CN101760215B - 一种低阶煤的分步提质加工工艺和加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种低阶煤的分步提质加工工艺。包括如下步骤：(1)干燥步骤：将原煤粒送入干燥反应器，在常压下进行乏氧热气体干燥，对原煤粒中的水分进行物理脱除；(2)低温干馏(热解)步骤：将经过步骤(1)的处理后的干煤粒送入干馏(热解)反应器，在常压下通入乏氧气体进行加热干馏，通过化学变化使原煤中挥发份以气态形式溢出。本发明提供的一种低阶煤的分布提质加工系统包括：干燥反应器和干馏反应器，干馏反应器设置在干燥反应器的下部。本发明通过干燥和低温干馏分步处理的方式，克服国内低阶煤提质技术对煤种处理的单一性，实现了提质煤种的多样性。
Description
技术领域
本发明涉及一种对低阶煤进行干燥脱水-低温干馏的提质处理工艺，本发明还涉及一种对低阶煤进行干燥脱水-低温干馏的加工系统。
背景技术
低阶煤包括泥煤、褐煤和长焰煤、气煤、弱粘结煤等次烟煤，约占世界煤炭资源储量的50％，同样低阶煤在我国储量也极其丰富，大约占我国煤炭储量的60％以上。主要分布在云南、内蒙古、东北、四川等省份。其特点是含水量高，一般占20％以上(收到基)；挥发份高，约在30～50％(干燥无灰基)；热值低，在2500～4500千卡/公斤。
目前我国的煤炭资源的开采和利用以无烟煤和烟煤为主，低阶煤的开采和利用水平很低，主要是作为电厂动力燃煤。由于其含水较高，直接燃烧时候存在燃烧困难、热效率低的缺点。随着我国对能源需求的不断增加，以及无烟煤和烟煤资源过度开采造成的资源紧张，低阶煤开发和利用越来越重要。针对低阶煤反应活性高，易自燃，不易长途运输；含水量大、热值低的缺点，低阶煤开发的重点之一应是其自身的干燥和转化提质。
目前针对低阶煤转化提质的传统工艺主要有：干燥提质和低温干馏(热解)提质工艺两种。
普通干燥提质工艺多用于含水较高的褐煤煤种提质，其原理主要是通过物理的方法，如升高温度、加压等方式，使原煤中水分迅速变成气态的形式，并排出，从而达到脱除的目的。世界范围内的低阶煤干燥提质技术有很多种，包括固定床、流化床、回转窑和夹带系统等，每一种都有其优点。德国专利DE-PS359440、DE19946517A1，日本专利JP9255968A，中国专利CN101294765A中涉及的工艺都是不加压的蒸发过程，设备简单、能耗小、易于大型工业化，而处理过的产品煤水分含量被降到很低，热值有所提高。中国专利CN96108263A中公开了一种降低低阶煤含水的方法，该方法需要在密闭压力室中进行气蒸处理，其次利用压挤将水分机械压出成蒸汽排出，能保证产品煤不复吸水，设备要求精密度高。
众所周知的是，干燥提质工艺的缺点在于通过物理方法对煤种水分进行脱除后，煤的孔洞结构和化学结构并没有发生明显变化，处理后的煤样极易从周围环境中吸收水分恢复到处理前的含水量，而且长期暴露在空气中的煤粉极易自燃。而造成自燃的主要原因有两种：一是单一脱除水分后，煤粒表面孔隙发达，氧在碳的表面进行物理吸附速率加快，氧与煤中的有机物发生反应，而氧化反应是一个放热反应，每摩尔氧气反应将最终放出120000KJ的热量，同时温度升高10℃时氧化速率又将升高一倍，这样会使碳的温度升高，到最后发生自燃；另外一种造成自燃的方式是吸水，吸收空气中的水蒸汽的过程也是一个放热过程，水蒸气在干煤的表面物理吸附一摩尔水时将放出大约20000KJ热量，如此的吸附热加速了煤的氧化速度，而氧化速度的增加将最终导致煤的自燃。
低温干馏提质工艺是指通过热解的方式将含水低的次烟煤和烟煤加工成为优质固体燃料半焦，并获得一定热值的燃气和高附加值液态产品煤焦油的过程。其主要原理是在一定温度下对原煤进行干馏(热解)处理，是一个人工炭化的过程，属于化学变化，以解聚反应和分解反应为主。其具体过程是：煤炭中芳香环之间的桥键断裂，形成自由基；小分子量自由基从煤颗粒中扩散出来，产生一定热值的可燃气体；较大分子量的自由基被饱和，产生中等分子量的焦油，并从煤颗粒中扩散出来；与此同时，大分子量的物质固化缩合成高热值固体燃料半焦。
