CN203440329U - 一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统 - Google Patents

一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统 Download PDF

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张志刚
樊英杰
冉伟利
苗青
尚建选
闵小建
郑化安
张生军
马勇
贾培军
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Abstract

本实用新型提供了一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,系统包括移动颗粒床除尘器以及多个并列的金属过滤器;所述移动颗粒床除尘器以催化剂为滤料;所述移动颗粒床除尘器的顶部连接有旋风分离器,所述移动颗粒床除尘器的底部连接有振动筛,所述振动筛与旋风分离器通过提升管相连;中低温干馏煤气在催化剂的作用下裂解除尘后进入到金属过滤器内进一步过滤后排出,含有粉尘的催化剂经振动筛进入到提升管,催化剂在提升管内实现再生后重新返回到移动颗粒床除尘器内,所述提升管内通入有含氧烟气以实现催化剂的再生。本实用新型系统不仅将热解油气和热解粉焦进行了有效分离,而且将催化剂引入到上述除尘过程中,显著提高了热解焦油的品质。

Description

一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及煤气除尘领域,尤其涉及中低温粉煤热解工艺中挥发分除尘的系统。
【背景技术】
[0002] 煤炭分质清洁高效转化技术路线是目前煤炭清洁高效综合利用的最佳出路,粉煤中低温热解技术是煤炭分质清洁高效转化路线的核心技术。目前采用固体热载体为热源的粉煤热解工艺如L-R工艺、Garrett工艺和中国大连理工大学的新法干馏工艺等虽然都完成了过程的放大,但均没有得到大规模的工业应用。其中,含尘挥发分的除尘技术是上述粉煤热解工艺普遍遇到的技术难题。究其原因,粉煤中低温热解过程中产生的热解气具有成分复杂、重质焦油组分多、粉尘含量大、粉尘形状不规则、气体温度高等特点,于是热解粉焦和热解油气高温在线分离效果不理想,最终导致煤焦油中灰分含量偏高,质量较差,无法达到煤焦油进一步深加工的质量指标,从而阻碍了粉煤热解技术的工业化进程。因此,热解工艺中挥发分的高效除尘技术成为低阶煤中低温热解工业化过程中亟需解决的关键问题。
[0003] 本领域技术应用范围内常用的含尘气体除尘器主要有旋风分离器、颗粒床除尘器和金属丝网过滤器等。其中,旋风除尘器压降一般较高,而且对于5-lOum以下的尘粒捕集效率低,只能达到60-80%左右,故旋风除尘器一般只能作为预除尘设备。颗粒床除尘器一般以煤颗粒、石英砂、石灰石、压制成型的氧化硅、氧化铝球等作为滤料,目前一般主要用于去除高温烟气或高温煤气中的粉尘,而应用于低温干馏煤气除尘工况时重质焦油组分容易引起颗粒床层死床的现象,因此常规的颗粒床对于去除热解气中夹带的重质焦油成分则并不适用。此外,颗粒床过滤器对微细粉尘捕集效率还不高,很难满足过滤精度要求较高的工况。而金属丝网过滤器具有良好的热抗震性和机械性能,并且具有较高的过滤精度。然而,在含尘气体浓度较高时,金属丝网过滤器也存在容易堵塞、反吹频率过高等问题。目前国内外很多科研 单位都尝试各种分离、除尘方法,试图开发一种较为可行的中低温粉煤热解煤气高效除尘的系统及方法。
