CN1031348C - 一种低变质煤的多级回转热解加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤的热解加工方法，特别是低变质煤的综合利用加工方法。通过串联的多段回转炉对原料煤分段进行内热式干燥、外热式热解，内热式增碳热加工，得到粒度为3-20mm的粒状焦，焦油产品及中热值煤气。采用本发明的方法可根据产品用途调整工艺，从而得到粒度和挥发分不同的粒状焦产品。从焦油中可回收酚类、燃料油、重油和沥青等多种宝贵的化工产品。此外由热解产生的煤气除可用于本方法，亦可作为民用或工业用煤气外供。
Description
本发明涉及一种煤的热解方法，特别涉及低变质煤的多级回转热解加工方法。
低变质煤指变质程度较低的煤种，包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤等，占我国煤炭储量的一半以上，其煤质特点为挥发分较高，低温热解焦油产率较高，化学反应活性好，如果作为动力煤烧掉，则宝贵的煤资源就不能得到充分合理的利用，同时经济效益也差。因此，在能源紧张的当今世界，煤的加工转化和综合利用已成为人们关注的焦点。
针对煤的热解工艺，美国早在30-40年代就开发了地斯考(Disco)工艺，该工艺分为四个部分：(1)予干燥：湿煤用热的烟道气干燥，使其水分降至2-3％；(2)焙烧：干煤送入输送式焙烧炉中由热烟道气(470℃)加热至320℃；(3)碳化：焙烧后的煤送人-外热式的回转炉中进行碳化，碳化温度达450℃时呈球状半焦排出，加热气体温度为570℃；(4)冷却：球状热半焦经破碎筛分冷却。煤在外热式回转炉中产生的有机挥发物经冷凝分离，煤气返回加转炉加热部分作燃烧气，废热烟道气入焙烧段作煤料焙烧气。
该工艺用于由粘结性煤制取块状无烟燃料，最终的热解温度为450℃左右，半焦的挥发分为15-17％，该产品不能作为铁合金、电石等工业用焦。
法国马利诺热分解中心(CPM)于80年代开发了多段热解工艺、该工艺分为三部分：(1)干燥：湿煤在一双螺旋输料机中用热烟道气干燥，温度达250℃；(2)热解：干燥煤送人一内热式回转炉中热解，最高热解温度可控制在800-1200℃，借助煤热解产生的有机挥发物在炉内燃烧加热；(3)冷却：热解后的颗粒焦由热解炉进入另一回转炉中喷水降温，成品焦降温后排出。焦炭挥发分为2-5％。
该工艺的热解段为内热式回转炉，煤在热解过程中产生的焦油等贵重化合物均不回收加工利用；另外，干燥段的双螺旋输料机为密相输料，不适于高水分原料煤的干燥脱水。
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种加工低变质煤的方法，特别是一种加工含水分高的褐煤或其它低变质煤如长焰煤、不粘或弱粘煤和气煤等的方法。
本发明的另一个目的在于回收煤热解过程中产生的宝贵化学产品如燃料油、酚类化合物、重油或沥青等。
本发明的再一目的是由煤的热解过程生产粒度适宜的、挥发分较低的、适于铁合金及电石等工业使用的粒状焦。
本发明的另一目的是由煤的热解加工方法生产中热值的民用或工业用煤气。
本发明所述的煤的热解加工方法包含以下步骤：
(1)将粒度为3～30mm的原料煤送人干燥回转炉内与温度低于300℃的热烟道气直接换热脱水，最终干燥温度为200～250℃；
(2)将干燥后的煤料送入热解回转炉，煤料被由热解加热炉提供的热量间接加热，分解生成粒状半焦、焦油蒸汽和煤气.最终的热解温度为500～650℃；
(3)将焦油蒸汽和煤气的混合气送到冷凝器中分离，得到粗焦油及煤气：
(4)将粒状半焦送入增碳回转炉中，在800～850℃的温度下，经内热式加热，得到粒状焦及高温混合气，混合气被导人热解加热炉；
(5)将由增碳回转炉排出的粒状焦于振动筛上喷水熄火，制得产品焦。
本发明所述的煤的热解加工方法适用加工的煤种广泛，如褐煤、长焰煤、不粘或弱粘煤或气煤，也可用于加工木屑、农业废渣、有机废料等垃圾。所述的褐煤的水分含量较高，一般为15％以上，最高可达30～40％。
