CN104910941B - 一种旋转床煤催化热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转床煤催化热解方法，所述方法包括：原煤预处理；催化剂制备；粉煤加催化剂成型；催化剂型煤干燥；在旋转床热解炉中热解；所述催化剂为Fe2O3和CaO的混合物。本发明的方法解决了粉煤加催化剂成型后型煤强度低、热解过程中易粉化的问题，能够降低焦油中的含尘量，提高焦油产率，改善焦油品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转床煤催化热解方法。
背景技术
据国际地质学家预测，低阶煤是未来可以利用的主要能源之一，占全世界煤炭总储量的一半以上。在未来，如何科学、合理、充分地利用低阶煤资源，将对煤炭行业的可持续发展具有重要的意义。
低阶煤通过热解可以转化为煤气、焦油、半焦等产品，进而实现资源的洁净、综合利用，因此受到国内外学者的广泛重视。热解技术已经有上百年的研究历史，目前煤热解工艺存在反应油品产率低，油品中重质组分含量高等问题。虽然学者对低阶煤热解进行了大量研究，但是其大部分研究内容集中在热解条件对热解过程的影响上。
中国发明专利申请CN201410103594.9)公开了一种低阶煤催化解聚增油催化剂，所述催化剂含有重铬酸钾、铁盐、甲醇、十二烷基苯磺酸钠和水。该催化剂具有生产、储运、使用安全性高、热解产油率高的功能。所述催化剂虽然能提高热解过程的焦油产率，但该催化剂成分比较复杂，且催化剂价格较贵，另外，催化剂中的甲醇有毒，与人体接触会造成腐蚀等危害。该催化剂在大规模的工业应用中造成生产成本较高，且在储存、制备、工业应用过程中危险性较大。
中国发明专利申请CN201410689911.X公开了一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法，所述方法包括原煤干燥、溶胀处理和热解反应、煤焦油收集等步骤；对低阶煤的热解工艺进行改进，使得总挥发分产率提高3-7％，煤焦油产率提高3.4％。所述方法虽然能提高热解过程的焦油产率，但该方法处理量较小，难以进行大规模应用。
为提高低阶煤热解过程油品产率和质量，本文通过在煤热解中加入催化剂实现产品的定向转化，改善焦油的品质，提高焦油收率。通过实验研究，探索出了较为经济的催化热解方案。为旋转床热解提供产油率高、油质好、且成本低的催化剂及其添加量和配比等。因此，开发新的低阶煤提质工艺，为低阶煤深加工提供质优价廉的化工原料成为新的研究方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种旋转床煤催化热解方法，所述方法通过将催化剂型煤强度低和旋转床热解炉对入料的强度要求较低的特点巧妙结合，解决了粉煤加催化剂成型后型煤强度低、热解过程中易粉化的问题，降低型煤热解过程中挥发物中的粉尘含量，进而降低焦油中的含尘量，提高焦油产率，改善焦油品质。
本发明提供了一种旋转床煤催化热解方法，所述的方法包括：原煤破碎；粉煤干燥；粉煤、催化剂、粘结剂混料；粉煤加催化剂成型；旋转床热解炉热解；产生焦油、半焦和煤气产品。
催化剂型煤是指在粉煤成型过程中加入催化剂的型煤。
本发明的方法包括如下步骤：
(1)原煤预处理：将原煤破碎到2mm以下，在干燥设备上进行粉煤干燥；
(2)催化剂制备：将粉煤成型用催化剂粉碎；粉煤成型用催化剂为Fe2O3和CaO的混合物；
(3)粉煤加催化剂成型：将干燥粉煤、催化剂、粘结剂按一定比例混料，在成型机上压制成型，得到催化剂型煤；粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为70-80％、4-10％、12-20％；
(4)催化剂型煤干燥：在干燥设备上进行型煤干燥；
(5)在旋转床热解炉中热解：将所述催化剂型煤在旋转床热解炉的可旋转的炉底上均匀铺料，随着炉底的转动进行热解，通过熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离等处理，得到提质煤、焦油和热解气；
其中，在步骤(1)中，将粉煤干燥到水分为10％以下；
在步骤(2)中，
将粉煤成型用催化剂粉碎到200目以下；
Fe2O3与CaO二者的重量比为7:1-5:3，优选为5:1；
在步骤(3)中，
优选粉煤、催化剂、粘结剂的质量比为75％-78％、6-8％、15％-17％；
成型压力>20MPa；
在步骤(4)中，
催化剂型煤干燥温度为100-120℃；
将型煤的水分干燥到10％以下；
在步骤(5)中，
热解温度范围为450-650℃，优选为480-580℃；
在进入所述旋转床热解炉前，催化剂型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。
所述旋转床热解炉，是实现煤热解的主体设备，它包括旋转床炉体，燃气辐射管燃烧器，以及铺料、出料等辅助机构。旋转床炉体为煤热解提供反应的空间和环境。燃气辐射管燃烧器以热辐射的方式提供热解所需热量。
所述旋转床热解炉可以是蓄热式旋转床热解炉，所述燃气辐射管燃烧器可以为蓄热式燃气辐射管燃烧器，通过蓄热式燃烧器对燃气(空气)进行预热，并在辐射管中高效燃烧，以热辐射的方式提供热解所需热量。蓄热式燃气辐射管燃烧器的热效率达到85％以上，更重要的是可以稳定燃烧低热值的燃气。
对于旋转床热解路热解，催化剂型煤在热解过程中不采用任何热载体，炉墙、炉顶不动，催化剂型煤在料床上不运动、不翻滚、不搅动，随床底作整体平面圆周运动。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：
本发明采用旋转床煤催化热解的方法，该方法巧妙结合了催化剂型煤强度低和旋转床对型煤的强度要求较低的特点，催化剂型煤在旋转床内热解可以降低半焦粉粉化率和热解后焦油中的尘含量。
本发明采用旋转床煤催化热解的方法，该方法通过在旋转床热解过程中加入热解催化剂提高型煤热解过程中的转化率和热解产品的质量，改善焦油品质。
本发明采用旋转床煤催化热解的方法，该方法借助旋转床对型煤的强度要求较低，可以适当降低型煤的成型压力，降低成型能耗，延长成型设备使用寿命。
附图说明
图1为旋转床煤催化热解方法的工艺流程图。
