CN111690423B

CN111690423B - 一种煤炭的分质清洁利用工艺

Info

Publication number: CN111690423B
Application number: CN202010528908.5A
Authority: CN
Inventors: 宋如昌; 李亚军; 高宏寅
Original assignee: Shaanxi Dongxinyuan Chemical Co ltd
Current assignee: Shaanxi Dongxinyuan Chemical Co ltd
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: CN111690423A

Abstract

本发明涉及煤炭化工技术领域，尤其涉及一种煤炭的分质清洁利用工艺，包括如下工艺步骤：步骤一，对原煤进行筛分，并通过皮带秤将筛分后的混合块、籽、粉煤送入热解装置进行热解；步骤二，经步骤一热解后产生煤焦油和热解气，所述煤焦油送入加氢装置，热解气送入制氢装置，所述制氢装置分解出氢气和解吸气，所述氢气送入加氢装置和合成氨装置，解吸气进入热解炉和发电装置；步骤三，通过空分装置向步骤二中的热解炉中送入富氧；步骤四，步骤三中的空分装置产生的氮气进入合成氨装置，进行下游产品的合成。采用本方案的煤炭的分质清洁利用工艺，解决了煤炭分质利用过程中，能源利用效率低，产业结构不合理，造成建设投资大，回收期长不便等问题。

Description

一种煤炭的分质清洁利用工艺

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种煤炭的分质清洁利用工艺。

背景技术

中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，从我国的能源资源和经济发展水平来看，在相当长的时间内，煤炭仍将是我国最主要的能源，但是煤炭的直接利用除了煤炭利用效率低外还存在一系列污染问题。中国已探明的煤炭储量中，中低阶煤占比55%以上，而中低阶煤中含有较高的挥发成分，若直接利用会造成资源的浪费，因此通过工艺耦合实现中低阶煤炭的分质梯级利用是中低阶煤炭高效清洁利用的有效途径，而煤热解是在一定的温度、绝氧环境下对煤进行热解，从而使煤中的挥发成分分解，产生热解固体、热解气和煤焦油的过程，是实现煤炭分质梯级利用的关键步骤。

以热解技术为龙头的分质清洁转化技术与其他煤燃烧发电、煤液化、煤气化及气化下游等方向相比，在投资强度、技术经济性、能源转化效率等方面均具有明显的优势，是煤炭综合利用的最优途径。目前煤炭的高效清洁热解工艺根据原料粒径不同分为块煤热解和粉煤热解工艺。

在针对以粉煤为原料的热解过程中，存在产生粉尘粒度小，含量高，热解粉焦和热解油气高温气固分离效果不理想等问题，最终导致煤焦油以及煤气中灰分含量高，质量较差，无法达到进一步深加工的质量指标；而以块煤为原料的热解工艺对原料粒径要求高，无法适用于现有开采情况下产生的大量粉煤，因此，在现有技术条件下，开展煤的综合热解是产业发展的方向。同时，以煤热解为龙头，产业链的选择和优化是煤化工高效、绿色可持续发展的基础。

有鉴于此，有必要对现有技术中的煤炭分质清洁利用产业链进行优化，以解决上述煤化工投资大、能源利用率低、运行成本高等一系列技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中原煤热解后产物质量差以及以煤炭为原料的多联技术的利用不充分、投资大、能源利用率低、运行成本高等问题，提供了一种煤炭的分质清洁利用工艺。

实现发明目的的技术方案如下：

一种煤炭的分质清洁利用工艺，包括如下工艺步骤：

步骤一，对原煤进行筛分，并通过皮带秤将筛分后的混合块煤、籽煤、粉煤送入热解装置进行热解；

步骤二，经步骤一热解后产生煤焦油和热解气，所述煤焦油送入加氢装置，热解气送入制氢装置，所述制氢装置分解出氢气和制氢解吸气，所述氢气送入加氢装置和合成氨装置，制氢解吸气进入热解炉和发电装置；

步骤三，通过空分装置向步骤二中的热解炉中送入氧气；

步骤四，步骤三中由空分装置产生的氮气进入合成氨装置，进行下游产品的合成。

更进一步的，所述步骤一中采用筛分装置对原煤进行筛分，所述筛分装置包括第一筛层、第二筛层和第三筛层，所述第一筛层的筛分径粒为d₁≥40mm，所述第二筛层的筛分径粒为10 mm≤d₂≤40mm，所述第三筛层的筛分径粒为5 mm≤d₃≤10mm。

