CN105907413B - 低阶粉煤的低温干馏工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低阶粉煤的低温干馏工艺，包括干燥脱水系统、细煤粉回收利用系统、冷凝水回收利用系统、煤低温干馏系统和能量供应系统，原料煤经干燥脱水系统干燥脱水之后排出含湿尾气和干煤，含湿尾气经细煤粉回收利用系统分离出细煤粉，细煤粉通过管道与干煤混合进入煤低温干馏系统产出半焦、煤焦油和热解煤气。本发明产出的煤气纯度高，使外供煤气质量好、热值高，焦油收率较高，提高了能源有效利用率。原煤在本工艺装置中干燥脱水后再入干馏，则煤气中水分低，净化分离过程中废水生成少，环保处理简单易行。熄焦、干燥采用闭合的循环方式，工艺流程中余热得以充分回收利用。

Description

低阶粉煤的低温干馏工艺

技术领域

本发明涉及煤炭低温干馏技术领域，具体涉及一种低阶粉煤的低温干馏工艺。

背景技术

煤中、低温热解技术经过二百多年的发展,已经形成了80多种生产工艺方法,比较成熟的技术也有一定的数量。

褐煤类低阶煤种适用于低温干馏加工，通过低温干馏加工，将褐煤转化成气、液、固三种产品，具有很好的经济效益及社会效益。

低温干馏技术是目前获得普遍认可和重视的一种技术，指的是将煤在隔绝空气或有少量空气的条件下加热到500-700℃，受热分解产生煤气、焦油和半焦的过程。

目前,常用的煤炭中低温热解工艺主要有:外热立式炉工艺、内热立式炉工艺、美国的Toseoal工艺、德国的LR工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、我国的多段回转炉工艺、大连理工大学的固体热载体技术、浙江大学开发的以流化床热解为基础的热电气多联产工艺、清华大学开发的焦载热气化多联产工艺、中科院过程所煤拨头的多联产工艺、中科院山西煤化所开发的配合联合循环发电的煤拔头工艺、华中科技大学开发的双室内循环多联产工艺等。

干馏工艺装置是低温干馏生产工艺中的主要设备，按其供热方式分为外热式和内热式，按其所用热载体形式分为气体热载体和固体热载体。

传统的干馏工艺多为外热式，以确保煤被隔绝加热，挥发产物不被稀释，从而得到成份纯、热值高、有更好利用价值，例如提氢或煤化工原料气的干馏煤气，但存在炉内煤料受热不均导致半焦质量不匀，高温壁区易发生二次热解降低焦油产率，且设备复杂投资大产能小等不足。

内热式工艺是借助烟气等气体热载体直接进入干馏炉内穿过块状煤层传热的，具有传热快、效率高、加热均匀、设备简单、投资较省等优点，但存在干馏煤气被气体热载体所稀释，导致出炉煤气及外供煤气热值低、品质差、商业利用价值不高等缺点。

国外内热式立式热解炉的主要代表是鲁奇-斯皮尔盖斯(L-S)低温热解炉,煤在立式炉中下行,气流逆向通入进行热解。

目前国内低温干馏工艺技术一般采用内热式或内外复合型式，均采用Lurgi-Spuelgas低温热解的三段炉工艺技术，煤由炉的上部向下移动过程中可分为三段:分别是干燥段、热解段和半焦冷却段。

较为典型内外热复合式的干馏工艺装置由陕西神木三江化工研究院的SJ直立中低温干馏炉。该热解炉技术2000年初步定型,目前己形成原煤处理能力分别为6-48万t/a,五种炉型的SJ中低温干馏炉产品系列,其中以SJ-III直立干馏炉应用最为广泛。主要工艺特点为:炉内采用大空腔设计,干燥段、热解段没有严格界限,干馏、干燥气体热载体不分；炽热的半焦进入炉底水封槽,用水冷却,采用拉盘和刮板机导出热解产品；部分荒煤气和空气混合进入炉内花墙,经花墙孔喷出燃烧,生成热解用的气体热载体将煤块加热热解；煤气由炉顶集气伞引出进入冷却系统。

