CN101608125A - 一种煤热解提质方法 - Google Patents

Abstract

一种煤热解提质方法，包括以下步骤：(a)将粒度≤30mm的原料煤送入回转干燥器中，使其与热烟道气并流接触、直接换热；与此同时，所述原料煤在回转干燥器中与来自热解器的热半焦间接换热，从而实现原料煤的干燥；(b)干燥后的原料煤与来自加热回转窑的高温半焦混合后送入热解器中，所述煤料与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为500℃－700℃；(c)所生成的热半焦一部分送至加热回转窑进行升温处理，其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热。本发明所提供的煤热解提质方法操作灵活，煤料粒度范围宽，所生产的半焦和焦油的质量好，尤其是妥善解决了焦油粉尘堵塞和焦油含尘量大等技术难题，能量梯级利用，系统热效率高。

Description

一种煤热解提质方法

技术领域

本发明涉及一种煤热解提质方法，更具体地说，是一种低煤化度煤热解提质方法。

背景技术

低煤化度煤是指褐煤及变质程度较低的烟煤。其中，低变质烟煤包括长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤等，其总量占我国煤炭储量50％以上，煤质特点为：挥发分较高、低温热解焦油产率较高、化学反应活性好、具有较高的综合开发利用价值。热解(或干馏)就是一种常用的煤炭加工利用技术。自上一世纪70年代以来，煤热解提质技术的开发普遍受到关注，研究者相继开发了多种工艺。

加拿大UMATAC工业工艺技术公司开发了ATP(即热半焦混合加热油砂热解回转窑)技术用于褐煤热解。该技术设备结构比较复杂、控制难度较大；其仅采用间接换热以冷煤预热，不能保证褐煤的干燥程度，而且热烟道气与灰渣的一起排出不利于热量回收，而采用直接燃烧灰渣残炭提供热量的方式用于褐煤热解，将会影响半焦质量等。

法国马利诺热分解中心(简称CPM)于80年代开发了多段热解工艺，该工艺分为干燥、热解和冷却三部分。首先，利用温度为250℃的热烟道气在一个双螺旋混合机中干燥湿煤，然后把干燥煤送入内热式回转炉中热解，并借助煤热解产生的有机挥发物在炉内燃烧进行加热，最后，热解后的颗粒焦由热解炉进入另一回转炉中喷水降温，成品焦降温后排出。其最高热解温度可控制在800℃-1200℃，焦炭挥发分为2％-5％。该工艺的不足之处在于热解段为内热式回转炉，煤在热解过程中产生的焦油等贵重化合物均不能回收和加工利用。另外，干燥段的双螺旋混合机为密相输料，不适用于高水分原料煤的干燥脱水。

CN 1066459A公开了一种多段回转炉气体热载体内外热式低中温快速热解工艺(简称MRF工艺)。该工艺将煤炭干燥、热解和半焦冷却工序分别在三个回转炉中进行，干燥段采用烟道气内热式，热解段采用外加热式，半焦冷却采用内冷式。该工艺特点是适应较宽范围的原料煤粒度，半焦粒度为3mm-20mm，其工艺条件控制灵活，可以实现温度为600℃-800℃以上热解，外热式热解有利于回收煤气和焦油。不过，该工艺存在热利用率偏低、煤炭热解除尘效果差、焦油质量差等不足。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种改进的煤热解提质方法，以克服现有技术中存在的热利用率低、热解除尘效果差、焦油质量低等缺陷。

本发明所提供的煤热解提质方法，包括以下步骤：

(a)将粒度≤30mm的原料煤送入回转干燥器中，使其与热烟道气并流接触、直接换热；与此同时，所述原料煤在回转干燥器中与来自热解器的热半焦间接换热，从而实现原料煤的干燥；

(b)干燥后的原料煤与来自加热回转窑的高温半焦混合后送入热解器中，所述原料煤与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为500℃-700℃；

