CN211311389U - 一种利用低阶煤制备提质煤的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用低阶煤制备提质煤的系统，包括烘干装置和气化还原装置，烘干装置通过气化进料装置与气化还原装置连接，气化还原装置包括360°可旋转的卧式反应釜、第一加热机构和驱动所述卧式反应釜旋转的驱动机构，第一加热机构与卧式反应釜连接以对卧式反应釜内的低阶煤加热；卧式反应釜内设置有导流板以及第二加热机构，第二加热机构与第一加热机构连接。本实用新型的一种低阶煤提质系统，将低阶煤中的大部分挥发分等物质气化除掉来制备提质煤，提质煤中的挥发分少、煤物质含量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤资源，同时降低了能耗，减少了设备的占地面积，缩短了反应时间。

Description

一种利用低阶煤制备提质煤的系统

技术领域

本实用新型涉及煤物质清洁利用技术领域，尤其涉及一种利用低阶煤制备提质煤的系统。

背景技术

在我国已探明的煤炭储量中一半以上为低阶煤，其中蕴藏的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。低阶煤主要具有高水分、高挥发性的物质特性，在燃烧时火焰较长且有烟，煤化程度较低，典型煤种为褐煤和长焰煤。我国富煤少油缺气，如何高效利用低阶煤成为当今清洁煤技术的重大课题。然而无论是燃烧发电，还是现代煤化工利用，都因为其高水、高灰和低热值的三大特性使其综合利用的效率极低。

目前低阶煤的利用方式主要是直接燃烧或气化。其中直接燃烧发电是其最常见的利用方式之一，据不完全统计，我国有90％以上的褐煤用于电站锅炉和各种工业锅炉。低阶煤直接燃烧不仅浪费了煤炭中蕴含的丰富油气资源，效率低，而且污染环境，容易造成SOx和NOx等温室气体的大量产生，造成了酸雨等恶劣天气环境。现有技术中将低阶煤气化制备CO和H₂，通常是将低阶煤在热解装置中热解得到粗制煤气和提质煤，通常由于热解装置的热交换效果不理想，热利用率低，导致热解温度低且不稳定，导致低阶煤中的挥发分、煤焦油等物质不能充分气化，所得提质煤中残留大量的挥发分，粗制煤气的产气量少，提质煤中固定碳的含量低，提质煤品质差；而且热解装置通常有大量空气(或氧气)的条件下进行的，热解时一部分煤将于氧气反应消耗了一部分煤物质，而且导致热解制备的导致提质煤的量少、品质低，极大的浪费了低阶煤中的煤资源。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用低阶煤制备提质煤的系统，将低阶煤中的大部分挥发分气化除掉来制备提质煤，提质煤中的挥发分少、固定碳含量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤资源，同时降低了能耗，减少了设备的占地面积，缩短了反应时间。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种利用低阶煤制备提质煤的系统，包括烘干装置和气化还原装置，所述烘干装置通过气化进料装置与气化还原装置连接，所述气化还原装置包括360°可旋转的卧式反应釜、第一加热机构和驱动所述卧式反应釜旋转的驱动机构，所述第一加热机构与所述卧式反应釜连接以对所述卧式反应釜内的低阶煤加热；所述卧式反应釜内设置有导流板以及第二加热机构，所述第二加热机构与所述第一加热机构连接。低阶煤经输送装置进入烘干装置中烘干，得到烘干后的低阶煤和废气，烘干后的低阶煤经气化进料装置分散并输送制气化还原装置中，通过第一加热机构对卧式反应釜内的低阶煤进行持续加热使得低阶煤中的挥发分等物质充分气化成高温的油气混合物，高温的油气混合物从卧式反应釜的进料口排出，高温的油气混合物与烘干后的低阶煤在气化进料装置内发生热交换，有利于提高烘干后的低阶煤进入气化还原装置的温度，气化还原反应后剩余的固体的物质为提质煤，最大限度地降低提质煤中的挥发分，从而提高提质煤中固定碳的含量，提高提质煤的品质。

优选的，所述气化进料装置通过金属补偿器和第二动静密封装置与气化还原装置连通，所述金属补偿器和所述第二动静密封装置套设在所述气化进料装置和所述气化还原装置的接口处。采用这样的结构设计，保证卧式反应釜旋转的过程中与各个装置的连接的密封性，网址混入外界空气。

