CN104789242A - 一种细颗粒四段移动床干馏炉及其干馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种细颗粒四段移动床干馏炉及其干馏方法。所述干馏炉在干燥预热段上部设有进料口、下侧设有热烟气进气口及上侧设有排烟口和排气口，干燥预热段设有与热烟气进气口及排烟口连通的干燥换热器，干燥预热段经密封段与干馏段上下连通，干馏段下、上侧设有高温烟气进气口和烟气出口，干馏段设有与高温烟气进气口和烟气出口连通的干馏换热器以及与外壁油气回收系统连通的油气导出口，冷却段与干馏段连通且下部与出焦系统连接和下侧设有入水口、上侧设有出水口，冷却段设有与入水口和出水口连通的冷却换热器。所述干馏方法包括干燥预热、密封、干馏、冷却步骤。本发明具有动力消耗低、油气粉尘量少、热解煤气热值高、资源利用率高的特点。

Description

一种细颗粒四段移动床干馏炉及其干馏方法

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种动力消耗低、油气粉尘量少、热解煤气热值高、资源利用率高的细颗粒四段移动床干馏炉及其干馏方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，原煤除部分用于炼焦、转化加工外，绝大部分用于直接燃烧，不但热效率低、对环境的破坏严重，而且煤中具有较高经济价值的富氢组分得不到合理利用。而且我国油页岩、油砂储量丰富，资源开发潜力巨大。

目前，煤或油页岩低温干馏技术大部分采用块状气体热载体干馏技术，如煤的低温干馏有三江炉、鲁奇三段炉，油页岩的低温干馏有抚顺炉、茂名炉、吉林成大炉、爱沙尼亚的基维特炉、巴西的佩特洛瑟克斯炉等，但普遍存在无法利用<15mm粒度的干馏物料，特别是油页岩行业，造成资源极大的浪费。

对于<15mm粒度的煤或油页岩、油砂细颗粒干馏技术，可以采用流化床、气流床方式，还有固体热载体（载体为热半焦或热灰）移动床方式。但这些干馏方式，均存在气固分离困难、动力消耗大、设备磨损大、半焦粒度过细等诸多弊病。尤其是流化床，还存在“上吐下泻”问题，产油率相对降低，同样会造成资源浪费。移动床固体热载体干馏技术，如以循环热半焦或热灰为热载体的干馏技术，虽然动力消耗和设备磨损相对较小，但干馏物易破碎而随油气逸出，造成油气当中的粉尘清除困难。而气体热载体直接加热热解工艺，不仅热解挥发产物被烟气稀释，干馏煤气热值较低，同时油气中夹杂了大量的粉尘，造成油气分离困难，还提高了冷却系统的负荷。因此，细颗粒干馏技术瓶颈：就是干馏产生的挥发分（荒煤气或称干馏油气）气固分离困难。因干馏产生的挥发分当中含有油，随着温度的降低会有油凝析，所以它不同于一般的气固分离。此外，无论是流化床、气流床干馏，还是固体热载体移动床干馏，它们均属于“等温”干馏过程。水分、挥发分瞬间逸出，极易造成热崩碎，使得半焦产品粒度更细，粉尘量更大，增加了气固分离难度。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种动力消耗低、油气粉尘量少、热解煤气热值高、资源利用率高的细颗粒四段移动床干馏炉；第二目的在于提供一种实现第一目的干馏方法。

本发明的第一目的是这样实现的：包括自上而下依次设置的干燥预热段、密封段、干馏段、冷却段，所述干燥预热段上部设置有进料口、下侧设置有热烟气进气口及上侧设置有排烟口和排气口，所述干燥预热段设置有与热烟气进气口及排烟口连通的干燥换热器，所述干燥预热段通过密封段与干馏段上下连通，所述干馏段下侧设置有高温烟气进气口和上侧设置有烟气出口，所述干馏段设置有与高温烟气进气口和烟气出口连通的干馏换热器以及与外壁油气回收系统连通的油气导出口，所述冷却段与干馏段连通且下部与出焦系统连接和下侧设置有入水口、上侧设置有出水口，所述冷却段设置有与入水口和出水口连通的冷却换热器。

本发明的第二目的是这样实现的：包括干燥预热、密封、干馏、冷却步骤，具体包括：

A、干燥预热：将干馏原料投入干燥预热段中，自下部通入400～500℃的高温气体对干馏原料进行间接加热至水分＜1%和温度＞120℃；

B、密封：A步骤干燥预热后的干馏原料通过密封段落入干馏段料层顶部并堆积至密封段内形成2～3m的料层，使干燥预热段与干馏段内的气体互不相通；

C、干馏：B步骤中的干馏原料下落进入干馏层，自下部通入750～850℃的高温气体对干馏原料进行间接加热，热烟气自上部导出，油气由干馏层的导出口导出至油气回收系统；