目前,国内块状褐煤、烟煤或其型煤中温干热解主要用气体热载体的内热式立式炉。气体热载体内热式立式炉采用20-80mm块状褐煤和烟煤(部分褐煤需要将粒径提高到50-150mm)和型煤,这种炉型不适用中等粘结性和高粘结性烟煤。

目前对于粉煤的干馏采用Garrett工艺，其是一种热解法。该技术以热半焦为热载体,使用200目以下的粉煤为原料,为生产液体和气体燃料以及适用于用作动力锅炉的燃料而设计。

Garrett工艺首先将原料煤粉碎至200目(75μm)以下,并选用650-870℃的高温半焦作为热载体,将原料煤粉在极短的时间(几分之一秒)加热到500℃以上进行热解,停留时间小于两秒。由于该工艺热解停留时间短,能够有效地防止焦油的二次分解。产品回收率与性质主要取决于原料煤的煤化程度,热解产油的最佳温度范围比较狭窄,介于560℃-580℃之间,高挥发分的烟煤在该温度下的油产率最高可达干煤的35％,热解温度上升到600℃以上产油量逐渐减少,产气量则逐渐增大。

Garrett工艺的优点主要有:短时间快速加热,防止焦油的二次热解,提高了焦油的回收率；部分半焦做热载体,并在气流床下行循环,热效率高。

Garrett工艺的缺点主要有:生成的焦油和粉尘半焦会附着在旋风器和管路的内壁,长时间运行会堵塞管道；循环的半焦和入料煤间的接触,以及充分进行的热交换会加剧煤的微粉碎,增加了循环的半焦量,使系统煤的处理能力无法增加太多。

发明内容

本发明为了解决目前干馏技术中对细颗粒直径的原料煤的应用问题以及能耗问题，设计了煤种为低阶煤或褐煤、粒度为0-13mm的不粘结煤或弱粘结煤，在煤干馏过程中，最大化的回收煤焦油及其它煤产品的节能式低阶粉煤的低温干馏工艺，包括干燥脱水系统、细煤粉回收利用系统、冷凝水回收利用系统、煤低温干馏系统和能量供应系统，原料煤经干燥脱水系统干燥脱水之后排出含湿尾气和干煤，含湿尾气经细煤粉回收利用系统分离出细煤粉，细煤粉通过管道与干煤混合进入煤低温干馏系统产出半焦、煤焦油和热解煤气。

本发明低阶粉煤的低温干馏工艺，所述干燥脱水系统包括内置热流化床干燥机2，细煤粉回收利用系统包括旋风分离器5和静电除尘器6，冷凝水回收利用系统包括冷凝器7，内置热流化床干燥机2上设有进煤口3和流化风出口4，内置热流化床干燥机2内设置了热水换热器，原料煤从进煤口3进入内置热流化床干燥机2，经干燥脱水后含湿尾气从流化风出口4排出并依次进入旋风分离器5和静电除尘器6，将干燥过程中由流化风携带出的煤细粉分离出来与干燥后的干煤混合，流化风继续进入冷凝器7进行冷凝除湿。

本发明低阶粉煤的低温干馏工艺，所述煤低温干馏系统包括煤低温干馏装置11和热半焦储存仓13。混合的干煤和细煤粉进入煤低温干流装置11，煤低温干馏装置11采用外热式移动床结构型式，热源由外置流化床燃煤锅炉产生的高温烟气流入到加热室，煤低温干馏装置11由若干干馏模块叠加而成，其个数决定煤在碳化室内的干馏时间，煤在碳化室的滞留时间涉及到煤种、煤料前期干燥脱水程度以及加热室与其的传热效果等因素。干馏模块由若干碳化室和加热室采用耐热钢板间隔而设，加热室内横向增设了若干鳍片，加大烟气侧受热面积，以加强与高温烟气的吸热量，通过与碳化室相连的受热面，将烟气热量传导给碳化室内的干煤，实现煤的低温干馏。每个碳化室下部均设置了正三角形的集气集油机构，用于回收煤中干馏分解出来的煤焦油和热解煤气；热半焦储存仓13设置在煤低温干馏装置11的下部半焦出口处，用于缓冲干馏装置与流化床式半焦冷却装置的焦碳流量，协调干馏生产和热焦冷却的节奏。

