CN105295968A - 一种提高低阶煤热解焦油产率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种提高低阶煤热解煤焦油产率的装置及方法，包括自左向右依次连接的热解炉、旋风分离器、第一焦油冷凝塔、第二焦油冷凝塔和真空泵；其中，热解炉顶部设置有煤料斗，热解炉内设置有若干炉墙，相邻炉墙之间设置有螺旋除焦器；所述第一焦油冷凝塔底部一侧设有热解气进口，底部正下方设有焦油收集槽，底部另一侧设有热解气出口。在负压并有吹扫气热解条件下，随着热解过程中压力的降低，焦油产率增加，煤焦油组分中酸性化合物(主要为酚类化合物)比重增大。本发明可显著提高煤热解过程中煤焦油的产率，降低煤热解温度。同时，能减少热解过程中析出煤焦油发生二次反应的可能性。

Description

一种提高低阶煤热解焦油产率的装置及方法

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，涉及一种提高低阶煤热解焦油产率的装置及方法。

背景技术

我国煤制油(直接和间接液化)实现产业化的同时，陕西、内蒙古和新疆等地高挥发份低变质煤的低温热解/兰炭产业化发展迅速、方兴未艾。煤经热解可以获得焦炉煤气、煤焦油、半焦或焦炭。初步估算，目前我国中低温煤焦油总产能约为800万吨/年。煤焦油是十分宝贵的有机化工原料，除了生产咔唑、喹啉等高附加值产品外，还可以加氢制取燃料油(陕西省榆林地区通过煤热解生产煤焦油然后加氢制燃料油被称为“榆林版煤制油”)，目前市场需求旺盛。

通过高挥发份煤的低温热解/干馏副产制备煤焦油，与煤的直接液化和间接液化过程相比，总热效率高、不仅投资、生产成本低，而且可延伸煤化工产业链，促进产品多元化，实现产品的高附加值，丰富煤炭替代石油的途径。此外，煤的热解几乎发生在所有煤的热转化过程中，是最先和必经的反应步骤，也是洁净煤技术的基础，开发高效的煤热解技术对煤的有效转化利用和污染控制有着重要的应用价值和现实意义。

中国发明专利CN104479711A中描述了一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法，先后通过煤的干燥、溶胀和控制热解反应等方法可实现增加煤焦油收率。采用溶胀的溶剂有甲醇、乙醇、乙二醇和四氢呋喃等。该发明中涉及到溶胀溶剂会增加生产过程的成本，相比煤或煤焦油而言，溶胀所用溶剂的价格要高很多。该发明不是一种经济的方法去提高焦油产率。

中国发明专利CN104046370A中描述了一种提高油气产率和高效回收油气的装置及工艺。该工艺主要包括：热解炉、高温除尘器、高效过滤器、高温风机和油气回收系统。特别的，该发明在热解除尘装置和油气回收装置之间设置有高温风机。实际上该装置与陕北地区直立内热式热解炉非常相似，在此处设置高温风机不利于煤焦油的回收，使部分焦油在风机中冷凝下来，同样不利于风机的正常工作。该专利描述可对热解中提供负压，实际上该部分负压微乎其微，只是作为整个热解气动力引导的作用。同样在该种工艺过程中，热解气在工艺过程中流动是非常缓慢，因为没有必要的气体携带。

中国发明专利CN104498062A中描述了一种真空热解技术，该技术主要步骤包括：破碎、真空低温干燥和真空低温热解。该发明整个过程真空密封，无废气/废水产生，无污染。该发明中提到有机物热解在真空热解过程中热解出来的小分子几乎不停留。实际上该发明属于固定床热解反应，即使在真空中热解气的运动也是非常缓慢的，它需要气流载体在真空推动力下进行运动。该发明并未涉及有机物热解挥发物的收集部分。

