CN105647592A - 一种低阶煤热解油气的回收系统及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低阶煤热解油气的回收系统，包括旋风除尘器、过滤除尘器，洗涤设备、电捕焦油器、吸附设备、脱硫塔，洗涤设备包括氨水储罐、焦油洗涤罐和其上方的气液接触立管；所述吸附设备内填充有热解半焦、焦炭、锯末屑、粒状活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、分子筛中的一种或多种。本发明采用动力波洗涤器，其结构简单、造价低、能耗低、操作弹性大、气液传质效果好，加设软连接管壁和振动器振荡器可有效避免焦油凝结在管壁上堵塞管道。本发明采用的油气产品回收工艺同时设置硫化氢吸附装置和脱水装置，脱出热解气中的硫化氢和水蒸气，有效地解决了热解气中焦油雾、VOCs和水蒸气凝结，腐蚀管道设备，难以满足长距离输送的难题。

Description

一种低阶煤热解油气的回收系统及回收方法

技术领域

本发明涉及一种用低阶煤热解产物的分离方法及其系统。

背景技术

低阶煤中蕴含着丰富的油气资源，经热解后可获得高温热解油气和半焦。但高温煤热解油气中焦油含量50～200g/Nm³，飞灰含量5～20g/Nm³，硫含量5～40g/Nm³，水蒸气含量100～450g/Nm³，给油气资源的综合利用带来了巨大困难。高浓度的焦油和飞灰，会凝结堵塞管道和设备；高浓度的飞灰随焦油被冷凝下来，致使焦油品质下降；H₂S等酸性气体的存在，会腐蚀管道和设备；水蒸气的存在，致使热解气体积增大，增加了风机输送负担等等。目前，煤热解产品回收工艺常见的工序包括：旋风除尘、锅炉换热、喷淋洗涤、电捕焦油、脱硫、压缩、加热等环节。典型传统的热解产品回收处理方式为：初冷塔→电捕焦油器→氨水洗涤→终冷塔→粗苯塔→粗热解气。传统热解产品回收工艺回收了热解气中大部分焦油、BTX、氨等副产品，但效果不佳，净化后的热解气远不能满足工业燃料、民用燃料等的使用标准。焦油中含有大量的灰，焦油品质不高，后续综合利用难度大。

当前运行的热解产品回收工艺中，为防止焦油雾、VOCs和水蒸气凝结，常在输送管道和沿程设备上包裹保温材料，对输送管道和设备进行保温处理。对沿程管道和设备保温，在一定程度上解决了焦油和水蒸气的凝结现象，但保温方式的能耗和材料消耗大，不适合热解气长距离输送。为防止焦油雾、VOCs和水蒸气凝结，工业上还常在输送流程中设置简单过滤器。该过滤器滤芯由不锈钢丝网加工而构成，只能简单地除去热解气中的大颗粒粉尘和焦油雾，对VOCs和水蒸气无效，且过滤精度不高。热解气喷氨冷凝过程中，含灰焦油还易凝结堵塞管道。

目前，常见热解产品回收工艺得到的净热解气中仍含有相当数量的小粒径(φ≈1μm)焦油雾、VOCs(挥发性有机物)、水蒸气和H₂S气体，当热解气温度降低、流速减慢或加压输送时，热解气中的焦油雾、VOCs和水蒸气凝结，长时间会造成管道和设备堵塞。气态的H₂S溶解在水中对管道和设备存在着严重的腐蚀。

因此，低阶煤热解油气的净化处理领域亟需开发更加高效和完善的系统和工艺。

发明内容

针对现有技术低阶煤热解油气中的焦油含尘量高、品质低的问题，以及热解气中焦油雾滴、VOCs和水蒸气、以及含硫组分难以净化处理的难题，本发明的目的是提出一套完整的热解油气回收方法及其系统，以得到高品质的无灰焦油以及纯净的热解气。

