CN108325311B - 煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法和装置，提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法，该方法包括以下步骤：(i)将煤热解过程中的原料烟气通过微旋流分离进行预分离处理，以去除烟气中的大粒径催化剂颗粒；(ii)经微旋流分离后的烟气经平衡气流后送入沸腾床分离器的颗粒床以滤除烟气中夹带的微细颗粒物；以及(iii)将二次过滤后的洁净烟气排出，进行加工利用。还提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的装置。

Description

煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法和装置

技术领域

本公开属于煤化工环保领域，尤其涉及煤化工含尘油气分离设备连续运行技术领域，包括了煤热解过程中粉尘分离回收的方法改进，适用于提高处理分离煤热解烟气中颗粒物的效率及设备运行周期。具体的说，本公开提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法和装置。

背景技术

煤炭作为我国储量丰富的重要能源之一，其储量占我国全部能耗的60％～70％，其开发利用一直受到广泛关注。近年来资源浪费及环境污染问题越加严重，将煤炭直接作为能源利用没有发挥其全部能量且带来诸如雾霾等环境问题也是原因之一。从煤自身的结构特征出发通过制取煤热解物并深加工为高价值的化学品是目前实现煤高价值利用的较有效途径。

煤热解对煤炭的利用进行了深层开发，且实现了对煤的高效清洁应用。煤热解产物一般为煤气、液态焦油及半焦产品，煤在发生热解反应时，温度越高，气体产率越大，其挥发成分从煤基体中逸出经除尘系统后冷凝处理，形成不同的产品。高温系统中，粉尘含量过高将导致煤焦油中的固含量偏高，油品质量较差，造成资源浪费且无法满足进一步深加工的质量指标。由于煤热解烟气处理系统具有高温、易冷凝、易发生二次副反应等特点，且夹带粉尘颗粒粒径分布广，焦油类物质复杂，其处理系统中存在颗粒物难分离、焦油物质去除不彻底、设备易堵塞清洗频繁、稳定运行周期短等问题亟待解决。

目前，常见的除尘方法主要包括膜抑尘技术、湿式收尘技术及旋风分离技术等。但由于煤热解系统存在高温易腐蚀的特点，不适用于膜分离等造价高的精密分离技术，且由于温度降低会加大带粉尘焦油及二级副反应的产生，煤热解系统并不适用于湿法收尘技术及喷雾分离技术等。旋风分离技术为造价低廉，使用方便的一项分离技术，但是目前国内外较为先进水平的分离精度大约为5μm以上的粉尘颗粒，对5μm～10μm的粉尘颗粒捕获效率亦有限。而煤热解烟气中的粉尘粒径分布较广，可达0.5μm～700μm，以及0.5μm以下。因此发明一种经济适用耐高温的高效烟气除尘方法十分重要。

针对煤热解烟气除尘工艺，中国专利申请CN104726117A提出一种包括颗粒除尘及回收装置的煤热解设备。其除尘装置通过将烟气输入移动床内与吸附性能较好的瓷球、活性炭颗粒等除尘颗粒混合接触以去除烟气中的粉尘，带有粉尘的除尘颗粒通过振动筛实现粉尘的分离以完成除尘颗粒的循环利用。该设备耐高温高压，可实现除尘效果，但由于煤热解烟气流量较大，振动筛分离粉尘效率有限且对颗粒球磨损较大，活性炭颗粒等多孔颗粒孔道被微细粉尘堵住后即失去除尘效果，不能很好的进行持续的大处理量工作。且移动床内温度降低会加大焦油形成风险，焦油包裹祝除尘颗粒表面将直接造成颗粒失活。

中国专利申请CN105861013A提出一种内置旋风除尘器和颗粒可分选式颗粒床的粉煤热解除尘系统。其将旋风除尘器和颗粒床同时内置于热解反应器中对热解过程产生的颗粒物进行处理。由于单一的旋风除尘器分离效果极其有限，大量含尘烟气进入颗粒床中，当拦截的粉尘累积至一定值后，过滤效果将大大减小甚至堵塞，使设备无法长期稳定运行。停工处理不仅加大了设备的操作维护难度，也影响了工艺效益。