优选的，所述气化进料装置包括气化进料腔和设置在所述气化进料腔内的螺旋叶片、以及驱动螺旋叶片转动的电机，螺旋叶片的横截面不大于气化进料腔的内径横截面。

优选的，所述烘干装置包括滚筒、输送装置、多个贯穿滚筒的加热管和驱动机构，滚筒上设有烘干装置进料口、烘干装置出料口和烘干装置出气口，低阶煤从烘干装置进料口进入滚筒，驱动机构用以驱动滚筒转动。若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大，因此，对低阶煤通过烘干装置进行干燥处理。

优选的，所述第一加热机构包括加热器和加热箱，所述加热器通过加热管道与所述加热箱连接，所述加热箱套设在所述卧式反应釜外侧并通过第一动静密封装置连通。第一加热机构套设在卧式反应釜外侧，使得加热机构与卧式反应釜形成相对独立的两套机构，第一加热机构不能旋转，通过设置在卧式反应釜和加热箱之间的第一动静密封装置，保证卧式反应釜在驱动机构的动力作用下旋转时，加热箱与卧式反应釜的连接处处于密封状态，避免了加热箱中的加热介质外泄，有利于卧式反应釜与加热机构进行热交换，提高了加热效率。

优选的，所述卧式反应釜设置为至少一级。卧式反应釜可以为一级，也可以为多级。当采用多级卧式反应釜时，多级卧式反应釜主要作用是把上一级卧式反应釜内的无法气化的固体物质(包括气化后的粉煤，固体杂质等)和一定量的无法在一定停留时间内气化的类似沥青等高沸点油状物继续气化，停留时间短来不及析出或者温度达不到酚类化合物、芳香烃化合物等的缩聚反应条件，有利于提高减少提质煤中的挥发分等，提高提质煤的品质。

优选的，所述卧式反应釜内部还设有多个无线温度控制器。无线温度控制器用于监测卧式反应釜内的温度，并将温度信号传送给后台或警报装置，以便工作人员实时监控气化还原反应的进行情况，提高了气化还原反应的可控性以及反应的安全性。

优选的，所述导流板为单螺旋结构和/或双螺旋结构，通过导流板的设置，将卧式反应釜内的低阶煤运送至出料口排出，再配合着卧式反应釜的旋转，使得低阶煤在通过导流板运送的过程中能够更加充分的进行气化还原反应，同时也提高了对低阶煤在卧式反应釜内从进料口到出料口进行转移的稳定性。

基于以上技术方案，本实用新型的一种低阶煤提质系统，将低阶煤中的大部分挥发分等物质气化后来制备提质煤，提质煤中的挥发分少、固定碳含量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤资源，同时降低了能耗，减少了设备的占地面积，缩短了反应时间，提高了系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中低阶煤制备提质煤的系统的示意图；

图2为本实用新型实施例中气化进料装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中气化还原装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中气化还原装置的主视局部剖视图。

附图标记：1、卧式反应釜，2、进料口，3、出料口，4、驱动机构，41、齿环，42、托轮，43、电机，44、传动齿轮，5、第一加热机构，51、加热器，52、加热箱，53、加热管道，54、加热出气口，6、第二加热机构，7、导流板，9、第一动静密封装置，10、气化还原装置，100烘干装置，101、烘干装置进料口，102、烘干装置出料口，103、滚筒，104、输送装置，105、中间料仓，150、气化进料装置，151、金属补偿器，152、第二动静密封装置，153、气化进料腔，154、螺旋叶片，155、气化电机，210，除尘装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

本实用新型的原料低阶煤可以是粉煤也可以是块煤，当低阶煤采用块煤时，对过大块煤可以通过破碎机破碎、筛分机筛分处理以获得粒度较小的粉煤。优选采用粉煤作为原料，一方面是因为粉煤无需再经破碎、筛分处理，节省工艺步骤，受热面积大，气化还原的效率高，另一方面是粉煤相对块煤价格低廉。优选采用粒度小于20mm的粉煤，再进一步优选采用粒度小于6mm的粉煤。

低阶煤中挥发分含量一般为20％-55％，焦油的含量为3％-15％左右，固定碳的含量为30％-60％、水的含量为10％-40％，剩余为灰尘等其他杂质。低阶煤的煤化程度低，但优选固定碳的含量为40％-60％之间的低阶煤。