实现本发明目的技术方案为：

一种低阶煤热解油气的回收系统，包括旋风除尘器、过滤除尘器，洗涤设备、电捕焦油器、吸附设备、脱硫塔，

所述旋风除尘器、过滤除尘器，洗涤设备、电捕焦油器、吸附设备、脱硫塔通过管道顺次连接；

所述洗涤设备包括氨水储罐、焦油洗涤罐和位于焦油洗涤罐上方的气液接触立管。

进一步地，所述洗涤设备为动力波洗涤器，包括氨水储罐、焦油洗涤罐和位于焦油洗涤罐上方的气液接触立管，焦油洗涤罐通过氨水管路和泵连接所述气液接触立管，所述氨水管路伸入气液接触立管内并连接喷液方向向上的喷嘴；气液接触立管下部连接焦油洗涤罐；焦油洗涤罐顶部还连接出气管道。

其中，所述气液接触立管喷嘴的位置之下部分与喷嘴的位置之上部分之间为软连接，软连接管壁外设置有振动器，所述振动器连接有振动电机。

其中，所述过滤除尘器内填充的过滤介质为热解半焦、焦炭、锯末屑中的一种或多种。

优选地，所述吸附设备为复合吸附塔，塔内填充有上下两层吸附剂，上层的吸附剂选自热解半焦、焦炭、锯末屑中的一种或多种，下层的吸附剂选自粒状活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、分子筛中的一种或多种；上层吸附剂层厚度与下层吸附剂层厚度比值为0.5～1：3～4。

其中，所述脱硫塔内填充有上下两层脱硫剂，上层的脱硫剂为热解半焦和/或焦炭，下层填充的是干法脱硫剂，所述干法脱硫剂选自脱硫活性炭、氧化锌、氧化铁中的一种或多种；上层脱硫剂层厚度与下层脱硫剂层厚度比值为2～3:1～2。

一种低阶煤热解油气的回收方法，采用本发明提出的回收系统，包括步骤：

1)低阶煤热解产生的热解油气进入旋风除尘器除灰，然后进入过滤除尘器，进一步脱除热解油气中的细灰；

2)除去细灰后的热解油气进入洗涤器，热解油气与氨水接触；

3)脱除焦油后热解气进电捕焦油器，在电捕焦油器内，进一步脱除热解气中夹带的焦油雾滴；

4)脱除焦油雾后的热解气经热解气风机进入吸附设备，进一步过滤脱除热解气中的焦油雾和液滴；

5)脱除焦油雾和VOCs的热解气进脱硫塔脱硫；

6)经脱硫后的热解气进入热解气压缩机，加压至1～2MPa，在高压下热解气中的水蒸气凝结，经节流阀泄压后热解气温度降低，进一步除去热解气中的水蒸气，脱水后的净热解气进气柜储存，可加压外供或自用。

其中，步骤1)低阶煤热解产生的热解油气温度为500～650℃，经与过滤除尘器内的过滤介质换热后其温度为300～350℃；

步骤2)热解油气与氨水接触后温度降低至80～110℃。

喷淋产成的焦油和氨水混合分层后，上层氨水和轻质油溢流进氨水储罐，经泵循环用于洗涤，下层的重质组分作为产品回收。

其中，所述吸附设备和脱硫塔的热解气入口温度T≤70℃。

在步骤2)中，热解油气自上而下，氨水自下而上，形成气液两相密切接触的“泡沫区”，在“泡沫区”内气液两相传质、传热，脱出热解气中的大部分焦油、水和H₂S等酸性气体，接触后热解气温度降低至80～110℃，体积减少；氨水汽化吸热，致使热解气降温，焦油冷凝。氨水和热解油气在气液接触立管对冲，形成高速湍动的泡沫区，泡沫区内液体表面积大且更新速度快，进一步强化了气液传热、传质效果。其净化效率远高于传统的喷淋塔和填料塔等洗涤设备，同时具有能耗低、施工操作简单、适应范围广等优点。

本发明对动力波洗涤器的气液接触立管进行改进，增加软连接管壁和振动器，定期震荡，使得焦油不致冷凝凝结在管壁上，堵塞管道。其中，步骤2)的洗涤器设置有振动器及振动电机，每隔5～10s定期振动。