中国专利申请CN104804777A提出了一种包括旋风除尘预处理单元、油气过滤器、净油气室、集气室及灰斗的粉煤热解除尘方法与装置。其利用两级旋风分离器串联进行预处理，油气过滤室滤芯组进行再处理，以含砂气体吹扫空心滤芯组内表面上粘附的粉尘和焦层。所述方法考虑了系统的分级处理及再生方法，但其使用的滤芯为铝系金属间化合物非对称金属材料制成的过滤膜，不仅造价相对较高，且在处理量大含固状态不稳定的的煤热解烟气工艺中容易发生堵塞现象。另外含砂气流的反吹对粘度较大的焦油及吸附性较强的微细粉尘吹扫效果有限，同样存在长期运行不稳定的问题。

因此，针对目前煤热解烟气除尘效率不高，设备运行不稳定的问题，本领域急需一种经济适用可持续的高效除尘分离新方法。

发明内容

本公开提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法和装置，达到了高效降低煤热解烟气中高粉尘含量及焦油类物质并持续长周期运行的目的，该方法简单有效，解决了现有工艺中存在的过滤设备易堵塞、烟气中粉尘颗粒去除不彻底、设备易堵塞运行周期短的技术缺陷。

一方面，本公开提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法，该方法包括以下步骤：

(i)将煤热解过程中的原料烟气通过微旋流分离进行预分离处理，以去除烟气中的大粒径催化剂颗粒；

(ii)经微旋流分离后的烟气经平衡气流后送入沸腾床分离器的颗粒床以滤除烟气中夹带的微细颗粒物；以及

(iii)将二次过滤后的洁净烟气排出，进行加工利用；

其中，在沸腾床分离器连续运行一定时间后，加大气量，也可加入氮气混合反冲洗，使颗粒床层完全流化至沸腾状态以发生自转与碰撞，释放被拦截的固体颗粒物、粉尘及表面焦层；

反冲洗的气固混合物通过沸腾床分离器中上方的旋风管后，夹带的颗粒床滤料返回至颗粒床层，夹带催化剂粉末的反冲气外排；以及

反冲洗结束后，将沸腾床分离器切换至正常工作状态，颗粒床滤料完成活性再生。

在一个优选的实施方式中，所述煤热解烟气的工作温度为500～600℃，入口流量为1000Nm³/h～1500Nm³/h，固体粉尘颗粒含量为500g/Nm³～1000g/Nm³，固体催化剂颗粒平均粒径为0.5～700μm，要求压降小于10kPa。

在另一个优选的实施方式中，在经过微旋流分离后，96％的粒径大于3μm的催化剂粉尘得以分离；在经过微旋流分离及沸腾床分离器组合净化后，烟气中含尘量小于30g/Nm³。

在另一个优选的实施方式中，所述颗粒床中使用的媒介为粒径梯度为0.2mm-5mm的吸附性颗粒滤料，其中颗粒滤料球型度越低、粒径梯度越大，分离效率及自转再生效果越好，可达97％以上。

在另一个优选的实施方式中，所述吸附性颗粒滤料包括：石英砂、陶瓷球、无烟煤、活性炭、焦煤、半焦颗粒、及其组合。

在另一个优选的实施方式中，在沸腾床分离器连续运行一定时间后，打开其反冲收集阀，关闭正常工作时的烟气加工输送阀，调大气速为0.5～2.0m/s，也可加入氮气对颗粒床进行反冲，使颗粒床层呈沸腾状态，滤料在气流作用下发生转速1500ras/s以上的自转与相互碰撞，释放拦截的粉尘颗粒，反冲气带着粉尘颗粒进入沉降罐进行气固分离。

另一方面，本公开提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的装置，该装置包括：

微旋流分离器，用于将煤热解过程中的原料烟气通过微旋流分离进行预分离处理，以去除烟气中的大粒径催化剂颗粒；

与微旋流分离器连接的沸腾床分离器，用于将经微旋流分离后的烟气经平衡气流后进行二次过滤以滤除烟气中夹带的微细颗粒物。

在一个优选的实施方式中，与沸腾床分离器相连的为氮气入口、一级烟气入口、二级烟气出口及反冲气出口；与反冲气出口相连的为处理反冲气的沉降罐。

在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器与沸腾床分离器串联，其中，入口气体压力为10～25KPa，入口流量为1000Nm³/h～1500Nm³/h，入口粉尘颗粒含量为500g/Nm³～1000g/Nm³。

