CN104388128A - 一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法 - Google Patents

一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法，包括依次连接的颗粒除尘器、电除尘设备、焦油精制塔、煤气冷却塔和电捕焦油器。本发明在颗粒床除尘器和煤气冷却塔之间设置焦油精制塔，充分利用了煤气自身的热量，通过“精馏原理”将收集到的焦油进一步脱水精制，工艺流程短，所得焦油水分含量低、品质好；本装置将热解煤气所携带的显热直接作为含水焦油在焦油精制塔内精馏的热源，在同一个焦油回收系统内实现了热量的高效利用，本装置为热解荒煤气冷却和焦油回收精制系统提供了一种全新的热量回收工艺及方法。

Description

一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法。
背景技术
我国是一个“缺油、少气、相对富煤”的发展中国家，在能源消费方面，以煤为主的能源结构是我国发展经济的重要基础和特色。随着石油及天然气资源的日趋匮乏及人们对资源的利用效率和环保的内在要求，煤炭的利用形式发生了重大的变化。煤热解技术是煤炭分质高效清洁转化利用的重要途径之一，通过煤热解可以生产清洁的气、液、固三种不同形态的产品，继而对煤中不同成分进行分质利用，即气、液产品作为化学品使用，固态煤焦作为进一步气化的原料。煤热解技术实现了煤炭的梯级分质利用，既提高了煤炭资源的综合利用率和产品的附加值，又减少燃煤造成的环境污染，具有显著的经济效益、社会效益和环保效益。
热解荒煤气除尘和焦油回收是煤热解工艺中非常重要环节。目前工业上热解煤气冷却和焦油回收主要采用大量氨水喷淋直接快速急冷及电捕焦油相结合的工艺，该工艺虽然能够将热解煤气冷却到适当温度，但是该过程有如下显著的缺点：第一，煤气冷却和焦油回收过程中产生大量高浓度有机物废水，环境污染严重；第二，煤气冷却和焦油回收过程中热解煤气所携带大量显热被白白浪费，无法合理高效回收该部分的热量，因此采用氨水喷淋直接快速急冷煤气的煤热解工艺热效率较低。第三，目前热解工业中焦油回收工艺中所得到的焦油夹带着大量的热解水，后续油水分离难度大，加工成本高。因此，目前国内很多生产企业及科研单位都在积极改进或升级现有的煤气净化系统，试图开发一种高效节能环保、工艺简单的热解荒煤气净化和焦油回收的系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统及方法，能够解决目前低温热解荒煤气净化工艺中系统热效率低、回收热量品质差、回收焦油水分含量高、焦油回收工艺复杂等问题。
为了达到上述目的，一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，包括具有荒煤气入口的颗粒床除尘器，颗粒床除尘器的煤气出口连接电除尘设备的煤气入口，电除尘设备煤气出口连接焦油精制塔的塔煤气入口，焦油精制塔的塔煤气出口连接煤气冷却塔煤气入口，焦油精制塔和煤气冷却塔的上部均设置有循环焦油喷淋口，煤气冷却塔的煤气出口连接电捕焦油器的煤气入口，电捕焦油器开设有将煤气送往界外的煤气出口。
所述煤气冷却塔和电捕焦油器底部均开设有焦油排出口，并连接焦油沉降池，焦油沉降池设置有焦油出口和热解水出口，焦油沉降池的焦油出口连接焦油槽的焦油入口，焦油槽的焦油出口经过管线分别与焦油精制塔和煤气冷却塔的焦油喷淋口相连。
所述焦油精制塔包括塔体，塔体的下部开设有塔煤气入口和塔焦油出口，塔体内塔煤气入口上方设置有气体分布塔板，塔体顶部开设有塔煤气出口，塔体上部设置有循环焦油喷头。
所述煤气冷却塔是煤气直冷和间冷相结合的列管式换热器，主体包括管程和壳程，管程上方设置有焦油喷头，壳程设置有循环冷却水进出口并连接于空冷循环水装置。
一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的方法，包括以下步骤：
步骤一：热解荒煤气依次进入颗粒床除尘器和电除尘器，除去热解煤气中的夹带的大颗粒粉尘和细粉尘；
