CN107841360B - 一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法及其装置，该方法首创性地对中温钝化无烟煤进行了升温钝化，可最大程度的减少无烟煤微孔中可燃气体和挥发份的含量，避免无烟煤的自燃，使之便于长期存储；此外，本发明所述方法制备得到的无烟煤的含水量维持在4～5.5wt％的范围内，小于现有技术中的6～12wt％，进而避免了无烟煤的风化、破裂和自燃，保持了无烟煤的有效发热量，减轻了无烟煤的运输量；同时本发明所述方法可将钝化冷却后的无烟煤的温度维持在25～45℃的范围之内，这样避开了无烟煤的煤堆极限温度60℃，由此可进一步避免无烟煤的自然。

Description

一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法及其装置

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法及其装置。

技术背景

无烟煤俗称白煤或红煤，是煤化程度最大的煤，无烟煤固定碳含量高，挥发组分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟，热值约为6000-6500千卡/公斤。干馏热解技术生产无烟煤所使用的回转反应器试验装置和工业化装置目前存在的主要问题有：一方面，在无烟煤的冷却过程中，由于回转反应器进出料口的密封效果不好，导致过量的氧气进入回转炉与物料发生氧化反应，造成无烟煤氧含量高，水分少，易于自燃；另一方面即使是提质后的无烟煤，在其储存和运输过程中当处于煤场或运输途中的空气氛围中时，干馏热解无烟煤也不可避免地会发生自燃，从而造成干馏热解无烟煤不便于长期贮存和长途运输。

为此，中国专利文献CN105885903A公开了一种钝化冷却无烟煤的一体化装置，该装置包括顺次相连的密封进料仓，进料输送机，钝化冷却回转装置和出料输送机，其中，钝化冷却回转装置包括钝化冷却回转筒体和套设于钝化冷却回转筒体外部的冷却气夹套，在钝化冷却回转筒体与冷却气夹套之间设置有间隙，以形成冷却气流通空间，在钝化冷却回转筒体内部沿轴向顺次设置有取热区、中温钝化区和低温钝化冷却水合区，取热区内设置有钝化气输入管，低温钝化冷却水合区设置有喷淋冷却水管；进料输送机与取热区的进口相连，出料输送机与低温钝化冷却水合区的出口相连接。上述技术通过采用密封进料仓以防止进料时空气进入钝化冷却回转装置内造成物料超温，从而可避免无烟煤自燃现象的发生，并通过在钝化冷却回转筒体与冷却气夹套之间的间隙中通入冷却气，实现了对无烟煤的快速降温，且钝性气体的通入可使之与干馏热解无烟煤发生氧气活化反应，以减少无烟煤的含氧量，从而进一步避免了无烟煤的自燃。

然而，上述技术经过钝化冷却后的无烟煤中吸附的可燃气体和活性较大的挥发份的含量仍然较高，使得无烟煤在存储过程中不可避免的仍然存在自然的可能性；此外，上述方法经过冷却和水合反应后的无烟煤的含水量与温度也较高(其含水量为6～12％，温度为40～60℃)，众所周知，标准无烟煤的含水量一般控制在4～6％，若无烟煤的含水量过高，一则会加速无烟煤风化、破裂，甚至自燃，严重影响无烟煤的存储；二则还会影响无烟煤的燃烧稳定性和热传导，降低有效发热量；三则还会增加无烟煤的运输成本。此外，无烟煤的煤堆极限温度为60℃，若达到此极限温度，无烟煤极易发生自然，因而上述技术通过钝化冷却后得到的无烟煤不可避免地还存在有自然的可能性。因此，如何对现有的钝化冷却无烟煤的方法进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明解决的是现有的钝化冷却无烟煤依旧具有较高的可燃气体与挥发份、含水量和温度的缺陷，从而提供了一种能够有效钝化冷却干馏热解无烟煤的方法，进而提供了钝化冷却干馏热解无烟煤的装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法，包括如下步骤：

(1)对550℃～600℃的热解后的无烟煤进行冷却，至220～250℃，得到预处理后的无烟煤；

(2)将步骤(1)中预处理后的无烟煤与钝性气体反应，以对所述无烟煤进行氧气活化形成110～140℃的中温钝化无烟煤，然后将110～140℃的中温钝化无烟煤进行升温钝化，得到170～220℃的无烟煤；