(c)所生成的热半焦一部分送至加热回转窑进行升温处理，其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热，经回转干燥器冷却后的半焦作为产品排出。

优选地，本发明所提供的煤热解提质方法还包括以下步骤：

(d)将步骤(b)所生成的焦油蒸汽和煤气的混合气体送入组合除尘装置中进行除尘，且控制除尘温度，使煤气中的焦油蒸汽不冷凝；

(e)将除尘后的含焦油蒸汽的煤气送入煤气净化装置中进行净化，以脱除煤气中的焦油。

进一步优选地，本发明所提供的煤热解提质方法进一步包括以下步骤：

(f)净化后的煤气送至燃烧器进行燃烧，所生成的高温气体作为半焦加热回转窑的热源；在加热回转窑中，来自热解器的热半焦与所述高温气体逆流接触、直接换热，所生成的高温半焦的温度为700℃-900℃。

下面进一步说明本发明所提供的方法，以帮助本领域技术人员更好地理解本发明。

在本发明所提供的煤热解提质方法中，所述原料煤最好采用低煤化度煤，例如，褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤或气煤等。

本发明所述回转干燥器具有套筒结构。在回转干燥器中，所述原料煤在与热烟道气并流接触、直接换热的同时，还与来自热解器的热半焦以并流的方式进行间接换热，即，原料煤和热烟道气流经回转干燥器的内套筒，热半焦流经内套筒和外筒之间所形成的环形空间。优选地，经过所述步骤(a)，原料煤被加热至110℃-150℃、原料煤中的水分降至2％-6％；相应地，所述半焦可被冷却至180℃-300℃；进一步优选地，所述低煤化度原料煤被加热至110℃-130℃、原料煤中的水分降至2％-4％、半焦被冷却至180℃-220℃。

在所述步骤(b)中，所述干燥后的原料煤与高温半焦的混合可在混料器中进行，例如，可采用螺旋混料器等本领域常用的混合设备。所述干燥后的原料煤与高温半焦按照重量比为1∶2-8的比例进行混合，优选的混合比例为1∶3-7，进一步优选的混合比例为1∶4-6。

在所述步骤(b)中，所述热解器可选用任何本领域常用的热解装置，优选移动床热解器。所述最终热解温度优选为550℃-650℃，进一步优选为590℃-610℃。

在所述步骤(c)中，优选地，步骤(b)所生成的热半焦的大约60重量％-90重量％送至加热回转窑进行升温处理，而其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热；进一步优选地，步骤(b)所生成的热半焦的大约65重量％-85重量％送至加热回转窑进行升温处理，而其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热。

在所述步骤(d)中，将步骤(b)中所生成的包含焦油蒸汽和煤气的混合气体送入后续组合除尘装置进行除尘。其中，所述组合除尘装置主要由旋风除尘器和过滤除尘器组成；所述旋风除尘器可以是单级的，也可以是两级串联的；所述过滤除尘器包括一壳体，所述壳体内设有热半焦床层，所述壳体两侧分别设有煤气入口和煤气出口，所述壳体上下设有热半焦入口和热半焦出口；所述旋风除尘器的出口与所述过滤除尘器入口相连通，且在除尘过程中，该组合除尘装置控制在使煤气中的焦油不冷凝的热态环境中。所述组合除尘装置在设置和操作方面的具体要求请参见中国专利申请200910076432.x。

在所述步骤(e)中，除尘后的含焦油蒸汽的煤气送入煤气净化装置中进行净化，以脱除煤气中的焦油。优选地，所述煤气净化装置主要由喷洒弯管和横管冷却器组成。所述含焦油蒸汽的煤气先经由喷洒弯管中喷出的喷洒液喷淋冷激，冷激后所得饱和煤气再经横管冷却器进行冷却。由喷洒弯管喷出的喷洒液可采用任何本领域常用的冷激介质，例如，循环氨水或冷却水；所述横管冷却器可采用冷却水作为冷却介质，冷却水进入横管冷却器的管程，煤气进入其壳程。所得到的焦油以油水分离的方式回收。

