CN211946923U - 一种利用低阶煤制煤焦油的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用低阶煤制煤焦油的系统，包括烘干装置、气化还原装置、除尘装置、油气冷却装置,低阶煤依次通过烘干装置和气化还原装置得到油气混合物，所述油气混合物再经油气冷却装置处理得到煤焦油，所述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。本实用新型中的装置，通过在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤气化还原得到油气混合物，再利用油气冷却装置将油气混合物冷却得到煤焦油，煤焦油的产量高，充分有效地利用了低阶煤中的油气资源。

Description

一种利用低阶煤制煤焦油的系统

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煤焦油的系统。

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。通常将低阶煤直接燃烧或气化。低阶煤直接燃烧不仅浪费了煤炭中蕴含的丰富的油气资源，效率低而且污染环境，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。

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煤焦油的系统，通过在无氧或微氧条件下将烘干后的低阶煤气化还原得到油气混合物，再利用油气冷却装置将油气混合物冷却得到煤焦油，煤焦油的产量高，充分有效地利用了低阶煤中的油气资源。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种利用低阶煤制煤焦油的系统，包括烘干装置、气化还原装置、除尘装置、油气冷却装置，其特征在于：所述烘干装置通过气化进料装置与所述气化还原装置连接，所述气化进料装置的上端与所述除尘装置连接，所述除尘装置与所述油气冷却装置连接；其中，所述气化还原装置包括360°能旋转的卧式反应釜、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。

在一个实施方式中，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，使得第一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。

在一个实施方式中，所述卧式反应釜设置为至少一级,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。

在一个实施方式中，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。

在一个实施方式中，所述导流板为单螺旋结构和/或双螺旋结构，通过将导流板倾斜布置且呈螺旋结构和/或单螺旋结构的设置，使得卧式反应釜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。

在一个实施方式中，所述烘干装置至少为一级,以保证低阶煤的含水率符合生产的要求。

在一个实施方式中，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处理。

在一个实施方式中，所述气化进料装置为筒体形状，且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接,以增加气化进料装置与气化还原装置之间的密封性和连接稳定性。

在一个实施方式中，所述气化进料装置内设置有螺旋叶片，且螺旋叶片的横截面不大于气化进料装置的内径横截面，螺旋叶片用于将烘干后的低阶煤通过螺旋叶片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的进料口，同时气化还原装置产生的油气混合物经进料口先进入气化进料装置上端再进入除尘装置。

本实用新型的有益效果是：低阶煤依次通过烘干装置、气化还原装置、除尘装置和油气冷却装置得到煤焦油，气化还原装置是在无氧或微氧的条件下进行，得到的煤焦油的产量高，品质好；而且本实用新型中的装置操作简单可行，多为现有设备，运行成本较低，适合工业化生产。

附图说明

图1为本实用新型实施例中低阶煤制备合成气的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例中气化还原装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中气化还原装置的第一种结构的主视局部剖视图；

图4为本实用新型实施例中气化进料装置的结构示意图。

图中：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、第一电机，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、烘干进料口，102、烘干出料口，150、气化进料装置，151、金属补偿器，152、第二动静密封装置，153、第二电机，154、螺旋叶片，210、除尘装置，220、油气冷却装置。

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。

本实用新型中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

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，对大块煤可以通过破碎、筛分处理以获得粒度较小的粉煤。当低阶煤采用粉煤作为原料，一方面是因为粉煤无需再经破碎、筛分处理，节省工艺步骤，烘干时受热面积大，烘干效率高，另一方面是粉煤相对块煤价格低廉，一般粒度选取小于20mm以下的粉煤。进一步优选采用粒度小于6mm的粉煤。当原料低阶煤为粉煤时，低阶煤可以直接经输送装置进入烘干装置100烘干。

本实用新型提供了一种利用低阶煤制煤焦油的系统。

结合图1所示，一种利用低阶煤制煤焦油的系统包括烘干装置100、气化还原装置10、除尘装置210、油气冷却装置220，所述烘干装置100通过气化进料装置150与所述气化还原装置10连接，所述气化进料装置150的上端与所述除尘装置210连接，所述除尘装置210与所述油气冷却装置220连接；

其中，烘干装置100用于将低阶煤中的大部分水分除去，气化还原装置10用于将烘干后的低价煤气化还原使得烘干后的低阶煤中的挥发分、煤焦油等转化成气态得到高温的油气混合物和带有一定温度的提质煤，除尘装置210用于除掉高温的油气混合物中大量的灰尘等固体杂质，油气冷却装置220用于将冷却后的煤焦油分离开来得到煤焦油。

烘干装置

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所示，烘干装置100包括滚筒、输送装置、多个贯穿滚筒的加热管和驱动装置，滚筒上设有烘干装置进料口101和烘干装置出料口102，烘干过程中产生的废气从出料口排出，低阶煤从烘干装置进料口101进入滚筒，驱动机构用以驱动滚筒转动，加热介质如水蒸气等通过加热管与滚筒中的低阶煤间接传热，滚筒内壁设有扬料板，扬料板沿滚筒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内部，以达到间接烘干，滚筒可以水平布置或倾斜布置，滚筒倾斜布置时，滚筒与水平面设置成一定的斜度，滚筒设有烘干装置出料口102的一端处于低位，保证滚筒前端的高度高于滚筒后端的高度，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进入后续的气化还原装置，这里的输送装置优选密封的输送装置，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、水蒸气等废气从滚筒的烘干装置出气口103排出。