若低阶煤中含有大量的水分，会导致气化还原反应过程中耗热量大，因此，本实用新型的技术方案首选对低阶煤通过烘干装置进行处理。烘干装置的烘干介质可为烟气或者水蒸气，烘干可分为直接烘干和间接烘干。当利用烟气作为烘干介质时，虽然烟气与低阶煤直接接触的烘干的效率是最高的，但是采用烟气进行烘干时要严格控制烘干装置环境中氧气的体积百分比在爆炸极限以下，以防止爆燃，烟气间接烘干的效率也并不理想，因此为了生产安全和烘干效率，优选水蒸气烘干。水蒸气直接烘干有可能导致水蒸气与低阶煤反应消耗资源，因此采用水蒸气间接烘干低阶煤的烘干方式，以防止水蒸气中的水分进入低阶煤中。

如图1-4所示，烘干装置100包括滚筒103、输送装置104、多个贯穿滚筒103的加热管和驱动机构4，滚筒103上设有烘干装置进料口101和烘干装置出料口102，低阶煤从烘干装置进料口101进入滚筒103，驱动机构4用以驱动滚筒103转动，加热介质如水蒸气等通过加热管与滚筒103中的低阶煤间接传热，滚筒103内壁设有扬料板，扬料板沿滚筒103内壁环绕分布以实现带动物料翻动，加热管纵横交替地分布在滚筒103内部，以达到间接烘干，滚筒103可以水平布置或倾斜布置，滚筒103倾斜布置时，滚筒103与水平面设置成一定的斜度，滚筒103设有烘干装置出料口102的一端处于低位，保证滚筒103前端的高度高于滚筒103后端的高度，烘干后的低阶煤可在自身重力的作用下自动传输从烘干装置出料口102排出，烘干后的低阶煤经输送装置104进入后续的气化还原装置10，烘干后的低阶煤也可先经输送装置104进入中间料仓105在经输送装置104输送至后续的气化还原装置10，这里的输送装置104优选密封的输送装置104，以防止外界空气在输送过程中混入烘干后的低阶煤，消耗煤资源；烘干过程中产生的扬尘、水蒸气等废气从烘干装置出料口102的上端排出。

进一步地，烘干装置100至少为一级，以保证低阶煤的含水率符合生产的要求。当采用多级烘干时，滚筒103为多个，多个滚筒103安装高度相同，多个滚筒103可以串联或者并联。滚筒103的内外径尺寸和长度均可根据低阶煤处理系统的实际处理能力确定。

此外，如果选用烟气烘干，因设备自重较轻，加热速率快，优选倾斜设置；如果水蒸汽间接烘干，因设备自重较大，优选水平设置，减小承重结构的摩擦力，延长限制水平位移的限位槽的使用寿命。

如图2所示，气化进料装置150包括气化进料腔153和设置在所述气化进料腔153内的螺旋叶片154、以及驱动螺旋叶片154转动的气化电机155，螺旋叶片154的横截面不大于气化进料腔153的内径横截面。

气化进料装置150可设置在气化还原装置10的出料口3或者进料口2处。气化进料装置150的上端与除尘装置210连接，当气化进料装置150设置在气化还原装置10的出料口3处时，烘干后的低阶煤经输送装置104进入气化还原装置10，气化还原装置10产生的油气混合物经出料口3先进入气化进料装置150上端再进入除尘装置210，然后气化还原装置10内产出的提质煤从出料口3经气化进料装置150输送至下一系统，气化进料装置150仅仅是气化还原反应后的油气混合物输送通道和提质煤的输送装置104。

当气化进料装置150设置在气化还原装置10的进料口2处时，一方面烘干后的低阶煤通过气化进料装置150输送并气化分散成悬浮的均匀颗粒后再进入气化还原装置10的进料口2，同时气化还原装置10产生的油气混合物经进料口2先进入气化进料装置150上端再进入除尘装置210，高温的油气混合物与烘干后的低阶煤在气化进料装置150内发生热交换，有利于提高烘干后的低阶煤进入气化还原装置10的温度，因此，气化进料装置150既是烘干后物料的输送装置，使得烘干后的低阶煤在气化还原装置呈分散的均匀颗粒，受热均匀便于发生反应；又提高了烘干后的低阶煤进入气化还原装置1的温度。因此优选，气化进料装置150设置在气化还原装置10的进料口2处。

进一步地为了进一步增加密封性，在气化进料腔153和卧式反应釜1的进料口2外侧设置金属补偿器151和第二动静密封装置152，以增加气化进料装置150与气化还原装置10之间的密封性和连接稳定性。