步骤4)所采用的复合吸附塔内填充有双层吸附剂，上层为热解半焦、焦炭或锯末屑，用于进一步过滤脱除热解气中的焦油雾和液滴，防止下层吸附剂污染，下层为吸附剂层，用与吸附深度脱除热解气中高浓度的VOCs，下层吸附剂可以是活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、分子筛等中的一种或几种的组合，当吸附剂吸附饱和后，上层热解半焦或焦炭回锅炉直接燃烧，下层吸附剂再生循环利用。

喷淋产成的焦油和氨水混合分层后，上层氨水溢流进氨水储罐，经泵循环用于洗涤，下层的轻质油和重质组分作为产品回收，得到的无灰焦油品质较高；

其中，所述脱硫塔内脱硫剂达到饱和后，热解半焦或焦炭回锅炉直接燃烧，下层精脱硫剂再生循环利用并回收硫磺。

采用复合吸附塔脱除热解气中的焦油雾和VOCs，上层采用热解半焦、焦炭或锯末屑，下层采用多孔吸附剂，吸附饱和后，热解半焦回锅炉燃烧，多孔吸附剂去再生塔再生，较单层吸附塔的优势在于，避免了下床层吸附剂被焦油雾污染，减少了下层吸附剂用量，节约成本。

本发明净化工艺采用复合方式脱除热解气中的H₂S，上层为热解半焦，下层为干法脱硫剂，热解半焦用于粗脱硫，干法脱硫剂用于精脱硫，和湿法脱硫方式相比，复合脱硫方式脱硫精度高，工艺简单，和单独的粗脱硫和精脱硫床层相比，复合床层的脱硫精度较高，精脱硫剂的用量少。

本发明的有益效果在于：

1)采用动力波洗涤器，其结构简单、造价低、能耗低、操作弹性大、气液传质效果好，加设软连接管壁和振动器振荡器可有效避免焦油凝结在管壁上堵塞管道。

2)采用复合吸附塔脱除热解气中的焦油雾和VOCs，减小了下床层吸附剂被焦油污染的可能性，增加了复合吸附塔层的吸附容量，和传统的喷淋、保温方法比较，吸附净化工艺能较为彻底地脱除热解气中存在的焦油雾和VOCs，避免热解气中焦油雾、VOCs和水蒸气凝结，腐蚀管道设备，满足下游的加压输送要求；

3)脱硫塔采用双层不同吸附剂，以热解半焦或焦炭对热解气进行粗脱硫，增加了脱硫剂的硫容，减少了精脱硫剂的用量和再生次数；

4)采用压气缩机对热解气加压和节流冷却方式脱水，操作简单，经济可靠，可满足后序加压输送要求。

附图说明

图1：热解油气产品回收系统图。

图中，1、旋风除尘器；2、过滤除尘器；3、动力波洗涤器；301、氨水泵；302、振动电机；303、软连接管壁；304、氨水储罐；305、焦油洗涤罐；4、电捕焦油器；5、风机；6、复合吸附塔；7、脱硫塔；8、热解气压缩机；9、节流阀；10、气柜。

具体实施方式

现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中，如无特殊说明，所采用的手段均为本领域常规的技术手段。

实施例1：低阶煤热解油气的回收系统

见图1，低阶煤热解油气的回收系统，包括旋风除尘器1、过滤除尘器2，动力波洗涤器3、电捕焦油器4、风机5、复合吸附塔6、脱硫塔7，各设备通过管道顺次连接。脱硫塔底部的气体管连接热解气压缩机8，热解气压缩机8出气管道上设置有节流阀9，经过节流的气体最后经管道进入气柜10。