具体实施方式
图1为旋转床煤催化热解方法的工艺流程图。
原煤进入原煤破碎单元进行破碎，粉碎至2mm以下，进入粉煤干燥单元进行干燥，干燥至水分10％以下，干燥后的粉煤、制备好的粘结剂和制备好的催化剂按一定比例在混料设备混合均匀后，进行粉煤加催化剂成型，型煤干燥到水分低于10％，干燥型煤进入旋转床热解炉，设定热解温度，进行型煤热解，产生焦油、半焦和煤气产品。旋转床热解要求型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。冷压强度按工业型煤冷压强度测试方法(MT/T748-1997)CEDING，机械强度按煤的机械强度测试方法(GB/T 15458-1995)。
实施例1：
本实施例的催化剂为Fe2O3和CaO；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：Fe2O3：CaO：粘结剂＝79％:5％:1％:15％；成型压力为21MPa/个，干燥温度为110℃，旋转床热解温度为500℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表1。
表1 催化热解结果(干基)
实施例2：
本实施例的催化剂为Fe2O3和CaO；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：Fe2O3：CaO：粘结剂＝75％:6％:2％:17％；成型压力为22MPa/个，干燥温度为115℃，旋转床热解温度为550℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表2。
表2 催化热解结果(干基)
实施例3：
本实施例的粉煤成型的重量百分比为：粉煤：Fe2O3：CaO：粘结剂＝74％:4％:3％:19％；成型压力为24MPa/个，干燥温度为105℃，旋转床热解温度为550℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表3。
表3 催化热解结果(干基)
对比例
将与实施例1相同操作条件下得到的粉煤在无催化剂下成型；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：粘结剂＝84％:16％；成型压力为21MPa/个，干燥温度为110℃，旋转床热解温度为500℃，旋转床处理量为100万吨/年。热解结果见表4。
表4 无催化热解结果(干基)
实施例1与对比例相比，焦油的产率增加，且焦油中轻油的含量增加，同时，焦油中的含尘量降低，但型煤的强度降低。
Claims (3)
1.一种旋转床煤催化热解方法，所述的方法包括：
（1）原煤预处理：将原煤破碎到2mm以下，在干燥设备上进行粉煤干燥，将粉煤干燥到水分为10%以下；
（2）催化剂制备：将粉煤成型用催化剂粉碎；粉煤成型用催化剂为Fe2O3和CaO的混合物，将粉煤成型用催化剂粉碎到200目以下，Fe2O3与CaO二者的重量比为7:1-5:3；
（3）粉煤加催化剂成型：将干燥粉煤、催化剂、粘结剂混合，在成型机上压制成型，得到催化剂型煤；粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为70-80%、4-10%、12-20%，在成型机上压制成型的压力>20MPa；
（4）催化剂型煤干燥：在干燥设备上进行型煤干燥，催化剂型煤干燥温度为100-120℃，将型煤的水分干燥到10%以下；
（5）在旋转床热解炉中热解：将所述催化剂型煤在旋转床热解炉的可旋转的炉底上均匀铺料，随着炉底的转动进行热解，通过熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离处理，得到提质煤、焦油和热解气，热解温度范围为450-650℃，
在步骤（5）中，在进入所述旋转床热解炉前，所述催化剂型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50%。
2.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤（3）中，粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为75-78%、6-8%、15-17%。
3.根据权利要求1或2所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
所述旋转床热解炉为蓄热式旋转床热解炉，包括旋转床炉体，燃气辐射管燃烧器，以及铺料、出料辅助机构，燃气辐射管燃烧器以热辐射的方式提供热解所需热量，旋转床用于热解炉热解，催化剂型煤在热解过程中随床底作整体平面圆周运动。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 102200 Beijing City, Changping District science and Technology Park Chang Huai Lu No. 155 Applicant after: Shenwu Technology Group Co.,Ltd. Address before: 102200 Beijing city Changping District Machi Town cow Road No. 18 Applicant before: BEIJING SHENWU ENVIRONMENT AND ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190121 Granted publication date: 20171103 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20220921 Granted publication date: 20171103 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20220921 Granted publication date: 20171103 |