本发明低阶粉煤的低温干馏工艺，所述能量供应系统包括烟气换热器9、流化床冷焦装置14、第一循环风机10和第二循环风机15。流化床冷焦装置14与热半焦储存仓13相连，在流化床冷焦装置14顶部的流化风出口外设置了一除尘器12。内置热流化床干燥机2出来的流化风经冷凝脱水之后，温度降至80℃后，通过第二循环风机15引入流化床冷焦装置14内，通过冷却灼热半焦时加热提温，再从流化床冷焦装置14出来经过除尘器12除尘，出来的热气体通过第一循环风机10引入内置热流化床干燥机2内作为煤的流化干燥脱水的载体,与其中的流化风形成一闭合的串联循环回路。

本发明低阶粉煤的低温干馏工艺，所需热源由外部设置的流化床锅炉燃用半焦所产生的高温烟气，直接进入煤低温干馏装置内的加热室，烟气的流向和原料煤的流向呈逆流状态，烟气在加热室内通过热传导的方法把热量传递给碳化室的原料煤，使煤料热解干馏变成半焦，煤低温干馏装置11的进口烟气温度为650℃，出口烟气为295-305℃，出口烟气进入到烟气换热器9内，产生140-160℃的热水作为内置热流化床干燥机2的热源，通过与水热交换后，烟气温度降至115-125℃后通过烟囱1排出。

本发明低阶粉煤的低温干馏工艺，内置热流化床干燥机2内设置了热水换热器，其换热工质为高温热水或低压蒸汽，进口温度控制在150℃。

原料煤通过内置热流化床式干燥机进行干燥脱水，干燥机出来的含尘含湿尾气进入旋风分离器和静电除尘器，将干燥过程中由流化风携带出的细煤粉分离出来，通过工艺管道与干燥机出来干煤混合后进入到煤干馏装置内的碳化室中，干煤出干燥机的温度保持在100℃左右，然后直接进入到干馏装置内高温加热段，在500-600℃温度下进行干馏，整个运行时间约1.5小时，产出半焦、煤焦油和热解煤气，加热区温度调控涉及半焦挥发份控制范围。

流化床干燥机内布置了加热受热面，作为干燥脱水的辅助热源，其换热工质为高温热水或低压蒸汽，进口温度控制在150℃，出水温度降至80℃，其热量来自于烟气换热器。

热半焦下落到冷焦装置后，利用氮气或空气冷却半焦，并且回收其热量，提高温度后氮气作为流化床干燥机的流化风。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用全封闭的干馏装置外原料煤的干燥脱水，干馏装置设计为移动床型式，煤干馏呈连续生产形式，并采用外燃内热加热方式，并采用碳化室下部设置了正三角形的集气集油装置，缩短了煤料在干馏炉内的低温干馏时间，充分发挥干馏炉的最大产能，提高了产品产量和质量，重点是提高焦油产率，在煤干馏过程中，最大化地回收煤焦油。

2.低温干馏装置采用外热式移动床结构型式，由若个干馏模块叠加而成，其个数决定煤在碳化室内的干馏时间，通过煤料前期干燥脱水程度以及加热室强化传热技术措施，使得原料煤在碳化室的升温加热时间减少。

3.本发明中流化风经过对原煤的干燥除湿、除尘回收细煤粉、冷凝除湿、在通过冷却灼热半焦之后，加热提温形成了一闭合的能量再利用的工艺回路，所需能量均由工艺流程中的余热回收利用。

