CN108368429A - 用于重整煤的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于重整煤的方法和装置，其中，所述方法包括下述步骤：准备煤；将煤装入反应器中；在通过向反应器供应热风而使煤移动的同时，去除包含在煤中的挥发分；以及对挥发分已被去除的重整煤进行收集。因此，本发明能够容易地去除包含在低级煤中的挥发分。

Description

用于重整煤的方法和装置

技术领域

本公开涉及煤重整方法和煤重整装置，并且更具体地涉及用于去除煤中所含的挥发分(volatile matter)的煤重整方法和煤重整装置。

背景技术

一般地，煤炭分为比如泥煤、褐炭、褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤等品级。然后，烟煤分为低挥发性烟煤、挥发性烟煤和高挥发性烟煤等品级。然后，无烟煤分为半无烟煤、无烟煤、变质无烟煤和石墨无烟煤等品级。其中，LRC(低级煤)包括褐炭、褐煤和次烟煤。在这方面，烟煤和无烟煤被归类为HRC(高级煤)。本文中用于指代煤的术语“高级”和“低级”并不意味着煤的质量，而是指关于煤的碳酸化程度的差异。

通常，通过比如脱水、干燥和稳定等处理将作为LRC的高水分、高灰分褐煤的品级提高至作为HRC的烟煤的品级被定义为重整或升级方法。在本说明书中，灰分是指煤燃烧后残留的成分。硅氧矿物——比如二氧化硅——作为无机物占灰分的大部分，挥发分是指焦油等成分。

目前，诸如煤炭和石油等的化石燃料多半用作能源。为了替代化石燃料，正在积极开展诸如太阳能、生物能等可再生能源的研究，但用于工业应用的经济效率仍然有限。由于这种可再生能源发展滞后，近来对煤炭的需求又开始增加。然而，用于发电或炼钢的HRC的供应受到限制，使得交易价格高于每吨100美元。

为了取代这样的HRC，从澳大利亚、中国、印度尼西亚等国家进口LRC来应用于工业。然而，由于LRC含有大量的灰分和水分，直接使用LRC存在限制。

也就是说，LRC因其较大的重量和体积而不易于物流。此外，LRC——比如褐煤——含有大量的孔和大量的挥发分。因此，由于因水分的吸收/解吸而引起的吸热积聚导致的温度上升以及由于挥发分中占据相当大量的氧官能团的存在而导致的自发点火的高的可能性，因此LRC的使用已受到限制。此外，当LRC直接用于发电或炼钢过程时，存在处理效率降低和造成环境污染的问题。

因此，如果可以以没有任何火灾危险的安全方式以及环保又经济的方式获得优良的HRC，则预期HRC可用于相关领域。

发明内容

技术目的

本公开提供了用于通过去除挥发分来生产具有高热效率的煤的煤重整方法和煤重整装置。

本公开提供了用于减小环境污染的煤重整方法和煤重整装置。

技术方案

一种煤重整方法，该方法可以包括：准备煤；将煤装入反应炉中；在向反应炉供应热风并使煤流动的同时，去除包含在煤中的挥发分；对挥发分已被去除的重整煤进行收集。

装入煤和收集重整煤可以被连续地执行。

在装入煤时，煤可以以每分钟50至80克的速率装入反应炉中。

去除挥发分可以在550℃至800℃下被执行。

在收集重整煤的同时，可以收集在挥发分被去除时产生的排气。

煤重整方法中可以包括从排气中收集细煤。

煤重整方法中可以包括冷却排气以分离排气中包含的副产物。

副产物被去除的排气可以用作用于产生热风的热源。

热风可以包括惰性气体。

惰性气体可以是氮气并且可以以0.35米/秒至0.6米/秒的流速供应至反应炉。

一种煤重整装置，该装置可以包括：反应炉，该反应炉中限定有在其中进行煤处理的处理空间；用于将煤供应至反应炉的煤供应单元；用于向反应炉供应热风的热风供应单元；以及用于从反应炉中收集重整煤的收集单元，其中，重整煤不含挥发分。

