CN103215055A

CN103215055A - 一种褐煤低温干馏结合提质的系统及其方法

Info

Publication number: CN103215055A
Application number: CN2013101598978A
Authority: CN
Inventors: 刘猛; 段钰锋; 马贵林; 黄冰冰
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-05-02
Also published as: CN103215055B

Abstract

本发明公开了一种褐煤低温干馏结合提质的系统及其方法，包括原煤仓、破碎机、焦炉、冷凝器、半焦降温器、半焦存储仓、反应釜、干燥褐煤仓、固液分离器、分离液存储罐和煤焦油存储罐，所述原煤仓和破碎机相连，破碎机和焦炉物料进口相连，焦炉气相产物出口和冷凝器相连，冷凝器气相出口和焦炉相连，冷凝器液相出口依次和半焦降温器、反应釜、固液分离器相连，半焦降温器与半焦存储仓相连，固液分离器的液相出口和分离液存储罐相连，分离液存储罐连接至半焦降温器及煤焦油存储罐，固液分离器的固相出口和干燥褐煤仓相连。本发明在褐煤干燥过程中不需要任何额外的热源，使得整个工艺结构紧凑、经济性好、效率高，易于大面积推广。

Description

一种褐煤低温干馏结合提质的系统及其方法

技术领域

本发明涉及煤化工和褐煤干燥提质领域，具体涉及一种褐煤低温干馏结合提质的系统和方法。

背景技术

煤干馏是煤化工的重要过程之一，主要指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种：900℃-1100℃为高温干馏，即焦化；700℃-900℃为中温干馏；500℃-600℃为低温干馏。

目前国内主要采用三段炉和兰炭方炉进行褐煤低温干馏，其燃烧方式多为直接接触加热的内热式工艺，内热式加热工艺直接利用高温烟气和煤炭接触给煤炭加热，此工艺特点是传热快、换热效率高、反应均匀、成本低。但是此类工艺的熄焦产生的高温半焦的余热并没有得到充分利用，造成大量高品位热能的浪费，如CN102732275A、CN10775296A。

褐煤的含水量高，利用范围狭窄，目前低阶煤的干燥技术大体分为蒸发脱水技术和非蒸发脱水技术。蒸发干燥工艺将煤中的水以气态的形式除去，而非蒸发干燥工艺则是将煤中的水以液态形式脱除，非蒸发提质比蒸发提质的耗能低，主要体现在煤的水分以液态形式排出，减少了蒸发潜热。现有褐煤干燥技术大多能耗较高、效率低下，如：CN102759260A、CN101260307A、CN102925243A。

发明内容

本发明的目的是针对现有的褐煤干燥工艺能耗大、效率低、资源浪费等不足，提出一种褐煤低温干馏结合提质的系统及其方法，主要利用褐煤干馏中产生的煤焦油，煤焦油中含有大量的高极性的有机物质，这些有机物在一定温度和压力下能够与褐煤中的水分相结合，从而达到提质脱水的目的，如：煤焦油中含有的芳香化合物和酚类化合物脱水。本发明同时把褐煤的干燥提质和褐煤的低温干馏有机结合起来，起到节能、经济、方便的目的。

本发明采用的技术方案为：一种褐煤低温干馏结合提质的系统，包括原煤仓、破碎机、焦炉、冷凝器、半焦降温器、半焦存储仓、反应釜、干燥褐煤仓、固液分离器、分离液存储罐和煤焦油存储罐，所述原煤仓和破碎机相连，破碎机和焦炉物料进口相连，焦炉气相产物出口和冷凝器相连，冷凝器气相出口和焦炉相连，冷凝器液相出口依次和半焦降温器、反应釜、固液分离器相连，半焦降温器与半焦存储仓相连，固液分离器的液相出口和分离液存储罐相连，分离液存储罐连接至半焦降温器及煤焦油存储罐，固液分离器的固相出口和干燥褐煤仓相连。

原煤仓褐煤破碎后，小于2mm的褐煤颗粒送入到反应釜中提质，大于2mm的褐煤送入到焦炉内进行低温干馏，干馏后得到高温半焦以及冷凝获得煤焦油及煤气，煤气进入到焦炉内燃烧产生高温烟气提供干馏所需热量。高温半焦通过间壁式换热器加热煤焦油。加热后煤焦油进入到反应釜中在一定压力条件下，与小于2mm的褐煤颗粒发生反应。反应后将油煤混合物送入到固液分离器中分离，分离后得到干燥提质的褐煤以及分离液，分离液进行常温常压脱水后就可以回送到煤焦油产生装置中重新利用。

所述焦炉内产生的高温半焦（约500℃）所含余热较高，可利用其余热加热煤焦油，本发明采用间壁式换热器加热煤焦油，经过换热器换热后得到热煤焦油其温度约为150℃-200℃，而半焦则被冷却到55℃以下，热煤焦油与部分褐煤一起进入反应釜内进行反应，控制反应釜的压力在5MPa-10Mpa之间，反应时间为30min-60min。经反应后的混合物进入离心分离机中，分离得到脱水褐煤和分离液，分离液主要是水和煤焦油，经过过滤干燥得到煤焦油，脱水后的褐煤的含水率小于5%，脱水效率达到85%以上。