(3)采用0～30℃冷却水对所述步骤(2)的170～220℃的无烟煤同时进行冷却和水合反应，得到含水量为4～5.5wt％、温度为25～45℃的低温钝化无烟煤；

其中，所述冷却水与所述170～220℃的无烟煤的质量比为(0.1～0.4)：1。

步骤(2)中，所述钝性气体为80～120℃的烟气与空气或氮气的混合物，其中，氧气的体积分数为8～20％。

步骤(2)的升温速率为5～10℃/min。

一种钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，包括：

回转筒体，其一端设置进料口、另一端设置出料口，所述回转筒体的内部空间沿物料运动方向分隔为顺次连通的取热区、中温钝化区、升温钝化区和低温钝化冷却水合区；在所述取热区内设置钝化气输入管，所述钝化气输入管的出气口位于所述中温钝化区的始端；在所述低温钝化冷却水合区设置有喷淋冷却水管；

冷却夹套，套设于所述取热区和中温钝化区所对应的回转筒体的外部；所述冷却夹套的两端与所述回转筒体密封连接，在所述冷却夹套的中部设置有冷风进口，在所述冷风进口的两侧且靠近所述冷却夹套的端部均设置有第一热风出口，使得所述冷却夹套与所述回转筒体之间形成供冷却气流通的通道；

升温夹套，套设于所述升温钝化区所对应的回转筒体的外部；所述升温夹套的两端与所述回转筒体密封连接，在所述升温夹套上设置有热风进口和第二热风出口以使得所述升温夹套与所述回转筒体之间形成供热风流通的通道。

所述回转反应器还包括，若干冷却套管，其固定在所述回转筒体的内壁上并沿所述回转筒体的内壁呈圆周排布，所述冷却套管与所述回转筒体的轴向平行设置，所述冷却套管的两端开口且其中一端连通所述冷风进口、另一端与所述第一热风出口相连通，所述冷却套管设置在所述取热区，且所述冷却套管的两端部与所述回转筒体密封连接。

所述冷却套管与所述回转筒体的内壁间设置有间隙。

所述冷却套管与所述回转筒体的内径之比为0.01～0.08。

所述冷却夹套和所述升温夹套均保持固定不动。

所述装置还包括，支撑部件和传动部件，所述支撑部件和所述传动部件均设置于所述回转筒体的外壁上，所述支撑部件和/或所述传动部件位于所述冷却夹套与所述升温夹套之间的间隙处或者位于所述冷却夹套与所述升温夹套两端的外侧。

进料系统，其包括密封料仓和与所述密封料仓相连的进料螺旋输送机，所述进料螺旋输送机与所述回转筒体的进料口连通设置；

出料螺旋输送机，连接所述回转筒体的出口料。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的方法，首创性地对110～140℃的中温钝化无烟煤进行了升温钝化，得到了170～220℃的无烟煤，这是因为，在无烟煤的中温钝化过程中，随着反应的进行，无烟煤微孔中的可燃气体和挥发份在物料中的浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减慢，从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加，反应选择性下降，故而本发明通过对中温钝化无烟煤进行升温钝化，再加之连续不断的通入钝化气体，可使无烟煤微孔中剩余的可燃气体和挥发份继续进行反应，从而提高了反应的选择性和反应速率，减少了进入冷却和水合区的无烟煤中的可燃气体和挥发份的含量，避免了无烟煤的自燃，使得到的无烟煤便于长期存储；此外，本发明方法使得通过升温钝化和冷却水合后的无烟煤的含水量维持在4～5.5wt％的范围内，小于现有技术中的6～12wt％，进而避免了无烟煤的风化、破裂和自燃，保持了无烟煤的有效发热量，减轻了无烟煤的运输量；同时本发明所述方法可将钝化冷却后的无烟煤的温度维持在25～45℃的范围之内，这样避开了无烟煤的煤堆极限温度60℃，由此可进一步避免无烟煤的自然。综上，本发明方法制备得到的无烟煤中的可燃气体与挥发份、含水量和温度适中，便于长期存储，不易自燃。

(2)本发明所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，通过在升温钝化区的对应夹套上设置热风进口和第二热风出口以使得夹套与回转筒体之间形成供热风流通的通道，由此实现了对中温钝化后的无烟煤进行升温钝化的过程，进一步减少了无烟煤微孔中的可燃气体和挥发份的含量，避免了无烟煤的自燃，使得到的无烟煤便于长期存储。