本系统的过滤除尘器2内填充的过滤介质为热解半焦。复合吸附塔6内填充有上下两层吸附剂。脱硫塔7内填充有上下两层脱硫剂。

动力波洗涤器3包括氨水储罐和位于氨水储罐上方的气液接触立管，氨水储罐通过氨水管路和氨水泵301连接该气液接触立管，氨水管路伸入气液接触立管内并连接喷液方向向上的喷嘴，气液接触立管下部连接直径大于气液接触立管的焦油洗涤罐305，焦油洗涤罐305顶部还连接出气管道。气液接触立管内设置有喷嘴，气液接触立管的中部的管壁为软连接管壁303，软连接管壁外设置有振动器，振动器连接有振动电机302。

实施例2

采用实施例1的系统，其中复合吸附塔6内填充有上下两层吸附剂，上层是0.6m锯末屑，下层是3.5m活性炭。脱硫塔7内填充有上下两层脱硫剂，上层是2m热解半焦，下层是1.5m氧化铁脱硫剂。

进行热解油气回收的方法为：

由褐煤热解产生的高温(T≈580℃)热解油气从热解炉中溢出进旋风除尘器，脱除热解油气中的φ≥10μm细灰，再经高温除尘过滤器中进一步除去热解油气中的灰，温度T＝315℃，除灰后的热解气进动力波洗涤器，在动力波洗涤器中热解油气与氨水传质换热，脱除热解油气中的焦油和水蒸气，出动力波洗涤器的热解气温度T＝85℃。动力波洗涤器的振动器通过振动电机驱动，每隔10s定期振动，使得冷凝后的焦油不至于挂壁堵塞管道。

出动力波洗涤器的热解气进电捕焦油器脱除φ≥1μm的焦油雾滴，脱除效率≥98％，然后进入复合吸附塔和脱硫塔，脱除热解气中VOCs等，再经压缩机加压(P＝1.5MPa)和节流阀冷却脱水，脱水后的净热解气进气柜储存，可加压外供或自用。复合吸附塔内的吸附剂吸附饱和后，上层吸附剂回锅炉直接燃烧，下层吸附剂再生循环利用。脱硫塔内脱硫剂达到饱和后，上层的脱硫剂回锅炉直接燃烧，下层的精脱硫剂再生循环利用并回收硫磺。

检测节流阀后热解气中各成分的含量，焦油雾含量为0mg/Nm³，VOCs含量150mg/Nm³，H₂S含量13mg/Nm³，水蒸气含量2180ppmv。同时，得12.5％wt的无灰焦油。

实施例3

采用实施例1的系统，其中复合吸附塔6内填充有上下两层吸附剂，上层是0.8m热解半焦，下层是3.2m活性炭)。脱硫塔7内填充有上下两层脱硫剂，上层是2.2m热解半焦，下层是1.3m氧化锌脱硫剂。

由长焰煤热解产生的高温(T≈510℃)热解油气从热解炉中溢出进旋风除尘器，在旋风除尘器和高温除尘过滤器中除去热解油气中的灰，温度T＝300℃，除灰后的热解气进动力波洗涤器，在动力波洗涤器中热解油气与氨水传质换热，脱除热解油气中的焦油和水蒸气，出动力波洗涤器的热解气温度T＝80℃，出动力波洗涤器的热解气进电捕焦油、复合吸附塔和脱硫塔，脱除热解气中的焦油雾和VOCs，再经压缩机加压(P＝1.5MPa)和节流阀冷却脱水，检测节流阀后热解气中各成分的含量，焦油雾含量为0mg/Nm³，VOCs含量108mg/Nm³，H₂S含量8mg/Nm³，水蒸气含量1750ppmv。同时，得10.3％wt的无灰焦油。

其他操作同实施例2。

实施例4：

采用实施例1的系统，其中复合吸附塔6内填充有上下两层吸附剂，上层是1.2m热解半焦，下层是3.0m活性炭。脱硫塔7内填充有上下两层脱硫剂，上层是2.5m焦炭，下层是1.5m脱硫活性炭。

