CN103666575B - 褐煤分步煤浆气化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐煤分步煤浆气化的方法，包括以下步骤：S1、对所述褐煤进行低温气化，提取所述褐煤中的水分，得到固体产物；S2、对所述固体产物进行中温气化，得到焦油、煤气和热提质煤，且所述热提质煤挥发分为4%-10%；S3、对步骤S2中的所述热提质煤进行冷却；S4、将步骤S3中冷却后的提质煤制成60%-70%浓度的水煤浆；以及S5、对步骤S4中的所述水煤浆进行高温气化，得到合成气和高温蒸汽。根据本发明的褐煤分步煤浆气化的方法，通过依次采用低温气化、中温气化和高温气化三步气化方法，褐煤在整个气化过程中得到清洁、高效利用，从而实现了褐煤的水、油、气分阶段的全面开发。
Description
技术领域
本发明涉及洁净煤技术领域，尤其是涉及一种褐煤分步煤浆气化的方法。
背景技术
褐煤是一种含氧高、含水高、易粉化、热值低、稳定性差、易自燃且煤化程度最低的劣质煤，传统的主要加工手段是对其进行干燥、轻度提质用于火力发电，很少一部分采取粉煤气化，气化效率低，很难实现褐煤的梯阶利用、全价开发，具体地，由于褐煤具有高含氧、高含水的特性，导致褐煤直接制得的水煤浆成浆性差、气化效率低，难以实现褐煤高浓度水煤浆的气化。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种褐煤得到全面开发的褐煤分步高浓度煤浆气化的方法。
根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，包括以下步骤：S1、对所述褐煤进行低温气化，提取所述褐煤中的水分，得到固体产物；S2、对所述固体产物进行中温气化，得到焦油、煤气和热提质煤，且所述热提质煤挥发分为4%-10%；S3、对步骤S2中的所述热提质煤进行冷却；S4、将步骤S3中冷却后的提质煤制成60%-70%浓度的水煤浆；以及S5、对步骤S4中的所述水煤浆进行高温气化，得到合成气和高温蒸汽。
根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，通过依次采用低温气化、中温气化和高温气化三步气化方法，褐煤在整个气化过程中得到清洁、高效利用，从而实现了褐煤的水、油、气分阶段的全面开发。
另外，根据本发明的褐煤分步煤浆气化的方法还可具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述步骤S1中对所述褐煤进行低温气化是通过蒸汽管式反应器实现的。
具体地，所述蒸汽管式反应器内的气化温度为100℃～250℃，压力为0MPa～0.5MPa，持续时间为30min～120min。
根据本发明的一个实施例，所述步骤S2之前，所述褐煤分步煤浆气化的方法还包括：S11、将所述固体产物机械热压成型，成型后得到的料块直径为10mm～100mm，含水量＜10%。
可选地，所述步骤S2是通过无热载体蓄热式旋转床装置实现的。
具体地，所述无热载体蓄热式旋转床装置内的气化温度为450℃～800℃，压力为10Pa～1000Pa，持续时间为40min～120min。
可选地，所述热提质煤采用喷雾熄焦的方式进行冷却。
进一步地，将冷却后的提质煤破碎至粒度小于400μm，添加0.1%～1.5%的分散剂，采用步骤S1得到的所述水分和/或步骤S2中所述焦油和所述煤气分离产生的废水配制所述水煤浆，所述水煤浆的浓度为60%-70%。
可选地，所述步骤S5中对所述水煤浆进行高温气化是通过水煤浆气化反应器实现的。
进一步地，所述水煤浆气化反应器的起燃温度为1000℃～1200℃，气化温度为1200℃～1350℃，气化压力为3MPa～8MPa。
根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，实现了褐煤气化的能量最大化自给，低温热和产生的废水自身充分利用，例如低温气化需要的蒸汽热可由中温气化熄焦产生的蒸汽或水煤浆气化高温煤气降温产生的蒸汽提供，配制水煤浆的水可采用中温气化的油气分离产生的废水或高温气化自身产生的废水，从而实现了褐煤清洁、高效利用，具有操作简单、低能耗和无废水排放的特点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的褐煤分步煤浆气化的方法的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1描述根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法。