综上所述，目前负压热解技术并不成熟，首先真空热解需要一定的载气来推动热解挥发物的移动，实际上单纯真空热解过程中热解挥发物的移动速度是非常缓慢的，另外，如要实现真空热解，特别是煤/油渣/油页岩等要考虑热解挥发物的回收问题，这是真空/负压热解中必须考虑的问题。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种提高低阶煤热解焦油产率的装置及方法，该方法成本低，并且煤热解焦油的产率高达9.6％，克服了现有煤热解转化过程中焦油产率低和煤热解焦油回收不完全等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高低阶煤热解焦油产率的装置，包括自左向右依次连接的热解炉、旋风分离器、第一焦油冷凝塔、第二焦油冷凝塔和真空泵；其中，热解炉顶部设置有煤料斗，热解炉内设置有若干炉墙，相邻炉墙之间设置有螺旋除焦器；所述第一焦油冷凝塔底部一侧设有热解气进口，底部正下方设有焦油收集槽，底部另一侧设有热解气出口。

所述热解炉内顶部设置有固体分布器；所述热解炉内自上而下2/3处至热解炉底部设置若干炉墙。

所述热解炉的外壁设置有火道。

所述热解炉侧壁上设置有进气口，炉墙中部设置有若干与进气口相连通的气体分布器。

所述第一焦油冷凝塔内设置有连通至塔顶部的竖直管，竖直管与热解气出口相连通；所述第一焦油冷凝塔内顶部设有高温蒸汽喷射器

所述第一焦油冷凝塔内设置有带有翅片的蛇管式冷凝器。

所述第一冷凝塔内设置有填料。

所述真空泵进气口处设有真空调节阀。

一种提高低阶煤热解焦油产率的方法，将煤加入到热解炉中，通过对火道进行加热，或者通过进气口通入温度大于600℃的甲烷、氢气、氮气、一氧化碳、氧气、氦气、高温水蒸汽中的一种或几种，作为加热源对煤进行热解，待热解完成后炉墙之间设置的多个螺旋除焦器对炉内热解完毕的煤进行除焦；煤热解气在真空泵的作用下，自热解炉顶部进入旋风分离器中以除去煤热解气中的固体颗粒，除去固体颗粒的热解气，由第一焦油冷凝塔底部的热解气进口进入，热解气自底部向上运动，通过带有翅片且内部通入有冷却水、液氨或甲醇的蛇管式冷凝器和填料，以及与若干溶剂喷淋器喷出的极性溶剂接触，进行传热与吸收焦油，被吸收或冷凝的焦油在第一焦油冷凝塔中自上而下运动，然后进入第二焦油冷凝塔进行冷凝，最后进入焦油收集槽。

所述极性溶剂为甲醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种；定期打开高温蒸汽喷射器对冷凝塔内焦油进行清除；热解气出口与真空调节阀连接且通过真空调节阀控制压力范围为1000-101325Pa。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明设置真空泵，在负压条件下，有利于煤热解产物的逸出，可显著提高低变质煤热解过程中煤焦油的产率，降低煤热解温度，能够有效减少热解析出煤焦油发生二次反应的可能性，从而提高了煤焦油的产率；由于本发明在负压下进行，所以能够加快热解气的流动，本发明中第一冷凝塔吸收重油，第二冷凝塔吸收轻油，焦油收集槽中收集的煤焦油的纯度较高。本发明装置简单，价格低。本发明中热解炉不管是内热式还是外热式，由于没有引入空气，可以使得最终从第二冷凝塔顶部排出的煤气的热值高。另外，本发明在得到高产率煤焦油的同时，从第二冷凝塔顶部出来的煤气纯度高。

