CN104987894B - 一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种含煤焦油煤气中固体颗粒的排放装置及方法，该排放装置包括多管旋风分离器、变压过滤器、冷却仓。多管旋风分离器和变压过滤器壳体内壁设有耐火绝热材料，变压过滤器腔内设有滤芯，滤芯顶部通过管道、泄放阀和焦油回收系统相连通，冷却仓内设有冷却盘管。本发明利用预热气的开工预热以及耐火绝热材料的保温功能，有效防止了焦油因冷凝堵塞管道或设备。同时，采用多管旋风分离器和滤芯进行两级分离，大幅提高了气固分离效率，可有效实现了含焦油煤气中固体颗粒的排放。

Description

一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置及方法

技术领域

本发明涉及一种低阶煤经流化床中低温热解后产生的煤气、气态煤焦油及固体颗粒混合物的分离排放装置及方法，具体涉及一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置及方法。

背景技术

众所周知，我国能源基本特征为贫油少气富煤，而对于丰富的煤炭资源，目前的利用方式显然过于粗放。从环境角度来看，近年来自然资源遭破坏和雾霾问题频现，煤化工产业有着不可推脱的责任。而从市场角度分析，煤制甲醇、煤制合成氨等传统产业面临严重的产能过剩，煤化工产业的结构问题逐渐显现。鉴于环境和市场的双重压力，我国对于洁净煤技术的需求迫在眉睫。

洁净煤技术是指以煤炭利用过程中无污染、高能源转换率的一系列新技术的总称。包括以煤炭的热解、气化工艺为龙头，碳一化学与不同单元过程的深加工工艺优化组合，各单元集成为生产石油基替代燃料、高附加值化工产品及电力资源的工艺技术体系。煤炭的热解按最终温度的不同可分为低温热解(500～600℃)、中温热解(700～800℃)和高温热解(950～1050℃)，按煤粉颗粒与气体在反应器内的相对运动状态主要分为固定床和流化床。目前，以中低温煤焦油为目标的低阶煤热解技术主要以流化床中低温热解技术为主，该技术具有焦油产率高、能量利用效率高的优势。

由于流化床中低温热解技术的原料煤粉粒度较小，热解后的大量固体颗粒(焦末、粉尘)会随着气态煤焦油和热解煤气进入后续系统。若不及时将固体颗粒分离从出来，经后续洗涤工艺产出的煤焦油固体杂质含量会大幅增加，严重影响产品煤焦油的品质。同时，随着热解产物向后续工艺系统的流动，管道和设备壁面会出现一定程度的热量损耗，温度会逐渐下降，从而致使焦油冷凝并与固体颗粒团聚，造成管路或设备堵塞。因此，在防止焦油冷凝的前提下实现高效的气固分离与排放过程，是流化床中低温热解技术的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决上述低阶煤流化床中低温热解技术中气固分离与排放过程中出现的现实问题，提供了一种防止焦油冷凝的同时，可实现高效气固分离与排放的含焦油煤气中固体颗粒的排放装置与方法。

为实现上述目的，本发明的排放装置包括：包括自上而下依次相连通的多管旋风分离器、变压过滤器和冷却仓，所述的多管旋风分离器和变压过滤器壳体内壁设有耐火绝热材料层；多管旋风分离器顶部开设有与经进气阀、预热阀与含焦油煤气和固体颗粒混合物、预热气相连通的入口，侧壁上开设有与经排气阀与含焦油煤气相连通的出口，所述的变压过滤器腔内设有滤芯，滤芯顶部通过管道、泄放阀和焦油回收系统相连通。

还包括一端通过管路与多管旋风分离器连通、另一端通过管路与变压过滤器连通的第一平衡阀，一端通过管路与变压过滤器连通、另一端通过管路与冷却仓连通的第二平衡阀。

所述的多管旋风分离器出口与变压过滤器入口之间设置有第一卸料阀，变压过滤器出口与冷却仓入口之间设置有第二卸料阀，冷却仓出口通过第三卸料阀与储运系统连通。

还包括压缩机，压缩机设有充压/反吹气入口，并通过充压/反吹阀、管道与滤芯连通。

所述的冷却仓内部还设置有冷却盘管。

所述的耐火绝热材料层包括耐火砖、耐火浇注料、耐火棉以及其中一种或两种的组合；所述的滤芯包括烧结金属粉末材质、金属纤维材质或陶瓷材质。

本发明的排放方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)装置预热：所有阀门初始状态均为关闭，预热开始时依次打开泄放阀、第一卸料阀和预热阀，向装置内通入预热气，预热气经多管旋风分离器、变压过滤器、滤芯、管道和泄放阀后排出；