现阶段成熟的工业化半焦生产工艺主要有多段回转炉工艺和内热式气体热载体直立炉工艺。中国专利CN201053004Y中公开了一种使用回转炉进行次烟煤和烟煤干馏提质处理的工艺技术，该工艺虽处理煤量大，可以实现规模化生产，但是处理低阶煤能力不高，能耗大，且对工厂建设要求高，占地较大，设备配套系统复杂。中国专利CN1966612A中公开了一种使用气载体的内热式直立炉进行弱粘结性煤干馏提质的工艺技术，该工艺只能用于含水量较低的烟煤的提质加工，煤种要求高，很难实现处理煤种的多样化；且该工艺为了保证传热效率和气体循环量，处理煤量并不大，难以实现工业规模的扩大化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提质煤种的多样性的低阶煤的分步提质加工工艺和加工系统。
为了解决上述问题，本发明提供的一种低阶煤的分步提质加工工艺包括如下步骤：
(1)干燥步骤：将原煤粒送入干燥反应器，在常压下进行乏氧热气体干燥，对原煤粒中的水分进行物理脱除；
(2)低温干馏(热解)步骤：将经过步骤(1)的处理后的干煤粒送入干馏(热解)反应器，在常压下通入乏氧气体进行加热干馏，通过化学变化使原煤中挥发份以气态形式溢出。
优选地，所述步骤(1)中的干燥条件控制在每千克煤需要10～50立方米含氧量低于6％(vol)的热气体，使原煤粒的温度控制在150～250℃，并将煤中水分含量降至6％以下。
优选地，所述步骤(2)中的的低温干馏条件是：以1千克煤/5～50立方米的流量比通入高温含氧量低于3％(vol)的贫氧热气体，控制进入热解炉的贫氧热气体的温度为400～950℃，使煤与热气体充分混合后，温度达到450～680℃。
本发明提供的一种低阶煤的分布提质加工系统包括：干燥反应器和干馏反应器，干馏反应器设置在干燥反应器的下部；其中，
所述干燥反应器和干馏反应器分别包括：炉体，在该炉体内设置有可旋转的炉底，在所述炉体的上部设置有进煤料口和排气出口，在所述炉体的底部还设置有热空气进口。
优选地，在所述炉体内还设置有用于搅拌的犁式机械搅拌器。
本发明是一种低阶煤的干燥提质和低温干馏提质两种工艺技术相结合的工艺过程，具有以下特点：
1、通过将发生物理变化的干燥步骤和发生化学变化的干馏步骤分开，从而使煤炭中的孔洞结构发生变化，不再从环境中吸收水分，提高了固体产品煤的热值和稳定性，便于长途运输。
2、在低温干馏过程中，通过干馏温度的不同，可调节煤中挥发份溢出的含量，根据市场需要调节高热值产品煤和高附加值的液态燃料的产率。提高干馏温度，使煤中挥发份尽可能的以气态形式溢出，通过冷凝获得高产率的高附加值的液态燃料；降低干馏温度，使可燃成分更多的留在煤中，从而提高了高热值产品煤的产率。
3、通过控制原料煤在反应器中停留时间，以及气体热载体温度、气量，达到按需求调节和控制产品煤中水分和挥发份含量的目的。
4、通过干燥和低温干馏分步处理的方式，克服国内低阶煤提质技术对煤种处理的单一性，实现了提质煤种的多样性。该工艺技术不仅可适用于含水高的褐煤的提质加工，还可以适用于弱粘结性的次烟煤和烟煤的提质加工。
5、通过本发明生产的固体产品煤，热值可以提高到5500～7000千卡/公斤；高附加值的液态产品产率根据工艺要求不同，产率可在5％～12％。
6、通过将干燥去除煤中水分含量和低温干馏控制煤中挥发份含量的工艺过程分步进行，可以克服国内低阶煤提质技术难以同时对煤中水分和挥发份进行有效控制，产品煤稳定性和产率差的缺点，产品煤难以实现长途运输。本发明处理方法加工后的产品煤产率比较稳定，而且通过工艺优化后的产品煤中水分含量和挥发份含量适中，同时产品煤分别经过化学和物理变化的处理，产品煤的孔洞结构也发生变化，稳定性显著提高，长期暴露在环境中不会出现自燃的现象，长途运输稳定性极高。
