CN107892932A - 一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，包括原料处理、干馏、油回收、脱硫、加热循环煤气、制氢和煤焦油加氢处理过程。该工艺干馏过程无燃烧、无空气进入，以自产煤气作为干馏炉内的气体热载体循环使用。干馏所得的煤气体积小热值高，可供整个工艺中的燃烧、循环煤气使用，富余煤气可提取氢气用于煤焦油加氢；干馏产物煤焦油经加氢处理可用于生产汽油、柴油等高价值产品；兰炭固定碳含量高、抗碎性强，可进一步热解制氢，或外销用于电石和冶金工业的生产。该工艺充分利用煤炭资源，降低生产成本，可在低阶煤的中低温干馏工业应用中发挥优势作用，具有处理量大、油收率高、温度易于控制、煤气热值高等优点。

Description

一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术

技术领域

本发明涉及低阶煤中低温干馏工艺，更具体地，涉及一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术。

背景技术

我国低阶煤炭资源丰富，低阶煤采用煤炭分质加工可以充分实现煤炭的清洁高效利用。煤炭分质利用即将煤炭热解成气、液、固三相物质，根据各类热解产物的物质构成有区别的进行利用，生产石油产品及化工原料，对煤炭组分进行有效综合利用。煤炭分质利用的典型工艺是煤炭中低温干馏工艺，生产出煤焦油、兰炭、焦炉煤气等初级产品；将焦炉煤气通过一氧化碳变换生产出氢气，作为煤焦油加氢的氢源；煤焦油经高压加氢，生产出石脑油、柴油、液化气等产品；兰炭用于生产电石、铁合金，也可作为煤气化的原料。煤炭分质利用的典型工艺路线如图1所示。

目前，国内外煤炭的中低温干馏工艺主要包括气体热载体直立炉工艺(SJ工艺)、固体载体干馏多联产工艺(DG工艺)、多段回转炉热解工艺(MRF工艺)、循环流化床多联产工艺(BJY工艺)等技术，其中，根据热载体的类型，固体载体干馏多联产工艺(DG工艺)和循环流化床多联产工艺(BJY工艺)属于固体热载体加热工艺，气体热载体直立炉工艺(SJ工艺)和多段回转炉热解工艺(MRF工艺)属于气体热载体加热工艺。由于本发明主要涉及气体热载体直接加热工艺，所以，下面主要介绍与本发明最接近的现有的使用气体作为热载体的中低温干馏工艺。

气体热载体直立炉工艺(SJ工艺)的技术路线为：原料煤加入干馏炉，经预热段进入干馏段，干馏段干馏温度为750℃左右，干馏所用的热量主要由回炉煤气与空气在火道内混合均匀后，经火口进入干馏段燃烧，干馏液体经油气分离得主产物焦油和煤气，煤气被收集返回干馏炉，经燃烧放出热量，作为干馏段的热源，干馏段下部半焦落入水封槽冷却，然后排出。该工艺干馏段有燃烧，回炉煤气未做脱硫处理，燃烧后向空气排出，污染环境，不符合环保标准，节能效果差。另，由于干馏段有空气参与，干馏产出的煤气中也混合空气，使煤气热值低，除了回炉燃烧外，干馏产出煤气未有其它经济价值，煤炭原料的利用率低。产出的焦油和半焦初级产品未做进一步分质处理，附加值低，经济利润不高。

多段回转炉热解工艺(MRF工艺)的技术路线为：原料煤在干燥炉内直接干燥，脱水率不小于70％，干燥后的原料煤在热解炉中被间接加热，燃料和空气在加热炉中燃烧，产生的热量为热解炉提供间接加热，最终产出煤气、焦油和半焦。由于燃料需购买，增加了生产成本，并且，产出的初级产品未做进一步利用，产品附加值低，工艺整体未对煤炭组分进行有效综合利用，工业化开发有待进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种适于工业化的用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，将干馏初级产品进一步分质利用得到高附加值的成品，提高收油率及原料利用率，降低生产成本，生产易于储存和运输的液体及固体燃料，减少烟尘、硫化物等环境污染。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，包括如下步骤：