【实用新型内容】
[0004] 为了解决粉煤中低温热解工艺中热解油气和热解粉焦高效分离的技术难题,本实用新型提供了一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统。
[0005] 一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,包括移动颗粒床除尘器以及多个并列的金属过滤器;所述移动颗粒床除尘器以催化剂为滤料;所述移动颗粒床除尘器的顶部和底部通过提升管相连。
[0006] 作为本实用新型的优选实施例,所述移动颗粒床除尘器的顶部连接有旋风分离器,所述移动颗粒床除尘器的底部连接有振动筛,所述振动筛与旋风分离器通过提升管相连。
[0007] 作为本实用新型的优选实施例,所述振动筛通过输送管线与移动颗粒床除尘器相连,且振动筛的中轴线与移动颗粒床除尘器的中轴线成钝角设置。
[0008] 作为本实用新型的优选实施例,所述金属过滤器通过反吹气入口连接有氮气源和烟气源。
[0009] 作为本实用新型的优选实施例,所述催化剂为金属W改性的USY分子筛催化剂颗粒。
[0010] 作为本实用新型的优选实施例,所述金属过滤器的煤气入口设置在金属过滤器的侧面,煤气出口设置在金属过滤器的顶部;所述反吹气入口设置在金属过滤器的顶部,反吹气出口设置在金属过滤器的底部。
[0011] 与现有技术相比,本实用新型一体化系统至少具有以下优点:本实用新型系统包括移动颗粒床除尘器和多个并列的金属过滤器,在移动颗粒床除尘器内,中低温干馏煤气在催化剂作用下,重质焦油被催化裂解生成较为轻质的组分,同时,热解气中的大部分粉尘被催化剂颗粒床层截留,裂解和除尘后,热解煤气在金属过滤器内对细小粉尘再次除尘,而含有粉尘的催化剂颗粒在振动筛内分离后,粉尘被排出,催化剂颗粒进入到提升管内,在提升管内,粘附在催化剂表面的焦油粘附物被含氧烟气氧化燃烧后返回至移动颗粒床除尘器。由此可知,本实用新型系统不仅将热解油气和热解粉焦进行了有效分离,并将催化剂引入到上述除尘过程中,显著提高了热解焦油的品质。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的一种适合于中低温粉煤热解工艺中挥发分高效除尘系统的示意图。
[0013] 图中各标识含义如下: [0014] A.颗粒床过滤系统;B.金属滤网过滤系统;
[0015] 1.移动颗粒床除尘器;2.振动筛;3.提升管;4.旋风分离器;5.催化剂装填口 ;
6.颗粒床煤气入口 ;7.颗粒床煤气出口 ;8a、8b是金属过滤器;9a、9b是金属过滤器煤气入口 ; 10a、IOb是金属过滤器煤气出口 ; I la、I Ib是反吹气体入口 ; 12a、12b是反吹气体出口 ;V1^V2是煤气入口阀;V3、V4是煤气出口阀;V5、V6是反吹气入口阀;v7、v8是反吹气出口阀。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本实用新型进行详细的描述:
[0017] 本实用新型的组合式除尘系统主要由颗粒床过滤系统A和金属滤网过滤系统B组成。其中颗粒床过滤系统A主要包括移动颗粒床除尘器1,振动筛2,提升管3,旋风分离器
4。其中,移动颗粒床除尘器I顶部设有催化剂装填口 5,左、右两侧各设有煤气入口 6和煤气出口 7。金属滤网过滤系统B主要包括一组并列的金属过滤器8a和金属过滤器Sb (本实用新型以两个金属过滤器为例),其中金属过滤器8a侧面设有金属过滤器煤气入口 9a,顶部分别设有金属过滤器煤气出口 IOa和反吹气体入口 11a,底部设有反吹气体出口 12a;类似的,金属过滤器8b侧面设有金属过滤器煤气入口 %,顶部分别设有金属过滤器煤气出口 IOb和反吹气体入口 11b,底部设有反吹气体出口 12b。金属过滤器8a和金属过滤器8b的结构完全相同,除尘过程中交替使用。