2)气固分离与收集：待变压过滤器内温度高于焦油的冷凝温度后，首先，依次关闭预热阀、第一卸料阀和泄放阀；其次，依次打开排气阀和进气阀；含焦油煤气和固体颗粒混合物从多管旋风分离器顶部进入，经分离后的含焦油固体颗粒堆积在多管旋风分离器底部，含焦油煤气经排气阀排出；

3)反吹、充压和卸料：首先，打开充压/反吹阀，利用压缩机压缩充压/反吹气对滤芯进行反吹，确保滤芯未被堵塞；其次，利用反吹过程对变压过滤器进行充压，待变压过滤器与多管旋风分离器内压力相等时，关闭充压/反吹阀；再次，打开第一平衡阀，待多管旋风分离器和变压过滤器内压力平衡时，打开第一卸料阀，多管旋风分离器内堆积的含焦油固体颗粒在重力作用下进入变压过滤器；最后，依次关闭第一平衡阀和第一卸料阀；

4)过滤、减压和泄放：缓慢打开泄放阀，泄放气经滤芯过滤后，依次经管道、泄放阀、焦油回收系统后排出，待变压过滤器内压力降至常压时，关闭泄放阀；

5)焦油回收：泄放气经焦油回收系统冷却、洗涤后，因温度下降使焦油冷凝析出，在设备底部沉积后排至焦油存储系统；

6)冷却与排放：冷却仓初始压力为常压，冷却盘管内冷却介质循环正常。首先，打开第二平衡阀，待冷却仓与变压过滤器内压力平衡时，打开第二卸料阀，固体颗粒在重力作用下进入冷却仓；其次，依次关闭第二平衡阀、第二卸料阀；最后，固体颗粒被冷却降温后，打开第三卸料阀，将固体颗粒排放至储运系统。

所述的预热气为气体、液体或固体燃料经燃烧产生的高温烟气。

所述的含焦油煤气和固体颗粒混合物的温度为500～700℃，压力为0.1～7.0MPa，焦油含量为5～20wt％，焦油的冷凝温度为350～450℃。

所述的充压/反吹气的温度为100～200℃，压力为0.1～7.5MPa。

所述的含焦油煤气为低阶煤经经流化床中低温热解后的产物。

1.防止焦油降温冷凝。本发明在多管旋风分离器和变压过滤器壳体内壁设置耐火绝热材料，并在装置开工运行前进行预热处理，有效防止了热解煤气中焦油的冷凝。

2.高效气固分离。本发明首先采用多管旋风分离器对含焦油煤气中的固体颗粒进行分离沉降，保证了产品焦油和煤气的品质；其次采用变压过滤器腔内的滤芯在降压泄放过程中对固体颗粒进行了进一步的分离沉降，从而可严格控制泄放气的固体含量。

3.焦油回收。本发明采用焦油回收系统，通过对泄放气的冷却、洗涤，实现对泄放气中焦油的回收利用。

4.固体颗粒余热回收。通过冷却仓内的冷却盘管对固体颗粒的余热进行回收利用。

5.装置可连续运行。通过对各装置尺寸的合理设计，并配合充压反吹阀、第一卸料阀、第二卸料阀和第三卸料阀的顺序控制，可实现含焦油煤气和固体颗粒混合物的连续进料。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1、预热气；2、含焦油煤气和固体颗粒混合物；3、充压/反吹气；4、泄放气；5、焦油回收系统；6、焦油存储系统；7、预热阀；8、进气阀；9、压缩机；10、充压/反吹阀；11、泄放阀；12、管道；13、滤芯；14、多管旋风分离器；15、变压过滤器；16、冷却仓；17、储运系统；18、排气阀；19、耐火绝热材料层；20、第一卸料阀；21、第二卸料阀；22、冷却盘管；23、第三卸料阀；24、含焦油煤气；25、第一平衡阀；26、第二平衡阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图1，本发明包括多管旋风分离器14、变压过滤器15、冷却仓16。多管旋风分离器14可有效分离气体和固体两相流。多管旋风分离器14和变压过滤器15壳体内壁设有耐火绝热材料层19，耐火绝热材料层19用于降低壳体外壁的操作温度、减小热量损失、降低壳体钢材等级。变压过滤器15腔内设有滤芯13，滤芯13顶部通过管道12、泄放阀11和焦油回收系统5相连通，滤芯用于过滤固体颗粒，能够有效避免泄放气4夹带固体颗粒。同时，滤芯13可在压力为0.1～7.0MPa、温度为500～700℃的条件下正常工作。