一种使用上述系统的褐煤低温干馏结合提质的方法，包括如下步骤：

（1）将褐煤进行破碎，小于2mm的褐煤颗粒送入到反应釜中反应，大于2mm的褐煤送入到焦炉内进行低温干馏；

（2）将干馏后产生的气相进行冷凝，获得煤焦油和煤气，而产生的高温半焦送入到半焦降温器与煤焦油进行换热，将煤焦油加热到150℃-200℃；

（3）加热后的煤焦油进入到反应釜中与小颗粒褐煤进行反应，压力控制在5Mpa-10Mpa之间，反应时间在30min-60min之间；

（4）反应后的油煤混合物进入到固液分离器中，经高速分离后可获得提质干燥后的褐煤及分离液，分离液在常温常压下过滤脱水后可一部分返回到反应釜中继续干燥褐煤，另一部分得到洁净煤焦油。

本发明提质干燥过程采用煤焦油干燥褐煤，利用煤焦油中的有机物质与褐煤表面官能团的键桥作用脱水，脱水条件温和，脱水效率高，脱水能耗低。

作为优选，所述固液分离器采用旋转离心液固分离机，离心机的转速在3000r/min-10000r/min之间，分离得到的干燥褐煤和分离液，干燥褐煤存储在成品干燥煤仓中，分离液经过过滤、脱水得到低温煤焦油。

作为优选，所述半焦降温器为间壁式换热器，煤焦油从管内流动，高温半焦从壳程经过，经换热后煤焦油被加热到150℃-200℃，褐煤半焦被冷却到45℃-55℃。

作为优选，所述冷凝器为一混合式换热器，采用水冷凝的方法，使得焦炉中产生的气相产物迅速降温，煤焦油蒸汽冷凝为液态煤焦油，剩余的煤气和空气混合物一起送入焦炉中燃烧以提供焦炉低温干馏的热量。

作为优选，所述反应釜中利用煤焦油中有机物的脱水性干燥提质褐煤，其中有机物包括：芳香化合物和酚类化合物，反应后经离心分离得到干燥褐煤，分离液经脱水过滤得到煤焦油。

本发明经过煤焦油脱水得到的褐煤热值高，符合动力煤要求，可用作气化原料或者燃料，半焦和煤焦油可用于其他化工领域。

本发明采用煤焦油脱水，在操作压力较高的情况下煤中的水分以液态形式排出属于非蒸发脱水。采用煤焦油干燥脱水，利用煤焦油中的有机物质和褐煤表面官能团的键桥作用脱除水份，这些有机物质主要有：芳香化合物、酚类化合物。煤焦油脱除褐煤中的水分主要是：由于褐煤颗粒和水分子之间以氢键的形式连接，当煤焦油加入的时候，由于煤焦油中的有机物质的极性大，煤-水氢键骨架易被水-有机溶剂氢键骨架替换掉，使得水分溶解到有机溶剂中去，从而达到脱水的目的。褐煤中的水分在高压下以液态的形式排除，减少了气化潜热，具有较好的经济性，利用煤焦油干燥褐煤反应条件温和、反应温度低、设备简单、安全可靠，因而具有较好的应用前景。

有益效果：本发明将褐煤干燥和褐煤的低温干馏有机的结合起来，充分利用褐煤干馏过程中产生的煤焦油以及余热提质干燥褐煤，使得褐煤的含水率低于5%，提质后的褐煤热值高达4500kcal/kg，干燥好的褐煤能够实现长距离运输，扩大了褐煤的利用范围。另外还有副产品半焦以及煤焦油，使得整个过程经济性增加、结构紧凑，节约能源的同时也降低了污染物排放，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明褐煤低温干馏结合提质的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种褐煤低温干馏结合提质的系统，包括原煤仓1、破碎机2、焦炉3、冷凝器4、半焦降温器5、半焦存储仓6、反应釜7、干燥褐煤仓8、固液分离器9、分离液存储罐10和煤焦油存储罐11，所述原煤仓1和破碎机2相连，破碎机2和焦炉3物料进口相连，焦炉3气相产物出口和冷凝器4相连，冷凝器4气相出口和焦炉3相连，冷凝器4液相出口依次和半焦降温器5、反应釜7、固液分离器9相连，半焦降温器5与半焦存储仓6相连，固液分离器9的液相出口和分离液存储罐10相连，分离液存储罐10连接至半焦降温器5及煤焦油存储罐11，固液分离器9的固相出口和干燥褐煤仓8相连。

一种褐煤低温干馏结合提质的方法，包括以下步骤：

（1）将小龙潭褐煤送入褐煤破碎机进行破碎，破碎后褐煤的粒径大于2mm的颗粒送入到焦炉中进行低温干馏，将小于2mm的颗粒送入到反应釜中进行反应。

（2）将1t破碎好的大于2mm的褐煤送入焦炉中经行低温干馏，控制干馏温度为500℃进行低温干馏1h，干馏产生高温半焦约0.5t，干馏煤气约100Nm³，煤焦油0.035t，用高温半焦加热新产生的煤焦油以及回用的煤焦油1.75t，加热后的煤焦油温度为150℃。