本发明由于是在负压下进行，煤热解气自热解炉顶部进入旋风分离器中以除去煤热解气中的固体颗粒，除去固体颗粒的热解气，由第一焦油冷凝塔底部的热解气进口进入，热解气自底部向上运动，通过带有翅片且内部通入有冷却水、液氨或甲醇的蛇管式冷凝器和填料，以及与若干溶剂喷淋器喷出的极性溶剂接触，进行传热与吸收焦油，被吸收或冷凝的焦油在第一焦油冷凝塔中自上而下运动，然后进入第二焦油冷凝塔进行冷凝，最后进入焦油收集槽，得到产率较高的煤焦油。本发明的方法特别适用于提高不粘煤或弱粘结性烟煤热解焦油产率。随着热解过程中压力的降低及有吹扫气存在的热解条件下，热解焦油产率逐渐增加，在20kPa条件下，焦油产率为9.6％，相比常压6.3％的焦油收率提高较多。在负压并有吹扫气热解条件下，相比较常压热解可使煤焦油组成和分布发生变化。负压条件下，随着热解过程中压力的降低，煤焦油组分中酸性化合物(主要为酚类化合物)逐渐增多。

进一步的，采用带有翅片且内部通入有冷却水、液氨或甲醇的蛇管式冷凝器，能够充分的将热解气进行冷却，通过在第一焦油冷凝塔内部设置的溶剂喷淋器喷出的极性溶剂吸收焦油，进一步使煤焦油回收率提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为热解炉结构示意图；

图3为第一冷凝塔结构示意图；

图4为蛇管式冷凝器示意图；

图5为半焦、焦油、热解水和热解气产率随热解压力的变化；

图6为焦油的GC-MS总离子色谱图(其中，(a)常压；(b)80kPa；(c)60kPa；(d)40kPa；(e)20kPa.)；

图7为煤焦油中化合物的组成分布；

图中，1、热解炉；2、旋风分离器；3、第一焦油冷凝塔；4、第二焦油冷凝塔；5、真空泵；6、煤料斗；7、固体分布器；8、炉墙；9、螺旋除焦器；10、气体进气分布器；11、进气口；12、高温蒸汽喷射器；13、热解气进口；14、焦油收集槽；15、热解气出口；16、真空调节阀；17、火道；18、蛇管式冷凝器；19、填料；20、溶剂喷淋器；21、翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1，本发明的提高低阶煤热解煤焦油产率装置，包括自左向右依次连接有热解炉1、旋风分离器2、第一焦油冷凝塔3、第二焦油冷凝塔4和真空泵5；参见图2，热解炉1侧壁上设置有进气口11；热解炉1顶部设置有用于加入煤样的煤料斗6，煤样进入热解炉1后通过在热解炉1顶部设置的固体分布器7进行铺平；热解炉1内自上而下2/3处至热解炉底部设置有若干炉墙8；炉墙8之间设置有多个螺旋除焦器9；每个炉墙8中部设置有若干气体分布器10，气体分布器10与进气口11相连通。本发明中炉墙起到分布的目的，使煤热解的更充分。

参见图3，所述第一焦油冷凝塔2内顶部设有高温蒸汽喷射器12，第一焦油冷凝塔2底部一侧设有热解气进口13，底部正下方设有焦油收集槽14，底部另一侧设有热解气出口15；高温蒸汽喷射器12下方设置有与第一焦油冷凝塔内顶部空间相连通的竖直管，竖直管下端与热解气出口15相连通。

参见图3和图4，第一焦油冷凝塔2内设置有蛇管式冷凝器18，并且蛇管式冷凝器18的冷凝管的外缘设置有翅片21；蛇管式冷凝器18的冷凝管之间填充有填料19。

所述第二焦油冷凝塔4与第一焦油冷凝塔3的结构相同，只是在第一焦油冷凝塔3内顶部设有高温蒸汽喷射器12，第二焦油冷凝塔4内不设置高温蒸汽喷射器12。第一冷凝塔是重油吸收塔，第二冷凝塔是轻油吸收塔，根据需要还可以设置与第二焦油冷凝塔相连的第三焦油冷凝塔。