反应炉可以包括：用于处理煤的反应管；以及用于加热反应管的加热装置。

在反应炉的下方可以设置用于将热风分散到炉中的热风分散单元。

反应炉可以连接有排气管，排气通过该排气管排出，其中，排气管联接有用于从排气收集细煤的过滤器。

排气管可以联接有用于对行进通过排气管的排气进行冷却的冷却装置，其中，在排气管的端部处布置有副产物储存器，副产物储存器用于储存包含在排气管中的副产物。

在碳质重整装置中可以包括连接至副产物储存器的排气储存器。

在碳质重整装置中可以包括将排气储存器和热风供应单元彼此连接的循环管。

热风供应单元可以包括：用于储存惰性气体的惰性气体储存器；以及联接至循环管的点火器。

有利效果

根据本公开的各实施方式，低级煤中包含的挥发分可以被容易地去除。挥发分被去除的重整煤可能产生高卡路里，因此重整煤可以用于发电或用作炼钢燃料，这可以有助于降低成本。

此外，在去除煤中所含的挥发分的过程中，可以收集比如焦油、粗制轻油等副产物，并且这些副产物可以用作燃料和能源。此外，排气可以重新用作用于产生供应至反应炉的热风的热源，由此减小了由排气引起的环境污染。

附图说明

图1示出了根据本公开的实施方式的煤重整装置。

图2是示出了根据本公开的实施方式的煤重整方法的顺序图。

图3是示出了基于煤的加热温度的煤的质量变化的图。

图4是示出了基于煤的加热温度的煤的粒度分布的累计量的图。

具体实施方式

在下文中，现在将参考附图详细描述本公开的实施方式。然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施方式；相反，这些实施方式仅通过举例说明的方式提供，并且使得本公开将是详尽的、完整的并且将本发明的全部范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚显示本公开，所示的结构的尺寸的比实际比例大。贯穿附图和描述使用相同或相似的附图标记以指示相同或相似的构成元件。

图1示出了根据本公开的实施方式的煤重整装置。

参考图1，根据本公开的实施方式的煤重整装置可以包括：反应炉200，该反应炉200具有在其中进行煤处理的处理空间；煤供应单元100，该煤供应单元100将煤供应至反应炉；向反应炉200供应热风的热风供应单元400；以及收集单元300，该收集单元300对在反应炉200中去除了挥发分的重整煤进行收集。

反应炉200可以形成为中空形状，反应炉200中形成能够在其中重整煤的空间。例如，反应炉200可以形成为中空筒形形状。由于煤在反应炉200中被加热以去除包含在煤中的挥发分，因此反应炉200优选地形成为保持内部热量。反应炉200可以包括用于在其中形成反应空间的反应管210和用于加热反应管210的加热装置220。反应管可以沿反应炉200的纵向方向布置在反应炉200中，反应管的顶端和底端可以打开以允许热风流入到底端中，并且在煤重整后产生的排气可以被排出到顶端。热风分散单元230可以设置在反应炉200的下方以将热风均匀地供应到反应炉200中。

用于供应煤的煤供应单元100可以连接至反应炉200，并且用于排出作为重整煤的重整煤的收集单元300可以连接到反应炉200。

煤供应单元100可以包括用于储存煤的煤储存器110、用于从煤储存器110排出预定量的煤的供给器120以及用作路径的第一管130，已被供给的煤通过该路径被注入到反应炉200中。就此而言，第一管130可以连接至反应炉200中的反应管210的内部。

收集单元300可以包括用作用于排出从反应炉200排出的重整煤的路径的第二管320以及用于接纳通过第二管320排出的重整煤的重整煤储存器310。此外，收集单元300可以包括用于强制排出不能从反应炉200排出的重整煤的排出管330。排出管330可以设置在反应炉200的下侧以将因其具有相对较大的粒径而不能排出到第二管320的重整煤去除。另外，排出管330连接至重整煤储存器310，以将强制排出的重整煤输送至重整煤储存器310。

就此而言，第一管130和第二管320可以以相同高度或不同高度设置在反应炉200处。例如，第一管130可以设置在比第二管320高的高度处以增加反应炉200中的煤的行进距离，因此在反应炉200中通过增加与热风的接触时间，挥发分可以被容易地去除。