如图1所示，根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，包括以下步骤：
S1、对褐煤进行低温气化，提取褐煤中的水分，得到固体产物；
S2、对固体产物进行中温气化，得到焦油、煤气和热提质煤；
S3、对步骤S2中的热提质煤进行冷却，且热提质煤挥发分为4%-10%；
S4、将步骤S3中冷却后的提质煤制成60%-70%浓度的水煤浆；以及
S5、对步骤S4中的水煤浆进行高温气化，得到合成气和高温蒸汽。
在本发明的其中一个示例中，待煤浆气化的褐煤的含水量为10%～60%，挥发分含量为10%～50%，首先可将褐煤破碎至粒度小于3mm，对该褐煤进行低温气化，气化得到的褐煤中的水分例如水蒸气可净化回收或者无需净化留作高温气化配浆使用，通过对褐煤进行低温气化，提取出褐煤中大量的水分，该水分可作为缺水地区的工业用水，且通过提取褐煤中的水分，提高了中温气化的能效，从而减小了设备投资；其次将低温气化得到的固体产物进行中温气化，提取出了褐煤中宝贵的油气资源，焦油收率4.5-15%，达到理论焦油产率80%以上，且得到焦油的密度小于1g/cm3，从而提高了褐煤的开发价值，煤气产率5-20%，得到的煤气热值高达3000KCak/Nm3以上，可作为化工合成产品的原料或作为中温气化的燃料，得到的提质煤挥发分在4%-10%范围内可调，有利于配制高浓度水煤浆，水煤浆浓度可达60%-70%，接着将中温气化的热提质煤进行冷却，冷却过程中产生的蒸汽可作为低温气化的热源，然后将降温后的提质煤配制60%-70%的水煤浆，并进行高温气化，得到合成气和高温蒸汽。根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，通过依次采用低温气化、中温气化和高温气化三步气化方法，褐煤在整个气化过程中得到清洁、高效利用，从而实现了褐煤的水、油、气分阶段的全面开发。
在本发明的一个实施例中，步骤S1中对褐煤进行低温气化是通过蒸汽管式反应器实现的。例如在本发明的其中一个示例中，蒸汽管式反应器包括壳体和管体，管体设在壳体内，褐煤位于壳体内，管体内走蒸汽，整个蒸汽管式反应器采用氮气将褐煤与外界空气隔绝开，氮气可循环使用，具体地，蒸汽管式反应器内的气化温度为100℃～250℃，压力为0MPa～0.5MPa，低温气化的持续时间为30min～120min。这里，需要说明的是，蒸汽管式反应器的结构以及工作原理等已为现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里不再详细说明。
在本发明的一个实施例中，步骤S2之前，褐煤分步煤浆气化的方法还包括：S11、将固体产物机械热压成型，成型后得到的料块直径为10mm～100mm，含水量＜10%。也就是说，将低温气化后得到的固体产物热压成型，成型后得到的料块可大致为球形、条形不等，料块的直径在10mm～100mm之间，料块的含水量小于10%。
可选地，步骤S2是通过无热载体蓄热式旋转床装置实现的。在本发明的其中一个示例中，将低温气化且热压成型后得到的含水量小于10%、直径为10mm～100mm的料块通入无热载体蓄热式旋转床装置内，无热载体蓄热式旋转床装置包括加热系统和燃气系统，加热系统内可设有多个蓄热式辐射管加热器，燃气系统可采用低热值煤气作为燃料气，例如热值为700kcal/Nm3（千卡/标准立方米）的煤气，具体地，无热载体蓄热式旋转床装置内的气化温度为450℃～800℃，压力为10Pa～1000Pa，中温气化的持续时间为40min～120min，在中温气化过程中，加热系统和燃气系统可隔离，从而可得到纯净的煤气，煤气的产率可为5%～20%，煤气的热值大于3000kcal/Nm3，得到的焦油的产率为4.5%～15%，达到理论焦油的产率在80%以上，焦油的密度小于1g/cm3，得到的提质煤的产率为40%～60%，挥发分4%～10%。这里，需要说明的是，无热载体蓄热式旋转床装置的结构以及工作原理等已为现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里不再详细说明。
可选地，中温气化得到的热提质煤采用喷雾熄焦的方式进行冷却，冷却后的提质煤温度可小于80℃。当然，本发明不限于此，中温气化得到的热提质煤还可采用其他的方式进行冷却。
进一步地，将冷却后的提质煤破碎至粒度小于400μm，添加0.1%～1.5%的分散剂，采用步骤S1得到的水分和/或步骤S2中焦油和煤气分离产生的废水配制水煤浆，得到的水煤浆的浓度为60%～70%。也就是说，配制水煤浆的水可以是对褐煤进行低温气化所提取的褐煤中的水分，或者是在褐煤进行中温气化后对得到的焦油和煤气进行分离的过程中产生的废水，或者是对褐煤进行低温气化所提取的褐煤中的水分和在褐煤进行中温气化后对得到的焦油和煤气进行分离的过程中产生的废水。