本发明所述的煤的热解加工方法采用多级串联回转炉，并采用分段加热方式，其中干燥段为气体内热式，以由热解加热炉排出的热烟道气作为干燥介质与原料煤逆向流动，从而脱去煤中的大部分水份及1～2％的挥发分。因此对含水分高的煤通过干燥段，可获得脱除大部分水份的、发热量增高的提质煤。若用于燃料煤，则该提质煤由于脱除了大部分水份从而具有便于运输的特点。热解段为气体外热式，由一热解加热炉提供热解所需的热量，该热量通过空气、热解煤气或其它燃料在加热炉中燃烧产生。由于热解段采用间接加热方式，可使半焦质量、煤气热值、焦油回收得到有效控制和提高。热解段产生的焦油经冷凝分离后可得到宝贵的酚类产品、燃料油及重油或沥青类产品。增碳段为气体内热式，由半焦在增碳炉内产生的可燃气体与进入该炉内的空气混合燃烧，供给增碳炉热量，产生的热废气导人热解加热炉。由于干燥回转炉和增碳回转炉采用气体内热式，因而可提高过程的传质传热效率，减轻对设备材质的要求。
由本发明所述的热解加工方法制成的产品焦的粒度为3～20mm，挥发分低于7％，或根据用户需求，生产规定的挥发分值的产品焦。
当热解段排出的半焦的挥发分不需要降低或降低不多时，可将增碳段与热解段合并为内外并热方式，以提高传热率和热解速度，从而简化了工艺。
当需将热解煤气作为民用或工业用气外供时，则将贫煤气或其它燃料供入热解加热炉。
因为原料煤在各段回转炉中始终处于沿轴向和径向连续流动的状态中，从而使粉状煤或粒状煤均能采用本发明的工艺进行加工。另外，由于煤粒的运动速度和停留时间可得到控制，即使是有一定粘结性的煤，如气煤、弱粘煤，也可连续地进行热解。
本发明所述的各段之间通过缓冲料层和密相排料阀封闭。干燥和增碳段为微负压状态操作，热解段呈微正压操作。各段最终处理温度根据煤质和产品用途而定。
因此，本发明所述的煤的热解加工方法具有如下的优点及积极效果：
1、适应煤种广，既可用于高水份含量的褐煤，也可用于长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤，还可用于加工木屑、农业废渣，如植物的籽壳、茎杆等，以及某些有机废料或垃圾等。
2、生产粒度可控制在3～20mm的、高化学反应性能(a1100℃＞80％)、高比电阻(＞2×104Ωmm2/M)的粒状焦，该产品焦用于铁合金、电石工业具有提高生产效率、产品质量，节能效果显著等特点。此外，可根据需要生产用于高炉喷吹，无烟燃料，催化剂载体、活性吸附材料等半焦。
尤其是褐煤粒状焦具有稳定性好，高化学反应性、高比电阻等特点，其发热量(27MJ/kg)是原褐煤(19MJ/kg)的1.4倍，既可用于电石、铁合金生产，又可作为其它工业，如水泥、烧结的燃料。
3、回收占原煤5～10％的焦油类产品，其中20～25％为酚类产品，25～30％为可加工成燃料油的轻质油，其余40～45％为重油或沥青类产品。当本工艺采用贫煤气或其它燃料时，可外供热值为17～30MJ/NM3的中热值煤气，产率可达每吨干煤120～200NM3。
4、由于采取分段热加工的过程，煤中大量的水份随烟道气排出，使热解过程产生的有害废水量大大减少，从而有利于废水的处理和防止污染环境。
附图简要说明：
图1：为本发明的煤的热解加工方法的流程简图。
其中：
1、干燥回转炉
2、排料阀
3、热解回转炉
4、热解加热炉
5、排料阀
6、增碳回转炉
7、振动筛
8、引风机
以下结合附图，用实施例对本发明所述的方法做进一步说明，但并不限制本发明，
实施例1
将1吨天祝煤连续送人干燥回转炉(1)中，干燥温度为200℃；煤干燥产生的废气经引风机(8)，一部分返回干燥回转炉(1)，用于调整进入该炉的气体的温度，一部分放空。干煤经排料阀(2)进入热解回转炉(3)，热解温度控制在650℃，热解产物为半焦616kg，焦油101kg，热值为30.43MJ/NM3的煤气约200立方米。焦油经冷凝分离加工后得到粗酚约22kg，燃料油30kg，重油＋沥青约40kg。
由于天祝煤为气煤，650℃热解得到半焦挥发分(8.29％)接近本发明指标7％，故实施例1采取将热解增碳联合的简化工艺。
天祝煤的分析数据见表1。热解产物的产率及主要性状见表2。
实施例2-3
按实施例1所述的方法，分别对先锋煤，平庄煤进行热解加工，上述两种煤均为褐煤，其分析数据见表1。热解产物的产率及主要性状见表2。实施例2-3的反应条件见表3。其它条件与实施例1相同。
实施例4
