CN110218588B - 一种低阶粉煤热解焦油品质调控设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种低阶粉煤热解焦油品质调控设备及方法，包括有热解炉和高温除尘器设备，热解炉的热解室和预沉降气室分别设置有独立的燃烧供热系统，实现对上下层的精准控温，使低阶煤的热解效果更佳；且除尘器内的滤芯中间填料层填充有负载氧化镍、氧化铝等活性组分的催化剂，在过滤除尘的同时能够实现对焦油的催化重整，提高焦油品质；各设备外部设有保温层和调温烟道层，更有利于对煤热解及产物除尘过程的温度进行精准调控。

Description

一种低阶粉煤热解焦油品质调控设备及方法

技术领域

本发明属于能源技术领域，尤其涉及小粒径低阶粉煤热解技术领域。

背景技术

褐煤和低变质程度的烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤等），由于成煤年代短，通常称为低阶煤或年青煤，资源量丰富，是我国动力用煤的主要煤种。相较于其它煤种，低阶煤大分子结构中富含高价值的挥发性成分，作为动力用煤直接燃烧容易造成资源的浪费，并且可能由于燃烧不充分等原因带来一定的环境污染问题。对低阶煤因材制宜，先通过中低温热解（500-800℃）获取其中的高附加值挥发性成分，再将残留的高含碳固体进行燃烧、气化或制备碳材料等，可以实现低阶煤的分级分质转化，将低阶煤由单一燃料转化为化工原料和清洁燃料并重。

低阶煤中低温热解，工业上普遍采用的是内热式直立炉热解工艺，所用原料为30-80mm块煤，而对于小粒径的低阶碎煤、末煤（10mm以下），尽管技术研发众多，但目前尚无成熟的工业化技术，其主要原因是因为低阶碎煤、末煤热解过程面临热解过程粉尘夹带严重，焦油中重质组分多、品质较差，后期高温油尘难分离的技术难题。

现有技术的低阶煤热解制备高品质油气产品的调控方法中，对热解炉上下层控温的烟道均是相通的，控温会互相发生影响，并存在操作不方便，精度无法保证的难题。另一方面，热解煤而添加的催化剂、上部气室放置的具有调控作用的催化剂均无法回收，且难以更换。

同时，现有除尘技术对热解荒煤气除尘的适用性交差，主要是材质难耐高温，温度场不稳定，焦油易冷凝析出，粘附在除尘器及管道中。

要推进小粒径的低阶粉煤、末煤热解技术工业化，必须突破热解过程粉尘和焦油品质控制技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的即在于提供一种低阶粉煤热解焦油品质调控方法，降低重质焦油的产生，提高低阶粉煤的热解焦油品质，同时达到良好的除尘效果。

为了达到上述目的，本发明提供一种低阶粉煤热解焦油品质调控设备，包含热解炉，该热解炉包含下部热解室和上部预沉降气室，所述下部热解室设有进煤口、出焦口、传动轴及传动轴驱动系统，所述上部预沉降气室设有荒煤气出口，所述下部热解室外部包覆有供热的燃烧室，该燃烧室设置有下燃烧供热系统；所述上部预沉降气室外部包覆有供热的调温气室，该调温气室设置有上燃烧供热系统。

本发明低阶粉煤热解焦油品质调控设备还包含有高温过滤除尘器，该高温过滤除尘器包含除尘腔，所述除尘腔设有荒煤气进口、不含尘荒煤气出口及卸灰口，所述不含尘荒煤气出口远端降温后外接引风机，所述荒煤气出口连接荒煤气进口，所述除尘腔内部设有过滤装置，所述除尘腔外部包覆有保温层，所述保温层的外壳与除尘腔的外壳之间设置调温烟道层，所述调温烟道层内接入高温烟气管，所述高温烟气管源自调温气室。

所述过滤装置为多个除尘滤芯，多个除尘滤芯均匀布置于除尘腔的内部。

所述调温烟道层内设有预热管，该预热管围绕所述除尘腔的外壁螺旋上升设置；所述预热管的进口端外接吹气装置，所述吹气装置包含脉冲加压泵，预热管的出口端分成多个吹扫管，所述吹扫管的数量与所述除尘滤芯的数量相同，多个该吹扫管分别插入所述除尘滤芯内。