步骤二：除尘后的热煤气从下部进入焦油精制塔，与来自于焦油槽的焦油直接逆流接触换热，换热后焦油温度升高，焦油中夹带的的液态水转化为气态形式的水蒸气，随煤气从焦油精制塔顶部排出，焦油被进一步除水精制后通过焦油精制塔焦油出口排出；
步骤三：从焦油精制塔出来的热煤气从顶部进入煤气冷却塔，热煤气在煤气冷却塔管程中被上部喷淋的焦油冷却，煤气中大部分焦油和热解水冷却析出，同时管程中上述介质的热量又被壳程中的循环冷却水及时移走，捕集的油水混合物从煤气冷却塔底部排出；
步骤四：从煤气冷却塔下部出来的煤气从下部进入电捕焦油器，进一步捕捉煤气中携带的焦油雾和水雾后，经风机输送到界外。
所述步骤三和步骤四中，煤气冷却塔和电捕焦油器捕集的优惠混合物进入焦油沉降池初步分离，热解水从焦油沉降池的水出口排出，焦油从焦油沉降池的焦油出口送到焦油槽，焦油槽中的焦油通过焦油泵将部分送入煤气冷却塔，其余送入焦油精制塔进一步脱水精制，上述焦油槽中焦油含水量为2.13％。
所述步骤一中，所述颗粒床除尘器的滤料为焦炭颗粒，颗粒床层温度控制在400-450℃，半焦颗粒的粒径控制在12-20mm；所述电除尘器的操作温度为400-450℃。
所述步骤二中，焦油精制塔热源由底部进入的热煤气提供，焦油精制塔塔底温度控制在220-300℃，塔顶温度控制在110-150℃，脱水精制后排出焦油的含水量为0.81％。
所述步骤三中，煤气冷却塔中煤气冷却采用直冷和间冷相结合的方式，热煤气自上而下走管程，循环冷却水自下而上走壳程，管程上方喷晒有焦油，煤气出口温度控制在40-50℃。
所述步骤三中，煤气冷却塔壳程中冷却水进出口与空冷循环水装置构成一个闭路系统，冷却水在上述闭路系统内循环使用，空冷循环水装置冷却水出口温度为控制在25-30℃。
与现有技术相比，本发明在颗粒床除尘器和煤气冷塔之间巧妙设置焦油精制塔，其充分利用热解煤气的显热，通过“精馏原理”除去焦油中的水分，因此，采用本装置煤气冷却和焦油回收、精制工艺得到的焦油产品水分含量极低，大大简化了目前煤气焦油回收精制工艺；本装置从热解煤气所携带的显热直接作为含水焦油在焦油精制塔内精馏的热源，在同一个焦油回收系统内实现了热量的高效利用，本装置为热解荒煤气冷却和焦油回收精制系统提供了一种全新的热量回收工艺及方法；颗粒床除尘器的滤料采用热解系统自身产生的高温焦炭颗粒，因此滤料来源广、成本低廉且不需要额外加热，本装置采用颗粒床除尘和静电除尘相结合的双极除尘方式，除尘效率高达99％以上。
进一步的，本发明的煤气冷却塔采用油洗油直冷和循环水间冷相结合工艺，冷却效果好，焦油捕集效率高，并且工艺中不消耗工业用水，为高效、节水、环保新工艺。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明焦油精制塔的结构示意图；
其中，1.颗粒床除尘器；2.电除尘设备；3.焦油精制塔；4.煤气冷却塔；5.空冷循环水装置；6.电捕焦油器；7.风机；8.焦油沉降池；9.焦油槽；10.焦油泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，本发明一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，包括具有荒煤气入口的颗粒床除尘器1，颗粒床除尘器1的煤气出口连接电除尘设备2的煤气入口，电除尘设备2煤气出口连接焦油精制塔3的塔煤气入口33-2，焦油精制塔3的塔煤气出口3-3连接煤气冷却塔4煤气入口，焦油精制塔3和煤气冷却塔4的上部均设置有循环焦油喷淋口，煤气冷却塔4的煤气出口连接电捕焦油器6的煤气入口，电捕焦油器6开设有将煤气送往界外的煤气出口；
煤气冷却塔4和电捕焦油器6底部均开设有焦油排出口，并连接焦油沉降池8，焦油沉降池8设置有焦油出口和热解水出口，焦油沉降池8的焦油出口连接焦油槽9的焦油入口，焦油槽9的焦油出口经过管线分别与焦油精制塔3和煤气冷却塔4的循环焦油喷淋口相连；煤气冷却塔4是煤气直冷和间冷相结合的列管式换热器，主体包括管程和壳程，管程上方设置有焦油喷头，壳程设置有循环冷却水进出口并连接于空冷循环水装置5。
参见图2，焦油精制塔3包括塔体3-1，塔体3-1的下部开设有塔煤气入口3-2和塔焦油出口3-5，塔体3-1内塔煤气入口3-2上方设置有气体分布塔板3-6，塔体3-1顶部开设有塔煤气出口3-3，塔体3-1上部设置有循环焦油喷头3-4。