在另一个优选的实施方式中，所述沸腾床分离器由气流均布板、颗粒床层及旋风管组成，其中颗粒床层中心装有热芯以保持高温，带有四个渐扩形入口的旋风管固定于颗粒床上方。

有益效果：

本发明采用反冲洗技术实现微旋流-沸腾床分离组合方法的稳定运行周期的延长，实现了脱除效率高、经济适用、使用寿命长及运行稳定的要求。

附图说明

附图是用以提供对本发明的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是根据本公开的一个实施方式的煤热解烟气中颗粒物沸腾床分离方法的工艺流程示意图。

图2是本公开所述的沸腾床分离器的级效率示意图。

图3是本公开所述的沸腾床分离器的反冲原理示意图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对煤热解烟气这类操作流量大、含粉尘量高且粒径分布广、易结焦易发生二次副反应的处理体系，目前普遍面临分离不彻底、分离过程难以控制、维护成本高、设备运行连续性差及稳定运行周期短等问题。

旋流分离是一种在此领域普遍应用的分离技术，其造价低廉经济、使用方便、适用性广且处理有效。但相比于普通旋流器，目前国际水准，一般可去除6μm以上的微细催化剂颗粒，对于5μm以下的极细颗粒去除效率较为一般。微旋流分离器通过并联加强，其分离效率可大大高于普通旋流器，对5μm以下颗粒进行分离回收。但由于煤热解烟气易结焦，分离过程中会有焦油的附着出现，且烟气中夹带的催化剂粉尘多为0.5～700μm，其中3μm以下的极细粉尘的夹带往往不仅会加快分离器的堵塞，增加了装置的清洗频率，且混有固体粉尘的煤焦油油品质量较差，会造成资源浪费且无法满足进一步深加工的质量指标，因此启发开发带有深层颗粒床的沸腾床分离器对煤热解烟气中的细粉尘颗粒和部分焦油进行分离处理。

基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

通过微旋流分离器对煤热解烟气进行大颗粒物的一次预分离；经旋流分离后的烟气在一定气速下先气流经均布板平缓气流，再进入沸腾床分离器的颗粒床进行深层过滤，流经上方旋风管后从沸腾床分离器上方出口排出；当装置运行一段时间后，关闭烟气加工输送阀，打开反冲收集阀，加大气量进行反冲，也可同时加入氮气混合反冲，使颗粒床呈沸腾状态，颗粒媒介发生自转与碰撞实现滤料再生。

在本公开的第一方面，提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法，该方法包括：

煤热解过程中的原料烟气首先通过微旋流分离器进行预分离处理，以去除气体中的大粒径催化剂颗粒等；

从微旋流分离器底流口排出的催化剂颗粒被送至储粒罐，卸出后可进行循环利用；

经旋流分离后的烟气被控制在一定气速，经气流均布板平衡气流后进入沸腾床分离器的颗粒床以滤除烟气中夹带的微细颗粒物及部分焦油等；

二次过滤后的洁净烟气经沸腾床分离器中的旋风管从沸腾床分离器上方出口排出进行再加工；

沸腾床分离器连续运行至一定时间后，关闭烟气加工输送阀，打开反冲收集阀，调节流量控制阀加大气量，也可加入氮气混合反冲，使颗粒床层完全流化至沸腾状态以释放被拦截的固体颗粒物、粉尘及表面焦层；

沸腾状态下的颗粒发生高速自转与公转，同时去除内部及表面吸附的粉尘、焦层污染物；

反冲洗的气固混合物通过沸腾床分离器中上方旋风管后，夹带的颗粒床滤料返回至颗粒床层，夹带催化剂粉末的反冲气由顶部气相出口外排；

排出的反冲混合气可进入沉降罐进行分离处理；

反冲结束后，切换至正常工作状态，颗粒床滤料完成活性再生，设备实现纳污量重启，设备继续连续运行。

较佳地，所述净化方法包括微旋流分离、颗粒床过滤以及旋风管处理三种分离方式的结合，分离过程中利用热芯保持系统高温状态。

较佳地，所述煤热解烟气的工作温度为500～600℃，固体颗粒为煤热解过程中催化剂颗粒细粉及洗煤粉，含量为500g/Nm³～1000g/Nm³，平均粒径为0.5～700μm。