S1低阶煤原料破碎筛分处理：通过破碎系统和筛分系统，得到粒度为6mm～80mm的块状低阶煤；

S2干馏：将步骤S1得到的粒度为6mm～80mm的块状低阶煤输送到气体热载体干馏炉中进行中低温干馏，干馏炉内不设燃烧装置，且无空气进入，低阶煤由加热后的循环煤气加热，在500℃～800℃温度下中低温干馏，得到干馏产物油气混合物和兰炭，循环煤气随油气混合物一起排出，进一步进行气、液、水分离，兰炭被排出用作固体燃料或用作制氢单元的制氢原料；

S3对干馏产物油气混合物进行气、液、水分离冷却回收：步骤S2产生的油气混合物经循环水喷淋后，经气液分离器、横管冷却器、旋风除尘器和静电捕油器的依次冷却得到冷却液和煤气，冷却液被送至油水分离池静置，中层油状液体为煤焦油被输送至煤焦油储存装置进行储存，上层水经水污处理后循环至循环水喷淋处被循环使用，下层固体油泥被送去排污处理，煤气在罗茨风机的作用下被输送到脱硫系统；

S4煤气脱硫：使步骤S3得到的煤气中的硫化氢含量低于50mg，之后，一部分作为循环煤气被输送至蓄热式加热系统加热，剩余煤气被输送至气柜储存；

S5加热循环煤气：以气柜中的部分煤气为燃料，采用蓄热式加热方式加热循环煤气至660℃-700℃，之后，将循环煤气输送到气体热载体干馏炉作为干馏炉内的气体热载体；

S6制氢：气柜中剩余煤气和/或干馏产物兰炭被输送到制氢单元制得氢气；

S7煤焦油加氢处理：利用制氢单元制得的氢气改善煤焦油质量。

进一步地，所述S5加热循环煤气过程中，还包括用来自气柜的低温煤气和加热后的循环煤气混合的步骤。

进一步地，所述蓄热式加热方式由四台蓄热式加热炉采用两烧两送机制连续输送热循环瓦斯完成。

进一步地，所述气体热载体内加热干馏炉包括鼎形结构布气装置，所述鼎形结构布气装置设有一个单侧进气的热循环煤气进入管道，所述热循环煤气进入管道内侧设置一对导流板，所述鼎形结构布气装置包括环形布气通道和中心布气装置，所述环形布气通道与所述热循环煤气进入管道相连，所述中心布气装置包括三条腿和中空筒状物体，所述三条腿的内部为中空，所述三条腿的中空部分和所述环形布气通道、所述中空筒状物体的中空部分分别相通，所述三条腿和所述中空筒状物体上均设有气流喷孔。

进一步地，所述S3对干馏产物油气混合物进行气、液、水分离冷却回收过程中，所述横管冷却器包括多组温度呈梯度变化的间接冷却水组。

进一步地，所述S6制氢过程中，所述气柜中剩余煤气通过变压吸附技术制得氢气；所述干馏产物兰炭通过气化炉制取合成气，经变压吸附技术分离出氢气。

进一步地，所述S2干馏过程，所述兰炭冷却后由链式排焦装置排出。

进一步地，所述S4煤气脱硫过程中，采用湿法脱硫去除煤气中的硫。

从上述技术方案可以看出，本发明通过使用自产煤气作为干馏炉内的气体热载体循环使用，干馏炉内无燃烧、无空气进入，使自产煤气体积小热值高，足以供整个工艺燃烧、制氢及热载体使用，煤焦油收率高，兰炭大小、质地均匀；通过使用自产煤气和兰炭制得的氢气对煤焦油进行加氢处理，使煤焦油加氢制得的产品油可用于生产汽油等高价值产品，提高收益；整个工艺处理量大、煤分质利用率高、无废液、废气排放、油收率高、温度易于控制、安全性高，可适用于大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术的流程示意图；