一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的方法，包括以下步骤：
步骤一：从热解炉出来的荒煤气温度为450℃，含尘量为15.7g/m3，焦油含量为114.3g/m3，水蒸气含量为17.9％，煤气首先进入颗粒床除尘器1，该颗粒床除尘器以焦炭颗粒为过滤介质，以除去热解煤气中的夹杂的大颗粒粉尘，焦炭颗粒来自热解系统产物的高温半焦颗粒，考虑到颗粒床层的压降和过滤精度，颗粒床层温度控制在400-450℃，半焦颗粒的粒径控制在12-20mm范围内，该除尘器的除尘效率高达87％以上；
步骤二：从颗粒床除尘器1出来的煤气进入电除尘设备2，电除尘设备2的工作温度为400-450℃，其主要功能是除去颗粒床除尘器1中未除去的细粉尘，从而提高除尘效率，避免细粉尘混入焦油产品降低了焦油品质，该除尘器的除尘效率可高达93％以上；
步骤三：从电除尘设备2出来的煤气接着进入焦油精制塔3，焦油精制塔3底部工作温度为220-300℃左右，顶部温度为110-150℃左右，焦油精制塔3底部和顶部的工作温度由热解煤气和喷晒焦油的温度及流量来决定，热解煤气从下部进入焦油精制塔3后，与来自于焦油槽10的焦油直接逆流接触换热，换热后焦油温度升高，焦油中夹带的的液态水转化为气态形式的水蒸气，随煤气从焦油精制塔3顶部排出，焦油被进一步脱水精制后通过焦油精制塔焦油出口3-5排出，，脱水精制后焦油含水量为0.81％，满足工业要求。
步骤四：从焦油精制塔3顶部出来的煤气从顶部进入煤气冷却塔4，煤气冷却塔4为列管式换热器，煤气冷却塔4主体包括管程和壳程，管程上方设置有焦油喷头，热煤气在管程中被上部喷淋的焦油冷却，煤气中大部分焦油和热解水冷却析出，同时管程中上述介质的热量又被壳程中的循环冷却水及时移走，捕集的油水混合物从煤气冷却塔4底部排出。出口煤气温度控制在40-50℃，循环水进入闭式空冷循环冷却水装置5，通过空冷将循环水冷却至25-30℃左右；
步骤五：从煤气冷却塔4底部出来的煤气从下部进入电捕焦油器6，电捕焦油器6的工作温度维持在40-60℃左右，主要用于捕捉热解煤气携带的焦油雾和水雾，提高热解煤气的净化效果，电捕焦油器7焦油捕集效率高达99％以上。从电捕焦油器6上部出来的煤气经风机8输送到界外。
步骤六：煤气冷却塔4和电捕焦油器6底部设置有焦油出口，从煤气冷却塔4和电捕焦油器6底部焦油出口排出的油水混合物进入焦油沉降池8，油水混合物在焦油沉降池8中经过初步分离，分为水层和焦油层，水从焦油沉降池8的水出口排出，而焦油从焦油沉降池8焦油排出口排出后经管路送到焦油槽9，焦油槽9中的焦油通过焦油泵10部分送入煤气冷却塔4，其余送入焦油精制塔3进一步脱水精制，上述焦油槽9中焦油含水量为2.13％。对上述工艺处理结束后的焦油和煤气进行取样分析，煤焦油产品的主要性质如下表1所示。采用该工艺处理热解煤气的总除尘率为99.09％、焦油回收率达到98％以上，焦油中固含量为0.93％，水含量为0.81％。该系统具有煤气除尘效率高，焦油品质好，热量回收效率高等特点。
表1 煤焦油产品的主要性质

Claims (10)

1.一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，其特征在于：包括具有荒煤气入口的颗粒床除尘器(1)，颗粒床除尘器(1)的煤气出口连接电除尘设备(2)的煤气入口，电除尘设备(2)煤气出口连接焦油精制塔(3)的塔煤气入口(3-2)，焦油精制塔(3)的塔煤气出口(3-3)连接煤气冷却塔(4)煤气入口，焦油精制塔(3)和煤气冷却塔(4)的上部均设置有焦油喷淋口，煤气冷却塔(4)的煤气出口连接电捕焦油器(6)的煤气入口，电捕焦油器(6)开设有将煤气送往界外的煤气出口。
2.根据权利要求1所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，其特征在于：所述煤气冷却塔(4)和电捕焦油器(6)底部均开设有焦油排出口，并连接焦油沉降池(8)，焦油沉降池(8)设置有焦油出口和热解水出口，焦油沉降池(8)的焦油出口连接焦油槽(9)的焦油入口，焦油槽(9)的焦油出口经过管线分别与焦油精制塔(3)和煤气冷却塔(4)的焦油喷淋口相连。