在所述步骤(f)中，经步骤(e)脱除焦油后的煤气送入燃烧器进行燃烧，优选进行不完全燃烧，所生成的高温气体(包括高温烟气和尚未完全燃烧的煤气)输送至半焦加热回转窑作为热源。在步骤(f)中，对于所述的燃烧器的构造无特殊要求，可选用任何本领域常用的燃烧装置。在加热回转窑中，来自热解器的热半焦与所述高温气体逆流接触、直接换热，所生成的高温半焦的温度优选为750℃-850℃，进一步优选为790℃-810℃。

在加热回转窑中与热半焦逆流接触后所形成的高温烟道气输送至热解器的夹套内，作为热解器夹套伴热的热源，以维持热解器内的温度。流经热解器夹套的烟道气可输送至回转干燥器，作为回转干燥器的干燥介质和热源。

需进一步说明的是，步骤(a)中所述热烟道气最好是采用流经热解器夹套的烟道气与回转干燥器的循环烟道气或空分氮气按摩尔比为1∶1-3混合调配而成的热烟道气。所述循环烟道气是指流经回转干燥器并经除尘器(例如布袋除尘器)除尘后的烟道气。所述空分氮气是指来自空分装置的氮气。在本发明中，上述几部分气体的混合摩尔比并不局限于上述比例，可根据具体情况灵活调整，只要能够确保混合后的热烟道气的温度＞400℃，优选混合后热烟道气的温度为440-480℃。

与现有技术相比，本发明所提供的煤热解提质方法的有益效果主要体现在以下方面：

(1)在本发明所述方法中，原料煤的干燥、热解以及半焦加热分别在不同的操作模块中进行，可避免煤中水分、加热气体进入煤气中，因此，可降低油水分离负荷、污水处理量以及煤气处理量，并方便分别调节和控制；

(2)本发明所采用的回转干燥器及加热回转窑等设备，适于处理粉状、颗粒状物料，从而使得本发明能够处理的煤料的粒度范围较宽，粒度≤30mm的原料煤均可采用本发明所述方法进行处理，且所得到的半焦可用于大型气化工艺、电石生产、铁合金生产等不同的工业领域；

(3)在本发明中，由于物料在热解器内移动速度慢，热解释放的混合煤气流出热解器的速度也比较慢，所以可有效除去干馏煤气中夹带的大部分粉尘，同时避免因搅动产生粉尘；

(4)本发明以自产半焦作为固体热载体，可简化操作、降低操作成本；

(5)本发明利用热态组合除尘装置对热解过程中所生成的含焦油蒸汽的煤气进行除尘，可有效防止焦油冷凝，并且具有较高的除尘效率，解决了热解工艺中普遍存在的焦油粉尘堵塞和焦油含尘量大等技术难题；

(6)本发明可采用热解煤气作为半焦热源，无需半焦燃烧，使半焦的质量得到提高；

(7)本发明利用换热后高温烟道气作为热解伴热介质和煤的干燥介质，并利用半焦与原料煤在回转干燥器中间接换热，在实现半焦和高温烟道气的余热回收、冷却的同时，也使得系统中的能量得到了合理的梯级利用，从而使该工艺过程的热效率显著提高。

综上所述，本发明所提供的煤热解提质方法具有操作灵活、煤料粒度范围宽、所生产的半焦和焦油的质量好等特点，尤其是妥善解决了焦油粉尘堵塞和焦油含尘量大等技术难题，实现能量梯级利用，使系统的热效率较同类装置显著提高。

附图说明

图1为本发明所提供的煤热解提质方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步详细说明本发明所提供的煤热解提质方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