图2是本发明的一具体实施中所使用的干馏炉的结构示意图；

图3是图2所示的干馏炉中的布气装置的横向剖面示意图；

图4是图2所示的干馏炉中的布气装置的纵向剖面示意图；

图5是本发明一具体实施例中横管冷却器的结构示意图；

图6是本发明一具体实施例中的蓄热式加热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术的流程示意图。如图1所示，一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，包括如下步骤：

S1低阶煤原料破碎筛分处理：通过破碎系统和筛分系统，得到粒度为6mm～80mm的块状低阶煤。具体地，粒度大于80mm的低阶煤首先由皮带输送至破碎系统破碎，然后，再由皮带输送至筛分系统筛选出粒度为6mm～80mm的块状低阶煤；粒度小于80mm的低阶煤可以直接由皮带输送至筛分系统进行筛分。粒度小于6mm或粒度太大的原料易造成干馏过程不均匀，粒度过小，不利于循环煤气的扩散，粒度过大，干馏不完全，导致原料的浪费。

S2干馏：将步骤S1得到的粒度为6mm～80mm的块状低阶煤输送到气体热载体内加热干馏炉中进行中低温干馏，干馏炉内不设燃烧装置，且无空气进入，低阶煤由加热后的循环煤气加热，在500℃～800℃温度下干馏，得到干馏产物油气混合物和兰炭，循环煤气随油气混合物一起排出，进一步进行气、液、水分离，兰炭被排出用作固体燃料或用作制氢单元的制氢原料。该过程由于无燃烧无空气进入，干馏产物非常纯净，降低了干馏煤气的总体积，煤气热值高，大于5000kcal/m3。低阶煤原料干馏产生的煤气就可以满足整个工艺(包括燃烧、循环煤气、制氢等)的需求，节约生产成本，增加系统安全性。

该步骤中，气体热载体内加热干馏炉可以采用现有技术中各种形状的干馏炉，例如方炉、圆炉等。干馏炉内的布气结构非常重要，循环煤气经布气结构均匀分散到原料中间，为原料提供均匀的加热能量，使干馏过程受热均匀，收油率高，兰炭产物质量均匀，具有更高的经济价值。为了增加低阶煤原料的利用率，使其在干馏炉内热解充分，本发明还对干馏炉中的布气结构进行了改进。本发明所采用的干馏炉结构如图2所示，干馏炉包括炉体101、进料装置102、瓦斯循环设备103、人字形挡板104、分料花墙105、排焦通道106、水夹套107和排焦装置108。瓦斯循环设备103包括锥形阵伞1031、瓦斯排出管道1032、热循环瓦斯进入管道1035和鼎形结构布气装置1034。排焦通道106位于分料花墙105之间。水夹套107包围在排焦通道105下部外周。排焦装置108包括链式除焦机1082和水盆1081，链式除焦机1082的链排上设有沥水口。干馏后的半焦落入水盆冷却后，由链式除焦机排出，半焦所含的水通过链排上的沥水口漏下去重新进入水盆1081，这样可以节省大量的水，而且较刮推排焦方式明显地降低了噪音。锥形阵伞1031与瓦斯排出管道1032固定连接，瓦斯排出通道穿过炉体顶板，锥形阵伞1031通过链条1033与干馏炉内壁连接，内壁的不同水平位置上设置用于与链条连接的挂钩或挂环，可以根据需要调整锥形阵伞1031的高度，从而调控排出瓦斯的温度和长焰煤预热时间，有利于提高干馏效果和热能效率。人字形挡板104上设置漏孔，可以使长焰煤布料更加均匀，从而实现物料均匀干馏，提高了物料处理量。进料装置包括漏斗1021、闸板阀1022和星型给料阀1023，还包括位于炉体顶部的粒位计1024，粒位计1024平时关闭，当需要测量干馏炉炉内物料量高度时，打开料位计进行测量，进料装置根据粒位计测量情况来控制进料。