本发明工艺中使用气载体内热式直立搅拌转底炉对原料煤进行干燥和低温干馏处理，具有以下特点：
1、采用转底炉作为干燥和干馏单元进行对流换热，通过将热气体送往一个槽型旋转炉排以加热其上的原料煤，槽型旋转炉炉排的转速可以调节，可以根据实际情况保证原料煤在炉内的停留时间。
2、槽型旋转炉排上设计煤层厚度仅有0.3m，再加上有一个犁式机械搅拌器，可以提高热气体和煤料之间的热交换，传热效率高。
3、旋转的卸料设置，使装置排料更加方便、迅速。
4、直立炉设计，占地要求小，原煤处理量大，同时物料装填和卸料主要通过重力作用完成，设备构成简单，扩大规模生产只需要适当增大转炉直径即可实现。
附图说明
图1为本发明低阶煤分步提质加工工艺的工艺流程图；
图2为本发明所采用干燥-干馏的加工系统结构示意图；
图3为本发明用于干燥和低温干馏的气载体内热式直立搅拌转底炉的结构示意图。
其中：
1-进煤料仓
2-干燥反应器
3-干馏(热解)反应器
4-产品煤冷却装置
5-产品煤钝化处理装置
6-产品煤卸料斗
7-产品煤运输系统
8-气体燃烧器
9-热解气处理单元
10-液态产品储罐
11-热空气进口
12-排气出口
13-卸料口
14-旋转炉底
15-犁式机械搅拌器
16-水封
具体实施方式
如图1所示，本发明整个工艺的流程是：经过粉碎和筛分处理的原料煤经过进煤料仓1，加入到干燥反应器2中，在干燥反应器2中使用乏氧热气体对原煤粒进行直接传热干燥，干燥后的煤样进入到低温干馏反应器3中，在乏氧热气体的加热下发生热解反应，热解反应过程中产生的气体中高分子量烯烃部分在热解气处理单元9中被冷凝生成高附加值液态产品(煤焦油)被收集在储罐10中，其余气体在气体燃烧器8中被点燃，充分燃烧后被作为加热气体在工艺中再次循环，而热解反应器中煤料通过卸料系统被排放到产品煤冷却装置4进行冷却，冷却后的煤料在产品煤钝化处理装置5中进行钝化处理，处理后的煤样被排放到产品煤卸料斗6中，在通过产品煤卸料斗6将产品煤卸入产品煤运输系统7中，然后进行销售和储藏。
本发明所述的干燥工艺中，优选干燥条件控制在每千克煤需要10～50立方米含氧量低于6％(vol)的热气体，使原煤粒的温度控制在150～250℃，根据煤种不同，将煤中水分含量降至6％以下。
本发明所述的低温干馏工艺中，以1千克煤/5～50立方米的流量比通入高温含氧量低于3％(vol)的贫氧热气体，可控制进入热解炉的贫氧热气体的温度为400～950℃，使煤与热气体充分混合后，温度达到450～680℃。
通过本发明生产的固体产品煤，热值可以提高到5500～7000千卡/公斤；高附加值的液态产品产率根据工艺要求不同，产率在5％～12％。
图2为本发明所采用干燥-千馏的加工系统结构示意图；图3为本发明用于干燥和低温干馏的气载体内热式直立搅拌转底炉的结构示意图。
如图2、3所示，本发明采用的加工系统包括：干燥反应器2和干馏反应器3，干馏反应器3设置在干燥反应器2的下部。干燥反应器2和干馏反应器3的结构相同，如图2、3所示，分别包括：炉体21，在炉体21内设置有可旋转的炉底14，在炉体21的上部设置有进煤料口22和排气出口12，在炉体21的底部还设置有热空气进口11。炉体21内还设置有用于搅拌的犁式机械搅拌器15。在干燥反应器2的进煤料口22上安装有进煤料仓1，干燥反应器2的炉底14的出料口17设置在干馏反应器3的进煤料口22上。