(3)本发明所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，通过在回转筒体的取热区的内壁上设置若干与回转筒体轴向平行且沿回转筒体内壁呈圆周排布的冷却套管，同时还在回转筒体的外部设置具有冷风进口和第一热风出口的冷却夹套，如此由冷风进口进入的冷风不仅可在夹套与回转筒体之间流通，还可进入冷却套管内，从而在回转筒体内部也形成换热部件，这无疑增大了高温无烟煤与冷风的接触面积，使得本发明装置的换热面积比传统回转炉夹套增加了70％-130％，进而大幅提高了换热效率。并且，冷风所吸收的热能还可输送到外界回收利用，从而有利于降低系统能耗，避免能源浪费；此外，由于无烟煤与冷却气为间接接触，保持了无烟煤与冷却气各自的纯净性，有利于后续工艺操作和环境保护。

(4)本发明所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，通过设置密封进料仓，避免了进料时空气进入钝化冷却回转装置内造成物料超温，由于氧气量得到控制，因而可避免无烟煤自燃现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1所述的钝化冷却无烟煤的装置的截面图；

其中，附图标记如下所示：

1-滚圈；2-密封件；3-回转筒体；4-冷风进口；5-第一热风出口；6-冷却夹套；7-滚齿；8-喷淋冷却水管；9-冷却套管；10-升温夹套；11-进料螺旋输送机；12-出料螺旋输送机；13-钝化气输入管；14-密封料仓；15-钝化气体及蒸汽引出管；16-高效雾化喷头；17-热风进口；18-第二热风出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供的钝化冷却干馏热解无烟煤的方法包括如下步骤：

(1)对550℃热解后的无烟煤进行冷却至250℃，得到预处理后的无烟煤；

(2)将步骤(1)中预处理后的无烟煤与钝性气体反应，以对所述无烟煤进行氧气活化形成110℃的中温钝化无烟煤；其中，钝性气体为120℃的烟气与空气或氮气的混合物，所述钝性气体中氧气的体积分数为8％；

然后将110℃的中温钝化无烟煤进行升温钝化，得到220℃的无烟煤，其中升温钝化过程中的升温速率为5℃/min；

(3)采用0℃冷却水对所述步骤(2)的220℃的无烟煤同时进行冷却和水合反应，得到含水量为4wt％、温度为45℃的低温钝化无烟煤；

其中，所述冷却水与所述220℃的无烟煤的质量比为0.1：1。

实施例2

本实施例提供的钝化冷却干馏热解无烟煤的方法包括如下步骤：

(1)对600℃热解后的无烟煤进行冷却至220℃，得到预处理后的无烟煤；

(2)将步骤(1)中预处理后的无烟煤与钝性气体反应，以对所述无烟煤进行氧气活化形成140℃的中温钝化无烟煤；其中，钝性气体为80℃的烟气与空气或氮气的混合物，所述钝性气体中氧气的体积分数为20％；

然后将140℃的中温钝化无烟煤进行升温钝化，得到170℃的无烟煤，其中升温钝化过程中的升温速率为10℃/min；

(3)采用0℃冷却水对所述步骤(2)的170℃的无烟煤同时进行冷却和水合反应，得到含水量为5.5wt％、温度为25℃的低温钝化无烟煤；

其中，所述冷却水与所述170℃的无烟煤的质量比为0.4：1。

实施例3

本实施例提供的钝化冷却干馏热解无烟煤的方法包括如下步骤：

(1)对580℃热解后的无烟煤进行冷却至230℃，得到预处理后的无烟煤；

(2)将步骤(1)中预处理后的无烟煤与钝性气体反应，以对所述无烟煤进行氧气活化形成130℃的中温钝化无烟煤；其中，钝性气体为100℃的烟气与空气或氮气的混合物，所述钝性气体中氧气的体积分数为12％；

然后将130℃的中温钝化无烟煤进行升温钝化，得到200℃的无烟煤，其中升温钝化过程中的升温速率为8℃/min；

(3)采用10℃冷却水对所述步骤(2)的200℃的无烟煤同时进行冷却和水合反应，得到含水量为4.5wt％、温度为31℃的低温钝化无烟煤；

其中，所述冷却水与所述200℃的无烟煤的质量比为0.2：1。

1-滚圈；2-密封件；3-回转筒体；4-冷风进口；5-第一热风出口；6-冷却夹套；7-滚齿；8-喷淋冷却水管；9-冷却套管；10-升温夹套；11-进料螺旋输送机；12-出料螺旋输送机；13-钝化气输入管；14-密封料仓；15-钝化气体及蒸汽引出管；16-高效雾化喷头,17-热风进口18-第二热风出口