所述除尘滤芯包含外层金属网、中间填料层以及内部过滤层；所述外层金属网为孔径在20~100微米的烧结金属网，所述中间填料层采用具有催化作用的物料填充，所述内部过滤层为粒度小于填充于中间填料层物料的骨架支撑过滤层。

本发明低阶粉煤热解焦油品质调控设备还可包含有至少一级的高温旋风除尘器，高温旋风除尘器包含内部除尘腔，该内部除尘腔设有进气口、出气口以及卸灰口，该进气口连接荒煤气出口，该出气口连通于高温过滤除尘器的荒煤气进口。

所述高温旋风除尘器的最外层包覆有保温外层，该保温外层的外壳与所述高温过滤除尘器的保温层外壳通过烟气管连接，在所述内部除尘腔与保温外层之间形成调温烟道层。

本发明提供一种采用上述设备的低阶粉煤热解焦油品质调控方法：小于10mm的小粒径原料煤由进煤口进入热解炉，热解炉的下部热解室的热解温度控制在600-700℃，热解后产生的高温半焦由出焦口进入后续熄焦工段，热解产生的荒煤气进入上部预沉降气室进行粉尘的预沉降，上部预沉降气室的温度控制在450-550℃；预沉降后的荒煤气由荒煤气出口流入荒煤气进口而进入高温过滤除尘器的除尘腔，所述高温过滤除尘器的调温烟道层温度控制在450-550℃，荒煤气经过除尘腔中的除尘滤芯过滤后，由预热管的多个吹扫管通入净煤气反吹掉除尘滤芯的表面积灰；经过除尘过滤后得到的不含尘荒煤气由不含尘荒煤气出口排入后续的焦油冷却煤气净化系统。

此外，原料煤经过热解产生的荒煤气在进入高温过滤除尘器之前，还可由高温旋风除尘器的进气口先进入高温旋风除尘器的内部除尘腔进行旋风除尘，此时高温旋风除尘器的调温烟道层的温度控制在450-550℃，经过初步除尘后的荒煤气由出气口流出再进入荒煤气进口。

所述预热管的多个吹扫管由脉冲加压泵控制，对除尘腔中的多个除尘滤芯进行交替反吹。

本发明的低阶粉煤热解焦油品质调控方法所产生的技术效果如下。

1、热解炉的上下层分别设置有独立的燃烧供热系统，实现对上下层的精准控温，使低阶煤的热解效果更佳。

2、高温除尘设备外部均设有保温层和调温烟道层，更利于对除尘过程中的温度进行精准调控。

3、高温过滤除尘器的滤芯过滤一段时间后，由预热管导入的净煤气反吹掉滤芯表面的积灰，延长滤芯的过滤时间，减少高温备用除尘器数量。

4、反吹用净煤气的预热管设置在调温烟道层内，净煤气在进入滤芯反吹前可达到与除尘腔内一样的温度条件，确保温度场的稳定。

5、除尘滤芯的中间填料层填充有负载氧化镍、氧化铝等活性组分的催化剂，在除尘的同时能够实现对焦油的催化重整，提高焦油品质，并且此滤材可再生，可更换。

附图说明

图1为本发明低阶粉煤热解焦油品质调控方法一种实施例的设备整体结构示意图。

图2为本发明一种实施例中热解炉的结构侧视图。

图3为本发明一种实施例中高温过滤除尘器中除尘滤芯分布示意图。

图4-5为本发明一种实施例中除尘滤芯的结构示意图。

图6为本发明低阶粉煤热解焦油品质调控方法另一种实施例的高温除尘设备结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，其为本发明低阶粉煤热解焦油品质调控方法一种实施例的设备整体结构示意图，本实施例采用的设备主要包括热解炉1、高温过滤除尘器2以及焦油冷却煤气净化系统3。

如图1-2所示，热解炉1分为下部热解室11和上部预沉降气室12，下部热解室11设有进煤口111、出焦口112、传动轴113及传动轴驱动系统114，传动轴113上还设置有将煤料从进煤口111输送至出焦口112的刮板117，上部预沉降气室12设有荒煤气出口121，荒煤气出口121与高温过滤除尘器2的荒煤气进口231相互连通。