反应炉200可以连接至热风供应单元400，热风供应单元400用于将热风供应到反应炉200中，例如供应到反应管210中。热风供应单元400可以连接至反应炉200的底端。另外，热风供应单元400可以包括用于储存用于将反应炉200的内部气氛控制为惰性气氛的惰性气体的气体储存器410以及用于产生从气体储存器410供应的惰性气体和供应到反应炉200中的热风的点火器420。关于这一点，气体储存器410可以储存氮气。另外，点火器420用于通过点燃反应炉200中产生的排气来产生热风，点火器420可以安装在稍后将描述的排气的行进路径处。

此外，用于排出在反应炉200中产生的排气的排气口(未示出)可以与反应炉200一起形成，并且用于排出排气的排气管510可以连接至排气口。

排气管510可以设置有用于收集排气中的细煤的过滤器520。也就是说，当从反应炉200中的煤中去除挥发分时，使用热风使煤流动，使得排气可能包含粒度非常小的细煤。因此，过滤器520可以设置有排气管510以收集包含在排气中的细煤。

另外，排气管510可以包括用于冷却排气的冷却装置610、620。冷却装置610、620可以设置在的相对于排气的行进方向而言过滤器520的前方。冷却装置610、620用于通过冷却排气来收集包含在排气中的副产物，即比如焦油、粗制轻油。冷却装置610、620可以包括围绕排气管510的至少一部分的冷却套610以及向冷却套610供应冷却水的冷却水供应管620。

在排气管510的端部处，可以布置用于储存副产物的副产物储存器1100。副产物储存器1100可以形成为密封地连接至排气管510的端部以与外部断开连接。因此，诸如焦油、粗制轻油等的副产物可以被收集在副产物储存器1100中以防止剩余的排气泄漏到外部。

副产物储存器1100还可以连接到排气储存器800。副产物储存器1100和排气储存器800可以通过连接管530彼此连接以便彼此连通。流入副产物储存器1100中的排气可以通过连接管530被收集在排气储存器800中。关于这一点，连接管530可以设置有用于测量排气流量的传感器540。此外，可以通过使用传感器540测量排气的流量来预测热风的流速或流量。排气储存器800填充有水并且排气储存器800中的排气的流量可以通过基于流入排气储存器800中的排气的量而变化的水位来测量。

用于使排气循环到热风供应单元400的循环管810可以连接至排气储存器800。循环管810可以限定在惰性气体的行进路径中，并且热风供应单元400的点火器420可以安装在循环管810的端部处。此外，可以通过点燃在循环管810中行进的排气来产生热风，并且惰性气体可以与热风混合并被供应到反应炉200。

在下文中，将描述根据本公开的实施方式的煤重整方法。

图2是示出了根据本公开的实施方式的煤重整方法的顺序图。

参考图2，根据本公开的实施方式的煤重整方法可以包括：准备煤(S100)；将煤装入反应炉(S110)中；通过向反应炉供应热风并使煤流动来去除煤中所含的挥发分(S120)；收集已除去挥发分的重整煤(S130)。

在准备煤的过程中，准备含有40wt％或更多挥发分的褐煤或烟煤等低级煤并将其储存在煤储存器110中。就此而言，煤可以具有尺寸为3mm或更小的颗粒。当煤的粒度大于3mm时，煤可能被预先粉碎。

当准备煤时，使用反应炉200的加热装置220来增加反应炉200的内部温度。反应炉200的内部温度可以升高至约550℃至800℃，使得煤中的挥发分可以被容易地去除。在该过程的开始阶段，使用加热装置220来增加反应炉200的内部温度，但在随着过程的进行而产生排气时，通过燃烧排气而产生的热风可以被供应至反应炉200。当然，当热风被供应至反应炉200时，通过操作加热装置220可以有效地控制反应炉200的内部温度。同时，储存在气体储存器410中的惰性气体可以被供应到反应炉200。惰性气体比如氮气可以以约60至80升/分钟(L/min)的流量以约0.35至0.6米/秒(m/sec)的流速供应。当挥发分与氧气接触时，在煤的重整过程中从煤中除去的挥发分可以被点燃，因此可以供应惰性气体以降低反应炉200中的氧气浓度。