如图1所示，粒度≤30mm的原料煤经管线8送入回转干燥器1中，使其与来自管线9的温度为440-480℃左右的热烟道气并流接触、直接换热。与此同时，所述原料煤在回转干燥器中与来自热解器2的且经管线17和18输入的热半焦间接换热，从而实现原料煤的干燥。经过回转干燥器冷却后的半焦作为产品自管线10排出。

干燥后的煤料经管线16输出，这股煤料与来自加热回转窑5的经管线25输出的高温半焦混合后，经管线28送入热解器2中。在热解器中，所述煤料与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为500℃-700℃。

热解器中所生成的热半焦经管线17输出，其中，一部分热半焦经管线19送至加热回转窑5进行升温处理，而其余的热半焦经管线18送至回转干燥器1用于与原料煤间接换热。

在本发明优选的实施方式中，热解器中所生成焦油蒸汽和煤气的混合气体经管线20输送至组合除尘装置3进行除尘。由于所述组合除尘装置中包括一内部设有热半焦床层的过滤除尘器，所述的除尘步骤能够在热态环境中完成，因此，在除尘过程中煤气中的焦油蒸汽不会被冷凝。

除尘后的焦油蒸汽和煤气经管线21输送至煤气净化装置4中进行净化处理，以脱除煤气中的焦油。这里所述的净化处理主要是通过冷却降温的方式，使焦油冷凝为液态，以便于从煤气中分离出来。分离出来的焦油和水的混合物经管线22排出。冷却且脱除焦油后的煤气可经管线23输送至燃烧器7作为燃料使用；燃烧所生成的高温气体经管线24输送至半焦的加热回转窑5，与来自热解器2的热半焦逆流接触、直接换热，所生成的高温半焦的温度为700℃-900℃。需说明的是，燃烧器7也可以采用其它低热值煤气或燃料作为热源，而将冷却且脱除焦油后的煤气作为民用气外供。本发明所提供的煤热解提质方法生产的煤气具有中热值。

在加热回转窑5中与半焦逆流接触后所形成的高温烟道气经管线26输送至热解器2的夹套内，作为热解器夹套伴热的热源，以维持热解器内的温度。流经热解器夹套的烟道气可输送至回转干燥器，作为回转干燥器的干燥介质和热源。

在本发明优选的实施方式中，流经回转干燥器1的烟道气经管线11送至布袋除尘器6除尘，部分除尘后的烟道气经管线13和15返回回转干燥器1作为循环烟道气重复使用；而其余的烟道气经冷却后放空。

本发明步骤(a)中所述的经管线9送至回转干燥器中的热烟道气最好是采用流经热解器夹套的烟道气与回转干燥器的循环烟道气或空分氮气按摩尔比为1∶1-3混合调配而成的热烟道气。

下面通过实施例进一步详细说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

实施例中所采用的回转干燥器是在常规的回转干燥器的基础上改造而成的。为适合本发明所述方法的要求，在回转干燥器的内部增设了用于半焦间接换热的内套筒。

实施例中所采用的移动床热解器是斜底结构的移动床，在其进料口上方设置倾斜的折流板，以阻挡大颗粒煤尘或焦尘，折流板上方至热解气体出口之间设有两级旋风除尘，出口气体再与颗粒过滤除尘器连接。热解器固体有效容积按半焦与煤的混合传热时间(即停留时间)及处理量确定，本实施例按固体停留时间30分钟、处理煤量1.5t/h确定。为适合本发明所述方法的要求，在移动床热解器的内部增设了高温烟道气伴热夹套。

实施例1

粒度≤30mm的宝日希勒褐煤(煤质分析数据见表1)，以1.5t/h连续送入回转干燥器中，与温度为460℃左右的热烟道气并流通过回转干燥器，在此过程中褐煤与热烟道气直接换热，并尽可能脱除褐煤中所含水分。在回转干燥器中，所述褐煤原料同时与来自热解器的热半焦进行间接换热，原料煤和热烟道气流经内套筒，热半焦流经回转干燥器的内套筒和外筒之间所形成的环形空间。最终将褐煤加热到130℃左右，褐煤内水分降至约4％，热半焦被冷却至180℃左右。