下部热解室11外部包覆有为其供热的燃烧室115，上部预沉降气室12外包覆有为其供热的调温气室122。本发明中下部热解室11与上部预沉降气室12的温度分开单独控制，因此对热解炉1的上下层分别设置了独立的燃烧供热系统。

其中，设置在燃烧室115上的下燃烧供热系统116可采用蓄热式燃烧系统，保证燃烧室115的温度在600-700℃之间可调，并确保下部热解室11的温度均匀、稳定。

而设置在调温气室122上的上燃烧供热系统123确保调温气室122的温度在400-700℃之间可调，上燃烧供热系统123可采用以下燃烧系统方式中的一种。

①自动控温的燃气式燃烧机，利用热解产生的净煤气或天然气等为燃料，产生一定温度的烟气，通入该烟道系统。

②单独的蓄热燃烧系统，如底部蓄热燃烧系统，设置燃烧机及蓄热室。

③引入外来工业余热配风：来自工厂高温焚烧炉的回收热、工业园区其它工程、锅炉的废热等，进行配风调温调节。

而在该烟道换热后外排的烟气温度较高（约500-600℃），可以作为工厂湿煤干燥、蒸汽发生系统等工段的补充用热，还可以先进入蓄热室回收热量，后外排，温度可降低至120℃以下，以此来提高能源利用率。

本实施方式中煤原料的热解过程调控方法：小于10mm的小粒径原料煤由进煤口111进入热解炉1的下部热解室11，在传动轴113及刮板117的推动下逐步向出焦口112移动，并不断升温，下部热解室11的热解温度控制在600-700℃，优选控制在600-650℃；热解后产生的高温半焦由出焦口112进入后续熄焦工段，热解产生的高温焦油、水蒸气、煤气等气相挥发物（一般统称为荒煤气）进入上部预沉降气室12进行粉尘的预沉降，上部预沉降气室12的温度控制在450-550℃，更优地控制在450-500℃，预沉降后的荒煤气从荒煤气出口121流入高温过滤除尘器2进行除尘。

如图1所示，本实施例的高温过滤除尘器2由保温层21和除尘腔23组成，保温层21的外壳连接于由热解炉1的调温气室122引出的高温烟气管124，在保温层21与除尘腔23之间形成调温烟道层22，用于对除尘腔23内部除尘过程中的温度进行调控。

除尘腔23设有荒煤气进口231、不含尘荒煤气出口232、卸灰口233以及卸灰阀235；其中，荒煤气进口231与热解炉1的荒煤气出口121相互连通，不含尘荒煤气出口232的远端降温后外接有引风机34，引风机34用于引入荒煤气进入除尘腔23进行过滤。又如图3所示，除尘腔23内均匀固定设置有6个横截面为中空圆形的除尘滤芯234，6个除尘滤芯234围绕除尘腔23的中心呈圆形依次竖直排列开。

如图4-5所示，除尘滤芯234由外层金属网401、中间填料层402以及内部过滤层403三部分构成。其中，外层金属网401为小孔径烧结不锈钢金属网，孔径范围在20-100微米，优选为40-70微米；中间填料层402采用负载氧化镍、氧化钼等活性组分而具有催化作用的物料填充，催化剂载体为600-700℃热解半焦，粒度为2-3mm，或是经过溶液浸渍法制备的负载催化剂的半焦、氧化铝等；内部过滤层403为大孔径骨架支撑过滤层结构，其比中间填料层的填充物料粒度略小即可，起到为中间填料充当挡板的作用。