请参阅图3和图4。鼎形结构布气装置1034包括环形布气通道1037和中心布气装置，环形布气通道1037与热循环瓦斯进入管道1035相连，中心布气装置包括三条腿1038和中空筒状物体1039，三条腿1038的内部为中空，三条腿1038的中空部分和环形布气通道1037、中空筒状物体1039的中空部分分别相通，三条腿1038和中空筒状物体1039上均设有气流喷孔10381。热载体气流进入热循环瓦斯进入管道1035后，经导流板1036导流，一部分气体通过环形布气通道1037上的气流喷孔10381喷入干馏炉，一部分气体进入中心布气装置的三条腿1038，再通过三条腿1038和中空筒状物体1039上的气流喷孔10381进入干馏炉，使从各处喷孔10381进入炉腔的热载体气流更加均匀，使同一截面的各处气流、温度处于相对均衡的状态，使炉内物料得到均衡干馏，从而提高物料干馏程度完全，提高干馏炉的处理量。

热循环瓦斯进入管道1035内侧设置一对导流板1036。导流板1036将热循环瓦斯分成三部分导入鼎形结构布气装置1034内的环形布气通道1037，一部分热瓦斯从管道就近流入环形布气通道1037，另两部分由导流板导向距离热循环瓦斯进入管道1035较远处，这样的结构特征使热瓦斯更均匀地进入炉腔，从而实现物料均匀干馏，提高了物料处理量。

上述干馏炉结构由于对布气结构进行了改进，使布气更均匀，能够处理较大粒径范围的低阶煤原料，提高了单炉的处理量，提高干馏产物质量，提高自产瓦斯热值，适用于大规模工业化生产。

S3对干馏产物油气混合物进行气、液、水分离冷却回收：步骤S2产生的油气混合物流出干馏炉的温度约100℃～140℃，先经40～50℃的循环水喷淋，喷淋后油水混合物的温度降低至70℃～80℃，然后依次经气液分离器、横管冷却器、旋风除尘器和静电捕油器的分离、冷却和除尘得到包含煤焦油和水的冷却液和较纯净煤气。冷却液被送至油水分离池静置，中层油状液体为煤焦油被输送至煤焦油储存装置进行储存，上层水经水污处理后循环至循环水喷淋处被循环使用，下层固体油泥被送去排污处理。煤气在罗茨风机的作用下被输送到脱硫系统。

气液分离器能够将约50％的煤气分离出来，极大地提高了油回收系统的处理能力，降低了后续设备的处理压力，更适用于大规模工业生产。

横管冷却器采用冷却水的间接冷却，优选地，间接冷却水包括多组，每组冷却水温度不同，呈梯度变化，实现逐级冷却，保证冷却效率，提高处理量。横管冷却器的结构请参阅图5。如图5所示，横管冷却器为一矩形腔体结构，在腔体上部一侧面具有油气入口201，在腔体下部一侧面具有油气出口202，在腔体下部面上设置冷凝液出口203，间接冷却管分为三组，自上到下布置于腔体内，每组间接冷却管中的冷却水温度不同，自上到下，逐渐降低，每组间接冷却管上端为冷却水出口，分别为205、207和209，下端为冷却水入口，分别为206、208和210。在腔体的竖直面上还可以设置多层直接冷却介质入口，例如，在腔体上部设置顶部喷淋水入口204，在中下部设置下部喷淋水入口211。间接冷却和直接冷却相结合，保证冷却效果。间接冷却水可以使用干净的水，循环利用，直接冷却水可以经水污处理后循环使用，进一步节约生产成本。

旋风除尘器主要是去除颗粒状挥发性灰份，静电捕油器能够提高收油率。

总之，该步骤所选用的多个设备组成的油回收系统具有处理量大、冷却效果好、收油率高、成本低等优点，适合大规模工业化生产；整套油回收装置无废水、废气排放，可以达到国家规定的环保标准。