如图3-4所示，气化还原装置是在无氧或微氧条件下对烘干后的低阶煤进行加热的化学反应过程。烘干后的低阶煤经输送至气化还原装置，在烟气等加热介质的加热下，反应过程中无需加入添加剂等其他物质，温度一般为350℃-800℃，压力≤30Kpa下发生复杂化学反应的过程，得到固态的碳和高温的油气混合物，其中，固态的碳即为提质煤，提质煤中的挥发分3-8％。高温的油气混合物为包含CO、H₂、CO₂、烃类、煤焦油、灰尘和含硫化合物等的多杂质气体。

烘干后的低阶煤经输送装置进入气化还原装置10，气化还原装置10包括360°可旋转的卧式反应釜1、第一加热机构5以及驱动所述卧式反应釜1旋转的驱动机构4，所述第一加热机构5与所述卧式反应釜1连接以对所述卧式反应釜1内的低阶煤加热；所述卧式反应釜1设置有出料口3和进料口2，低阶煤从所述进料口2进入，并通过设置在所述卧式反应釜1内的导流板从所述出料口3产出，所述卧式反应釜1内产生的油气混合物从所述进料口2排出。

所述驱动机构4包括设置在卧式反应釜1一端外周面的齿环41、与齿环41啮合的托轮42、传动齿轮44和电机43，电机43驱动传动齿轮44转动，进一步带动托轮42转动，以再次带动齿环41与卧式反应釜1旋转，这里需要说明的是，驱动机构4也可以是别的装置，只要能够达到相同的技术效果即可。

所述卧式反应釜1的旋转为360°旋转，从而可以使得其内部的低阶煤时刻处于转动状态，以增大低阶煤与第一加热机构5所提供的加热介质的受热面积，有利于加快低阶煤的气化还原反应，其中，第一加热机构5通过传递加热介质对卧式反应釜1内的低阶煤进行持续加热气化还原，使得低阶煤能够最大限度的产生油气混合物和提质煤，从而在利用最少的加热资源的同时产生最多的煤炭能源利用价值。

所述第一加热机构5包括加热器51和加热箱52，所述加热器51通过加热管道53与所述加热箱52连接，所述加热箱52套设在所述卧式反应釜1外侧且与卧式反应釜1通过第一动静密封装置9连接。采用这样的结构设计，防止加热介质外泄提高能量利用率，并最终通过加热出气口54将加热介质排出，使得第一加热机构5与卧式反应釜1形成相对独立的两套机构，因此可以根据实际的生产场景，更好的布置整个系统的场地占用空间，同时也可以使得加热介质能够与卧式反应釜1内的低阶煤进行持续的热交换，为了增加第一加热机构5的稳定性，可以对第一加热机构5固定设置，比如第一加热机构5可以固定在地面上或者支架上。进一步地优选的，加热箱52外部设有保温棉等保温装置，防止第一加热机构5的温度降低。进一步地优选的，加热管道53可以为多根，多根加热管道53从卧室反应釜1的不同位置通入加热介质，加快气化还原反应的速率。

其中，导流板7为单螺旋结构和/或双螺旋结构，通过倾斜布置且呈螺旋结构和/或单螺旋结构的导流板7设置，将卧式反应釜1内的低阶煤不断的进行气化还原的同时将产生的提质煤运送至出料口3排出，再配合着卧式反应釜1的旋转，使得低阶煤在通过导流板7运送的过程中能够更加充分的进行气化还原反应，其中，导流板7分为导流钢板和导流不锈钢板，可采用单螺旋结构或双螺旋结构，也可单、双结合的螺旋导流结构进行导流，采用这样的结构设计，在卧式反应釜1旋转的过程中，使得卧式反应釜1内的低阶煤在螺旋导流板7的作用下向出料口3移动，加快卧式反应釜1内经气化还原反应后产品提质煤的排出。

气化还原装置10设置为至少为一级。根据需要可以设置至少一级的卧式反应釜1，以对低阶煤进行更加充分完全的气化还原，同时亦可以增加气化还原低阶煤的进料量，同时360°可旋转的卧式反应釜1可以使得其内部的低阶煤始终处于运动状态，以更加全面均匀的受热。其中，优选的，卧式反应釜1包括一级卧式反应釜和二级卧式反应釜，所述一级卧式反应釜和二级卧式反应釜之间通过密封的输送装置连接，以防止高温的一级气体输送过程泄露，防爆防燃，输送装置主要为多级螺旋结构、包括无轴连接和有轴连接；优选的，二级卧式反应釜的容量小于所述一级卧式反应釜的容量。当低阶煤通过一级卧式反应釜的气化还原之后，会产生一定量的油气混合物，此时剩余的固体煤的量将会大大减少，那么将二级卧式反应釜的容量进行减少之后，即可以更好的满足剩余固体煤的再次气化还原，因此这样的设计，更加合理和充分的利用了装置的容量，并节省了占地空间，提高了系统的合理性。