可选地，步骤S5中对水煤浆进行高温气化是通过水煤浆气化反应器实现的。进一步地，水煤浆气化反应器的起燃温度为1000℃～1200℃，气化温度为1200℃～1350℃，气化压力为3MPa～8MPa。这里，需要说明的是，水煤浆气化反应器的结构以及工作原理等已为现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里不再详细说明。
下面以一套生产能力为2000吨/天的褐煤水煤浆气化工业设备为例进行说明。其中，低温气化的操作条件为：蒸汽压力为1.0MPa（G），蒸汽的温度200℃，褐煤的破碎粒度＜3mm，褐煤的操作温度150℃。中温气化的操作条件为：中温气化的温度600℃-650℃，中温气化的压力100Pa-200Pa（G）。水煤浆配制条件为：将中温气化后得到的提质煤破碎至小于400μm，其中小于200μm占60%以上，添加1.0%的分散剂。高温气化的操作条件为：高温气化的温度1300℃，高温气化的压力4.0MPa（G）。
表1褐煤主要性质
| 项目 | 单位 | 数值 | 备注 |
| 含水率 | Wt%（重量百分比） | 37 | |
| 含油率 | Wt% | 9 | 干基，格金干馏法 |
表2低温气化产物
| 产品 | 单位 | 数值 |
| 水 | 吨/天 | 560 |
| 固体产物 | 吨/天 | 1460 |
表3中温气化产物
| 产品 | 单位 | 数值 |
| 焦油 | 吨/天 | 147.5 |
| 煤气 | 吨/天 | 223.38 |
| 提质煤 | 吨/天 | 905.2 |
表4水煤浆
| 产品 | 单位 | 数值 |
| 水煤浆 | 吨/天 | 1429.4 |
表5高温气化产物
| 产品 | 单位 | 数值 |
| 合成气 | 吨/天 | 2000 |
表6合成气组成
| 组成 | 含量/% |
| H2 | 35.7 |
| CO | 46.6 |
| CO2 | 17.0 |
| CH4 | 0.07 |
| N2 | 0.5 |
| H2S | 0.13 |
根据本发明实施例的褐煤分步煤浆气化的方法，实现了褐煤气化的能量最大化自给，低温热和产生的废水自身充分利用，例如低温气化需要的蒸汽热可由中温气化熄焦产生的蒸汽或水煤浆气化高温煤气降温产生的蒸汽提供，配制水煤浆的水可采用中温气化的油气分离产生的废水或高温气化自身产生的废水，从而实现了褐煤清洁、高效利用，具有操作简单、低能耗和无废水排放的特点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种褐煤分步煤浆气化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对所述褐煤进行低温气化，提取所述褐煤中的水分，得到固体产物，对所述褐煤进行低温气化是通过蒸汽管式反应器实现的，所述蒸汽管式反应器内的气化温度为100℃～250℃，压力为0MPa～0.5MPa，持续时间为30min～120min；
S2、对所述固体产物进行中温气化，得到焦油、煤气和热提质煤，且所述热提质煤挥发分为4％-10％，所述步骤S2是通过无热载体蓄热式旋转床装置实现的，所述无热载体蓄热式旋转床装置内的气化温度为450℃～800℃；
S3、对步骤S2中的所述热提质煤进行冷却，所述热提质煤采用喷雾熄焦的方式进行冷却，中温气化熄焦产生的蒸汽作为低温气化的热源；
S4、将步骤S3中冷却后的提质煤破碎至粒度小于400μm，添加0.1％～1.5％的分散剂，采用步骤S1得到的所述水分和/或步骤S2中所述焦油和所述煤气分离产生的废水配制水煤浆，制成60％-70％浓度的水煤浆；以及
S5、对步骤S4中的所述水煤浆进行高温气化，得到合成气和高温蒸汽，对所述水煤浆进行高温气化是通过水煤浆气化反应器实现的，所述水煤浆气化反应器的气化温度为1200℃～1350℃。
2.根据权利要求1所述的褐煤分步煤浆气化的方法，其特征在于，所述步骤S2之前，还包括：
S11、将所述固体产物机械热压成型，成型后得到的料块直径为10mm～100mm，含水量＜10％。
3.根据权利要求2所述的褐煤分步煤浆气化的方法，其特征在于，所述无热载体蓄热式旋转床装置内的压力为10Pa～1000Pa，持续时间为40min～120min。
4.根据权利要求1所述的褐煤分步煤浆气化的方法，其特征在于，所述水煤浆气化反应器的起燃温度为1000℃～1200℃，气化压力为3MPa～8MPa。
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