CN108559535B - 一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置 - Google Patents

一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置 Download PDF

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Abstract

一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置，所述多级换热装置设置在煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统中，所述多级换热装置通入燃烧装置燃烧生成的高温烟气，并通入净煤气与高温烟气进行热交换，热交换后的高温净煤气送入热解装置，热交换后的烟气送入半焦筛选直冷装置，其余烟气通过烟气口排出；所述余热锅炉和煤气净化装置，所述热解装置生成的荒煤气送入余热锅炉换热并产生蒸汽外送，换热后的荒煤气送入煤气净化装置生成净煤气和焦油；所述多级换热装置中的高温烟气与所述净煤气逆向换热，生成高温净煤气和低温烟气。

Description

一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置
技术领域
本发明属于煤热解应用技术领域，具体涉及一种煤热解制高热值煤气和高热值块焦的工艺方法及装置。
背景技术
煤热解指煤炭在无氧条件下加热并发生一系列的物理变化和化学变化，得到煤气、焦油和半焦。煤炭热解技术作为煤炭加工利用重要技术之一，已有一百多年的历史，世界各国研究开发出多种煤热解工艺方法，这些热解工艺中煤热解所需要的热量一般来源于高温烟气和高温载体(高温瓷球或高温半焦)：煤直接与高温烟气接触换热，混合速度快，传热效率高，挥发分二次裂解概率低，但热解产生的煤气掺入了烟气，最终得到的煤气可燃气浓度偏低，热值偏低；煤直接与高温载体(高温瓷球或高温半焦)接触换热，固体与固体间换热速度较慢，且需要机械装置进行搅拌实现混合均匀，热解程度较低，所需热解时间长，此外，高温瓷球或高温半焦在多次循环使用过程中会不断磨损，导致产品品质降低。若采用煤热解产生的煤气对煤进行热解，具有传热快、炉内温度分布均匀稳定的特点，且得到的热解气热值高。
同时，中国专利CN101608126A公开了一种煤热解提质装置，煤热解的热源采用加热的高温半焦，操作灵活，能量利用效率较高，但煤与高温半焦的均匀混合通过回转窑实现，系统复杂性高。中国专利CN106753489A公开了一种基于煤粉炉的煤热解蒸汽、焦油和煤气联产系统及工艺，将盘管式热解器置于锅炉烟道内，高温烟气直接在热解器外部提供热量，但盘管式热解器换热面积有限，煤粉停留时间较短，此外还存在煤粉在热解器内部成团结焦的风险。
所以，若采用一种高温气体对煤进行热解，达到气固换热效率高的目的，但不能对热解煤气进行稀释，唯有煤自身热解产生的煤气，如何高效廉价地提高煤气的温度，关键在于如何对热解煤气进行升温加热。本发明提出一种用于煤热解系统的高温烟气与低温煤气多级换热装置，利用半焦燃烧生成的高温烟气对煤气进行多级间接换热，将烟气中的热量直接转移至煤气，获得高温煤气。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种装置紧凑、条件较温和、能量利用效率高、产品品质高的煤热解工艺方法和装置，通过热解-粉焦燃烧-多级换热-半焦筛选多级耦合工艺，将煤进行分级分质转化，得到高热值煤气和块焦，同时副产蒸汽和焦油，并提供一种用于煤热解系统的高温烟气与低温煤气多级换热装置，旨在将高温烟气的热量转移至煤气，获得高温煤气。
为解决上述技术问题，本发明的一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置，所述多级换热装置设置在煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统中，所述煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统包括干燥装置、热解装置、半焦筛选直冷装置、燃烧装置、多级换热装置、余热锅炉和煤气净化装置，