4.本发明的煤干馏装置采用被间壁加热，高温干馏煤气未被稀释，提高的煤气热值，为煤气后续利用提供方便。

5.本发明的原料煤的干燥脱水、干馏成焦、焦油煤气回收以及工艺流程中余热回收利用呈密闭的循环回路，提高了工艺的环保性和节能性。

本发明采用了移动床型式干馏装置，特别适用于低品位的粉煤。产出的煤气纯度高，使外供煤气质量好、热值高、应用价值高，是理想的化工原料或高品位燃料；碳化室与加热室采用窄间距相间隔，煤料受温较低且受热均匀，传热速度快，焦油回收率较高；采用干燥脱水装置与干馏装置分离设置，系统热源可以循环交错使用，提高了能源有效利用率。

原煤在本工艺装置中干燥脱水后再入干馏，则煤气中水分低，净化分离过程中废水生成少，环保处理简单易行。熄焦、干燥采用闭合的循环方式，工艺流程中余热得以充分回收利用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示的低阶粉煤的低温干馏工艺，包括干燥脱水系统、细煤粉回收利用系统、冷凝水回收利用系统、煤低温干馏系统和能量供应系统，原料煤经干燥脱水系统干燥脱水之后排出含湿尾气和干煤，含湿尾气经细煤粉回收利用系统分离出细煤粉，细煤粉通过管道与干煤混合进入煤低温干馏系统产出半焦、煤焦油和热解煤气。

其中，所述干燥脱水系统包括内置热流化床干燥机2，细煤粉回收利用系统包括旋风分离器5和静电除尘器6，冷凝水回收利用系统包括冷凝器7，内置热流化床干燥机2上设有进煤口3和流化风出口4，内置热流化床干燥机2内设置了热水换热器，原料煤从进煤口3进入内置热流化床干燥机2，经干燥脱水后含湿尾气从流化风出口4排出并依次进入旋风分离器5和静电除尘器6，将干燥过程中由流化风携带出的煤细粉分离出来与干燥后的干煤混合，流化风继续进入冷凝器7进行冷凝除湿。

所述煤低温干馏系统包括煤低温干馏装置11和热半焦储存仓13。混合的干煤和细煤粉进入煤低温干流装置11，煤低温干馏装置11采用外热式移动床结构型式，热源由外置流化床燃煤锅炉产生的高温烟气流入到加热室，煤低温干馏装置11由若干干馏模块叠加而成，其个数决定煤在碳化室内的干馏时间，煤在碳化室的滞留时间涉及到煤种、煤料前期干燥脱水程度以及加热室与其的传热效果等因素。干馏模块由若干碳化室和加热室采用耐热钢板间隔而设，加热室内横向增设了若干鳍片，加大烟气侧受热面积，以加强与高温烟气的吸热量，通过与碳化室相连的受热面，将烟气热量传导给碳化室内的干煤，实现煤的低温干馏。每个碳化室下部均设置了正三角形的集气集油机构，用于回收煤中干馏分解出来的煤焦油和热解煤气；热半焦储存仓13设置在煤低温干馏装置11的下部半焦出口处，用于缓冲干馏装置与流化床式半焦冷却装置的焦碳流量，协调干馏生产和热焦冷却的节奏。

所述能量供应系统包括烟气换热器9、流化床冷焦装置14、第一循环风机10和第二循环风机15。流化床冷焦装置14与热半焦储存仓13相连，在流化床冷焦装置14顶部的流化风出口外设置了一除尘器12。内置热流化床干燥机2出来的流化风经冷凝除湿之后，温度降至80℃后，通过第二循环风机15引入流化床冷焦装置14内，通过冷却灼热半焦时加热提温，再从流化床冷焦装置14出来经过除尘器12除尘，出来的热流化风通过第一循环风机10，从热流化风进口8引入内置热流化床干燥机2内作为煤的流化干燥脱水的载体,与其中的流化风形成一闭合的串联循环回路。