更进一步的，所述热解装置包括热解炉、煤气净化装置和制氢装置，所述煤气净化装置设置于制氢装置与所述热解炉之间，且所述煤气净化装置与制氢装置之间设有第一管路，所述第一管路上设置有流量调节阀。

更进一步的，所述制氢装置与所述热解炉通过第二管路相连，所述第二管路上设置有减压装置，所述减压装置包括减压阀、水封和缓冲罐，所述减压阀和水封之间的管路上设置有第二调节阀，所述缓冲罐和热解炉之间的管路上设置有第三调节阀。

更进一步的，所述热解装置还包括第三管路，所述第三管路连接煤气净化装置和第一管路，且所述第三管路上设置有第一调节阀，所述第三管路连通至第二管路，并将净化后的煤气和制氢解吸气混合后输送至热解炉。

更进一步的，所述步骤三中的空分装置包括氧气存储罐和空气鼓风机，所述空分装置将空气中的氧气进行分离出来，所述氧气存储罐将分离出的氧气进行存储，所述空气鼓风机将空气输送至富氧通道。

更进一步的，所述空分装置分离出的氧气与所述空气鼓风机中进入的空气在所述富氧通道内进行混合形成富氧，所述富氧的氧含量在25%以上。

更进一步的，所述热解炉上设置有总管路，所述总管路为环形套管，形成富氧通道和燃气通道，所述燃气通道与所述第二管路相连通。

更进一步的，所述筛分装置与热解炉之间还设置有混合器，所述混合器对筛分后的混合块、籽、粉煤进行预混。

更进一步的，所述热解炉的入口处还设置有卸料阀，所述卸料阀采用星型卸料阀。

与现有技术相比，本发明型的有益效果是：

（1）本发明的一种煤炭的分质清洁利用工艺，相比与现有技术，本方案的煤炭的分质清洁利用工艺首先通过对原煤进行三级筛分，并通过皮带秤称重后送入热解炉进行热解，严格控制进入热解炉中混合块、籽、粉煤的比例，然后经热解炉热解后分别产生质量较好的固体、热解气和煤焦油，其中，热解过程中，在煤气的回收再利用环节中通入富氧，使氮含量降低，保证了产物质量的大大提升，最后再进行下一步深加工；在整个产业链中煤化工投资小，能源利用率高，并优化了整个运行成本，适合推广。

（2）本发明的一种煤炭的分质清洁利用工艺，在热解过程中，由于经热解炉处理后产生的荒煤气中含有CO、CO₂、H₂等物质，若将其直接输送至制氢系统中，则会产生制氢吸附剂失活等问题，从而影响制氢系统，因此，废气再回炉装置中需设置煤气净化装置，对荒煤气进行净化处理后，再将其送入制氢装置。

（3）本发明的一种煤炭的分质清洁利用工艺，在解吸气回收利用时，由于经制氢装置处理后分解出的解吸气压力较大，因此通过设置减压装置进行二次降压处理，保证管道内处于正压状态，避免气体回流造成安全隐患。

（4）本发明的一种煤炭的分质清洁利用工艺，通过增加富氧装置，向净化后的煤气以及解吸气中通入氧含量为50%～60%的富氧，相比于原有技术中的热解技术，通入的助燃气体中氮含量由78%降低到了30%～45%，大大降低了富氧煤气中的无效成分，使热解炉中产生的煤气的品质得到了提升，同时减少了氮化物排放对环境造成的污染。

（5）本发明的一种煤炭的分质清洁利用工艺，在热解炉的入口处设置星型卸料阀，可以对入料的流量进行控制，避免入料时在热解炉的入口处造成拥堵，影响热解效果，同时还对热解炉起到了密封的作用，保证炉内热解燃料气跑出炉外，造成空气污染。