S4煤气脱硫：使步骤S3得到的煤气中的硫化氢含量低于50mg，之后，一部分作为循环煤气被输送至蓄热式加热系统加热，剩余煤气被输送至气柜储存。

可以选用现有的脱硫技术完成脱硫。本发明选用湿法脱硫方法，设置一装满脱硫液的填料塔，煤气从填料塔的下方进入，流经脱硫液，变成含硫量符合标准的煤气从填料塔上方流出，完成脱硫过程。由于低阶煤的灰份较高，经静电捕油器后的煤气仍然含有颗粒状灰份，当处理量较大时，使用湿法脱硫，灰份易堵塞填料塔，可以在填料塔前加设一空塔，煤气中的大部分灰份颗粒先在空塔中沉降下来，避免堵塞填料塔，加大处理量，适应大规模工业化生产。

S5加热循环煤气：以气柜中的部分煤气为燃料，采用蓄热式加热方式加热循环煤气至660℃-700℃，之后，将循环煤气输送到气体热载体内加热干馏炉作为干馏炉内的气体热载体。

由于管式加热炉造价高、炉管寿命短、易积碳且不易清理，不适合大规模连续生产使用，因此，本发明选择蓄热式加热炉，其成本低、处理量大、易清除积碳，更适于大规模工业化生产。另，循环煤气在干馏炉外被加热，有利于保证干馏炉工况稳定，确保干馏效果。可以采用蓄热式加热炉，例如可以为现有的顶燃式热风炉、外燃烧加热炉和内燃烧加热炉。图6是本发明一具体实施例中的蓄热式加热系统的结构示意图。如图所示：蓄热式加热系统包括加热炉304、助燃风机303、烟囱301、燃烧煤气306和混兑风机302。燃烧煤气306来自气柜，和助燃空气一起从加热炉顶部加入混合，在燃烧室(加热炉上部分)燃烧，燃烧产生大量高温烟气，在换热室(加热炉下部分)与换热室内壁的格子砖蓄热体发生热交换，换热后的低温烟气经换热室下部的烟道从烟囱301排出。之后，来自脱硫单元的循环煤气308从换热室蓄热体一端(本实施例中为换热室下端)进入，经格子砖加热后，从蓄热体另一端排出(本实施例中为换热室上端)，温度被升高至660～700℃。该加热炉分为燃烧蓄热和送风加热两过程，交替进行，间接加热，可以采用增加加热炉，采用“两烧一送”或“两烧两送”的工作机制实现连续燃烧和连续加热，避免循环煤气的温度波动较大。“两烧一送”或“两烧两送”的工作机制，即两台加热炉处于燃烧蓄热阶段，一台(或两台)处于送风加热阶段。混兑风机302可以将烟气循环至加热炉燃烧室，通过稀释燃烧瓦斯，调节燃烧室的燃烧温度。

请继续参阅图6，为了进一步缩小循环煤气在进入干馏炉时的温度波动，可以加设混合室305，加热后循环煤气在混合室305与来自气柜的冷煤气309混合，调整到所需要的温度后，热循环煤气307被输送到干馏炉作为气体热载体使用。

该加热过程中，由于自产煤气热值高，气柜具有足够煤气用作燃料，也进一步保证了循环煤气的洁净度。另，在混合室仍然采用自产煤气与高温循环煤气混合，不仅保证循环煤气的洁净度，而且，可以严格控制进干馏炉的循环煤气的温度，上下不超过5℃，提高干馏质量。整个工艺的煤焦油收率增加10～15％，油收率大于80％。

S6制氢：气柜中剩余煤气和/或干馏产物兰炭被输送到制氢单元制得氢气。具体地，气柜中剩余煤气通过变压吸附技术制得氢气；干馏产物兰炭通过气化炉制取合成气，经变压吸附技术分离出氢气。该过程进一步充分利用原料，提高原料的利用率，降低生产成本。