其中，当低阶煤通过一级卧式反应釜的气化还原之后，提质煤中的挥发分含量为8-15wt％，当低阶煤通过二级卧式反应釜的气化还原之后，提质煤中的挥发分含量为3-8wt％。具体和反应温度、低阶煤的种类有关，主要因素决定于反应温度。

其中，卧式反应釜1内部设有第二加热机构6，使得卧式反应釜1内部受热均匀。进一步地，第二加热机构6通过控制烟气等加热介质的流速、温度和压力等将卧式反应釜1内的烘干后的低阶煤均匀加热；第一加热机构5从卧式反应釜1的外部将烘干后的低阶煤加热，从而实现加热介质在卧式反应釜1内外的流动，使得烘干后的低阶煤能够随着卧式反应釜1旋转的同时接触到大量的热量，以更好的进行气化还原反应，提高气化还原反应的效率和速率。

其中，卧式反应釜1内部还设有多个无线温度控制器。无线温度控制器用于监测卧式反应釜1内的温度，并将温度信号传送给后台或警报装置，以便工作人员实时监控气化还原反应的进行情况，提高了气化还原反应的可控性以及反应的安全性。当设备出料口3温度还没达到指定温度时，温度传感器通过信号输送传送给电脑及警报装置，提醒工作人员，这是说明产品还没达到合格要求，这时候采取措施主要如下，卧式反应釜1可以反转，使快到出料口3的固体物料再次进入卧式反应釜1充分反应，延长停留时间，同时继续加热，卧式反应釜1反转时间为30min-4h不等，然后卧式反应釜1正转，待固体物料进入出料口3时，观察温度传感器是否报警，如果报警，卧式反应釜1再反转，如此重复，保证产品合格下线。如果温度传感器显示温度达标，反应后的固体物质即提质煤进入出料口3，经输送装置输送从卧式反应釜1的出料口排出。

综上所述，本实用新型中，将低阶煤中的大部分挥发分等物质气化除掉后，余下的来制备提质煤，提质煤中的挥发分少、固定碳含量高，充分有效地利用了低阶煤中的煤资源，同时降低了能耗，减少了设备的占地面积，缩短了反应时间，提高了系统的稳定性。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：包括烘干装置和气化还原装置，所述烘干装置通过气化进料装置与气化还原装置连接，所述气化还原装置包括360°可旋转的卧式反应釜、第一加热机构和驱动所述卧式反应釜旋转的驱动机构，所述第一加热机构与所述卧式反应釜连接以对所述卧式反应釜内的低阶煤加热；所述卧式反应釜内设置有导流板以及第二加热机构，所述第二加热机构与所述第一加热机构连接。

2.如权利要求1所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述气化进料装置通过金属补偿器和第二动静密封装置与气化还原装置连通，所述金属补偿器和所述第二动静密封装置套设在所述气化进料装置和所述气化还原装置的接口处。

3.如权利要求2所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述气化进料装置包括气化进料腔和设置在所述气化进料腔内的螺旋叶片、以及驱动螺旋叶片转动的电机，螺旋叶片的横截面不大于气化进料腔的内径横截面。

4.如权利要求3所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述烘干装置包括滚筒、输送装置、多个贯穿滚筒的加热管和驱动机构，滚筒上设有烘干装置进料口、烘干装置出料口和烘干装置出气口，低阶煤从烘干装置进料口进入滚筒，驱动机构用以驱动滚筒转动。

5.如权利要求4所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述第一加热机构包括加热器和加热箱，所述加热器通过加热管道与所述加热箱连接，所述加热箱套设在所述卧式反应釜外侧并通过第一动静密封装置连通。

6.如权利要求1所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述卧式反应釜设置为至少一级。

7.如权利要求6所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述卧式反应釜包括一级卧式反应釜和二级卧式反应釜，所述一级卧式反应釜和二级卧式反应釜之间通过密封的输送装置连接。

8.如权利要求7所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述二级卧式反应釜的容量小于所述一级卧式反应釜的容量。

9.如权利要求1所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述卧式反应釜内部还设有多个无线温度控制器。

10.如权利要求1所述的一种利用低阶煤制备提质煤的系统，其特征在于：所述导流板为单螺旋结构和/或双螺旋结构。

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