附图说明

图1为本发明的煤炭分质清洁利用工艺流程图；

图2为本发明的富氧热解装置结构示意图；

图3为图2中A处结构示意图；

图4为本发明的发电装置结构示意图；

其中，1、热解装置；2、制氢装置；3、加氢装置；4、空分装置；5、发电装置；6、合成氨装置；7、筛分装置；701、第一筛层；702、第二筛层；703、第三筛层；704、皮带秤；705、混合器；8、热解炉；9、煤气净化装置；10、空气鼓风机；11、氧气存储罐；12、第一流量调节阀；13、减压阀；14、第二调节阀；15、水封；16、第三调节阀；17、第一调节阀；18、第二流量调节阀；19、第三流量调节阀；20、第四流量调节阀；21、第五流量调节阀；22、燃气通道；23、富氧通道；24、总管路；25、原煤洗选厂；26、烘干装置；27、除尘脱硫装置；28、储煤仓；29、给料机；30、流化床锅炉；31、卸料阀。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1

结合图1，本实施例的一种煤炭的分质清洁利用工艺，包括如下工艺步骤：步骤一，对原煤进行筛分，并通过皮带秤704将筛分后的混合块煤、籽煤、粉煤送入热解装置1进行热解；步骤二，经步骤一热解后产生煤焦油和热解气，所述煤焦油送入加氢装置3，热解气送入制氢装置2，所述制氢装置2分解出氢气和制氢解吸气，所述氢气送入加氢装置3和合成氨装置6，制氢解吸气进入热解炉8和发电装置5；步骤三，通过空分装置4向步骤二中的热解炉8中送入氧气；步骤四，步骤三中空分装置4产生的氮气进入合成氨装置6，进行下游产品的合成。

通过对原煤进行三级筛分，并通过皮带秤704称重后送入热解炉8行热解，严格控制进入热解炉8中合块煤、籽煤、粉煤的比例，然后经热解炉8解后分别产生质量较好的固体、热解气和煤焦油，其中，热解过程中，在煤气的回收再利用环节中通入富氧，使氮含量降低，保证了产物质量的大大提升，最后再进行下一步深加工，使得热解后的产物得到充分的利用。

其中，加氢装置3用于将热解过程中产生的煤焦油以及由制氢装置2产生的氢气进行加工，作为清洁燃料使用，合成氨装置6将制氢装置2产生的氢气以及富氧装置4产生的氮气进行加工合成，用于加工尿素等下游产品，本方案在此不做过多赘述以及要求。

另外，结合图4，本方案中的发电装置具体包括原煤洗选厂25、烘干装置26、除尘脱硫装置27、储煤仓28、给料机29和流化床锅炉30，首先经原煤洗选厂25洗选出煤泥，进入烘干装置26进行烘干处理（由于泥具有粒度细、持水性强、灰分高、黏度大等特点，一般含水量在30%左右，不能直接用于燃烧），得到干煤泥，将由烘干装置26蒸发出的气体经除尘脱硫装置27进行脱硫处理，将干煤泥通过皮带送入储煤仓28进行备用，使用时，将储煤仓28中的干煤泥通过给料机29送入流化床锅炉30的炉膛内，同时，将制氢装置2中分解出的解吸气同时通入烘干装置26和流化床锅炉30，通过流化床锅炉30燃烧干煤泥产生的蒸汽进行发电。

实施例2

相比于实施例1，如图2所示，本实施例的一种煤炭的分质清洁利用工艺，更进一步的，所述步骤一中采用筛分装置6对原煤进行筛分，所述筛分装置6包括第一筛层701、第二筛层702和第三筛层703，所述第一筛层701的筛分径粒为d₁≥40mm，所述第二筛层702的筛分径粒为10 mm≤d₂≤40mm，所述第三筛层703的筛分径粒为5 mm≤d₃≤10mm。通过三层筛层将原煤进行筛分，第一筛层701筛出粒径为40mm以上的块煤，占总进入热解炉3煤量的40%～50%，第二筛层702筛出粒径为10 mm～40mm的籽煤，占总进入热解炉3煤量的30%～40%，第三筛层703筛出粒径为5mm～10mm的粉煤，占总进入热解炉8煤量的20%～30%，为保证筛煤量的准确性，在每层筛层上设置有皮带秤704，通过皮带秤704对筛煤量进行把控，以保证混煤的均匀性，经过三级筛分，将小于5 mm的面煤完全过滤下去，保证炉内的热解效率。