D、冷却：C步骤干馏后的半焦落入冷却层，自下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜150℃出焦。

本发明在干馏炉干燥预热段设置换热器，从下部通入热烟气对其中的干馏物料进行间接加热，并从上侧的烟囱及排气口分别排出烟气及干燥废气；干馏物料在干馏前进行干燥脱水和预热，大大减轻了干馏段的供热，且干燥、预热段对热源质量要求不高，可拓宽干燥、预热热源，从而降低生产成本。在干燥预热段与干馏段间设置密封段，密封段采用干馏物料堆积层作为密封，使干燥预热段和干馏段内的气体互不相通，干燥预热与干馏相分离，能够有效防止干燥预热段产生的水蒸汽混入干馏油气当中，此外也降低了干馏供热；另外，干馏段产生的热解煤气也不会被干燥预热段的热烟气和水蒸气稀释，因此热解煤气热值高，便于后续加工利用；因煤或油页岩干燥产生的游离水没有混入干馏产生的油气当中，而是从干燥预热段单独排出，减轻了油气回收系统负荷；由于工艺废水量（只是干馏物料中的热解水）大幅度减少，所以也降低了废水处理负荷；同时相对提高了废水含酚量，增加了废水回收酚的经济价值。干燥预热段和干馏段均为“渐温”过程，不像流化床、气流床、固体热载体（热半焦或热灰等）干馏那样为“等温”过程，煤或油页岩中的水分、挥发分瞬间逸出造成热崩碎；本发明中的干馏物料在干馏炉内运行速度比较慢，颗粒之间和颗粒与设备之间发生摩擦几率就小，物料破碎程度低，因此油气中的粉尘量小。此外，干馏所产生的油气通过较大体积的油气通道向下导入带隔板的沉降室形成“V”形或“W”形折曲流动以自然沉降方式除尘，从而有效解决细颗粒干馏过程产生的油气当中气固分离的技术难题。干馏后的热半焦经下部注入冷却水的冷却换热器间接冷却，既回收了半焦的显热，可用来产生蒸汽或作为工业锅炉上水换热器、用以北方冬季采暖等，提高能源利用效率；又可使半焦在此段冷却到<150℃，为干法出焦奠定了基础。通过对干馏段通入的干馏热源温度的控制，半焦的挥发分得以有效控制，能够有效减少重质油的产生，从而产出更多高效益的轻质油。另外，本发明的干馏炉除出焦系统外均为静体设备，并且干馏物料在炉中运行缓慢。所以，该干馏炉动力消耗低，设备磨损小。因此，本发明具有干馏炉结构简单、动力消耗低、油气粉尘量少、热解煤气热值高、资源利用率高的特点。

附图说明

图1为本发明的干馏炉结构示意图；

图2为图1之左视图；

图3为图1之包括沉降室剖视结构示意图；

图4为本发明的干馏方法流程图；

图中：1-干燥预热段，11-进料口，12-热烟气进气口，13-排烟口，14-排气口，15-干燥换热器，2-密封段，21-干燥粉尘出口，3-干馏段，31-高温烟气进气口，32-烟气出口，33-干馏换热器，4-冷却段，41-入水口，42-出水口，43-冷却换热器，5-震动装置，6-油气通道，71-下折流板，72-上折流板，8-沉降室，81-粉尘出口，82-阀门，9-煤仓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

     如图1或2所示，本发明的干馏炉包括自上而下依次设置的干燥预热段1、密封段2、干馏段3、冷却段4，所述干燥预热段1上部设置有进料口11、下侧设置有热烟气进气口12及上侧设置有排烟口13和排气口14，所述干燥预热段1设置有与热烟气进气口12及排烟口13连通的干燥换热器15，所述干燥预热段1通过密封段2与干馏段3上下连通，所述干馏段3下侧设置有高温烟气进气口31和上侧设置有烟气出口32，所述干馏段3设置有与高温烟气进气口31和烟气出口32连通的干馏换热器33以及与外壁油气回收系统连通的油气导出口34，所述冷却段4与干馏段3连通且下部与出焦系统连接和下侧设置有入水口41、上侧设置有出水口42，所述冷却段4设置有与入水口41和出水口42连通的冷却换热器43。