干燥后的130℃左右的褐煤与来自加热回转窑的800℃左右的热半焦以1∶5.6的重量比经螺旋混料器混合后送入移动床热解器中，褐煤原料与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为610℃左右。

移动床热解器中所生成的610℃左右的热半焦中的约80重量％经分料器送入加热回转窑进行加热升温，其余的热半焦送至回转干燥器作为热源，与褐煤原料间接换热。与褐煤原料间接换热后且已被冷却的半焦经进一步喷水冷却后作为半焦产品输出。

送入加热回转窑中的热半焦与尚未充分燃烧的净化后的煤气和烟气所形成的高温混合气体逆流接触，使半焦的温度进一步提升至800℃左右。经加热回转窑加热升温后的高温半焦送至移动床热解器，与干燥后的原料煤直接换热并进行热解反应。而加热回转窑中所生成的高温烟气输送至移动床热解器，作为其夹套伴热的热源。流经移动床热解器夹套的烟道气输送至回转干燥器，作为回转干燥器的干燥介质和热源。

本发明所述工艺方法可长周期平稳操作，所得到的热解产物的产率和主要性质见表2。

表1：原料煤的分析数据

实施例2

本实施例所采用的原料煤、试验装置与实施例1相同，主要操作步骤亦与实施例1基本相同，主要区别如下：

褐煤以1.5t/h连续被送入回转干燥器中，与温度440℃的热烟道气换热、脱水，最终将褐煤加热到110℃、其水分降至约6％、半焦产品冷却至220℃左右。

干燥后的褐煤与来自加热回转窑的750℃左右的热半焦以1∶6的重量比经螺旋混料器混合后送入移动床热解器中，褐煤原料与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦和含焦油蒸汽的煤气，最终热解温度为650℃左右。

将移动床热解器中所生成的含焦油蒸汽的煤气送入组合除尘装置进行除尘。组合除尘装置由两级串联的旋风除尘器和过滤除尘器组成。所述旋风除尘器的出口与过滤除尘器入口相连通，且在除尘过程中，该组合除尘装置控制在使煤气中的焦油不冷凝的热态环境中。本实施例中所采用的组合除尘装置请参见中国专利申请200910076432.x说明书部分实施例2中的有关说明。过滤除尘器内的热半焦来自于加热回转窑且经过筛分，除尘后的半焦经料封与进回转干燥器的半焦混合一同作为产品。

除尘后的焦油蒸汽和煤气经管线21输送至煤气净化装置4中进行净化处理，以脱除煤气中的焦油。分离出来的焦油和水的混合物经管线22排出，送至后续工序进行处理。冷却且脱除焦油后的煤气经管线23输送至燃烧器7进行不完全燃料。燃烧所生成的高温气体经管线24输送至半焦的加热回转窑5作为热源。

经试验，所得到的热解产物的产率和主要性质见表2。

表2

注：实施例中所采用的加热回转窑的规格为Φ1450×14000。

Claims (13)

1.一种煤热解提质方法，包括以下步骤：

(a)将粒度≤30mm的原料煤送入回转干燥器中，使其与热烟道气并流接触、直接换热；与此同时，所述原料煤在回转干燥器中与来自热解器的热半焦间接换热，从而实现原料煤的干燥；

(b)干燥后的原料煤与来自加热回转窑的高温半焦混合后送入热解器中，所述原料煤与高温半焦直接换热并发生热解，生成热半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为500℃-700℃；

(c)热解所生成的热半焦一部分送至加热回转窑进行升温处理，其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热，经回转干燥器冷却后的半焦作为产品排出。