所述热解装置1包括热解炉8、煤气净化装置9和制氢装置2，所述煤气净化装置9设置于制氢装置2与所述热解炉8之间，且所述煤气净化装置9与制氢装置2之间设有第一管路，所述第一管路上设置有流量调节阀12；所述制氢装置2与所述热解炉8通过第二管路相连，所述第二管路上设置有减压装置，所述减压装置包括减压阀13、水封15和缓冲罐，所述减压阀13和水封15之间的管路上设置有第二调节阀14，所述缓冲罐和热解炉8之间的管路上设置有第三调节阀16；所述热解装置1还包括第三管路，所述第三管路连接煤气净化装置9和第一管路，且所述第三管路上设置有第一调节阀17，所述第三管路连通至第二管路，并将净化后的煤气和制氢解吸气混合后输送至热解炉8。

具体的，煤气净化装置9将热解炉8中产生的荒煤气进行净化，并将净化后的荒煤气一部分进入制氢装置2，制氢装置5通过处理将煤气分解为99.9%的氢气和解吸气，解吸气通过第二管路进入热解炉8，99.9%的氢气进入加氢装置3进行下一步处理；净化后的荒煤气另一部分直接通过第三管路与解吸气混合后进入热解炉8进行回收利用。

实施例3

相比于实施例2，本实施例的一种煤炭的分质清洁利用工艺，更进一步的，所述步骤三中的空分装置4还包括氧气存储罐11和空气鼓风机10，氧气存储罐11和空气鼓风机10分别连接富氧管路，氧气存储罐11还与空分装置4相连接，所述空分装置4将空气中的氧气进行分离出来，所述氧气存储罐11将分离出的氧气进行存储，所述空气鼓风机10将空气输送至富氧通道23，所述空分装置4分离出的氧气与所述空气鼓风机10中进入的空气在所述富氧通道23内进行混合形成富氧，所述富氧的氧含量在25%以上。

空分装置4对空气中的气体进行分离，将分离出的氧气存储至氧气存储罐11，氮气输送至合成氨装置6中去，空分装置4与氧气存储罐11相连，并接通至富氧管路；另外，空气鼓风机10也接通至富氧管路，将空气与纯氧进行混合，对含氧的浓度进行调控，此处需注意，在实际使用中，需保证氧气输送过程中的安全性。

由于空气鼓风机10送入的空气中氧含量在21%左右，而助燃气体的氧含量要保证在50%～60%，通过空分装置4对空气中的氧气进行分离，并通过氧气存储罐11对分离出的氧气进行收集存储，此时氧气存储罐11中的氧含量在99%～100%，因此需通过第二流量调节阀18对通入的纯氧的流量进行控制，以保证通入总管路24中的氧含量达到50%～60%，此外，在空气鼓风机10与富氧管路相连的管路上设置有第三流量调节阀19，以便于随时控制空气的通入量，在富氧管路上设置第四流量调节阀20，实现对总的富氧流量的控制。

结合图2和图3，所述热解炉8上设置有总管路24，所述总管路24为环形套管，形成富氧通道23和燃气通道22，所述富氧通道23与富氧管路相连通，所述燃气通道22与所述第二管路相连通，由于富氧中的氧含量还是比较高的直接将富氧与混合热解燃气在管路中混合容易造成事故，因此需分别送入炉中，但现有的热解炉8的燃气通道口只有一个，因此，将通入热解炉8中的总管路24设计为环形管路，形成双通道，将富氧与混合热解燃气分别送入，既保证了安全又解决了一个通道送入两种气体的难题，燃气通道22上设有第五流量调节阀21，便于对混合后的燃气的流量进行调节。

此外，所述筛分装置6与热解炉8之间还设置有混合器705，所述混合器705对筛分后的混合块、籽、粉煤进行预混，所述热解炉8的入口处还设置有卸料阀31，所述卸料阀31采用星型卸料阀。

混合器705对三级筛分后的煤进行混合，保证混合块、籽、粉煤进入热解炉3内后密度均匀，不会在将混合块、籽、粉煤送入热解炉8中之前造成混合块、籽、粉煤破碎而产生面煤，保证炉内煤的充分热解。

在热解炉8的入口处设置星型卸料阀，可以对入料的流量进行控制，避免入料时在热解炉8的入口处造成拥堵，进而造成煤热解不充分，影响热解效果；此外，星型卸料阀密封还具有密封作用，由于星型卸料阀具有多个扇叶，送料转动时，其扇叶的尺寸正好能将炉口封闭，保证炉内热解燃料气不会从炉口泄露，既不会造成空气污染还能保证炉内压力稳定。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

