温度维持不变，仍维持在35℃-45℃。当调节好原料半焦的温度和水份后使其处理最适于反应的条件下后再进行反应效果最佳；

在半焦反应时，它与气体中携带的氧气和水缓慢充分的进行反应，半焦微孔孔隙表面形成的惰性化的氧化层外壳有效阻止反应的继续进行，使半焦最终达到稳定状态。进行反应的条件应严格控制，如物料的反应时间应达到15-18小时，过短会使半焦反应不充分仍具有活性，使反应后得到的半焦成品中含水量质量百分数为8%-10%，氧吸收量为质量百分数2%-3%，这样得到的半焦成品钝化效果最好。并且，对于参与反应的空气在使用普通空气的基础上，还应对空气进行调湿处理，即提高空气的相对湿度（为调湿空气，相对湿度达到80%-90%），为了保证半焦的物料进行充分的水合反应，应使调湿空气温度保持在43℃-54℃、反应所需气体流量为15.65m³/kg原料半焦，以保证反应的充分进行。所述冷却介质为冷却水。

为了降低水量及热能消耗，可采用反应后的气体循环回用的技术，由于反应产热，反应后的气体温度较高（可达到65℃-70℃），并且反应还消耗了气体中的部分氧气和水份，不可直接回用，因此通过循环风机抽出反应后的气体后，可排出部分气体，带走部分热量，同时向剩余气体中补入新鲜的空气和冷却水，并通过加湿器喷出制成调湿空气，使循环参与反应的气体中氧含量、水含量和温度满足反应条件。所述反应后的气体的循环量和排出量以及补入新鲜空气的量可根据作为调湿空气回用时其温度、氧含量等的指标要进行合理调整，所述冷却水的补入量也可参照调湿空气的相对湿度要求计算得出,原则上新鲜空气和冷却水的补入量之和与排除的尾气量相等。仅此一项就可节水20%，节能30%。

本发明半焦钝化塔，为填料塔，物料进口位于顶塔的，物料出口位于顶底，所述塔体内由上自至依次为预冷却区、喷水调节区、反应区和冷却区，所述预冷却区、喷水调节区和冷却区内均设有换热管，所述喷水调节区上段还设有工艺水喷头，所述工艺水喷头与工艺水进口连接，所述反应区设有空气进口和反应气出口。

所述反应气出口通过管道经循环风机、空气加湿器与空气进口连接，所述管道上设排气阀、进气阀，所述空气加湿器还连接有冷却水进口。

所述填料塔底部还装有卸料器。

本发明装置中采用常用填料塔的形式，利用物料的重力由塔顶向塔底流动，通过塔内由上自下依次设置预冷却区、喷水调节区、反应区和冷却区实现半焦的预冷却、喷水调节、反应和冷却四个步骤的钝化工艺，可保证工艺的连续性和可靠性，最大程度减少能耗。所述换热管在塔内的布置方式和数量没有特别限定，可根据半焦钝化塔的物料处理量和物料在每个区的进出料温度以及反应时间进行合理设置，在此不作详叙。

有益效果：

1．本发明实现了连续安全稳定的半焦钝化处理，具有系统简单、操作简便、设备投资和运行成本低、占地面积小、可靠性高的优点，生产出的半焦成品性质稳定，不易出现自燃，满足长期贮存和运输要求。相较于喷洒含有氧化剂的水溶液的方法而言，其钝化成本可下降25%，更为安全可靠。

2．本发明半焦钝化塔可一塔完成全部钝化工艺，结构简单、可靠性高、设备投资和运行成本低、处理量大、占地面积小。

附图说明

图1为本发明半焦钝化塔的结构示意图。

其中，1-填料塔、1.1-物料进口、1.2-物料出口、1.3-工艺水进口、1.4-反应气出口、1.5-空气进口、2-卸料器、3-换热管、4-进气阀、5-循环风机、6-加湿器、7-排气阀、8-工艺水喷头、9-冷却水进口、A-预冷却区、B-喷水调节区、C-反应区、D-冷却区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明半焦钝化塔作进一步解释说明：

参见图1，填料塔1的塔顶设物料进口1.1，塔底设物料出口1.2，所述塔底物料出口1.1的上方设有卸料器2，所述塔体内由上自至依次为预冷却区A、喷水调节区B、反应区C和冷却区D，所述预冷却区A、喷水调节区B和冷却区D内均设有换热3管，所述喷水调节区B上段还设有工艺水喷头8，所述工艺水喷头8与工艺水进口1.3连接，所述反应区C设有空气进口1.5和反应气出口1.4。所述反应气出口1.4通过管道经循环风机5、空气加湿器6与空气进口连接1.5，所述管道上设排气阀7、进气阀4，所述空气加湿器6还连接有冷却水进口9。