S7煤焦油加氢处理：利用制氢单元制得的氢气改善煤焦油质量。低阶煤直接干馏后得到的煤焦油经加氢处理后得到的产品可催化重整生产BTX化工原料，或作为汽油、柴油的调和组分，提高经济价值。

为了保证生产安全，可在气柜外加设火炬，进一步保证工作环境的安全。

综上所述，本发明的低阶煤干馏技术能够进行大规模工业化生产，整个工艺日处理量和热解效率高，大大提高了煤炭资源的利用率，降低吨油成本，提高经济收益，并且，无废液、废气的排放，污染少，整个工艺过程的安全性高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，包括如下步骤：

S1低阶煤原料破碎筛分处理：通过破碎系统和筛分系统，得到粒度为6mm～80mm的块状低阶煤；

S2干馏：将步骤S1得到的粒度为6mm～80mm的块状低阶煤输送到气体热载体干馏炉中进行中低温干馏，干馏炉内不设燃烧装置，且无空气进入，低阶煤由加热后的循环煤气加热，在500℃～800℃温度下中低温干馏，得到干馏产物油气混合物和兰炭，循环煤气随油气混合物一起排出，进一步进行气、液、水分离，兰炭被排出用作固体燃料或用作制氢单元的制氢原料；

S3对干馏产物油气混合物进行气、液、水分离冷却回收：步骤S2产生的油气混合物经循环水喷淋后，经气液分离器、横管冷却器、旋风除尘器和静电捕油器的依次冷却得到冷却液和煤气，冷却液被送至油水分离池静置，中层油状液体为煤焦油被输送至煤焦油储存装置进行储存，上层水经水污处理后循环至循环水喷淋处被循环使用，下层固体油泥被送去排污处理，煤气在罗茨风机的作用下被输送到脱硫系统；

S4煤气脱硫：使步骤S3得到的煤气中的硫化氢含量低于50mg，之后，一部分作为循环煤气被输送至蓄热式加热系统加热，剩余煤气被输送至气柜储存；

S5加热循环煤气：以气柜中的部分煤气为燃料，采用蓄热式加热方式加热循环煤气至660℃-700℃，之后，将循环煤气输送到气体热载体干馏炉作为干馏炉内的气体热载体；

S6制氢：气柜中剩余煤气和/或干馏产物兰炭被输送到制氢单元制得氢气；

S7煤焦油加氢处理：利用制氢单元制得的氢气改善煤焦油质量。

2.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述S5加热循环煤气过程中，还包括用来自气柜的低温煤气和加热后的循环煤气混合的步骤。

3.根据权利要求2所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述蓄热式加热方式由四台蓄热式加热炉采用两烧两送机制连续输送热循环瓦斯完成。

4.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述气体热载体内加热干馏炉包括鼎形结构布气装置，所述鼎形结构布气装置设有一个单侧进气的热循环煤气进入管道，所述热循环煤气进入管道内侧设置一对导流板，所述鼎形结构布气装置包括环形布气通道和中心布气装置，所述环形布气通道与所述热循环煤气进入管道相连，所述中心布气装置包括三条腿和中空筒状物体，所述三条腿的内部为中空，所述三条腿的中空部分和所述环形布气通道、所述中空筒状物体的中空部分分别相通，所述三条腿和所述中空筒状物体上均设有气流喷孔。

5.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述S3对干馏产物油气混合物进行气、液、水分离冷却回收过程中，所述横管冷却器包括多组温度呈梯度变化的间接冷却水组。

6.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述S6制氢过程中，所述气柜中剩余煤气通过变压吸附技术制得氢气；所述干馏产物兰炭通过气化炉制取合成气，经变压吸附技术分离出氢气。

7.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述S2干馏过程，所述兰炭冷却后由链式排焦装置排出。

8.根据权利要求1所述的一种用循环煤气干馏低阶煤的工艺技术，其特征在于，所述S4煤气脱硫过程中，采用湿法脱硫去除煤气中的硫。