以宝日希勒煤为原料(为含水份较高的褐煤，煤的分析数据见表1)，采取热解后增碳(800℃)的最终工艺，产物产率及主要性状见表2，反应条件见表3，其它条件同实施例1，得到挥发分(6.44％)小于7％的粒状焦产品。
表1试验用煤分析数据
| 实序施例号 | 名称 | 工业分析 | 元素分析(％daf) | 葛金低温干馏试验(d％) | ||||||||
| 水分Mad | 灰分Ad | 挥发分vdaf | 碳C | 氢H | 氮N | 氧O | 焦油Tar | 半焦CR | 总水Water | 化合水 | ||
| 1 | 天祝 | 330 | 3.54 | 45.51 | 79.93 | 6.12 | 2.01 | 11.94 | 17.1 | 64.2 | 9.1 | 4.6 |
| 2 | 先锋 | 15.96 | 5.44 | 47.81 | 70.01 | 4.90 | 1.95 | 23.14 | 10.4 | 66.9 | - | 8.4 |
| 3 | 平庄 | 18.82 | 8.13 | 42.28 | 73.38 | 5.08 | 1.02 | 20.52 | 8.0 | 26.9 | - | 7.2 |
| 4 | 宝日希勒 | 27.00 | 11.00 | 46.00 | 75.02 | 4.91 | 1.07 | 18.80 | 9.4 | 73.41 | - | 6.94 |
表2热解试验产物产率及主要性状
| 实序施例号 | 煤样名称 | 热解温度(℃) | 焦 油 | 半 焦 | 煤 气 | |||||
| 产率wt％d | 比重d4 20 | ＜360℃蒸馏 | 产率wt％d | 挥发分V％daf | 固定碳Fc％ad | 产率wt％d | 热值MJ/NM3 | |||
| 1 | 天祝 | 650 | 10.99 | 1.051 | 56.9 | 61.60 | 8.29 | 83.40 | 18.57 | 30.43 |
| 2 | 先锋 | 620 | 5.53 | 1.081 | 59.0 | 6233 | 12.80 | 73.89 | 19.19 | 21.83 |
| 3 | 平庄 | 620 | 5.32 | 1.104 | 53.9 | 66.37 | 12.25 | 67.79 | 17.08 | 25.16 |
| 4 | 宝日希勒 | 600 | 9.66 | 1.006 | 59.11 | 70.43 | 17.01 | 66.73 | 11.59 | 20.76 |
| 宝日希勒 | 800 | - | - | - | - | 6.44 | 68.54 | - | - | |
增碳后半焦性状如本表所示。
2表中各产品产率均以干基计。
表3实施例2-4的反应条件
| 实施例序号 | 干燥温度(℃) | 热解温度(℃) | 热解运转时间(小时) | 增碳温度(℃) |
| 2 | 200 | 620 | 10 | -- |
| 3 | 200 | 620 | 10 | -- |
| 4 | 200 | 600 | 63 | 800 |
Claims (3)
1、一种低变质煤的多级回转热解加工方法，其特征在于：
(1)将粒度为3-30mm的褐煤、长焰煤、不粘煤或气煤送入干燥回转炉内，与温度低于300℃的热烟道气直接换热脱水，最终干燥温度为200-250℃；
(2)将干燥后的煤料送入热解回转炉，煤料被由热解加热炉提供的热量间接加热，分解生成粒状半焦、焦油蒸汽和煤气，最终的热解温度为500-650℃；
(3)将焦油蒸汽和煤气的混合气送到冷凝器中分离，得到粗焦油和煤气；
(4)将粒状半焦送入增碳回转炉中，在800-850℃的温度下，经内热式加热，得到粒状焦及高温混合气，混合气被导入热解加热炉；
(5)将由增碳回转炉排出的粒状焦于振动筛上喷水熄火，制得产品焦。
2、如权利要求1所述的低变质煤的多级回转热解加工方法，其特征在于所述褐煤的水分含量高于15％。
3、如权利要求1所述的低变质煤的多级回转热解加工方法，其特征在于由热解生成的焦油蒸汽经冷凝分离得到粗汽油、粗柴油、粗酚、重油及沥青。
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