CN114907870B - 一种粘结性洗中煤的提质方法及热解反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粘结性洗中煤热解提质技术领域，尤其涉及一种粘结性洗中煤的提质方法及热解反应器。本发明提供了一种粘结性洗中煤的提质方法，包括以下步骤：将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段、软化段、解熔解聚段、固化段和冷却段，进行分区控温热解，反应器底部得到兰炭，反应器顶部得到焦油和煤气。所述提质方法可以很好的解决粘结性洗中煤在热解过程中煤料粘结膨胀的问题。

Description

一种粘结性洗中煤的提质方法及热解反应器
技术领域
本发明涉及粘结性洗中煤热解提质技术领域，尤其涉及一种粘结性洗中煤的提质方法及热解反应器。
背景技术
粘结性洗中煤作为煤炭洗选过程中介于精煤和煤矸石之间的中间产物，具有粘结性强、灰分含量高的特点，目前主要作为劣质燃料直接用于锅炉燃烧。
通常，粘结性洗中煤经洗选后挥发分仍高达25％～40％，可作为热解提质原料，经热解制取兰炭、焦油和煤气产品。然而，由于该煤种在热解过程中会形成大量的气、液、固三相并存的胶质体，并会进一步受热固化、膨胀。采用传统的固定热解提质工艺会使得煤颗粒相互粘结或粘结在炉壁上，导致兰炭产品粘结抱团、炉内悬挂卡料、卸料分离困难以及兰炭灰分含量高峰问题，严重影响产品质量和热解反应器的可操作性。目前，通过预氧化法、溶剂萃取等方法对降低热解原料的粘结性取得一定进展，但其工艺流程长，处理成本高，实用性差，并未实现推广应用。因此，如何有效的实现粘结性洗中煤热解提质并解决煤料粘结膨胀的问题，提高热解反应器的可操作性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粘结性洗中煤的提质方法、热解反应器，所述提质方法可以解决粘结性洗中煤在热解过程中煤料粘结膨胀的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种粘结性洗中煤的提质方法，包括以下步骤：
将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段、软化段、解熔解聚段、固化段和冷却段，进行分区控温热解，反应器底部得到兰炭，反应器顶部得到焦油和煤气。
优选的，所述粘结性洗中煤的粘结指数≥40、灰分含量≥30wt％。
优选的，将所述粘结性洗中煤输送至热解反应器前，还包括将粘结性洗中煤和不粘煤进行混合；
所述不粘煤的粘结指数≤10、灰分含量≤15wt％。
优选的，所述粘结性洗中煤和不粘煤的质量比为(5～9)：(1～5)。
优选的，所述粘结性洗中煤和不粘煤的粒径独立的为10～90mm。
优选的，所述多通道布气的方式为：在所述热解反应器的侧壁由下到上依次设置有第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道：并分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入循环载气。
优选的，所述循环载气包括所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气。
优选的，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为 1200m3/h、200～250m3/h、300～500m3/h、200～250m3/h和50～100m3/h。
优选的，所述干燥段的温度为<180℃；所述软化段的温度为150～395℃；所述解熔解聚段的温度为350～500℃；所述固化段的温度为500～900℃；所述冷却段的温度<80℃。
本发明还提供了一种热解反应器，包括在所述热解反应器的侧壁由下到上依次设置的第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道。
本发明提供了一种粘结性洗中煤的提质方法，包括以下步骤：将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段、软化段、解熔解聚段、固化段和冷却段，进行分区控温热解，反应器底部得到兰炭，反应器顶部得到焦油和煤气。本发明通过多通道布气的方式可以很好的控制胶质体在所述热解反应器内的停留时间，促进粘结性洗中煤热解产生的胶质体更好的被循环载气带出；同时，通过多通道布气的方式，实现对反应器精准分区控温，干燥段实现干燥水的回收利用，软化段用于煤的软化，解熔解聚段可以实现煤的快速热解，固化段用于兰炭的快速固化，形成高强度半焦；由于粘结性性洗中煤在软化段和解熔解聚段会生成大量的胶质体，并伴随着胶质体的熔融粘结，通过上述多通道布气的方式可以针对性的调节软化段和解熔解聚段的循环载气，降低煤料处在塑性状态的时间，进一步减少物料间的交联、缩聚等二次反应，有效降低兰炭产品的粘结成块倾向，实现兰炭的顺利出料，解决了兰炭粘结堵塞的问题，提高了热解反应的可操作性。
附图说明
图1为本发明所述热解反应器的结构示意图；
其中，1-第一循环载气通道，2-第二循环载气通道，3-第三循环载气通道，4-第四循环载气通道，5-第五循环载气通道，6-冷却段，7-固化段，8- 解熔解聚段，9-软化段，10-干燥段，11-兰炭出口，12-物料进口，13-煤气和焦油出口。
具体实施方式
本发明提供了一种粘结性洗中煤的提质方法，包括以下步骤：
将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段、软化段、解熔解聚段、固化段和冷却段，进行分区控温热解，反应器底部得到兰炭，反应器顶部得到焦油和煤气。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述粘结性洗中煤的粘结指数优选≥40、灰分含量优选≥30wt％。