所述干燥装置为原料煤样的干燥装置，其连通半焦筛选直冷装置，选用半焦筛选直冷装置换热后生成的热烟气为干燥剂；
所述热解装置通入多级换热装置的高温净煤气对干燥后的原料煤样热解制气并生成热解半焦，热解后生成的荒煤气送至余热锅炉进行热交换；
所述半焦筛选直冷装置对热解半焦进行热态筛选，得到粉焦和块焦，并通入换热装置排出的低温烟气，对热块焦进行冷却，热粉焦送入燃烧装置；
所述燃烧装置通入粉焦燃烧生成高温烟气通入多级换热装置；
所述多级换热装置通入燃烧装置燃烧生成的高温烟气，并通入净煤气与高温烟气进行热交换，热交换后的高温净煤气送入热解装置，热交换后的部分烟气送入半焦筛选直冷装置，其余烟气通过烟气口排出；
所述余热锅炉和煤气净化装置连接，所述热解装置生成的荒煤气送入余热锅炉换热并产生蒸汽外送，换热后的荒煤气送入煤气净化装置生成净煤气和焦油。
所述多级换热装置包括高温换热段、次高温换热段、中温换热段和低温换热段，
所述高温换热段以高温烟气温度为800～1500℃，依次通过高温换热段、次高温换热段、中温换热段和低温换热段释放热量后，得到100～200℃低温烟气；所述煤气温度为20～100℃，依次通过低温换热段、中温换热段、次高温换热段和高温换热段吸收热量后，得到600～1000℃高温煤气。
进一步地，所述高温换热段为列管式换热结构，列管的管程为煤气，列管的壳程为烟气；
或，所述列管中段设有煤气压力平衡孔。
进一步地，所述高温换热段、所述次高温换热段、所述中温换热段和所述低温换热段各自单独换热，顺列排布；
或，所述高温段进口高温烟气温度为800～1500℃，进口次高温煤气温度为500～800℃，出口次高温烟气温度为600～1200℃，出口高温煤气温度为600～1000℃；
或，进口次高温煤气温度为500～800℃，出口次高温烟气温度为600～1200℃，出口高温煤气温度为600～1000℃；
或，中温换热段进口中温烟气温度为500～800℃，进口次中温煤气温度为150～400℃，出口次中温烟气温度为200～600℃，出口中温煤气温度为350～600℃；
或，低温换热段进口次中温烟气温度为200～600℃，进口低温煤气温度为20～100℃，出口低温烟气温度为100～200℃，出口次中温煤气温度为150～400℃。
进一步地，所述次高温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
或，所述中温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
或，所述低温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热。
进一步地，所述列管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
进一步地，所述蛇管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
进一步地，所述通入多级换热装置的煤气来自煤气净化装置生成的净煤气中的部分。
本发明的有益效果为：
一，相对于现有煤热解工艺中煤气换热装置而言，通过多级换热将烟气热量转移至煤气，以及利用烟气和煤气的特点设计特殊结构的高温换热段，最终得到温度高的煤气，热量回收效率高。
二，热解气热值高。本发明的高温烟气的热量高效换热至净煤气，提高净煤气的温度，利用高温净煤气对原料煤进行热解，热解过程中无空气进入热解装置，故热解气中氮气含量很低，热值高。
三，热量利用效率高。本发明采用半焦筛选直冷设备，对热解生成的半焦进行热态筛选，热粉焦直接送至燃烧装置燃烧处理，块状半焦采用低温烟气进行冷却，换热后热烟气用于干燥原料煤，脱除煤中的水分，带入热解装置内的。此外，本发明中高温荒煤气的热量通过余热锅炉进行回收，副产蒸汽。