多管旋风分离器14顶部设有含焦油煤气和固体颗粒混合物2入口，预热气1入口，含焦油煤气24出口；底部通过第一卸料阀20与变压过滤器15顶部连通。变压过滤器15底部通过第二卸料阀21与冷却仓16顶部连通。冷却仓16底部通过第三卸料阀23与储运系统17连通。

第一平衡阀25一端通过管路与多管旋风分离器14连通，另一端通过管路与变压过滤器15连通。第一平衡阀25用于平衡多管旋风分离器14和变压过滤器15的压力，确保卸料顺畅。第二平衡阀26一端通过管路与变压过滤器15连通，另一端通过管路与冷却仓16连通。第二平衡阀26用于平衡变压过滤器15和冷却仓17的压力，确保卸料顺畅。

所述的一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置，还包括压缩机9。压缩机9设有充压/反吹气3入口，并通过充压/反吹阀10、管道12与滤芯13连通。压缩机9为滤芯13的清理反吹以及变压过滤器15的充压过程提供气源。

所述的一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置，还包括冷却盘管22，冷却盘管22设置于冷却仓1内部。冷却盘管22内通有冷却介质水，对高温固体颗粒起到换热降温的作用。

所述的耐火绝热材料层19包括耐火砖、耐火浇注料、耐火棉以及其中一种或两种的组合。耐火绝热材料可采用单层耐火绝热材料，也可设置耐磨层和绝热层两层的组合。

所述的滤芯13包括烧结金属粉末材质、金属纤维材质或陶瓷材质。

本发明的方法如下：

本发明的排放装置和方法进行处理的含焦油煤气和固体颗粒混合物2来源于低阶煤经流化床中低温热解后的产物，含热解煤气、气态煤焦油、焦末和粉尘。为了降低产品煤焦油的含尘量，以及防止工艺管道的堵塞，必须在热解产物进入洗涤系统前进行气固分离。而气固分离过程中会损失一定的热量，导致焦油冷凝并堵塞管道，因此，在气固分离过程中需保证系统温度高于焦油的冷凝温度。

本发明的排放方法包括以下步骤：

1)装置预热：所有阀门初始状态均为关闭，预热开始时依次打开泄放阀11、第一卸料阀20和预热阀7，向装置内通入预热气1，预热气1经多管旋风分离器14、变压过滤器15、滤芯13、管道12和泄放阀11后排出。

2)气固分离与收集：待变压过滤器14内温度高于焦油的冷凝温度后，首先，依次关闭预热阀7、第一卸料阀20和泄放阀11；其次，依次打开排气阀18和进气阀8；含焦油煤气和固体颗粒混合物2从多管旋风分离器14顶部进入，经分离后的含焦油固体颗粒堆积在多管旋风分离器14底部，含焦油煤气24经排气阀18排出；

3)反吹、充压和卸料：首先，打开充压/反吹阀10，利用压缩机9压缩充压/反吹气3对滤芯13进行反吹，确保滤芯13未被堵塞；其次，利用反吹过程对变压过滤器15进行充压，待变压过滤器15与多管旋风分离器14内压力相等时，关闭充压/反吹阀10；再次，打开第一平衡阀25，待多管旋风分离器14和变压过滤器15内压力平衡时，打开第一卸料阀20，多管旋风分离器14内堆积的含焦油固体颗粒在重力作用下进入变压过滤器15；最后，依次关闭第一平衡阀25和第一卸料阀20；

4)过滤、减压和泄放：缓慢打开泄放阀11，泄放气4经滤芯13过滤后，依次经管道12、泄放阀11、焦油回收系统5后排出，待变压过滤器15内压力降至常压时，关闭泄放阀11；

5)焦油回收：泄放气经焦油回收系统5冷却、洗涤后，因温度下降使焦油冷凝析出，在设备底部沉积后排至焦油存储系统6；

6)冷却与排放：冷却仓16初始压力为常压，冷却盘管内冷却介质循环正常。首先，打开第二平衡阀26，待冷却仓16与变压过滤器15内压力平衡时，打开第二卸料阀21，固体颗粒在重力作用下进入冷却仓16；其次，依次关闭第二平衡阀26、第二卸料阀21；最后，固体颗粒被冷却降温后，打开第三卸料阀23，将固体颗粒排放至储运系统17。