由褐煤热解产生的高温(T≈650℃)热解油气从热解炉中溢出进旋风除尘器，在旋风除尘器和高温除尘过滤器中除去热解油气中的灰，温度T＝340℃，除灰后的热解气进动力波洗涤器，在动力波洗涤器中热解油气与氨水传质换热，脱除热解油气中的焦油和水蒸气，出动力波洗涤器的热解气温度T＝95℃，出动力波洗涤器的热解气进电捕焦油、复合吸附塔和脱硫塔(，脱除热解气中的焦油雾和VOCs，再经压缩机加压(P＝1.5MPa)和节流阀冷却脱水，检测节流阀后热解气中各成分的含量，焦油雾含量为0mg/Nm³，VOCs含量168mg/Nm³，H₂S含量15mg/Nm³，水蒸气含量1790ppmv。同时，得11.7％wt的无灰焦油。

其他操作同实施例2。

本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种低阶煤热解油气的回收系统，其特征在于，包括旋风除尘器、过滤除尘器，洗涤设备、电捕焦油器、吸附设备、脱硫塔，

所述旋风除尘器、过滤除尘器，洗涤设备、电捕焦油器、吸附设备、脱硫塔通过管道顺次连接；

所述洗涤设备包括氨水储罐、焦油洗涤罐和位于焦油洗涤罐上方的气液接触立管。

2.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述洗涤设备为动力波洗涤器，所述气液接触立管的中部的管壁为软连接管壁，所述气液接触立管内设置有喷嘴，所述喷嘴的喷出方向被设置成竖直向上，所述喷嘴位于所述软连接管壁内部，软连接管壁外设置有振动器，所述振动器连接有振动电机；

焦油洗涤罐通过氨水管路和泵连接所述气液接触立管，所述氨水管路伸入所述气液接触立管内并连接所述喷嘴；气液接触立管下部连接焦油洗涤罐；焦油洗涤罐顶部还连接出气管道。

3.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述过滤除尘器内填充的过滤介质为热解半焦、焦炭、锯末屑中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任一所述的回收系统，其特征在于，所述吸附设备为复合吸附塔，塔内填充有上下两层吸附剂，上层的吸附剂选自热解半焦、焦炭、锯末屑中的一种或多种，下层的吸附剂选自粒状活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、分子筛中的一种或多种；上层吸附剂层厚度与下层吸附剂层厚度比值为0.5～1：3～4。

5.根据权利要求1～3任一所述的回收系统，其特征在于，所述脱硫塔内填充有上下两层脱硫剂，上层的脱硫剂为热解半焦和/或焦炭，下层填充的是干法脱硫剂，所述干法脱硫剂选自脱硫活性炭、氧化锌、氧化铁中的一种或多种；上层脱硫剂层厚度与下层脱硫剂层厚度比值为2～3:1～2。

6.一种低阶煤热解油气的回收方法，采用权利要求1～6任一所述的回收系统，其特征在于，包括步骤：

1)低阶煤热解产生的热解油气进入旋风除尘器除灰，然后进入过滤除尘器，进一步脱除热解油气中的细灰；

2)除去细灰后的热解油气进入洗涤设备，热解油气与氨水接触；

3)脱除焦油后热解气进电捕焦油器，在电捕焦油器内，进一步脱除热解气中夹带的焦油雾滴；

4)脱除焦油雾后的热解气经热解气风机进入吸附设备，进一步过滤脱除热解气中的焦油雾和液滴；

5)脱除焦油雾和VOCs的热解气进脱硫塔脱硫；

6)经脱硫后的热解气进入热解气压缩机，加压至1～2MPa，在高压下热解气中的水蒸气凝结，经节流阀泄压后热解气温度降低，进一步除去热解气中的水蒸气，脱水后的净热解气进气柜储存，可加压外供或自用。

7.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于，步骤1)低阶煤热解产生的热解油气温度为500～650℃，经与过滤除尘器内的过滤介质换热后其温度为300～350℃；步骤2)热解油气与氨水接触后温度降低至80～110℃。

8.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于，所述吸附设备和脱硫塔的热解气入口温度T≤70℃。

9.根据权利要求6～8任一所述的回收方法，其特征在于，所述脱硫塔内脱硫剂达到饱和后，热解半焦或焦炭回锅炉直接燃烧，下层精脱硫剂再生循环利用并回收硫磺。