四，半焦利用合理。粉焦利用效率低，作为产品难以出售，在发明中，直接在热态下进行筛选，热粉焦直接燃烧，也解决了冷粉焦的燃烧困难问题。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过应用实例，并结合附图，对本发明作进一步详细描述：
实施例1
如图1-2所示，本发明的一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置，所述多级换热装置设置在煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统中，所述煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统，包括干燥装置1、热解装置2、半焦筛选直冷装置3、燃烧装置7、换热装置6、余热锅炉4和煤气净化装置5，
所述干燥装置1为原料煤样的干燥装置1，其连通半焦筛选直冷装置3，选用半焦筛选直冷装置3换热后生成的热烟气为干燥剂；
所述热解装置2通入多级换热装置6的高温净煤气e对干燥后的原料煤样热解制气并生成热解半焦，热解后生成的荒煤气送至余热锅炉4进行热交换；
所述半焦筛选直冷装置3对热解半焦进行热态筛选，得到粉焦和块焦，并通入换热装置6排出的低温烟气，对热块焦进行冷却，热粉焦送入燃烧装置7；
粉焦通入所述燃烧装置7燃烧生成的高温烟气c1通入多级换热装置6；
所述换热装置6通入燃烧装置7燃烧生成的高温烟气c1，并通入净煤气e与高温烟气c1进行热交换，热交换后的高温净煤气e送入热解装置2，热交换后的部分烟气送入半焦筛选直冷装置3，其余烟气通过烟气口h排出；
所述余热锅炉4和煤气净化装置5连接，所述热解装置2生成的荒煤气送入余热锅炉4换热并产生蒸汽B外送，换热后的荒煤气送入煤气净化装置5生成净煤气e和焦油A。
煤气净化装置5生成的净煤气e部分通入多级换热装置6进行热解制气。
所述燃烧装置通入粉焦燃烧，燃烧生成的高温烟气c1通入多级换热装置；
所述多级换热装置通入燃烧装置燃烧生成的高温烟气c1，并通入低温的净煤气e与高温烟气c1进行热交换，热交换后的高温净煤气e送入热解装置，热交换后的部分烟气送入半焦筛选直冷装置，其余烟气通过烟气口h排出；
所述余热锅炉和煤气净化装置连接，所述热解装置生成的荒煤气送入余热锅炉换热并产生蒸汽外送，换热后的荒煤气送入煤气净化装置生成净煤气和焦油；
所述多级换热装置中的高温烟气c1与所述净煤气逆向换热，生成高温净煤气和低温烟气。
所述多级换热装置包括高温换热段A1、次高温换热段A2、中温换热段A3和低温换热段A4，
所述高温换热段A1以高温烟气温度为800～1500℃，依次通过高温换热段A1、次高温换热段A2、中温换热段A3和低温换热段A4释放热量后，得到100～200℃低温烟气；所述煤气温度为20～100℃，依次通过低温换热段A14、中温换热段A3、次高温换热段A2和高温换热段A1吸收热量后，得到600～1000℃高温煤气。
所述高温换热段为列管式换热结构，列管的管程为煤气，列管的壳程为烟气；
所述列管中段设有煤气压力平衡孔。
所述高温换热段A1、所述次高温换热段A2、所述中温换热段A3和所述低温换热段A4各自单独换热；
所述高温段进口高温烟气温度为800～1500℃，进口次高温煤气温度为500～800℃，出口次高温烟气温度为600～1200℃，出口高温煤气温度为600～1000℃；
进口次高温煤气温度为500～800℃，出口次高温烟气温度为600～1200℃，出口高温煤气温度为600～1000℃；
中温换热段进口中温烟气温度为500～800℃，进口次中温煤气温度为150～400℃，出口次中温烟气温度为200～600℃，出口中温煤气温度为350～600℃；
低温换热段进口次中温烟气温度为200～600℃，进口低温煤气温度为20～100℃，出口低温烟气温度为100～200℃，出口次中温煤气温度为150～400℃。
所述次高温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
所述中温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