较佳地，所述分离净化系统由微旋流分离器和沸腾床分离器组成，其中微旋流分离可初步分离较大颗粒，颗粒床分离去除极细颗粒及部分焦油成分。

较佳地，工作状态下控制气流进入颗粒床流速为0.5～2.0m/s，反冲状态下控制流速为0.1m/s～0.5m/s，颗粒自转转速达1500rad/s以上。

较佳地，反冲状态下颗粒床呈沸腾状态，拦截的粉尘得以释放，颗粒间碰撞自转加大了粉尘与焦层的分离。

较佳地，在经过旋流除油及沉降操作后，颗粒粉尘浓度降至30g/Nm³以下。

较佳地，煤热解烟气中焦油含量在120g/Nm³左右，在经过旋流分离及深层颗粒床组合净化后，焦油含量降至20g/Nm³以下。

在本公开的第二方面，提供了一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的装置，该装置包括：

微旋流分离器，与原料烟气相连，作为一级净化用于对煤热解烟气中夹带的较大催化剂颗粒进行预分离；

储粒罐，与微旋流分离器相连，用于收集旋流排出的催化剂颗粒；

沸腾床分离器，与微旋流过滤器相连，作为二级净化用于对经微旋流器后的烟气进行细粉尘与部分焦油物质的分离；气流均布板，接于沸腾床分离器底部；颗粒床，均铺于气流均布板上方，内部含有热芯；旋风管，固定在沸腾床分离器上部；

沉降罐，与沸腾床分离器相连，用于储存反冲烟气并沉降处理反冲物质。

较佳地，所述分离器由微旋流分离器和沸腾床分离器(旋风管与深层颗粒床过滤器)串联组成。

较佳地，微旋流分离器为安装微旋流器组的圆筒形压力容器，其中微旋流器围绕容器中心热芯倾斜环绕安装。

较佳地，入口气体压力为10～25kPa，入口流量为1000Nm³/h～1500Nm³/h，优选1200Nm³/h，设备要求压降小于10kPa。

较佳地，反冲时，调节气速为0.5～2.0m/s，实现1500rad/s以上滤料自转。

较佳地，所述深层颗粒床过滤器的媒介为石英砂、陶瓷球、无烟煤、焦煤颗粒、活性炭、及碳球等颗粒滤料的多尺寸多形状的串联组合。例如，可使用1-2mm石英砂颗粒、0.5-1.0mm焦煤颗粒及0.3-0.5mm石英砂颗粒的串联组合等，其中滤料颗粒粒径梯度越大，分离效果与再生效率越高。

较佳地，反冲烟气经旋风管后颗粒床滤料从底流口返回颗粒床，夹带拦截粉尘的烟气从上方溢流排出并进入沉降罐待回收处理，反冲洗再生效率达97％以上。

较佳地，本发明也适用于夹带微细粉尘及油脂的高温气体分离场合。

以下参看附图。

图1是根据本公开的一个实施方式的煤热解烟气中颗粒物沸腾床分离方法的工艺流程示意图。如图1所示，长周期分离单元主要由微旋流分离器3、储粒罐4、沸腾床分离器5和沉降罐6组成；从反应干馏炉2(其与反应干燥炉1相连，煤料经料仓送入反应干燥炉1反应)排出的煤热解气及夹带催化剂颗粒及焦油等进入微旋流分离器3中预分离，大量大颗粒物从底流口排出，被送往储粒罐4进行回收，实现气固分离；大量夹细粉尘及焦油的烟气由上方出口进入沸腾床分离器5进行二级净化；气体经沸腾床分离器5内的气流均布板平衡后进入颗粒床深层净化后，流经上方旋风管，通过烟气加工输送阀8被送出进行后续冷凝提炼处理(油气加工利用)；当运行一段时间或压差升至一定值后，切换至反冲状态，关闭烟气加工输送阀8，打开反冲收集阀9，调节流量控制阀7加大流量，也可以通入热氮气，对沸腾床分离器5进行反冲，使颗粒床层呈沸腾状释放拦截颗粒，颗粒互相碰撞并自转加大粉尘与焦油的脱离，反冲气流经旋风管，颗粒床滤料由底流排出返回颗粒床，夹带细粉尘与焦油的烟气由上方溢流口排出进入沉降罐6处理；反冲结束关闭反冲收集阀9，打开烟气加工输送阀8，切换至正常工作状态。

图2是本公开所述的沸腾床分离器的级效率示意图。如图2所示，随处理时间的延长，分离器对污染物拦截效率发生下降，需进行反冲洗处理，反冲后对粒径为1μm以上颗粒的分离效率可达98％以上。