进一步地，烘干装置至少为一级，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，滚筒为多个，多个滚筒安装高度相同，多个滚筒可以串联或者并联。滚筒的内外径尺寸和长度均可根据低阶煤处理装置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。

气化进料装置：

如图4所示，气化进料装置150包括气化进料腔和设置在所述气化进料腔内的螺旋叶片154、以及驱动螺旋叶片转动的电机153，螺旋叶片154的横截面不大于气化进料腔的内径横截面，

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的上端与净化装置200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上端再进入净化装置200，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输送至下一装置，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。

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上端再进入净化装置200，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，在气化进料腔和卧式反应釜1的进料口2外侧设置金属补偿器151和动静密封装置152，以增加气化进料装置150与卧式反应釜之间的密封性和连接稳定性。

气化还原装置

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。

如图1-3.所示，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°能旋转的卧式反应釜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内烘干后的低阶煤加热；所述卧式反应釜1设置有出料口3和进料口2，烘干后的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和第一电机43，第一电机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烘干后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，有利于加快烘干后的低阶煤气化还原反应，其中，第一加热机构5通过传递加热介质对卧式反应釜1内烘干后的低阶煤进行持续加热气化还原，使得烘干后的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，更好的布置整个装置的场地占用空间，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，也可以为多级，根据需要可以设置二级的卧式反应釜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，本实用新型中优选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，这里的输送装置为气化进料装置150。烘干后的低阶煤从一级卧式反应釜反应后的一级气体和一级固体，一级气体从气化进料装置150的上端进入后续的净化装置200，一级固体经气化进料装置150进入二级卧式反应釜中继续反应得到二级气体和二级固体，二级固体即为提质煤，二级气体从气化进料装置150的上端进入后续的净化装置200，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，提高了装置的合理性。

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内烘干后的低阶煤均匀加热；第一加热机构5从卧式反应釜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，低阶煤进入出料口3，经输送装置输送至下一程序。

除尘装置

当高温的油气混合物进入除尘装置210后，高温的油气混合物中含有大量的灰尘、煤焦油、水蒸气、含硫化合物等；先利用除尘装置210除掉大量的灰尘等固体杂质，防止在除尘过程中油气混合物的温度降低，煤焦油和水蒸气等冷凝成液态并粘附大量灰尘造成后续管道堵塞，造成除尘效果下降；

如图1所示，除尘装置210与气化进料装置150的上端连接，即高温的油气混合物进入除尘装置210除掉大量的灰尘等固体杂质，然后进入后面的油气冷却装置。

进一步地，除尘装置210包括重力除尘装置、旋风分离装置和电除尘装置中的一种或几种。再进一步优选的，除尘装置210还可以用保温棉保温，尽量使油气混合物的温度下降不至于太快，如果温度下降的太快，重油等易形成液体，导致煤焦油粘附在除尘装置内造成堵塞。

油气冷却装置

油气冷却装置220包括喷淋冷却塔和油水分离器等。即喷淋冷却塔将高温的油气冷却，油水分离器将冷却后的煤焦油和水分离开来得到产品煤焦油，煤焦油呈淡黄色；室温下比重约0.85-1.05，主要成分是环烷烃和烷烃等，经分馏可得轻质油、太阳油，汽油，润滑油等馏分和残余物沥青。可制成各种液体燃料和化学工业原料等。进一步优化装置，油气冷却装置还包括自动刮刀过滤器，杂质随下行冷却的煤焦油等液体聚集，当累积到一定量杂质时，自动将含高浓度杂质的液体排出，排出残液重新进入气化还原装置内处理。

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实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种利用低阶煤制煤焦油的系统，包括烘干装置(100)、气化还原装置(10)、除尘装置(210)、油气冷却装置(220)，其特征在于：所述烘干装置(100)通过气化进料装置(150)与所述气化还原装置(10)连接，所述气化进料装置(150)的上端与所述除尘装置(210)连接，所述除尘装置(210)与所述油气冷却装置连接；

其中，所述气化还原装置(10)包括360°能旋转的卧式反应釜(1)、第一加热机构(5)和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内的低阶煤加热；所述卧式反应釜内设置有导流板(7)以及第二加热机构(6)，所述第二加热机构(6)与所述第一加热机构(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：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外侧并通过第一动静密封装置(9)连通。

3.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述卧式反应釜(1)设置为至少一级。

4.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述卧式反应釜(1)内部还设有多个无线温度控制器。

5.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述导流板(7)为单螺旋结构和/或双螺旋结构。

6.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述烘干装置(100)至少为一级。

7.根据权利要求6所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述烘干装置(100)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(101)、烘干装置出料口(102)和烘干装置出气口，低阶煤从烘干装置进料口(101)进入滚筒，驱动机构用以驱动滚筒转动。

8.根据权利要求1所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述气化进料装置(150)为筒体形状，且气化进料装置(150)通过金属补偿器(151)和第二动静密封装置(152)与气化还原装置(10)连接。

9.根据权利要求8所述的一种利用低阶煤制煤焦油的系统，其特征在于：所述气化进料装置(150)内设置有螺旋叶片(154)，且螺旋叶片(154)的横截面不大于气化进料装置(150)的内径横截面。

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