所述低温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热。
所述列管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
所述蛇管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
通入多级换热装置的煤气来自煤气净化装置生成的净煤气中的部分。
本发明的多级换热装置应用于一种煤热解制高热值煤气和高热值块焦的工艺方法中，所述工艺方法，包括如下步骤：
步骤一，原煤a干燥，将原料煤样送至干燥装置1干燥，至原料煤样水分含量为2～3%，干燥后的烟气夹带水汽排出；
步骤二，热解制气，将干燥后的原料煤样送入热解装置2，与来自换热装置6的800～1200℃的高温净煤气e混合后发生热解，热解温度为550～800℃，产生热解半焦和热解荒煤气；
步骤三，半焦筛选直冷，步骤二所得的热解半焦在半焦筛选直冷装置3内进行热态筛选，得到400～700℃粉焦和400～700℃块焦：粉焦送入燃烧装置7进行燃烧，燃烧生成的高温烟气c1进入换热装置6；通入低温烟气对400～700℃块焦进行混合换热，冷却后的100～150℃块焦作为产品外送；
步骤四，步骤二中热解所得的荒煤气经过换热后，送入煤气净化装置5，生成净煤气e。
其中，步骤一选用的原料煤样为收到水分要求在5～60%，并对所述原料煤样经过破碎处理；所述步骤一中通入干燥装置11干燥所述原料煤样的是步骤三中半焦直冷筛选装置换热后生成的200-300℃热烟气。
包括粉焦燃烧步骤，所述步骤三生成的400～700℃粉焦送入燃烧装置7燃烧；
400～700℃粉焦燃烧生成的1000～1500℃烟气送入换热装置6。
粉焦燃烧步骤生成的1000～1500℃烟气送入换热装置6，与通入换热装置6的净煤气e进行换热，换热后生成800～1200℃的高温净煤气e，所述高温净煤气e送入热解装置2进行步骤二热解制气；
粉焦燃烧步骤生成的1000～1500℃烟气经换热装置6后烟气温度降至100～200℃，换热后的低温烟气部分通入半焦筛选直冷装置3，进行步骤三中的对热解半焦进行混合换热。
还包括余热回收步骤，步骤二中的热解后生成的荒煤气送入余热锅炉4进行换热，生成蒸汽B外送。
所述步骤三中，半焦筛选的400～700℃块焦为粒径不小于0.5毫米的半焦，400～700℃粉焦为粒径小于0.5毫米的半焦。
所述步骤四中生成的净煤气e部分送入换热装置6进行热值制气。
一种煤热解制高热值煤气和高热值块焦的工艺方法，主要通过热解装置2、燃烧装置7、多级高温换热装置6和半焦直冷筛选装置的连锁运行操作得以实现。本工艺由以下几个步骤组成：原煤a干燥步骤、热解制气步骤、半焦筛选直冷步骤、粉焦燃烧步骤、多级换热步骤、余热回收和煤气净化步骤，
一，原煤a干燥：原煤a进入干燥装置1，与来自半焦直冷筛选装置的热烟气混合，干燥后的烟气夹带水汽与多级高温换热装置6排出的烟气混合后排出；
二，热解制气：干燥后煤样送入热解装置2，与来自多级高温换热装置6的高温净煤气e混合后发生热解，热解荒煤气送至余热锅炉4，热解半焦送至半焦直冷筛选装置；
三，半焦筛选直冷：热解半焦在装置内进行热态筛选，并与来自多级高温换热装置6的低温烟气进行多级混合换热，换热后的热烟气送至干燥装置1，筛选并冷却后的块焦作为产品外送，粉焦送至燃烧装置7进行燃烧,；
四，粉焦燃烧：分离后的热粉焦在燃烧装置7内进行燃烧，燃烧所得烟气进入多级高温换热装置6；
五，多级换热：高温烟气c1进入多级高温换热装置6，与部分净煤气进行多级换热，换热后的高温净煤气e送入热解装置2。高温换热装置6换热后的烟气部分送至半焦筛选直冷装置3，剩余低温烟气与干燥装置1排出的烟气混合后排出；
六，余热回收和煤气净化：热解所得荒煤气进入余热锅炉4，产生蒸汽B外送，换热后的煤气进入煤气净化装置5，得到净煤气e，部分净煤气e送至多级高温换热装置6，剩余净煤气e作为产品外送，副产焦油A。