如图2、图3所示，使用气载体内热式直立搅拌转底炉进行干燥和低温干馏(热解)的工艺流程和原理是：经处过理的原煤经过进煤料仓1，加入到干燥反应器2中，干燥处理以后的煤样进入干馏反应器3中进行干馏(热解)处理。干燥反应器2和干馏反应器3使用的都是气载体内热式直立搅拌转底炉，煤样被加入到转底炉的旋转炉底14进行处理，炉底14旋转过程中，犁式机械搅拌器15对煤样进行扒分处理，使煤样在转底炉的炉槽内分布更加均匀，提高与热气体的换热效率，而加热气体从热空气进口11进入反应器加热经犁式机械搅拌器15均匀铺开的煤样，加热以后的尾气从排气出口12排出进行后续工艺处理，处理后的产品煤样通过旋转的炉底卸料口13进入下一道工序中。整套设备采用水封处理来保证装置气密性。
具体示范例：
示范例1，将经粉碎筛分处理后的含水约30％，挥发份约25％，发热量为4000千卡/千克的褐煤煤粒送入直立转底炉的干燥反应器中，干燥条件控制在每1千克煤需要50立方米热气体，乏氧热气体含氧量为3％，保证原煤粒的温度控制在220℃左右，经过一定额定时间的干燥处理后的煤粒含水量在5％左右。再将干燥工艺处理后的原煤粒送入直立转底炉的热解反应器，在热解气中以1千克煤35立方米的流量通入含氧量低于1％(vol)的乏氧热气体，保证煤粒温度控制在520℃左右，所得固体煤的热值为5800千卡/千克，固体煤中挥发份含量为10％左右，固体产品煤的产率为52％左右，对热解产生的工艺副产气经过除尘和71℃冷凝后获得高附加值液态产品的产率为6％左右。
示范例2，将经粉碎筛分处理后的含水约18％，挥发份约28％，发热量为4800千卡/千克的弱粘结烟煤煤粒送入直立转底炉的干燥反应器中，干燥条件控制在每1千克煤需要40立方米热气体，乏氧热气体含氧量为3％，保证原煤粒的温度控制在180℃左右，经过一定额定时间的干燥处理后的煤粒含水量在5％左右，再将干燥工艺处理后的原煤粒送入直立转底炉的热解反应器，在热解气中以1千克煤35立方米的流量通入含氧量低于1％(vol)的乏氧热气体，保证煤粒温度控制在520℃左右，所得固体煤的热值为6200千卡/千克，固体煤中挥发份含量为12％左右，固体产品煤的产率为56％左右，对热解产生的工艺副产气经过除尘和71℃冷凝后获得高附加值液态产品的产率为8％左右。
示范例3，将经粉碎筛分处理后的含水约18％，挥发份约28％，发热量为4800千卡/千克的弱粘结烟煤煤粒送入直立转底炉的干燥反应器中，干燥条件控制在每1千克煤需要40立方米热气体，乏氧热气体含氧量为3％，保证原煤粒的温度控制在180℃左右，经过一定额定时间的干燥处理后的煤粒含水量在5％左右，再将干燥工艺处理后的原煤粒送入直立转底炉的热解反应器，在热解气中以1千克煤50立方米的流量通入含氧量低于1％(vol)的乏氧热气体，保证煤粒温度控制在680℃左右，所得固体煤的热值为6800千卡/千克，固体煤中挥发份含量为6％左右，固体产品煤的产率为46％左右，对热解产生的工艺副产气经过除尘和71℃冷凝后获得高附加值液态产品的产率为11％左右。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种低阶煤的分步提质加工工艺，其特征在于，将低阶煤的干燥提质和低温干馏提质两种工艺相结合，并分步进行处理，其包括如下步骤：
(1)干燥步骤：将原煤粒送入干燥反应器，在常压下进行乏氧热气体干燥，对原煤粒中的水分进行物理脱除；
(2)低温干馏热解步骤：将经过步骤(1)的处理后的干煤粒送入干馏热解反应器，在常压下通入乏氧气体进行加热干馏，通过化学变化使原煤中挥发份以气态形式溢出；
其中，所述步骤(1)中的干燥条件控制在每千克煤需要10～50立方米含氧量低于6％体积的热气体，使原煤粒的温度控制在150～250℃，并将煤中水分含量降至6％以下；所述步骤(2)中的的低温干馏条件是：以1千克煤/5～50立方米的流量比通入高温含氧量低于3％体积的贫氧热气体，控制进入热解炉的贫氧热气体的温度为400～950℃，使煤与热气体充分混合后，温度达到450～680℃。
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