（3）称取0.42t小于2mm的褐煤颗粒与步骤（2）中加热好的煤焦油一起送反应釜中反应，控制反应压力为5MPa，反应时间为30min。

（4）将干馏好的褐煤进行离心分离，分离得到的分离液进行过滤脱水后可一部分返回到反应釜中继续干燥褐煤，另一部分得到洁净煤焦油。

（5）脱水处理后的褐煤的含水率由原来的32.5%下降至3.7%，脱水效率达到88.4%，脱水效率较高，脱水后的褐煤存储在干燥煤仓中。

实施例2

本例褐煤低温干馏结合提质的系统与上例一样。

一种褐煤低温干馏结合提质的方法，包括以下步骤：

（2）将1t破碎好的大于2mm的褐煤送入焦炉中经行低温干馏，控制干馏温度为540℃进行低温干馏1h，干馏产生高温半焦约0.47t，干馏煤气约106Nm³，煤焦油0.037t，用褐煤半焦加热新产生的煤焦油以及回用的煤焦油1.75t，加热后的煤焦油温度为175℃。

（3）称取0.42t小于2mm的褐煤颗粒与步骤（2）中加热好的煤焦油一起送反应釜中反应，控制反应压力为8MPa，反应时间为45min。

（5）脱水处理后的褐煤的含水率由原来的32.5%下降至3.0%，脱水效率达到90.77%，脱水效率较高，脱水后的褐煤存储在干燥煤仓中。

实施例3

本例褐煤低温干馏结合提质的系统与上例一样。

一种褐煤低温干馏结合提质的方法，包括以下步骤：

（2）将1t破碎好的大于2mm的褐煤送入焦炉中经行低温干馏，控制干馏温度为600℃进行低温干馏1h，干馏产生高温半焦约0.44t，干馏煤气约113Nm³，煤焦油0.04t，用褐煤半焦加热新产生的煤焦油以及回用的煤焦油1.75t，加热后的煤焦油温度为200℃。

（3）称取0.42t小于2mm的褐煤颗粒与步骤（2）中加热好的煤焦油一起送反应釜中反应，控制反应压力为10Mpa，反应时间为60min。

（5）脱水处理后的褐煤的含水率由原来的32.5%下降至2.0%，脱水效率达到93.8%，脱水效率较高，脱水后的褐煤存储在干燥煤仓中。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种褐煤低温干馏结合提质的系统，其特征在于：包括原煤仓、破碎机、焦炉、冷凝器、半焦降温器、半焦存储仓、反应釜、干燥褐煤仓、固液分离器、分离液存储罐和煤焦油存储罐，所述原煤仓和破碎机相连，破碎机和焦炉物料进口相连，焦炉气相产物出口和冷凝器相连，冷凝器气相出口和焦炉相连，冷凝器液相出口依次和半焦降温器、反应釜、固液分离器相连，半焦降温器与半焦存储仓相连，固液分离器的液相出口和分离液存储罐相连，分离液存储罐连接至半焦降温器及煤焦油存储罐，固液分离器的固相出口和干燥褐煤仓相连。

2.根据权利要求1所述的一种褐煤低温干馏结合提质的系统，其特征在于：所述固液分离器采用旋转离心液固分离机。

3.根据权利要求1所述的一种褐煤低温干馏结合提质的系统，其特征在于：所述半焦降温器为间壁式换热器。

4.根据权利要求1所述的一种褐煤低温干馏结合提质的系统，其特征在于：所述冷凝器为一混合式换热器。

5.一种使用权利要求1系统的褐煤低温干馏结合提质的方法，其特征在于：包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的褐煤低温干馏结合提质的方法，其特征在于：所述固液分离器采用旋转离心液固分离机，离心机的转速在3000r/min-10000r/min之间，分离得到干燥褐煤和分离液。

7.根据权利要求5所述的褐煤低温干馏结合提质的方法，其特征在于：所述半焦降温器为间壁式换热器，煤焦油从管内流动，高温半焦从壳程经过，经换热后煤焦油被加热到150℃-200℃，褐煤半焦被冷却到45℃-55℃。

8.根据权利要求5所述的褐煤低温干馏结合提质的方法，其特征在于：所述冷凝器为一混合式换热器，采用水冷凝的方法，使得焦炉中产生的气相产物迅速降温，煤焦油蒸汽冷凝为液态煤焦油，剩余的煤气和空气混合物一起送入焦炉中燃烧以提供焦炉低温干馏的热量。

9.根据权利要求5所述的褐煤低温干馏结合提质的方法，其特征在于：所述反应釜中利用煤焦油中有机物的脱水性干燥提质褐煤，其中有机物包括：芳香化合物和酚类化合物，反应后经离心分离得到干燥褐煤，分离液经脱水过滤得到煤焦油。