[0018] 移动颗粒床除尘器I底部出口通过输送管线与振动筛2入口相连接,振动筛2用于将催化剂颗粒和粉尘分离,振动筛2的出口通过管线与提升管3入口相连接,在提升管内部完成了催化剂颗粒的输送和再生过程。提升管3出口通过输送管线与旋风分离器4入口连接,旋风分离器4顶部设有烟气出口,而旋风分离器4底部出口通过管线与移动颗粒床除尘器I顶部入口相连接。
[0019] 移动颗粒床除尘器I右侧煤气出口分为两路,一路通过输送管线经阀门V1与金属过滤器8a侧面煤气进口 9a相连接,另一路通过输送管线经阀门V2与金属过滤器Sb侧面煤气进口 9b相连接,金属过滤器8a和金属过滤器8b均设有除尘煤气出口 IOa和10b。金属过滤器8a顶部除尘煤气出口 IOa与阀门V3相连接,金属过滤器8b顶部除尘煤气出口 IOb与阀门V4相连接。
[0020] 氮气源或烟气源出口分为两路,一路通过输送管线经阀门V5与金属过滤器8a顶部吹扫气入口 Ila相连接,另一路通过输送管线经阀门V6与金属过滤器Sb顶部吹扫气入口 Ilb相连接。金属过滤器8a底部除尘煤气出口 12a与阀门V7相连接,金属过滤器8b底部除尘煤气出口 12b与阀门V8相连接。
[0021] 本实用新型基于将移动颗粒床过滤器和金属滤网过滤器组合除尘并在除尘过程中引入催化剂,形成了催化热解和除尘一体化的新工艺、新方法,主要包括以下步骤:
[0022] ( I)除尘前准备过程:
[0023] 从移动颗粒床除尘器I顶部催化剂装填口 5加入催化剂颗粒,使其在颗粒床除尘器内堆积形成催化剂层,催化剂颗粒依次进入振动筛2和提升管3,提升管底部通入的气体介质是600-65(TC高温含氧烟气,催化剂颗粒在提升过程中被高温烟气预热直至催化剂床层温度为480-550°C。
[0024] 金属过滤器吹扫时,切断煤气进口阀VpV2和煤气出口阀V3、V4,打开反吹气入口阀V5^V6和反吹气出口阀V7、V8,通入480-550°C的氮气,吹扫数分钟,将金属过滤器中的空气全部用氮气气体置换,以防止除尘过`程中干馏煤气和空气形成爆炸性气体。同时,金属过滤器除尘系统被预热,温度维持在480-550°C。
[0025] (2)除尘过程:
[0026] 中低温干馏煤气从颗粒床煤气入口 6进入穿过催化剂颗粒层时,一方面重质焦油组分在催化剂颗粒的作用下催化裂解,生成较为轻质的组分,同时热解气中大部分粉尘在催化剂颗粒层被截留。中低温干馏煤气在催化剂床层内完成催化裂解和除尘之后,从颗粒床煤气出口 7排出。
[0027]为了进一步去除热解煤气中细小粉尘,提高煤气除尘的精度,从颗粒床煤气出口 7出来的热解煤气经过煤气入口阀V1后从金属过滤器煤气入口 9a进入金属过滤器8a,经过一次除尘后的热解煤气中所携带的细小粉尘在滤芯上被进一步截留。二次除尘煤气从金属过滤器煤气出口 IOa排出。
[0028] (3)催化剂颗粒再生过程:
[0029] 该系统中催化剂颗粒再生包括下述过程:中低温干馏煤气进入移动颗粒床除尘器1,错流穿过催化剂床层时中低温煤气中的大部分粉尘被催化剂颗粒截留,含有粉尘的催化剂颗粒在重力作用下缓慢向下移动,从移动颗粒床除尘器I底部排出,送入振动筛2的顶部入口,催化剂颗粒和粉尘在振动筛2中分离。粉尘从振动筛2的底部排出系统,而催化剂颗粒通过输送管线送入提升管3的下部入口。提升管中的气体介质是600-650°C高温含氧烟气,氧气浓度为5%,含氧烟气在提升催化剂颗粒的过程中,同时氧化燃烧粘附在催化剂颗粒表面的焦油粘附物,从而实现了催化剂颗粒的再生。提升管3顶部与旋风分离器4相通,高温烟气和催化剂颗粒在旋风分离器4内完成气固分离,高温烟气从旋风分离器4顶部出口排出系统,而催化剂颗粒通过导管返回移动颗粒床除尘器I。