2.根据权利要求1所述的煤热解提质方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：

(d)将步骤(b)所生成的焦油蒸汽和煤气的混合气体送入组合除尘装置中进行除尘，且控制除尘温度，使煤气中的焦油蒸汽不冷凝；

(e)将除尘后的焦油蒸汽和煤气的混合气体送入煤气净化装置中进行净化，以回收焦油。

3.根据权利要求2所述的煤热解提质方法，其特征在于：该方法进一步包括以下步骤：

(f)净化后的煤气送至燃烧器进行燃烧，所生成的高温气体作为半焦加热回转窑的热源；在加热回转窑中，来自热解器的热半焦与所述高温气体逆流接触、直接换热，所生成的高温半焦的温度为700℃-900℃。

4.根据权利要求3所述的煤热解提质方法，其特征在于：经过所述步骤(a)，原料煤被加热至110℃-150℃，原料煤中的水分降至2％-6％，所述半焦被冷却至180℃-300℃；进一步优选地，所述原料煤被加热至110℃-130℃，原料煤中的水分降至2％-4％，半焦被冷却至180℃-220℃。

5.根据权利要求4所述的煤热解提质方法，其特征在于：在所述步骤(b)中，所述干燥后的原料煤与高温半焦按照重量比为1∶2-8的比例进行混合，优选的混合比例为1∶3-7，进一步优选的混合比例为1∶4-6。

6.根据权利要求5所述的煤热解提质方法，其特征在于：所述最终热解温度优选为550℃-650℃，进一步优选为590℃-610℃。

7.根据权利要求6所述的煤热解提质方法，其特征在于：在所述步骤(c)中，步骤(b)所生成的热半焦的60重量％-90重量％送至加热回转窑进行升温处理，而其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热；进一步优选地，步骤(b)所生成的热半焦的65重量％-85重量％送至加热回转窑进行升温处理，而其余的热半焦送至回转干燥器用于与原料煤间接换热。

8.根据权利要求7所述的煤热解提质方法，其特征在于：所述组合除尘装置主要由旋风除尘器和过滤除尘器组成；其中，所述旋风除尘器为单级或两级串联，所述过滤除尘器包括一壳体，所述壳体内设有热半焦床层，所述壳体设有煤气入口和煤气出口以及热半焦入口和热半焦出口；所述旋风除尘器的出口与所述过滤除尘器入口相连通，且在除尘过程中，所述组合除尘装置控制在使焦油蒸汽不冷凝的热态环境中。

9.根据权利要求8所述的煤热解提质方法，其特征在于：所述煤气净化装置主要由喷洒弯管和横管冷却器组成；所述含煤气和焦油蒸汽的混合气体先经由喷洒弯管中喷出的喷洒液喷淋冷激，冷激后所得饱和煤气再经横管冷却器进行冷却。

10.根据权利要求9所述的煤热解提质方法，其特征在于：在所述步骤(f)中，经步骤(e)脱除焦油后的煤气送入燃烧器进行不完全燃烧，所生成的高温气体输送至半焦加热回转窑作为热源；所生成的高温半焦的温度为750℃-850℃，优选为790℃-810℃。

11.根据权利要求10所述的煤热解提质方法，其特征在于：在加热回转窑中与热半焦逆流接触后所形成的高温烟道气输送至热解器的夹套内，作为热解器夹套伴热的热源；流经热解器夹套的烟道气输送至回转干燥器，作为回转干燥器的干燥介质和热源。

12.根据权利要求11所述的煤热解提质方法，其特征在于：步骤(a)中所述热烟道气采用流经热解器夹套的烟道气与回转干燥器的循环烟道气或空分氮气按摩尔比为1∶1-3混合调配而成，且混合后的热烟道气的温度＞400℃，优选混合后热烟道气的温度为440-480℃。

13.根据权利要求11所述的煤热解提质方法，其特征在于：所述回转干燥器具有套筒结构；所述热解器为移动床热解器。