实施例4

如图1所示，本实施例提供的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置包括：

回转筒体3，其一端设置进料口、另一端设置出料口，本实施例中出料螺旋输送机12连接所述回转筒体3的出口料；回转筒体3进料口处设有密封料仓14和进料螺旋输送机11，物料由密封料仓14送至进料螺旋输送机11后进入回转筒体3内，本实施例通过在进料口处设置密封料仓14和进料螺旋输送机11，由此可避免进料时空气进入高温无烟煤区出现物料超温现象，此外，由于氧气量得到控制，因而也可避免无烟煤自燃现象的发生；

本实施例中在回转筒体3的内部空间沿物料运动方向分隔为顺次连通的取热区、中温钝化区、升温钝化区和低温钝化冷却水合区，在所述取热区和中温钝化区所对应的回转筒体3的外部设置有冷却夹套6，所述冷却夹套6的两端与所述回转筒体3通过密封件2连接，在所述冷却夹套6的中部设置有冷风进口4，在所述冷风进口4的两侧且靠近所述冷却夹套6的端部均设置有第一热风出口5，使得所述冷却夹套6与所述回转筒体3之间形成供冷却气流通的通道；此外，本实施例还在取热区的回转筒体3对应的内壁上设置了冷却套管9，此冷却套管9沿回转筒体3的内壁呈圆周排布，且冷却套管9与回转筒体3的轴向平行，所述冷却套管9的两端开口且其中一端连通所述冷风进口4、另一端与所述第一热风出口5相连通，所述冷却套管9的两端部与所述回转筒体3通过密封件2连接，且冷却套管9与所述回转筒体3的内壁间设置有间隙，在本实施例中，冷却套管9与回转筒体3的内径之比为0.05，在其他实施例中，冷却套管9与回转筒体3的内径之比可为0.01～0.08之间的任意数值，且所述冷却套管9不随筒体转动，如此在取热区内由冷风进口4进入的冷风不仅可在冷却夹套6与回转筒体3之间的间隙流通，还可进入取热区的冷却套管9内，从而在回转筒体3内部也形成换热部件，这无疑增大了高温无烟煤与冷风的接触面积，可将热解后的550℃-600℃的无烟煤快速冷却至220-250℃，使得本发明装置的换热面积比传统回转炉夹套增加了70％-110％，进而大幅提高了换热效率。并且，冷风所吸收的热能还可输送到外界回收利用，从而有利于降低系统能耗，避免能源浪费；此外，由于无烟煤与冷却气为间接接触，保持了无烟煤与冷却气各自的纯净性，有利于后续工艺操作和环境保护。

进一步地，本实施例所述的装置在所述取热区内设置了钝化气输入管13，所述钝化气输入管13的出气口位于所述中温钝化区的始端，所述钝化气为烟气与空气或氮气的混合物，由此可对预处理后的220-250℃无烟煤同时进行冷却和钝化处理，以使无烟煤微孔中吸附的可燃气体和活性较大的挥发份与钝化气体中的部分氧气发生活化反应，实现中温钝化过程，得到110～140℃的中温钝化无烟煤。

与此同时，在升温钝化区所对应的回转筒体3的外部设置有升温夹套10，所述升温夹套10的两端与所述回转筒体3通过密封件2连接，且所述升温夹套保持固定不动，通过在升温钝化区的对应夹套上设置热风进口17和第二热风出口18以使得升温夹套10与回转筒体3之间形成供热风流通的通道，这样可当无烟煤微孔中的可燃气体和挥发份在物料中的浓度逐渐降低、反应速度随之减慢、主反应速度逐渐降低和串连副反应速度逐渐增加时，通过对无烟煤进行升温钝化，再加之连续不断的通入钝化气体，可使无烟煤微孔中剩余的可燃气体和挥发份继续进行反应，从而提高了反应的选择性和反应速率，减少了进入冷却和水合区的无烟煤中的可燃气体和挥发份的含量，避免了无烟煤的自燃，使得到的无烟煤便于长期存储。

此外，本实施例所述装置在所述低温钝化冷却水合区设置有喷淋冷却水管8、高效雾化喷头16和钝化气体及蒸汽引出管15，如此可将经过升温钝化后的无烟煤同时进行冷却和水合反应，也即将0～30℃冷却水通过喷淋冷却水管8和高效雾化喷头16喷洒至升温钝化后的无烟煤上，对其进行冷却的同时也使之发生水合反应，将冷却水与升温钝化后的无烟煤的质量比维持在(0.1～0.4)：1的范围之内，由此使得通过钝化冷却后的无烟煤的含水量为4～5.5％，小于现有技术中的6～12％，进而避免了无烟煤的风化、破裂和自燃，保持了无烟煤的有效发热量，减轻了无烟煤的运输量；此外，该方法将冷却水的温度控制在0～30℃的范围内，由此使得通过钝化冷却后的无烟煤的的温度为25～45℃，这样避开了无烟煤的煤堆极限温度60℃，由此可进一步避免无烟煤的自然。而后将低温钝化冷却水合区中的钝化气体及少量在水合反应中生成的蒸汽通过钝化气体及蒸汽引出管15引至外界，最终使得本实施例经过钝化冷却后的干馏热解无烟煤温度降低为25℃～45℃，含水量4～5.5wt％。