步骤一，对原煤进行筛分，并通过皮带秤（704）将筛分后的混合块煤、籽煤、粉煤通过混合器（705）进行预混后，再送入热解装置（1）进行热解；所述块煤的径粒为40mm以上，占总进入热解炉3煤量的40%～50%，所述籽煤的径粒为10 mm～40mm，占总进入热解炉3煤量的30%～40%，所述粉煤的径粒为5mm～10mm，占总进入热解炉3煤量的20%～30%；

所述热解装置（1）包括热解炉（8）、煤气净化装置（9）和制氢装置（2），所述煤气净化装置（9）设置于制氢装置（2）与所述热解炉（8）之间，且所述煤气净化装置（9）与制氢装置（2）之间设有第一管路；

所述热解装置（1）还包括第三管路，所述第三管路连接煤气净化装置（9）和第一管路；

步骤二，经步骤一热解后产生煤焦油和热解气，所述煤焦油送入加氢装置（3），热解气一部分通过第一管路送入制氢装置（2），另一部分通过第三管路与制氢解吸气混合后进入热解炉（8），所述制氢装置（2）分离出氢气和制氢解吸气，所述氢气送入加氢装置（3）和合成氨装置（6），制氢解吸气进入热解炉（8）和发电装置（5）；

步骤三，通过空分装置（4）向步骤二中的热解炉（8）中送入氧气；

所述氧气与所述制氢解吸气分别通过两个通道进入热解炉（8），或所述氧气与所述热解气和所述制氢解吸气的混合燃气分别通过两个通道进入热解炉（8）；

步骤四，步骤三中由空分装置（4）产生的氮气进入合成氨装置（6），进行下游产品的合成。

2.根据权利要求1所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述步骤一中采用筛分装置（6）对原煤进行筛分，所述筛分装置（6）包括第一筛层（701）、第二筛层（702）和第三筛层（703），所述第一筛层（701）的筛分径粒为d₁≥40mm，所述第二筛层（702）的筛分径粒为10 mm≤d₂≤40mm，所述第三筛层（703）的筛分径粒为5 mm≤d₃≤10mm。

3.根据权利要求1所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述第一管路上设置有流量调节阀（12）。

4.根据权利要求3所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述制氢装置（2）与所述热解炉（8）通过第二管路相连，所述第二管路上设置有减压装置，所述减压装置包括减压阀（13）、水封（15）和缓冲罐，所述减压阀（13）和水封（15）之间的管路上设置有第二调节阀（14），所述缓冲罐和热解炉（8）之间的管路上设置有第三调节阀（16）。

5.根据权利要求4所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述第三管路上设置有第一调节阀（17），所述第三管路连通至第二管路，并将净化后的煤气和制氢解吸气混合后输送至热解炉（8）。

6.根据权利要求1所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述步骤三中的空分装置（32）还包括氧气存储罐（11）和空气鼓风机（10），所述氧气存储罐（11）和空气鼓风机（10）分别连接富氧管路，所述氧气存储罐（11）还与空分装置（4）相连接，所述空分装置（32）将空气中的氧气进行分离出来，所述氧气存储罐（11）将分离出的氧气进行存储，所述空气鼓风机（10）将空气输送至富氧管路。

7.根据权利要求6所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述空分装置（32）分离出的氧气与所述空气鼓风机（10）中进入的空气在所述富氧管路内进行混合形成富氧，所述富氧的氧含量在25%以上。

8.根据权利要求4-5中任一项所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述热解炉（8）上设置有总管路（24），所述总管路（24）为环形套管，形成富氧通道（23）和燃气通道（22），所述富氧通道（23）与富氧管路相连通，所述燃气通道（22）与所述第二管路相连通。

9.根据权利要求2所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述筛分装置（6）与热解炉（8）之间还设置有混合器（705），所述混合器（705）对筛分后的混合块、籽、粉煤进行预混。

10.根据权利要求9所述的一种煤炭的分质清洁利用工艺，其特征在于，所述热解炉（8）的入口处还设置有卸料阀（31），所述卸料阀（31）采用星型卸料阀。