所述真空泵5进气口处设有真空调节阀16。

参见图2，所述热解炉1外壁设置有火道17，即热解炉为外热式热解炉；如不设计火道17，进气口11通入高温甲烷、氢气、氮气、一氧化碳、氧气、氦气、高温水蒸汽中的一种或它们的混合气，温度大于600℃，即热解炉为内热式。通入的高温甲烷、氢气、氮气、一氧化碳、氧气、氦气、高温水蒸汽中的一种或几种同样作为吹扫气。

所述煤料斗6加入的煤样为低变质不黏或弱黏结性煤，粒径范围：0-70mm。

参见图3，第一冷凝塔内设置有蛇管式冷凝器18以及填料19，并且还在竖直方向上间隔设置若干溶剂喷淋器20，填料19的高度小于第一焦油冷凝塔内竖直管的顶端，使得从热解气出口排出的气体能够经过填料充分吸收；溶剂喷淋器20的高度均低于填料19的顶端，使得煤焦油能够与溶剂喷淋器20喷出的极性溶剂充分进行接触，以使得煤焦油充分溶解在极性溶剂中。

所述的蛇管式冷凝器18中可通入冷却水、液氨或甲醇等，使温度小于25℃。

所述溶剂喷淋器20可通入沸点大于60℃的纯极性溶剂，如甲醇、丙酮或乙酸乙酯等，还可通入煤焦油洗油馏分。

所述第一焦油冷凝塔2顶部设置的高温蒸汽喷射器12在停工时开启，以去除粘在塔内壁的焦油。

所述真空泵5控制工艺设备及管路中的压力范围为1000-101325Pa。

一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法：将煤通过煤料斗6加入到热解炉1中，煤在热解炉顶部设置的固体分布器7的作用下均匀分布于热解炉1中，通过热解炉1中带有火道17的炉墙或进气口11通入温度大于600℃的甲烷、氢气、氮气、一氧化碳、氧气、氦气、高温水蒸汽中的一种或它们的混合气，作为加热源对煤进行热解，待热解完成后炉墙8之间设置的多个螺旋除焦器9对炉内热解完毕的煤(半焦)进行除焦。

煤热解气在真空调节阀16的作用下，自热解炉1顶部进入旋风分离器2中以除去煤热解气中的固体颗粒，除去固体颗粒的热解气，由第一焦油冷凝塔3底部的热解气进口13进入，热解气自底部向上运动，通过带有翅片21且内部通入有冷却水、液氨或甲醇的蛇管式冷凝器18和填料19，以及与若干溶剂喷淋器20喷出的极性溶剂接触，进行传热与吸收焦油，被吸收或冷凝的焦油在第一焦油冷凝塔3中自上而下运动，然后进入第二焦油冷凝塔，最后进入焦油收集槽14，以上焦油冷凝塔还可设置第三焦油冷凝塔，为了防止焦油在蛇管式冷凝器18或填料19中凝结过多影响传热，可定期打开高温蒸汽喷射器12对冷凝塔内焦油进行清除。除去焦油的热解气从塔顶部进入热解气出口15与真空泵16连接且真空调节阀16控制压力范围为1000-101325Pa。

实施例1和2中所用煤样的工业分析和元素分析见表1。

表1煤样的工业分析和元素分析

*差减法

实施例1和2采用的试验装置见图1。

实施例1

将0-0.2mm的粉煤加入外热式热解炉(电加热)中，室温下以一定的升温速率升温至600℃(加热炉底部气体分布器通入一定量的氮气)，并保持一定时间；在加入煤粉的同时，在第一焦油冷凝塔和第二焦油冷凝塔中的蛇管内通入循环冷却水，不开启抽真空器，工艺中压力为常压。待反应结束时，测定并计算得到热解半焦、焦油、热解水和热解气的产率(见图5)。试验得到的焦油进行气相色谱质谱联用分析(结果见图6及图7)。

实施例2

本发明提供一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法，按照与实施例1相同的流程对相同原料的煤进行热解试验与焦油回收。不同之处为需要开启真空器，并分别将压力控制为80kPa、60kPa、40kPa和20kPa，分别进行4次试验。试验结束后，测定并计算得到热解半焦、焦油、热解水和热解气的产率(见图5)。试验得到的焦油进行气相色谱质谱联用分析(结果见图6及图7)。