此后，储存在煤储存器110中的煤通过使用供给器120被排出预定量，并且通过第一管130被注入到反应炉200中。就此而言，煤可以以每小时约3至5千克即每分钟约50至80克的速度被注入到反应炉200中。由于煤在反应炉200中通过热风而流动和重整，因此当一次注入大量的煤时，流动空间变窄并且挥发分不能被顺畅地去除。因此，最好在建议的范围内适当地注入煤。

当煤被注入到反应炉200中时，煤通过供应至反应炉200的热风在反应炉200即反应管210中流动。煤具有3mm或更小的细颗粒，使得煤可以通过热风反复地浮动和降低。如上所述，煤在反应炉200中流动并且与高温的热风接触，煤中所含的挥发分可以通过热风去除。煤在反应炉200中流动时可以通过热风迅速地加热，或者可以通过彼此碰撞而差异化。因此，煤在反应炉200中更积极地流动并且挥发分可以被去除。取决于反应炉200中的温度，除去煤中的挥发分的时间可以被进行大约5至45分钟。

当煤中的挥发分被去除时，挥发分已经被除去的煤即重整煤易于浮动并通过与反应炉200的出口连接的第二管320装入重整煤储存器310中。

已经在反应炉200中重整但由于大粒度而不能排出到第二管320的重整煤可以通过排出管330排出并装入重整煤储存器310中。

以这种方式，煤的注入和收集可以连续地进行。

从反应炉200产生的排气可以通过形成在反应炉200的上部处的排气口排放到排气管510。排气在行进穿过排气管510时通过过滤器520。此时，排气中所含的细煤(重整煤)可以被过滤器520收集。此后，排气被安装在排气管510处的冷却装置610、620冷却，然后副产物比如包含在排气中的焦油和粗制轻油由于温度下降而冷凝并且被供应至副产物储存器1100并且可以被储存在其中。就此而言，排气可以通过冷却装置610、620冷却至约80至100℃。

副产物被去除的排气通过连接管530从副产物储存器1100行进至排气储存器800，然后通过连接至排气储存器800的循环管810行进至热风供应单元400。

排气由安装在循环管810的端部处的点火器420点燃并燃烧。在排气燃烧时产生的燃烧气体与惰性气体一起被供应至反应炉200中的热风。

在下文中，将描述用于测验通过根据本公开的煤重整方法产生的重整煤的物理性质的实验示例。

图3是示出了基于煤的加热温度的煤的质量变化的图。图4是示出了基于煤的加热温度的煤的粒度分布的累计量的图。

与实施方式不同，实验在不使煤流动的情况下进行。

将氧化铝球装入反应器中使得惰性气体均匀地分散。另外，为了防止煤在反应炉200的上部流动，安装了网状不锈钢筛网。然后，将细煤装入筛网的上部。就此而言，使用其中具有含量为46wt％的挥发分的煤。

此后，将反应器装入加热炉中并被加热。然后，氮气以5升/分钟的流量供应在反应器中，以在反应炉内形成惰性气氛。在将加热炉的温度升高至550℃、650℃和750℃的情况下反复地进行实验。

在实验后，将反应器从加热炉中取出，并且通过分离经过热处理的煤，即重整煤来测量质量变化。

图3示出了测量重整煤的质量变化的结果。

当加热炉温度为550℃时，在加热20分钟后，重整煤的质量被测量为与初始质量相比变化了约23％。换句话说，初始煤中所含的约50％的挥发分(46％)被去除。另外，在加热43分钟后，初始煤中所含的约73％的挥发分被去除，此后几乎没有质量变化。

当加热炉的温度为650℃时，加热11分钟后，测得重整煤的质量与初始质量相比变化了23％。也就是说，初始煤中所含的约50％的挥发分(46％)被去除。另外，在加热约22分钟后，初始煤中所含的约75％的挥发分被去除，此后几乎没有质量变化。

当加热炉的温度为750℃时，加热7分钟后，测得重整煤的质量相比于初始质量变化了23％。也就是说，初始煤中所含的约50％的挥发分(46％)被去除。然后，在加热15分钟后，初始煤中所含的约75％的挥发分被去除，此后几乎没有质量变化。