在本发明中，将所述粘结性洗中煤输送至热解反应器前，还优选包括将粘结性洗中煤和不粘煤进行混合；所述不粘煤的粘结指数优选≤10、灰分含量优选≤15wt％。在本发明中，所述混合的方式优选为机械混合；本发明对所述机械混合的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。
在本发明中，所述粘结性洗中煤和不粘煤的质量比优选为(5～9)：(1～5)，更优选为5:5、6:4、7:3、8:2或9:1。
在本发明中，所述粘结性洗中煤和不粘煤的粒径独立的优选为 10～90mm，更优选为30～80mm。
在本发明中，当所述粘结性洗中煤和不粘煤的混合物作为热解的原料时，所述粘结性洗中煤和不粘煤在热解过程中存在交互作用，不粘煤颗粒阻隔了粘结性洗中煤受热产生的胶质体的流动性，更进一步的降低了煤粒之间粘结倾向，同时，还能够进一步的降低制备得到的兰炭的灰分含量，强化了兰炭的机械性能，有效的改善了兰炭产品的品质。
在本发明中，所述多通道布气的方式优选为：在所述热解反应器的侧壁由下到上依次设置有第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道：并分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入循环载气。
在本发明中，所述循环载气优选包括所述所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气。在本发明中，所述循环载气的温度优选为 750℃。
在本发明中，所述循环载气在一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为 1200m3/h、200～250m3/h、300～500m3/h、200～250m3/h和50～100m3/h。
在本发明中，所述干燥段的温度优选为<180℃；所述软化段的温度优选为150～395℃，更优选为200～300℃，最优选为230～260℃；所述解熔解聚段的温度优选为350～500℃，更优选为380～430℃；所述固化段的温度优选为500～900℃，更优选为600～800℃；所述冷却段的温度优选<80℃。
本发明还提供了一种热解反应器，包括在所述热解反应器的侧壁由下到上依次设置的第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道。
在本发明中，所述热解反应器还优选包括位于所述热解反应器顶部的物料进口和煤气出口(如图1所示)。
下面结合实施例对本发明提供的粘结性洗中煤的提质方法及热解反应器进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
反应原料如表1所示：
表1粘结性洗中煤和不粘煤的物性参数
煤料 灰分Ad，wt％ 挥发分Vdaf，wt％ 粘结指数 粒径,mm
粘结性洗中煤 34.24 27.10 41.5 30～80
不粘煤 7.47 33.93 6.2 30～80
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
按照质量比5:5，将粘结性洗中煤和不粘煤进行机械混合，得到混合料，所述混合料的粘结指数为25.3；
将所述混合料通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气 (温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、200m3/h、300m3/h、200m3/h和100m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为165℃)、软化段(温度为371℃)、解熔解聚段(温度为458℃)、固化段(温度为544℃)和冷却段(温度为65℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为27.64(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
实施例2
反应原料如表1所示：
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
按照质量比6:4，将粘结性洗中煤和不粘煤进行机械混合，得到混合料，所述混合料的粘结指数为29.52；
将所述混合料通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气 (温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、200m3/h、350m3/h、200m3/h和100m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为158℃)、软化段(温度为374℃)、解熔解聚段(温度为461℃)、固化段(温度为551℃)和冷却段(温度为57℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为29.35(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
实施例3
反应原料如表1所示：
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
按照质量比7:3，将粘结性洗中煤和不粘煤进行机械混合，得到混合料，所述混合料的粘结指数为32.33；