    所述干燥预热段1及密封段2外壁设置有震动装置5。

    所述干馏段3外侧设置有与油气导出口34连通的油气通道6和下侧设置有带隔板7的沉降室8，所述油气导出口34通过油气通道6以及沉降室8与油气回收系统连通。

    如图3所示，所述沉降室8呈“W”形结构且底部设置有粉尘出口81，所述粉尘出口81设置有阀门82，所述沉降室8自阀门82向上设置有上部开口的下隔板71，所述沉降室8在下隔板71两侧与油气通道6接口和油气出口间分别设置有自顶部向下且下部开口的上隔板72。

    所述烟气出口32与热烟气进气口12连通。

    所述干燥预热段1和/或干馏段3内设置有角状盒，所述角状盒与排气口14和/或油气导出口34连通。

    所述角状盒在干燥预热段1和/或干馏段3内自上而下依次错位排列。

所述角状盒为“Λ”形或“Λ”形加下部两侧挡板的结构。

所述干馏炉为长方体或正方体结构，所述角状盒两端与干燥预热段1和/或干馏段3两侧壁连接。

所述沉降室7和/或油气通道6外壁设置有保温层。

    如图4所示，本发明的干馏方法包括干燥预热、密封、干馏、冷却步骤，具体包括：

A、干燥预热：将干馏原料投入干燥预热段中，自下部通入400～500℃的高温气体对干馏原料进行间接加热至水分＜1%和温度＞120℃；

B、密封：A步骤干燥预热后的干馏原料通过密封段落入干馏段料层顶部并堆积至密封段内形成2～3m的料层，使干燥预热段与干馏段内的气体互不相通；

C、干馏：B步骤中的干馏原料下落进入干馏层，自下部通入750～850℃的高温气体对干馏原料进行间接加热，热烟气自上部导出，油气由干馏层的导出口导出至油气回收系统；

D、冷却：C步骤干馏后的半焦落入冷却层，自下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜150℃出焦。

所述干燥预热步骤和/或密封步骤中的干馏原料通过震动落入下层。

所述干馏步骤产生的热烟气通入干燥预热步骤中作为高温气体。

所述干馏原料为粒度<15mm的煤、油页岩或油砂。

所述干馏步骤中的油气经导出口通过较大体积的油气通道向下导入带隔板的沉降室形成“V”形或“W”形折曲流动以除尘。

所述干燥预热步骤中高温气体的出口温度为110～120℃。

所述干燥预热步骤中的高温气体为干馏步骤产生的废烟气混合热烟炉产生的热烟和/或循环废烟气。

所述干燥预热步骤中导出的干燥废气经除尘器后，对蒸汽显热或冷凝水回收利用。

所述密封步骤中的密闭层厚度为2～3m。

    所述冷却步骤中通入的冷却水为软化水。

本发明工作原理及工作过程：

本发明在干馏炉干燥预热段和干馏段分别设置换热器，干馏物料颗粒靠自重分散于换热器间，分别从换热器下部通入热烟气对其中的干馏物料进行间接加热，实现干馏物料的干燥、预热和热解干馏，并从干燥预热段上侧的烟囱及排气口分别排出烟气及干燥废气。干馏物料在干馏前进行干燥脱水和预热，大大减轻了干馏段的供热，且干燥预热段对热源质量要求不高，可拓宽干燥预热热源。特别是将干馏段热烟气与热烟炉产生的热烟和/或循环废烟气混合后作为干燥预热段热源，可有效降低热源生产成本，提高能源利用效率。在干燥预热段与干馏段间设置密封段，密封段采用干馏物料自身重量形成密闭层作为密封，使干燥预热段和干馏段内的气体互不相通，干燥预热与干馏相分离，能够有效防止干燥预热段产生的水蒸汽混入干馏油气当中，此外也降低了干馏供热；另外，干馏段产生的热解煤气也不会被干燥预热段的热烟气和水蒸气稀释，因此热解煤气热值高，便于后续加工利用；因煤或油页岩干燥产生的游离水没有混入干馏产生的油气当中，而是从干燥预热段单独排出，减轻了油气回收系统负荷；由于工艺废水量（干馏物料中的热解水）大幅度减少，所以也降低了废水处理负荷。同时相对提高了废水含酚量，增加了废水回收酚的经济价值。干燥预热段和干馏段均为“渐温”过程，不像流化床、气流床、固体热载体（热半焦或热灰等）干馏那样为“等温”过程，煤或油页岩中的水分、挥发分瞬间逸出造成热崩碎。干馏物料在干馏炉内运行速度比较慢，颗粒之间和颗粒与设备之间发生摩擦几率就小，物料破碎程度低，因此油气中的粉尘量小。进一步在干燥预热段和/或干馏段内设置自上而下依次错位排列的角状盒，以收集炉内干燥产生的废气和热解油气，即能通过角状盒结构的阻挡减少混入气体的粉尘，又能通过大空腔角状盒以降低气体流速，有利于气体中粉尘沉淀回相应的干燥预热段和/或干馏段，降低收集气体中的粉尘含量。最后在干馏段两侧设置大空间油气通道，引导油气自上而下流动至下侧带隔板的沉降室，特别是将沉降室设置呈“W”形结构，通过内部的隔板使油气流形成“V”形或“W”形折曲流动，通过自然沉降去除油气中的含尘，必要时再接入旋风除尘器进一步除尘后导入油气回收系统，能够将油气当中的粉尘有效的清除,从而有效解决细颗粒干馏过程产生的油气当中气固分离技术难题。干馏后的热半焦经下部注入冷却水的冷却换热器间接冷却，既回收了半焦的显热，可用来产生蒸汽或作为工业锅炉上水换热器、用以北方冬季采暖等，提高能源利用效率。又可使半焦在此段冷却到<150℃，为干法出焦奠定了基础。另外，本发明的干馏炉除出焦系统外均为静体设备，并且干馏物料在炉中运行缓慢。所以，该干馏炉动力消耗低，设备磨损小。因此，本发明具有结构简单、动力消耗低、油气粉尘量少、热解煤气热值高、资源利用率高的特点。