该实验结果表明，煤中的挥发分与反应炉中的温度密切相关，反应炉内的温度越高，挥发分被去除得越快。另外，根据煤重整期间的反应炉的温度，能够去除一定量的挥发分，例如约75％，但难以完全去除挥发分。

然后，还测验了在上述测试中获得的重整煤的粒度的变化。在这次测验中，累计地比较了重整煤的粒度分布。煤的粒度被相应地分类为2.8至2.1mm、2.0至1.1mm、1.0至0.6mm、0.5至0.4mm、0.3至0.16mm和0.15mm。将收集的重整煤放入筛中，通过振动1分钟将收集的重整煤按其粒度进行区分。累计分析各个粒度的收集量和收集率。然后，在重整前将100g的煤通过与分类重整煤相同的方法进行分类，累计分析各个粒度的收集量和收集率并作为参照数据。

如图4所示，反应炉温度越高，重整煤的产量越低。这是因为煤中的挥发分已被除去。在实际操作中，由于排气中含有的细煤没有被过滤器完全收集，因此产量可以被进一步降低。此外，加热炉的温度越高，2.0mm或更大的相对较大的粒度所占的比例越小。认为这是由于温度快速变化而导致的煤的差异。此外，由于在实际操作中流动时煤会碰撞和破碎，因此预期粒度为2.0mm或更大的重整煤的比例会进一步降低。

应该注意的是，虽然已经根据上述实施方式具体描述了本公开的技术思想，但是上述实施方式旨在是说明性的而不是限制性的。而且，本公开的领域的技术人员将理解，各种实施方式在本公开的技术思想的范围内是可能的。

工业适用性

根据本公开的煤重整方法和煤重整装置可以在去除煤中所含的挥发分的过程中收集比如焦油、粗制轻油等副产物，并且这些副产物可以用作燃料和能源。此外，排气可以重新用作用于产生供应至反应炉的热风的热源，由此减小了由排气引起的环境污染。

Claims (18)

1.一种煤重整方法，所述方法包括：

准备煤；

将所述煤装入反应炉中；

在向所述反应炉供应热风并使所述煤流动的同时，去除包含在所述煤中的挥发分；

对挥发分已被去除的重整煤进行收集。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，装入所述煤和收集所述重整煤被连续地执行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在装入所述煤时，所述煤以每分钟50至80克的速率装入所述反应炉中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，去除挥发分在550℃至800℃下执行。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，在收集所述重整煤的同时，收集在挥发分被去除时产生的排气。

6.根据权利要求5所述的方法，包括从排气中收集细煤。

7.根据权利要求6所述的方法，包括冷却排气以分离排气中包含的副产物。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，将去除掉副产物的排气用作产生所述热风的热源。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热风包括惰性气体。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述惰性气体是氮气并以0.35米/秒至0.6米/秒的流速供应至所述反应炉。

11.一种煤重整装置，所述装置包括：

反应炉，所述反应炉中限定有在其中进行煤处理的处理空间；

用于将所述煤供应至所述反应炉的煤供应单元；

用于向所述反应炉供应热风的热风供应单元；以及

用于从所述反应炉中收集重整煤的收集单元，其中，所述重整煤不含挥发分。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述反应炉包括：

用于处理所述煤的反应管；以及

用于加热所述反应管的加热装置。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述反应炉的下方设置有用于将所述热风分散到所述反应炉中的热风分散单元。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述反应炉连接有排气管，排气通过所述排气管排出，其中，所述排气管联接有用于从所述排气收集细煤的过滤器。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述排气管联接有用于对行进通过所述排气管的排气进行冷却的冷却装置，

其中，在所述排气管的端部处布置有副产物储存器，所述副产物储存器用于储存包含在所述排气管中的副产物。

16.根据权利要求15所述的装置，包括连接至所述副产物储存器的排气储存器。

17.根据权利要求16所述的装置，包括将所述排气储存器和所述热风供应单元彼此连接的循环管。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述热风供应单元包括：

用于储存惰性气体的惰性气体储存器；以及

联接至所述循环管的点火器。