本发明获得高热值煤气和高热值块焦，副产蒸汽B和焦油A，实现煤炭资源的高效梯级利用, 且对烟气热量回收效率高、参数调节便利及加工制造难度低的特点，可满足煤热解系统对高温煤气的需求。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于煤热解制高热值煤气和高热值块焦的多级换热装置，其特征在于：所述多级换热装置设置在煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统中，所述煤热解制高热值煤气和高热值块焦系统包括干燥装置、热解装置、半焦筛选直冷装置、燃烧装置、多级换热装置、余热锅炉和煤气净化装置，
所述干燥装置为原料煤样的干燥装置，其连通半焦筛选直冷装置，选用半焦筛选直冷装置换热后生成的热烟气为干燥剂；
所述热解装置通入多级换热装置的高温净煤气对干燥后的原料煤样热解制气并生成热解半焦，热解过程中无空气进入热解装置，热解后生成的荒煤气送至余热锅炉进行热交换；
所述半焦筛选直冷装置对热解半焦进行热态筛选，得到粉焦和块焦，并通入换热装置排出的低温烟气，对热块焦进行冷却，热粉焦送入燃烧装置以避免冷粉焦燃烧困难；
所述燃烧装置通入粉焦燃烧生成高温烟气通入多级换热装置；
所述多级换热装置通入燃烧装置燃烧生成的高温烟气，高温烟气与所述净煤气逆向换热，生成高温净煤气和低温烟气，热交换后的高温净煤气送入热解装置，热交换后的部分烟气送入半焦筛选直冷装置，其余烟气通过烟气口排出；
所述余热锅炉和煤气净化装置连接，所述热解装置生成的荒煤气送入余热锅炉换热并产生蒸汽外送，换热后的荒煤气送入煤气净化装置生成净煤气和焦油；
所述多级换热装置包括高温换热段、次高温换热段、中温换热段和低温换热段，
所述高温换热段以高温烟气温度为800～1500℃，依次通过高温换热段、次高温换热段、中温换热段和低温换热段释放热量后，得到100～200℃低温烟气；所述煤气温度为20～100℃，依次通过低温换热段、中温换热段、次高温换热段和高温换热段吸收热量后，得到600～1000℃高温煤气。
2.如权利要求1所述的多级换热装置，其特征在于：所述高温换热段为列管式换热结构，列管的管程为煤气，列管的壳程为烟气；
或，所述列管中段设有煤气压力平衡孔。
3.如权利要求1或2所述的多级换热装置，其特征在于：所述高温换热段、所述次高温换热段、所述中温换热段和所述低温换热段各自单独换热，顺列排布；
或，所述高温段进口高温烟气温度为800～1500℃，进口次高温煤气温度为500～800℃，出口次高温烟气温度为600～1200℃，出口高温煤气温度为600～1000℃；
或，中温换热段进口中温烟气温度为500～800℃，进口次中温煤气温度为150～400℃，出口次中温烟气温度为200～600℃，出口中温煤气温度为350～600℃；
或，低温换热段进口次中温烟气温度为200～600℃，进口低温煤气温度为20～100℃，出口低温烟气温度为100～200℃，出口次中温煤气温度为150～400℃。
4.如权利要求3所述的多级换热装置，其特征在于：
所述次高温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
或，所述中温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热；
或，所述低温换热段选用蛇管换热，所述煤气在蛇管内流动，所述烟气在蛇管外对煤气进行换热。
5.如权利要求2所述的多级换热装置，其特征在于：所述列管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
6.如权利要求4权利要求所述的多级换热装置，其特征在于：所述蛇管选用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅及高温合金的一种或几种作为材质。
7.如权利要求1、2、4、6任一权利要求所述的多级换热装置，其特征在于：所述通入多级换热装置的煤气来自煤气净化装置生成的净煤气中的部分。
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