进一步地，本实施例所述装置还包括设置在回转筒体3外壁上的支撑部件和传动部件，在本实施例中支撑部件为滚圈1，滚圈1设置于所述冷却夹套6与所述升温夹套10两端的外侧；所述传动部件为滚齿7，滚齿7设置于所述冷却夹套6与所述升温夹套10之间的间隙处，由此支撑部件和传动部件均可绕过冷风和热风流通的通道，这样可延长支撑部件和传动部件的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种钝化冷却干馏热解无烟煤的方法，包括如下步骤：

(1)对550℃～600℃的热解后的无烟煤进行冷却，至220～250℃，得到预处理后的无烟煤；

(2)将步骤(1)中预处理后的无烟煤与钝性气体反应，以对所述无烟煤进行氧气活化形成110～140℃的中温钝化无烟煤，然后将110～140℃的中温钝化无烟煤进行升温钝化，得到170～220℃的无烟煤；

(3)采用0～30℃冷却水对所述步骤(2)的170～220℃的无烟煤同时进行冷却和水合反应，得到含水量为4～5.5wt％、温度为25～45℃的低温钝化无烟煤；

其中，所述冷却水与所述170～220℃的无烟煤的质量比为(0.1～0.4)：1；

所述钝性气体为80～120℃的烟气与空气或氮气的混合物，其中，氧气的体积分数为8～20％。

2.根据权利要求1所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的方法，其特征在于，步骤(2)的升温速率为5～10℃/min。

3.一种钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，包括：

回转筒体，其一端设置进料口、另一端设置出料口，所述回转筒体的内部空间沿物料运动方向分隔为顺次连通的取热区、中温钝化区、升温钝化区和低温钝化冷却水合区；在所述取热区内设置钝化气输入管，所述钝化气输入管的出气口位于所述中温钝化区的始端；在所述低温钝化冷却水合区设置有喷淋冷却水管；

冷却夹套，套设于所述取热区和中温钝化区所对应的回转筒体的外部；所述冷却夹套的两端与所述回转筒体密封连接，在所述冷却夹套的中部设置有冷风进口，在所述冷风进口的两侧且靠近所述冷却夹套的端部均设置有第一热风出口，使得所述冷却夹套与所述回转筒体之间形成供冷却气流通的通道；

升温夹套，套设于所述升温钝化区所对应的回转筒体的外部；所述升温夹套的两端与所述回转筒体密封连接，在所述升温夹套上设置有热风进口和第二热风出口以使得所述升温夹套与所述回转筒体之间形成供热风流通的通道。

4.根据权利要求3所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，所述回转反应器还包括，

若干冷却套管，其固定在所述回转筒体的内壁上并沿所述回转筒体的内壁呈圆周排布，所述冷却套管与所述回转筒体的轴向平行设置，所述冷却套管的两端开口且其中一端连通所述冷风进口、另一端与所述第一热风出口相连通，所述冷却套管设置在所述取热区，且所述冷却套管的两端部与所述回转筒体密封连接。

5.根据权利要求3或4所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，所述冷却套管与所述回转筒体的内壁间设置有间隙。

6.根据权利要求5所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，所述冷却套管与所述回转筒体的内径之比为0.01～0.08。

7.根据权利要求3所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，所述冷却夹套和所述升温夹套均保持固定不动。

8.根据权利要求7所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，所述装置还包括，

支撑部件和传动部件，所述支撑部件和所述传动部件均设置于所述回转筒体的外壁上，所述支撑部件和/或所述传动部件位于所述冷却夹套与所述升温夹套之间的间隙处或者位于所述冷却夹套与所述升温夹套两端的外侧。

9.根据权利要求3所述的钝化冷却干馏热解无烟煤的装置，其特征在于，还包括：

进料系统，其包括密封料仓和与所述密封料仓相连的进料螺旋输送机，所述进料螺旋输送机与所述回转筒体的进料口连通设置；

出料螺旋输送机，连接所述回转筒体的出口料。

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