[0030] (4)金属过滤器再生过程:
[0031] 金属过滤除尘系统主要由两组金属过滤器(8a和Sb)并联组成,金属过滤器8a和金属过滤器8b之间相互切换,以保证除尘系统连续稳定运行。下面以金属过滤器8a除尘和金属过滤器8b再生过程为例将以说明。
[0032] 当金属过滤器8a除尘和金属过滤器8b再生同时进行时,金属过滤器8a的煤气入口阀V1和煤气出口阀V3自动打开,于此同时金属过滤器8b的反吹气体入口阀V6和反吹气体出口阀V8也自动打开,其余阀门V2、V4、V5, V7均处于关闭状态。
[0033] 金属过滤器8a除尘时,煤气入口阀V1和煤气出口阀V3处于打开状态,从颗粒床煤气出口 7出来的热解煤气经过煤气入口阀V1后从金属过滤器煤气入口 9a进入金属过滤器8a,经过一次除尘后的热解煤气中所携带的细小粉尘在滤芯上被进一步截留。二次除尘煤气从金属过滤器煤气出口 IOa排出。
[0034] 于此同时,金属过滤器8b完成再生,此时金属过滤器8b的反吹气体入口阀V6和反吹气体出口阀V8处于打开状态,具体再生过程包括以下步骤:
[0035] 首先,从氮气源引出高温氮气依次通过阀V6和吹扫气入口 Ilb进入金属过滤器8b,高温氮气对金属过滤器8b进行脉冲式反向吹扫,高温氮气的温度为480-550°C,吹扫气体和灰渣则从金属过滤器8b底部出口 12b排出;其次关闭氮气源,从烟气源引出高温烟气依次通过阀门V6和吹扫气入口 Ilb进入金属过滤器8b,高温烟气的温度为600-650°C,含有氧气浓度为5%,吹扫数次;最后将吹扫气源切换为氮气源,同理吹扫数次,将金属过滤器中的烟气全部用氮气气体置换,以防止除尘过程中干馏煤气和含氧气体形成爆炸性气体。同时,金属过滤器过滤系统温度维持在480-550°C。
[0036] 金属过滤器的过滤周期为50_60min,为保证金属过滤系统高效除尘,除尘50_60min后,金属过滤器8a和金属过滤器8b之间相互切换,此时,金属过滤器8a的煤气入口阀V1和煤气出口阀V3自动关闭,于此同时金属过滤器8b的反吹气体入口阀V6和反吹气体出口阀V8也自动关闭,而其余阀门V2、V4、V5、V7均自动打开。此时,当金属过滤器8b进行除尘和金属过滤器8a再生,此过程与上述过程相似,在此不再赘述。上述过程中整个系统的控制均由PLC操作控制系统完成。
[0037] 根据上述的中低温干馏煤气的除尘方法,所述的气体优选为含有焦油的中低温干馏煤气,本实用新型特别适用于含有重质焦油组分的低温热解煤气除尘。
[0038] 根据上述的中低温干馏煤气除尘方法,所述的催化剂为金属W改性的USY分子筛催化剂颗粒,能将热解煤气中重质焦油组分轻度催化裂解,增加热解产物中BTX等高附加值化学品的产率,从而显著提高了热解焦油的品质。
[0039] 本实用新型催化剂的制备方法:
[0040] 本实用新型W/USY催化剂的制备采用等体积浸溃法,将活性组分W均匀浸溃到载体USY上。下面将催化剂W/USY制备过程阐述如下:
[0041] 1.称取一定量的偏钨酸铵((NH4)6W7O24.6Η20),加入适量的蒸馏水,配制成浸溃液。[0042] 2.将一定量的USY载体浸溃吸附于以上配好的浸溃液中,充分搅拌均匀后,室温下静置5h,再经110-120°C干燥5h,450-480°C焙烧5h后制得W/USY分子筛催化剂。