将所述混合料通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气 (温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、200m3/h、400m3/h、200m3/h和100m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为156℃)、软化段(温度为372℃)、解熔解聚段(温度为453℃)、固化段(温度为532℃)和冷却段(温度为55℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为33.17(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
实施例4
反应原料如表1所示：
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
按照质量比8:2，将粘结性洗中煤和不粘煤进行机械混合，得到混合料，所述混合料的粘结指数为35.81；
将所述混合料通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气 (温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、200m3/h、450m3/h、250m3/h和50m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为167℃)、软化段(温度为395℃)、解熔解聚段(温度为442℃)、固化段(温度为542℃)和冷却段(温度为57℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为35.02(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
实施例5
反应原料如表1所示：
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
按照质量比9:1，将粘结性洗中煤和不粘煤进行机械混合，得到混合料，所述混合料的粘结指数为36.82；
将所述混合料通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气 (温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、250m3/h、500m3/h、250m3/h和50m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为163℃)、软化段(温度为368℃)、解熔解聚段(温度为453℃)、固化段(温度为527℃)和冷却段(温度为55℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为35.73(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
实施例6
反应原料如表2所示：
表2粘结性洗中煤的物性参数
煤料 灰分Adaf，wt％ 挥发分Vdaf，wt％ 粘结指数 粒径,mm
粘结性洗中煤 27.5 29.61 32.30 30～80
提质方法(在图1所述的热解反应器中进行)：
将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气作为循环载气(温度为750℃)，所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、250m3/h、500m3/h、250m3/h和50m3/h；将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段(温度为143℃)、软化段(温度为345℃)、解熔解聚段(温度为447℃)、固化段(温度为507℃)和冷却段(温度为 52℃)，进行分区控温热解，得到兰炭(灰分含量为32.25(Ad，wt％))，所述兰炭从炉底顺畅排出；热解产生的焦油和煤气被载气从炉顶排出，并进过分离冷却后得到焦油和煤气产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种粘结性洗中煤的提质方法，其特征在于，由以下步骤组成：
将粘结性洗中煤通过热解反应器的顶部进入所述热解反应器中，通过多通道布气的方式将所述热解反应器的反应腔体划分为干燥段、软化段、解熔解聚段、固化段和冷却段，进行分区控温热解，反应器底部得到兰炭，反应器顶部得到焦油和煤气；所述干燥段的温度为143℃；所述软化段的温度为345℃；所述解熔解聚段的温度为447℃；所述固化段的温度为507℃；所述冷却段的温度为52℃；
所述多通道布气的方式为：在所述热解反应器的侧壁由下到上依次设置有第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道：并分别通过所述第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道在所述热解反应器中通入循环载气；
所述循环载气在第一循环载气通道、第二循环载气通道、第三循环载气通道、第四循环载气通道和第五循环载气通道中的载气量分别为1200m3/h、250m3/h、500m3/h、250m3/h和50m3/h；
所述粘结性洗中煤的粘结指数为32.30、灰分Adaf的含量为27.5wt％，挥发分Vdaf的含量为29.61wt％；
所述粘结性洗中煤的粒径为30～80mm。
2.如权利要求1所述的提质方法，其特征在于，所述循环载气包括所述分区控温热解产生的荒煤气和空气混合燃烧后的烟气。
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