由图5可以看出，随着热解过程中压力的降低及有吹扫气存在的热解条件下，热解焦油产率逐渐增加，在20kPa条件下，焦油产率为9.6％，相比常压6.3％的焦油收率提高较多。由图6和图7可以看出，在负压并有吹扫气存在的热解条件下，相比较常压热解，可使煤焦油组成和分布发生变化。负压条件下，随着热解过程中压力的降低，煤焦油组分中酸性化合物(主要为酚类化合物)逐渐增多。

本发明通过对煤焦油回收装置提供一定的负压(1000-101325Pa)可显著提高煤热解过程中煤焦油的产率，降低煤热解温度。同时，能减少热解过程中析出煤焦油发生二次反应的可能性。

Claims (10)

1.一种提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，包括自左向右依次连接的热解炉(1)、旋风分离器(2)、第一焦油冷凝塔(3)、第二焦油冷凝塔(4)和真空泵(5)；其中，热解炉(1)顶部设置有煤料斗(6)，热解炉(1)内设置有若干炉墙(8)，相邻炉墙(8)之间设置有螺旋除焦器(9)；所述第一焦油冷凝塔(2)底部一侧设有热解气进口(13)，底部正下方设有焦油收集槽(14)，底部另一侧设有热解气出口(15)。

2.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述热解炉(1)内顶部设置有固体分布器(7)；所述热解炉(1)内自上而下2/3处至热解炉底部设置若干炉墙(8)。

3.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述热解炉的外壁设置有火道(17)。

4.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述热解炉(1)侧壁上设置有进气口(11)，炉墙(8)中部设置有若干与进气口(11)相连通的气体分布器(10)。

5.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述第一焦油冷凝塔(2)内设置有连通至塔顶部的竖直管，竖直管与热解气出口(15)相连通；所述第一焦油冷凝塔(2)内顶部设有高温蒸汽喷射器(12)。

6.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述第一焦油冷凝塔(2)内设置有带有翅片的蛇管式冷凝器(18)。

7.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述第一冷凝塔(3)内设置有填料(19)。

8.根据权利要求1所述的提高低阶煤热解焦油产率的装置，其特征在于，所述的真空泵(5)进气口处设有真空调节阀(16)。

9.一种提高低阶煤热解焦油产率的方法，其特征在于，将煤加入到热解炉(1)中，通过对火道(17)进行加热，或者通过进气口(11)通入温度大于600℃的甲烷、氢气、氮气、一氧化碳、氧气、氦气、高温水蒸汽中的一种或几种，作为加热源对煤进行热解，待热解完成后炉墙(8)之间设置的多个螺旋除焦器(9)对炉内热解完毕的煤进行除焦；煤热解气在真空泵(5)的作用下，自热解炉(1)顶部进入旋风分离器(2)中以除去煤热解气中的固体颗粒，除去固体颗粒的热解气，由第一焦油冷凝塔(3)底部的热解气进口(13)进入，热解气自底部向上运动，通过带有翅片(21)且内部通入有冷却水、液氨或甲醇的蛇管式冷凝器(18)和填料(19)，以及与若干溶剂喷淋器(20)喷出的极性溶剂接触，进行传热与吸收焦油，被吸收或冷凝的焦油在第一焦油冷凝塔(3)中自上而下运动，然后进入第二焦油冷凝塔(3)进行冷凝，最后进入焦油收集槽(14)。

10.根据权利要求9所述的提高低阶煤热解焦油产率的方法，其特征在于，极性溶剂为甲醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种；定期打开高温蒸汽喷射器(12)对冷凝塔内焦油进行清除；热解气出口(15)与真空调节阀(16)连接且通过真空调节阀(16)控制压力范围为1000-101325Pa。