[0043] 3.本实用新型活性金属的理论负载量定义为IOOg载体上负载活性金属氧化物的质量,该催化剂的W负载量为3-7.5%。
[0044] 4.W/USY催化剂在使用前需做硫化活化处理,催化剂硫化活化具体操作条件为:混合气体中H2S:H2=5:95 (体积比),硫化活化温度为350-390°C,硫化时间为4_6h。
[0045] 5.在上述制备好的粉末催化剂中添加一定量的粘结剂,通过加压成型压制成粒径为3-8mm的球型催化剂颗粒。
[0046] 下面结合实施例对本实用新型系统和方法做详细说明:
[0047] 本实用新型除尘系统中颗粒床过滤介质为金属钨改性的USY分子筛催化剂W/USY,其粒度为3-8mm效果最优;而金属过滤器中滤芯的材质为310S-20烧结金属材料,其微观结构为丝网网状结构。除尘实验进行时,首先将催化剂颗粒从加料口装入移动颗粒床并形成一定高度的催化剂颗粒床层,维持催化剂颗粒床层为480-550°C。移动床内催化剂颗粒在重力作用下缓慢下移,并由提升管将催化剂颗粒提升并经旋风分离器分离后返回移动颗粒床,并形成催化剂颗粒再生循环。催化剂颗粒在除尘过程中由于表面黏附有重质焦油组分,需在提升过程中氧化燃烧以除去催化剂颗粒表面黏附的重质焦油组分。提升管中输送催化剂颗粒的气体介质为600-650°C的高温含氧烟气,其氧气浓度控制在5%以内。提升管顶部设有一旋风分离器,高温烟气从旋风分离器上部排出系统,完成再生的催化剂颗粒通过传输管线返回到移动颗粒床内。金属过滤器除尘之前则先通过480-550°C高温氮气吹扫,一方面完成内部气体置换,以防止金属过滤器内部气体与干懼煤气混合形成爆炸性气体,另一方面将金属过滤系统温度升至480-550°C并维持此温度。金属过滤器除尘一段时间后需要进行清灰处理,以维持较高的除尘效率。金属过滤器再生包括下述过程:首先从反吹气体入口通入480-550°C高温氮气进行脉冲式反向吹扫,灰渣则从金属过滤器底部出口排出;其次通入600-650°C高温含氧烟气,氧气浓度小于5%,吹扫数次;最后再通入480-550°C高温氮气完成金属过滤器内气体置换,即完成金属过滤器整个再生过程。金属过滤系统设有两个并联的金属过滤器,可以实现其中一个金属过滤器在除尘的同时,另一台过滤器完成反吹再生,如此切换以达到连续除尘的目的。
[0048] 中低温干馏煤气是一种黄褐色、有强烈刺激性气味的气汽混合物,除含有CO、H2,CH4, CO2、脂肪烃化合物CmHn外,还含有大量粉尘、重质焦油、水蒸汽等成分。
[0049] 该除尘系统除尘时,从低温粉煤热解工艺中出来的含尘热解气(480_550°C)进入移动颗粒床除尘器中,热解气在穿过催化剂颗粒W/USY时,一方面重质焦油组分发生催化裂解,生成较为轻质的组分,另一方面热解气中大部分粉尘在催化剂颗粒床层被截留,从而除去热解气中大部分的粉尘。为了提高过滤精度,经过移动颗粒床催化除尘后的热解煤气接着送入金属过滤器进行二次除尘,二次除尘煤气从金属过滤器顶部出口排出系统。本除尘系统能在48h内实现系统稳定运行,大于IOum的微粒除尘效率达到99%以上,热解焦油中含尘量小于4%,满足工业要求。此外,热解焦油中BTX等轻质组分含量较普通滤料(陶瓷球)提闻了 80%以上,显者提闻了热解焦油的品质。
[0050] 本实用新型的组合式除尘系统主要由颗粒移动床和金属丝网过滤器组合而成,其中颗粒移动床的滤料是具有一定粒径的金属W改性的USY分子筛催化剂。与现有除尘技术相比,本实用新型的有益效果在于:
[0051] 1、本实用新型组合式除尘系统由颗粒移动床和金属丝网过滤器组合而成。其中颗粒移动床能连续稳定运行,具有较高的煤气除尘处理能力。而金属丝网过滤器具有良好的热抗震性和机械性能,适合于连续的反向脉冲清洗,再生性好,并且金属丝网过滤器孔径与孔隙易于控制,过滤精度高。因此,两者组合除尘有利于发挥各自优势,从而达到高效除尘的目的。
[0052] 2、本实用新型将催化剂引入煤热解体系,可以将热解气态产物中易冷凝和粘结的重质焦油组分进一步催化裂解,使热解气态产物轻质化,避免了重质焦油与粉尘黏附于管道内壁堵塞管路,从而解决了低温干馏煤气除尘过程中重质焦油组分容易引起颗粒床层死床的难题。因此,本实用新型特别适用于含有重质焦油组分的低温热解煤气除尘。
[0053] 3.本实用新型中采用改性分子筛催化剂颗粒作为过滤介质,在实现了传统意义上颗粒床除尘的同时,还实现了对热解气态产物进行选择性催化裂解,从而增加了热解产物中BTX等高附加值化学品的产率,显著提高热解焦油的品质。
[0054] 4.目前煤催化热解体系中,催化剂较难实现回收利用,从而很大程度上阻碍了煤催化热解技术的发展,而本实用新型在提升管中较易实现了煤热解催化剂再生与高效回收利用,解决了当前煤热解体系中催化剂难以回收利用的难题。
[0055] 5.本实用新型中的颗粒移动床中的滤料由改性的分子筛催化剂组成,因此,通过调控分子筛催化剂的结构、活性中心和酸性等特性,从而可以灵活调控热解产物的组成与分布。
[0056] 6.本实用新型采用组合式除尘方式实现了低温煤气催化裂解和除尘一体化,将热解气催化裂解和热解气除尘两个单元有机集成于一个系统,构思巧妙,整体装置结构紧凑,占地面积减少,从而减低了设备的投资及运行费用。
[0057] 7.本实用新型组合式除尘系统易于清灰,再生效果好,可以实现系统长期稳定连续运行。
[0058] 最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:包括移动颗粒床除尘器(I)以及多个并列的金属过滤器(8a、8b);所述移动颗粒床除尘器(I)以催化剂为滤料;所述移动颗粒床除尘器(I)的顶部和底部通过提升管(3)相连。
2.如权利要求1所述的中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:所述移动颗粒床除尘器(I)的顶部连接有旋风分离器(4 ),所述移动颗粒床除尘器(I)的底部连接有振动筛(2),所述振动筛与旋风分离器通过提升管(3)相连。
3.如权利要求2所述的一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:所述振动筛(2)通过输送管线与移动颗粒床除尘器(I)相连,且振动筛的中轴线与移动颗粒床除尘器的中轴线成钝角设置。
4.如权利要求1所述的一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:所述金属过滤器通过反吹气入口( Ila和Ilb)连接有氮气源和烟气源。
5.如权利要求1所述的一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:所述催化剂为金属W改性的USY分子筛催化剂颗粒。
6.如权利要求4所述的一种中低温干馏煤气催化裂解和除尘一体化系统,其特征在于:所述金属过滤器的煤气入口设置在金属过滤器的侧面,煤气出口设置在金属过滤器的顶部;所述反吹气入口设置在金属过滤器的顶部,反吹气出口设置在金属过滤器的底部。
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