又如图1和图3所示，调温烟道层22内还设有预热管221，该预热管221围绕除尘腔23的外壁螺旋上升设置，预热管221的出口端分成了多个吹扫管222，吹扫管222的数量与除尘滤芯234的数量相同，即如图3所示，本实施例中吹扫管222的数量也为6个。如图1、图5所示，各吹扫管222分别竖直插入每个除尘滤芯234内，同时，预热管221的进口端外接吹气装置，吹气装置包括有脉冲加压泵301和反冲用煤气缓冲罐302，脉冲加压泵301的脉冲阀控制预热管221的吹扫管222，用来对6个除尘滤芯234进行交替反吹，即当除尘滤芯A、C、E被反吹时，除尘滤芯B、D、F正常对荒煤气进行过滤，而当除尘滤芯B、D、F被反吹时，除尘滤芯A、C、E则正常对荒煤气进行过滤。吹扫后沉积在除尘腔23内的积灰，可通过阶段性的打开卸灰阀235由卸灰口233排出。

本实施方式中荒煤气的过滤除尘及催化调质方法及过程：预沉降后的荒煤气由引风机34从荒煤气进口231引入高温过滤除尘器2的除尘腔23，此时调温烟道层22温度控制在450-550℃，进一步优选为450-500℃；荒煤气经过除尘腔23中设置的除尘滤芯234进行过滤，由外层小孔径金属网401过滤掉大部分颗粒，中间填料层402过滤掉微细颗粒，同时中间填料层402中的催化剂还能够对荒煤气的气相反应进行催化调质。滤芯过滤一段时间后，由预热管221的吹扫管222通入净煤气反吹掉各除尘滤芯234的表面积灰，预热管221设置在调温烟道层22内，以使得通入的净煤气在进入滤芯反吹前达到与除尘器一样的温度条件，确保温度场的稳定。净煤气对各除尘滤芯234采取交替反吹，延长同一高温过滤除尘器的过滤时间，平稳压力变化，减少高温备用除尘器的数量。

经过除尘过滤后得到的不含尘荒煤气由不含尘荒煤气出口232排入后续的焦油冷却煤气净化系统3，最后得到的净煤气进入煤气储柜4，即可外送或是回炉燃烧，其中极少部分进入反吹用煤气缓冲罐302，用于高温过滤除尘器2中各除尘滤芯234的反吹。

请参阅图6所示，其为本发明低阶粉煤热解焦油品质调控方法另一种实施例中高温除尘设备结构示意图，即为增强对荒煤气的除尘效果，可在高温过滤除尘器2之前进一步增加一级或多级组合的高温旋风除尘器5。

高温旋风除尘器5包含内部除尘腔50，该内部除尘腔50设有引入荒煤气的进气口51、出气口52、卸灰口53及卸灰阀，该出气口52连通于高温过滤除尘器2的荒煤气进口231。高温旋风除尘器5的最外层包覆有保温外层54，该保温外层54的外壳与高温过滤除尘器2的保温层21的外壳通过烟气管55连接，在内部除尘腔50与保温外层54之间形成调温烟道层56，用于对内部除尘腔50内旋风除尘过程中的温度进行调控。在本实施例中，高温过滤除尘器2的外壳则需要通过外连高温烟气管道224，来实现对调温烟道层22进行供热。

由此，原料煤经过热解产生的荒煤气在进入高温过滤除尘器前，先由高温旋风除尘器5的进气口51进入内部除尘腔50进行旋风除尘，高温旋风除尘器5的调温烟道层56的温度控制在450-550℃，优选的控制在450-500℃。经过初步除尘后的荒煤气由出气口52流出而进入高温过滤除尘器2，再进行进一步的过滤除尘及催化重整调质，从而实现极小的粉尘夹带和良好的除尘效果，获得高品质的半焦、煤气、焦油产品。

Claims (6)

1.一种低阶粉煤热解焦油品质调控设备，包含热解炉（1）和高温过滤除尘器（2），所述热解炉（1）包含下部热解室（11）、上部预沉降气室（12），所述下部热解室（11）设有进煤口（111）、出焦口（112）、传动轴（113）及传动轴驱动系统（114），所述上部预沉降气室（12）设有荒煤气出口（121），其特征在于，