实施例1

如图3所示，干馏物料为粒度<10mm占86%的褐煤粉，具体步骤如下：

1、将上述褐煤粉投入干馏炉干燥预热段中，自干燥预热段下部通入400～450℃干馏产生的废烟气与热烟炉产生的热烟和循环废烟气的混合烟气，对褐煤粉进行间接加热至水分＜1%且温度＞120℃；

2、将干燥预热后的褐煤粉通过干燥预热段外设置的震动装置震动落入干馏段料层顶部，在重力作用下堆集和压实在密封段内形成2.5m的密闭层；

3、当干燥预热段中的褐煤粉干燥、预热好后，密封段内褐煤粉形成的密闭层通过外置的震动装置震动下落进入干馏层，然后干燥预热段中的褐煤粉下落入密封段重新形成密闭层，自干馏段下部通入750～800℃的高温烟气对干馏原料进行间接加热，热烟气自上部导出，油气由干馏层内设置的角状盒收集后经导出口通过油气通道进入带隔板的沉降室，使油气流形成“V”形折曲流动，自然沉降油气中携带的粉尘，然后再通入旋风除尘器进一步除尘后导入油气回收系统回收油气；

4、回收油气后形成的半焦缓慢落入冷却层，自冷却层下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜120℃后出焦。

实施例2

干馏物料为粒度<6mm占78%的褐煤粉，具体步骤如下：

1、将上述褐煤粉投入干馏炉干燥预热段中，自干燥预热段下部通入450～500℃干馏产生的废烟气与热烟炉产生的热烟形成的混合烟气，对褐煤粉进行间接加热至水分＜1%且温度＞150℃；

2、将干燥预热后的褐煤粉通过干燥预热段外设置的震动装置震动落入干馏段料层顶部，在重力作用下堆集和压实在密封段内形成2m的密闭层；

3、当干燥预热段中的褐煤粉干燥、预热好后，密封段内褐煤粉形成的密闭层通过外置的震动装置震动下落进入干馏层，然后干燥预热段中的褐煤粉下落入密封段重新形成密闭层，自干馏段下部通入800～850℃的高温烟气对干馏原料进行间接加热，热烟气自上部导出进入干燥预热段，油气由干馏层内自上而下依次错位排列设置的角状盒收集，后经导出口通过油气通道进入带隔板的沉降室，使油气流形成“W”形折曲流动，自然沉降油气中携带的粉尘，然后导入油气回收系统回收油气；

4、回收油气后形成的半焦缓慢落入冷却层，自冷却层下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜150℃后出焦。

实施例3

干馏物料为粒度<15mm占96%的粉碎油页岩颗粒，具体步骤如下：

1、将上述油页岩颗粒投入干馏炉干燥预热段中，自干燥预热段下部通入430～570℃干馏产生的废烟气与循环废烟气形成的混合烟气，对油页岩颗粒进行间接加热至水分＜1%且温度＞130℃；