3.根据权利要求1所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，其特征在于：所述焦油精制塔(3)包括塔体(3-1)，塔体(3-1)的下部开设有塔煤气入口(3-2)和塔焦油出口(3-5)，塔体(3-1)内塔煤气入口(3-2)上方设置有气体分布塔板(3-6)，塔体(3-1)顶部开设有塔煤气出口(3-3)，塔体(3-1)上部设置有循环焦油喷头(3-4)。
4.根据权利要求1所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统，其特征在于：所述煤气冷却塔(4)是煤气直冷和间冷相结合的列管式换热器，包括管程和壳程，管程上方设置有焦油喷头，壳程设置有循环冷却水进出口并连接于空冷循环水装置(5)。
5.权利要求1所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：热解荒煤气依次进入颗粒床除尘器(1)和电除尘器(2)，除去热解煤气中的夹带的大颗粒粉尘和细粉尘；
步骤二：除尘后的热煤气从下部进入焦油精制塔(3)，与来自于焦油槽(9)的焦油直接逆流接触换热，换热后焦油温度升高，焦油中夹带的的液态水转化为气态形式的水蒸气，随煤气从焦油精制塔(3)顶部排出，焦油被进一步脱水精制后通过焦油精制塔焦油出口(3-5)排出；
步骤三：从焦油精制塔(3)出来的热煤气从顶部进入煤气冷却塔(4)，热煤气在煤气冷却塔(4)管程中被上部喷淋的焦油冷却，煤气中大部分焦油和热解水冷却析出，同时管程中上述介质的热量又被壳程中的循环冷却水及时移走，捕集的油水混合物从煤气冷却塔(4)底部排出；
步骤四：从煤气冷却塔(4)下部出来的煤气从下部进入电捕焦油器(6)，进一步捕捉煤气中携带的焦油雾和水雾后，经风机(7)输送到界外。
6.根据权利要求5所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统的回收方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中，煤气冷却塔(4)和电捕焦油器(6)捕集的油水混合物进入焦油沉降池(8)初步分离，热解水从焦油沉降池(8)的水出口排出，焦油从焦油沉降池(8)的焦油出口送到焦油槽(9)，焦油槽(9)中的焦油通过焦油泵(10)部分送入煤气冷却塔(4)，其余送入焦油精制塔(3)进一步脱水精制，上述焦油槽(9)中焦油含水量为2.13％。
7.根据权利要求5所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统的回收方法，其特征在于：所述步骤一中，所述颗粒床除尘器(1)的滤料为焦炭颗粒，颗粒床层温度控制在400-450℃，半焦颗粒的粒径控制在12-20mm；所述电除尘器(2)的操作温度为400-450℃。
8.根据权利要求5所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统的回收方法，其特征在于：所述步骤二中，焦油精制塔(3)热源由底部进入的热煤气提供，焦油精制塔(3)塔底温度控制在220-300℃，塔顶温度控制在110-150℃，脱水精制后排出焦油的含水量为0.81％。
9.根据权利要求5所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统的回收方法，其特征在于：所述步骤三中，煤气冷却塔(4)中煤气冷却采用直冷和间冷相结合的方式，热煤气自上而下走管程，循环冷却水自下而上走壳程，管程上方喷晒有焦油，煤气出口温度控制在40-50℃。
10.根据权利要求5所述的一种热解荒煤气除尘和油冷回收焦油的系统的回收方法，其特征在于：所述步骤三中，煤气冷却塔(4)壳程中冷却水进出口与空冷循环水装置(5)构成一个闭路系统，冷却水在上述闭路系统内循环使用，空冷循环水装置(5)冷却水出口温度为控制在25-30℃。
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