所需热源由外部设置的流化床锅炉燃用半焦所产生的高温烟气，直接进入煤低温干馏装置内的加热室，烟气的流向和原料煤的流向呈逆流状态，烟气在加热室内通过热传导的方法把热量传递给碳化室的原料煤，使煤料热解干馏变成半焦，煤低温干馏装置11的进口烟气温度为650℃，出口烟气为295-305℃，出口烟气进入到烟气换热器9内，产生140-160℃的热水，优选为150°，来作为内置热流化床干燥机2的热源，通过与水热交换后，烟气温度降至115-125℃后通过烟囱1排出。

本工艺中，原料煤通过内置热流化床式干燥机进行干燥脱水，干燥机出来的含尘含湿尾气进入旋风分离器和静电除尘器，将干燥过程中由流化风携带出的细煤粉分离出来，通过工艺管道与干燥机出来干煤混合后进入到煤干馏装置内的碳化室中，干煤出干燥机的温度保持在100℃左右，然后直接进入到干馏装置内高温加热段，在500-600℃温度下进行干馏，整个运行时间约1.5小时，产出半焦、煤焦油和热解煤气，加热区温度调控涉及半焦挥发份控制范围。原煤在本工艺装置中干燥脱水后再入干馏，则煤气中水分低，净化分离过程中废水生成少，环保处理简单易行。熄焦、干燥采用闭合的循环方式，工艺流程中余热得以充分回收利用。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种低阶粉煤的低温干馏工艺，其特征是：包括干燥脱水系统、细煤粉回收利用系统、冷凝水回收利用系统、煤低温干馏系统和能量供应系统，原料煤经干燥脱水系统干燥脱水之后排出含湿尾气和干煤，含湿尾气经细煤粉回收利用系统分离出细煤粉，细煤粉通过管道与干煤混合进入煤低温干馏系统产出半焦、煤焦油和热解煤气；所述干燥脱水系统包括内置热流化床干燥机，细煤粉回收利用系统包括旋风分离器和静电除尘器，冷凝水回收利用系统包括冷凝器，内置热流化床干燥机上设有进煤口和流化风出口，内置热流化床干燥机内设置了热水换热器，原料煤从进煤口进入内置热流化床干燥机，经干燥脱水后含湿尾气从流化风出口排出并依次进入旋风分离器和静电除尘器，将干燥过程中由流化风携带出的煤细粉分离出来与干燥后的干煤混合，流化风继续进入冷凝器进行冷凝脱水；所述煤低温干馏系统包括煤低温干馏装置和热半焦储存仓，混合的干煤和细煤粉进入煤低温干馏装置，煤低温干馏装置由若干干馏模块叠加而成，干馏模块由若干碳化室和加热室采用耐热钢板间隔而设，加热室内横向增设了若干鳍片，每个碳化室下部均设置了正三角形的集气集油机构，用于回收煤中干馏分解出来的煤焦油和热解煤气；热半焦储存仓设置在煤低温干馏装置的下部半焦出口处；所述能量供应系统包括烟气换热器、流化床冷焦装置、第一循环风机和第二循环风机，流化床冷焦装置与热半焦储存仓相连，在流化床冷焦装置顶部的流化风出口外设置了一除尘器，内置热流化床干燥机出来的流化风经冷凝脱水之后，通过第二循环风机引入流化床冷焦装置内，通过冷却灼热半焦时加热提温，再从流化床冷焦装置出来经过除尘器除尘后，通过第一循环风机引入内置热流化床干燥机与其中的流化风形成一闭合的串联循环回路。

2.根据权利要求1所述的低阶粉煤的低温干馏工艺，其特征是：煤低温干馏装置的出口烟气为295-305℃，其进入到烟气换热器内，产生140-160℃的热水作为内置热流化床干燥机的热源，通过与水热交换后，烟气温度降至115-125℃后通过烟囱排出。

3.根据权利要求2所述的低阶粉煤的低温干馏工艺，其特征是：内置热流化床干燥机内设置了热水换热器，其换热工质为高温热水或低压蒸汽，进口温度控制在150℃。