2、将干燥预热后的油页岩颗粒通过干燥预热段外设置的震动装置震动落入干馏段料层顶部，在重力作用下堆集和压实在密封段内形成3m的密闭层；

3、当干燥预热段中的油页岩颗粒干燥、预热好后，密封段内油页岩颗粒形成的密闭层通过外置的震动装置震动下落进入干馏层，然后干燥预热段中的油页岩颗粒下落入密封段重新形成密闭层，自干馏段下部通入780～830℃的高温烟气对油页岩颗粒进行间接加热，热烟气自上部导出，油气由干馏层内设置的角状盒收集后经导出口通过油气通道进入带隔板的沉降室，使油气流形成“W”形折曲流动，自然沉降油气中携带的粉尘，然后再通入旋风除尘器进一步除尘后导入油气回收系统回收油气；

4、回收油气后形成的半焦缓慢落入冷却层，自冷却层下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜140℃后出焦。

Claims (10)

1.一种细颗粒四段移动床干馏炉，其特征在于包括自上而下依次设置的干燥预热段（1）、密封段（2）、干馏段（3）、冷却段（4），所述干燥预热段（1）上部设置有进料口（11）、下侧设置有热烟气进气口（12）及上侧设置有排烟口（13）和排气口（14），所述干燥预热段（1）设置有与热烟气进气口（12）及排烟口（13）连通的干燥换热器（15），所述干燥预热段（1）通过密封段（2）与干馏段（3）上下连通，所述干馏段（3）下侧设置有高温烟气进气口（31）和上侧设置有烟气出口（32），所述干馏段（3）设置有与高温烟气进气口（31）和烟气出口（32）连通的干馏换热器（33）以及与外壁油气回收系统连通的油气导出口（34），所述冷却段（4）与干馏段（3）连通且下部与出焦系统连接和下侧设置有入水口（41）、上侧设置有出水口（42），所述冷却段（4）设置有与入水口（41）和出水口（42）连通的冷却换热器（43）。

2.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述干燥预热段（1）及密封段（2）外壁设置有震动装置（5）。

3.根据权利要求1所述的干馏炉，其特征在于所述干馏段（3）外侧设置有与油气导出口（34）连通的油气通道（6）和下侧设置有带隔板（7）的沉降室（8），所述油气导出口（34）通过油气通道（6）以及沉降室（8）与油气回收系统连通。

4.根据权利要求3所述的干馏炉，其特征在于所述沉降室（8）呈“W”形结构且底部设置有粉尘出口（81），所述粉尘出口（81）设置有阀门（82），所述沉降室（8）自阀门（82）向上设置有上部开口的下隔板（71），所述沉降室（8）在下隔板（71）两侧与油气通道（6）接口和油气出口间分别设置有自顶部向下且下部开口的上隔板（72）。

5.根据权利要求1、2或3所述的干馏炉，其特征在于所述烟气出口（32）与热烟气进气口（12）连通。

6.根据权利要求1、2或3所述的干馏炉，其特征在于所述干燥预热段（1）和/或干馏段（3）内设置有角状盒，所述角状盒与排气口（14）和/或油气导出口（34）连通。

7.根据权利要求6所述的干馏炉，其特征在于所述角状盒在干燥预热段（1）和/或干馏段（3）内自上而下依次错位排列；所述角状盒为“Λ”形或“Λ”形加下部两侧挡板结构。

8.一种权利要求1至7任意一项所述细颗粒四段移动床干馏炉的干馏方法，其特征在于包括干燥预热、密封、干馏、冷却步骤，具体包括：

A、干燥预热：将干馏原料投入干燥预热段中，自下部通入400～500℃的高温气体对干馏原料进行间接加热至水分＜1%和温度＞120℃；

B、密封：A步骤干燥预热后的干馏原料通过密封段落入干馏段料层顶部并堆积至密封段内形成2～3m的料层，使干燥预热段与干馏段内的气体互不相通；

C、干馏：B步骤中的干馏原料下落进入干馏层，自下部通入750～850℃的高温气体对干馏原料进行间接加热，热烟气自上部导出，油气由干馏层的导出口导出至油气回收系统；

D、冷却：C步骤干馏后的半焦落入冷却层，自下部通入冷却水对半焦进行间接降温至＜150℃出焦。

9.根据权利要求8所述的干馏方法，其特征在于所述干燥预热步骤和/或密封步骤中的干馏原料通过震动落入下层；所述干馏步骤产生的热烟气通入干燥预热步骤中作为干燥间接热源。

10.根据权利要求8或9所述的干馏方法，其特征在于所述干馏原料为粒度<15mm的煤、油页岩或油砂；所述干馏步骤中的油气经导出口通过较大体积的油气通道向下导入带隔板的沉降室形成“V”形或“W”形折曲流动以除尘。