图3是本公开所述的沸腾床分离器的反冲原理示意图。如图3所示，沸腾床分离器最下端安装有气流均布板，板面均布“人”字折痕以及小孔，对气流进行平衡；均布板上方铺有1.0～3.0m高的颗粒床，颗粒床层中心安装有热芯以保证系统的高温环境，防止结焦与二次副反应等；颗粒床内滤料亦可利用不同粒径的颗粒组合以形成过滤梯度，加强分离效果；沸腾床分离器上方悬挂固定有旋风管，内径125mm～175mm,以处理反冲气。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

按照图1所示的煤热解烟气中颗粒物沸腾床分离方法的工艺流程进行。分离参数和分离结果如下表所示：

从上表可以看出，在经过旋流除油及沉降操作后，颗粒粉尘浓度降至30g/Nm³以下；在经过旋流分离及深层颗粒床组合净化后，焦油含量降至20g/Nm³以下，出口粒径分布降至0.5～5μm。

上述所列的实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依据本发明申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法，该方法包括以下步骤：

(i)将煤热解过程中的原料烟气通过微旋流分离进行预分离处理，以去除烟气中的大粒径催化剂颗粒；

(ii)经微旋流分离后的烟气经平衡气流后送入沸腾床分离器的颗粒床以滤除烟气中夹带的微细颗粒物；以及

(iii)将二次过滤后的洁净烟气排出，进行加工利用；

其中，在沸腾床分离器连续运行一定时间后，加大气量，也可加入氮气混合反冲洗，使颗粒床层完全流化至沸腾状态以发生自转与碰撞，释放被拦截的固体颗粒物、粉尘及表面焦层；

反冲洗的气固混合物通过沸腾床分离器中上方的旋风管后，夹带的颗粒床滤料返回至颗粒床层，夹带催化剂粉末的反冲气外排；以及

反冲洗结束后，将沸腾床分离器切换至正常工作状态，颗粒床滤料完成活性再生。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤热解烟气的工作温度为500～600℃，入口流量为1000Nm³/h～1500Nm³/h，固体粉尘颗粒含量为500g/Nm³～1000g/Nm³，固体催化剂颗粒平均粒径为0.5～700μm，要求压降小于10KPa。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在经过微旋流分离后，96％的粒径大于3μm的催化剂粉尘得以分离；在经过微旋流分离及沸腾床组合净化后，烟气中含尘量小于30g/Nm³。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒床中使用的媒介为粒径梯度为0.2mm-5mm的吸附性颗粒滤料，其中颗粒滤料球型度越低、粒径梯度越大，分离效率及自转再生效果越好，可达97％以上。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吸附性颗粒滤料包括：石英砂、陶瓷球、无烟煤、活性炭、焦煤、半焦颗粒、及其组合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在沸腾床分离器连续运行一定时间后，打开其反冲收集阀，关闭正常工作时的烟气加工输送阀，调大气速为0.5～2.0m/s，也可加入氮气对颗粒床进行反冲，使颗粒床层呈沸腾状态，滤料在气流作用下发生转速1500ras/s以上的自转与相互碰撞，释放拦截的粉尘颗粒，反冲气带着粉尘颗粒进入沉降罐进行气固分离。

7.一种用于权利要求1-6中任一项所述的煤热解烟气控制处理设备连续运行周期延长的方法的装置，该装置包括：

微旋流分离器(3)，用于将煤热解过程中的原料烟气通过微旋流分离进行预分离处理，以去除烟气中的大粒径催化剂颗粒；

与微旋流分离器(3)连接的沸腾床分离器(5)，用于将经微旋流分离后的烟气经平衡气流后进行二次过滤以滤除烟气中夹带的微细颗粒物。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，与沸腾床分离器(5)相连的为氮气入口、一级烟气入口、二级烟气出口及反冲气出口；与反冲气出口相连的为处理反冲气的沉降罐(6)。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述微旋流分离器(3)与沸腾床分离器(5)串联，其中，入口气体压力为10～25KPa，入口流量为1000Nm³/h～1500Nm³/h，入口粉尘颗粒含量为500g/Nm³～1000g/Nm³。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述沸腾床分离器(5)由气流均布板、颗粒床层及旋风管组成，其中颗粒床层中心装有热芯以保持高温，带有四个渐扩形入口的旋风管固定于颗粒床上方。

Images