工艺实施例：

参见图1，原料半焦E（温度105℃、水份含量2%）由填料塔1的塔顶设物料进口1.1送入，原料半焦由重力先降至预冷却区A，在预冷却区A内与换热管3内的冷却水进行间接换热，控制原料半焦停留时间2.5-3小时，95℃-105℃，出料温度35℃-45℃；经过预冷却区预冷后的原料半焦进入喷水调节区B，在喷水调节区内被工艺水喷头喷出的工艺水加湿，由于半焦吸收水分同时会产生热量，因此还同时与换热管3继续换热，喷水调节区半焦停留时间0.5-1小时，控制出料出温35℃-45℃，出料含水量为质量百分数9%-11%；；经过喷水调节区的原料半焦依重力降至反应区C内，与由空气进口的调湿空气接触与气体中携带的氧气和水缓慢充分的进行反应，所述调湿空气温度43℃-54℃、相对湿度80%-90%、反应所需气体流量为15-185m³/kg原料半焦，物料停留时间（即反应时间）为15-18小时，得到半焦成品及反应后的气体，出料温度65-75℃，半焦成品含水量8%-10%，氧吸收量为质量百分数2%-3%，，反应后的气体温度65℃-70℃，相对湿度40%-45%，所述反应后的气体经循环风机5由反应气出口1.4抽出，通过排气阀7排出部分气体，再由进气阀4补入新鲜空气一起送入加湿器中与冷却水一起雾化喷出形成循环的调湿空气（温度43℃-54℃、相对湿度80%-90%、氧含量为20%-21%wt）由空气进口1.5进入反应区Ｃ内与原料半焦反应；反应后得到的成品半焦下降至冷却区与换热管内的冷却水换热，半焦停留时间1-2小时，半焦进料温度65-75℃，出料温度35℃-45℃，最后稳定的半焦成品通过卸料器２再经物料出口1.2排出塔外。

性能评价：对一长焰煤用600℃左右的惰性气体进行加热处理，使其水分和大部分挥发份被脱除，得到的半焦温度约100℃，待其自然冷却后堆放于仓库内，2小时后即出现局部自燃焖烧现象，如不采取灭火措施，自燃现象很快会蔓延扩散至整个料堆。将半焦按本钝化工艺进行钝化处理后再送入仓库储存，长达一个月的时间内均未出现过自燃闷烧情况，证明钝化后的半焦活性大大降低，储存安全性大大提高，具备良好的贮运特性。

Claims

1.一种半焦钝化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

二，喷水调节：将步骤一得到的原料半焦继续与热换介质间接换热的同时喷入工艺水，控制出料温度35℃-45℃，出料含水量为质量百分数9%-11%；

三，反应：将步骤二得到的原料半焦与调湿空气进行反应，反应时间为15-18小时，得到的半焦成品中含水量质量百分数为8%-10%，氧吸收量为质量百分数2%-3%。

2.如权利要求1所述的半焦钝化工艺，其特征在于，所述调湿空气温度43℃-54℃、相对湿度80%-90%、氧含量为20%-21%wt，反应所需气体流量为15-18m³/kg原料半焦。

3.如权利要求1或2所述的半焦钝化工艺，其特征在于，所述步骤三中，反应后得到的气体温度65℃-70℃，相对湿度40%-45%，经循环风机抽出后，小部分气体外排，大部分气体在补充新鲜空气和冷却水使气体中氧含量维持20%-21%wt，相对湿度达到80%-90%、温度达到43℃-54℃后经加湿器回送作为步骤三的调湿空气与半焦进行反应。

4.如权利要求3所述的半焦钝化工艺，其特征在于，所述反应后的气体体积30-40%外排，60-70%用于循环。

5.一种半焦钝化塔，为填料塔，物料进口位于顶塔的，物料出口位于顶底，其特征在于，所述塔体内由上自至依次为预冷却区、喷水调节区、反应区和冷却区，所述预冷却区、喷水调节区和冷却区内均设有换热管，所述喷水调节区上段还设有工艺水喷头，所述工艺水喷头与工艺水进口连接，所述反应区设有空气进口和反应气出口。

6.如权利要求5所述的半焦钝化塔，其特征在于，所述反应气出口通过管道经循环风机、空气加湿器与空气进口连接，所述管道上设排气阀、进气阀，所述空气加湿器还连接有冷却水进口。

7.如权利要求5或6所述的半焦钝化塔，其特征在于，所述填料塔底部还装有卸料器。