所述的预热气1为气体、液体或固体燃料经燃烧产生的高温烟气。

所述的含焦油煤气和固体混合物3的温度为500～700℃，压力为0.1～7.0MPa，焦油含量为5～20wt％，焦油的冷凝温度为350～450℃。

所述的充压/反吹气3的温度为100～200℃，压力为0.1～7.5MPa。

所述的含焦油煤气为低阶煤经流化床中低温热解后的产物。

本发明用来处理压力为0.1～7.0MPa、温度为500～700℃的条件下，低阶煤在流化床反应器内经热解产生的煤气、气态煤焦油和固体颗粒的混合物，在避免焦油冷凝造成管路或设备堵塞的前提下，将固体颗粒从上述混合物中分离并安全排放。具体方法包括预热、分离、减压过滤和降温排放四个主要步骤。首先，采用预热气1将多管旋风分离器14和变压过滤器15预热至400℃。其次，通过多管旋风分离器14进行气固分离，并将分离后的固体颗粒利用重力排放至变压过滤器15。多管旋风分离器14对于5μm固体颗粒的去除率为99.99％。再次，通过滤芯13对减压过程中的泄放气进行高效过滤。滤芯13对1μm固体颗粒的过滤效率为99.99％。最后，通过冷却仓16对固体颗粒进行降温及排放。冷却仓16内设有冷却盘管22，冷却盘管内通入循环冷却水，可有效降低固体颗粒的温度，达到安全排放的目标。

Claims (4)

1.一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置的排放方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)装置预热：所有阀门初始状态均为关闭，预热开始时依次打开泄放阀(11)、第一卸料阀(20)和预热阀(7)，向装置内通入预热气(1)，预热气(1)经多管旋风分离器(14)、变压过滤器(15)、滤芯(13)、管道(12)和泄放阀(11)后排出；

2)气固分离与收集：待变压过滤器(14)内温度高于焦油的冷凝温度后，首先，依次关闭预热阀(7)、第一卸料阀(20)和泄放阀(11)；其次，依次打开排气阀(18)和进气阀(8)；含焦油煤气和固体颗粒混合物(2)从多管旋风分离器(14)顶部进入，经分离后的含焦油固体颗粒堆积在多管旋风分离器(14)底部，含焦油煤气(24)经排气阀(18)排出；

3)反吹、充压和卸料：首先，打开充压/反吹阀(10)，利用压缩机(9)压缩充压/反吹气(3)对滤芯(13)进行反吹，确保滤芯(13)未被堵塞；其次，利用反吹过程对变压过滤器(15)进行充压，待变压过滤器(15)与多管旋风分离器(14)内压力相等时，关闭充压/反吹阀(10)；再次，打开第一平衡阀(25)，待多管旋风分离器(14)和变压过滤器(15)内压力平衡时，打开第一卸料阀(20)，多管旋风分离器(14)内堆积的含焦油固体颗粒在重力作用下进入变压过滤器(15)；最后，依次关闭第一平衡阀(25)和第一卸料阀(20)；

4)过滤、减压和泄放：缓慢打开泄放阀(11)，泄放气(4)经滤芯(13)过滤后，依次经管道(12)、泄放阀(11)和焦油回收系统(5)后排出，待变压过滤器(15)内压力降至常压时，关闭泄放阀(11)；

5)焦油回收：泄放气经焦油回收系统(5)冷却、洗涤后，因温度下降使焦油冷凝析出，冷凝后的焦油在设备底部沉积后排至焦油存储系统(6)；

6)冷却与排放：冷却仓(16)初始压力为常压，冷却盘管内冷却介质循环正常，首先，打开第二平衡阀(26)，待冷却仓(16)与变压过滤器(15)内压力平衡时，打开第二卸料阀(21)，固体颗粒在重力作用下进入冷却仓(16)；其次，依次关闭第二平衡阀(26)、第二卸料阀(21)；最后，待固体颗粒被冷却降温后，打开第三卸料阀(23)，将固体颗粒排放至储运系统(17)。

2.根据权利要求1所述的含焦油煤气中固体颗粒的排放装置的排放方法，其特征在于：所述的预热气(1)为气体、液体或固体燃料经燃烧产生的高温烟气。

3.根据权利要求1所述的含焦油煤气中固体颗粒的排放装置的排放方法，其特征在于：所述的含焦油煤气和固体颗粒混合物(2)的温度为500～700℃，压力为0.1～7.0MPa，焦油含量为5～20wt％，焦油的冷凝温度为350～450℃，含焦油煤气为低阶煤经流化床中低温热解后的产物。

4.根据权利要求1所述的一种含焦油煤气中固体颗粒的排放装置的排放方法，其特征在于：所述的充压/反吹气(3)的温度为100～200℃，压力为0.1～7.5MPa。