所述下部热解室（11）外部包覆有供热的燃烧室（115），该燃烧室（115）设置有下燃烧供热系统（116）；

所述上部预沉降气室（12）外部包覆有供热的调温气室（122），该调温气室（122）设置有上燃烧供热系统（123）；

所述高温过滤除尘器（2）包含除尘腔（23），所述除尘腔（23）设有荒煤气进口（231）、不含尘荒煤气出口（232）及卸灰口（233），所述不含尘荒煤气出口（232）远端降温后外接引风机（34），所述荒煤气出口（121）连接荒煤气进口（231），所述除尘腔（23）内部设有过滤装置，所述过滤装置为多个除尘滤芯（234），所述除尘滤芯（234）均匀布置于除尘腔（23）内部所述除尘腔（23）外部包覆有保温层（21），所述保温层（21）的外壳与除尘腔（23）的外壳之间设置调温烟道层（22），所述调温烟道层（22）内接入高温烟气管（124），所述高温烟气管（124）源自调温气室（122），所述调温烟道层（22）内设有预热管（221），该预热管（221）围绕所述除尘腔（23）的外壁螺旋上升设置；

所述除尘滤芯（234）包含外层金属网（401）、中间填料层（402）以及内部过滤层（403）；所述外层金属网（401）为孔径在20~100微米的烧结金属网，所述中间填料层（402）采用具有催化作用的物料填充，所述物料是采用负载氧化镍、氧化钼的物料，所述内部过滤层（403）为粒度小于填充于中间填料层（402）物料的骨架支撑过滤层；

所述预热管（221）的进口端外接吹气装置，所述吹气装置包含脉冲加压泵（301），所述预热管（221）的出口端分成多个吹扫管（222），所述吹扫管（222）的数量与所述除尘滤芯（234）的数量相同，多个该吹扫管（222）分别插入所述除尘滤芯（234）内。

2.如权利要求1所述的低阶粉煤热解焦油品质调控设备，其特征在于，还包含有至少一级高温旋风除尘器（5），所述高温旋风除尘器（5）包含内部除尘腔（50），该内部除尘腔（50）设有进气口（51）、出气口（52）以及卸灰口（53），该进气口（51）连接荒煤气出口（121），该出气口（52）连通于所述高温过滤除尘器（2）的荒煤气进口（231）。

3.如权利要求2所述的低阶粉煤热解焦油品质调控设备，其特征在于，所述高温旋风除尘器（5）的最外层包覆有保温外层（54），该保温外层（54）的外壳与所述高温过滤除尘器（2）的保温层（21）外壳通过烟气管（55）连接，在所述内部除尘腔（50）与保温外层（54）之间形成调温烟道层（56）。

4.一种低阶粉煤热解焦油品质调控方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的设备进行低阶粉煤热解焦油品质调控，

小于10mm的小粒径原料煤由进煤口（111）进入热解炉（1），热解炉（1）的下部热解室（11）的热解温度控制在600-700℃，热解后产生的半焦由出焦口（112）进入后续熄焦工段，热解产生的荒煤气进入上部预沉降气室（12）进行粉尘的预沉降，上部预沉降气室（12）的温度控制在450-550℃；

预沉降后的荒煤气由荒煤气出口（121）流入荒煤气进口（231）而进入高温过滤除尘器（2）的除尘腔（23），所述高温过滤除尘器（2）的调温烟道层（22）温度控制在450-550℃，荒煤气经过除尘腔（23）中的除尘滤芯（234）过滤后，由预热管（221）的多个吹扫管（222）通入净煤气反吹掉除尘滤芯（234）的表面积灰；

经过除尘过滤后得到的不含尘荒煤气由不含尘荒煤气出口（232）排入后续的焦油冷却煤气净化系统（3）。

5.如权利要求4所述的低阶粉煤热解焦油品质调控方法，其特征在于，原料煤经过热解产生的荒煤气在进入高温过滤除尘器（2）之前，先由高温旋风除尘器（5）的进气口（51）进入内部除尘腔（50）进行旋风除尘，所述高温旋风除尘器（5）的调温烟道层（56）的温度控制在450-550℃，经过初步除尘后的荒煤气由出气口（52）流出再进入荒煤气进口（231）。

6.如权利要求4所述的低阶粉煤热解焦油品质调控方法，其特征在于，所述预热管（221）的多个吹扫管（222）由脉冲加压泵（301）控制，对除尘腔（23）中的多个除尘滤芯（234）进行交替反吹。