CN103074095B - 煤热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤热解系统。其包括：干燥回转窑用以干燥原料煤，获得干燥物料；热解回转窑用以热解由干燥回转窑形成的干燥物料获取热半焦；加热回转窑用以将由热解回转窑形成的第一部分热半焦加热回流；冷却装置用以冷却由热解回转窑形成的第二部分热半焦，获得产品半焦。该煤热解系统通过在干燥回转窑和热解回转窑之间增加加热回转窑，使得经热解回转窑热解生成的热半焦部分经加热回转窑加热后回流与经干燥回转窑干燥后的干燥物料混合，对干燥物料进一步加热干燥物料，实现了能量梯级利用，系统热效率也较高，并且通过干燥回转窑、热解回转窑、加热回转窑以及冷却装置的顺序运行实现了低变质煤热解工艺的连续性操作提高了生产效率及生产能力。

Description

煤热解系统

技术领域

本发明涉及低变质煤热解领域，尤其是涉及一种煤热解系统。

背景技术

我国煤炭资源丰富，其中低变质煤占我国煤炭总量的50%以上。但低变质煤通常具有高氧含量、高水分、稳定性差及低热值等特点，因此该类煤很难用作大规模的工业气化原料，更多的仅仅是用于局部地区的动力燃料。通过对低变质煤的热解提质技术，能在很大程度上改变其孔隙结构，降低其水分和挥发分，提高热值及热稳定性，且还能回收部分焦油和煤气。因此低变质煤热解提质技术是一种低变质煤高效利用的有效途径，其不但有利于弥补部分石油天然气资源缺口，而且能提高我国低变质煤的利用水平，促进我国经济的发展。

国内外对低变质煤热解提质技术的研究也较多，但到目前为止，多数热解工艺仍不成熟，尚处于试验或示范阶段，其主要难点在于：(1)如何提高焦油的回收率及焦油质量；（2）工艺中热的有效利用；(3)工艺运行过程的可操作性及稳定性；（4）工艺的投资成本及生产能力等。

早在80年代，法国马利诺热分解中心（简称CPM）开发了多段热解工艺，其主要分为干燥、热解和冷却三部分。该工艺过程为：先用250℃的热烟气将湿煤干燥，然后将干燥后的煤送入内热式回转炉中热解，并借助热解产生的有机挥发物在炉内燃烧进行加热，最后将热解后的成品焦冷却排出。该工艺的主要缺点是煤热解产生的焦油等有机化合物不能回收利用。

中国煤炭科学总院北京化工分院也开发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（授权公告号CN1031348C）。该工艺的开发路线是将煤炭干燥、热解及冷却分别在三个回转炉中进行，干燥采用热烟气换热干燥，热解采用外加热式加热，半焦冷却采用内冷式冷却。该工艺的主要特点是工艺条件控制灵活，且外热式热解有利于煤气和焦油的回收。但该工艺的不足之处是热利用率偏低。

此外，神华集团有限责任公司也公开了一种煤热解提质装置（公开号CN101608126A）。该装置主要包括回转干燥器、热解器、加热回转窑，其中回转干燥器设有套筒结构，能使原料煤和热半焦实现间接换热，同时冷却热半焦。该装置实现煤热解的主要工艺路线为：首先原料煤在回转干燥器中与热烟道气并流直接换热，而热半焦则通过回转干燥器外筒与原来煤间接换热，而后将干燥后的煤与加热回转窑中的高温热半焦按一定比例经螺旋混料器混合进入热解器进行热解；热解后的半焦部分用作循环热半焦加热干燥煤，部分回收为产品焦，过程中产生的煤气供加热回转窑燃烧加热半焦，同时回收部分焦油。该煤热解提质装置的优点是操作灵活，且生产的半焦和焦油质量较好，并实现了能量梯级利用，系统热效率也较高。但该装置存在的不足之处是：（1）套筒结构回转干燥器加工复杂，且成本高；（2）该装置中的热解器为静态反应器，不能实现连续操作，生产效率受到限制；（3）螺旋输送设备易发生固体物料堵塞，很难实现装置的平稳运行。因此，如何解决以上难点是实现煤热解高效利用的关键。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种煤热解系统，以提高煤热解生产效率。

为此，在本发明中提供了一种煤热解系统包括：干燥回转窑，用以干燥原料煤，获得干燥物料，包括原料煤导入口和干燥物料出口；热解回转窑，用以热解由干燥回转窑形成的干燥物料获取热半焦，包括与干燥物料出口相连通的混合物料入口，以及远离混合物料入口的第一热半焦出口和第二热半焦出口；加热回转窑，用以将由热解回转窑形成的第一部分热半焦加热回流，包括与第一热半焦出口相连的第一热半焦入口、以及与混合物料入口相连的回流热半焦出口；冷却装置，用以冷却由热解回转窑形成的第二部分热半焦，获得产品半焦，包括与第二热半焦出口相连通的第二热半焦导入口和产品半焦出口。

进一步地，上述加热回转窑的回流热半焦出口通过回流热半焦供料管连接至干燥回转窑和热解回转窑之间的供料流路上，将干燥回转窑和热解回转窑之间的供料流路分为靠近所述干燥回转窑设置的干燥物料供料段和靠近所述热解回转窑设置的混合物料段。

进一步地，上述回流热半焦供料管和干燥物料供料段分别设有控流阀。

进一步地，上述热解回转窑内部远离混合物料入口的一端设有筛分部，筛分部包括由筛网隔开的细料腔和粗料腔，第一热半焦出口与粗料腔内部相同，第二热半焦出口与细料腔内部相通。

进一步地，上述热解回转窑的第二热半焦出口和冷却装置的第二热半焦导入口之间的流路上设有插板阀。

进一步地，上述热解回转窑还包括：第一中转仓，具有漏斗形结构，大口端与第一热半焦出口相连通，小口端与第一热半焦入口相连通；第二中转仓，具有漏斗形结构，大口端与第二热半焦出口相连通，小口端与冷却装置相连通；第一中转仓大口端与第二中转仓的大口端之间设有相连通的溢流口。

进一步地，上述热解回转窑的第一热半焦出口和加热回转窑的第一热半焦入口之间设有热半焦缓冲仓。

进一步地，上述热半焦缓冲仓设置在高于第一热半焦入口的位置，热半焦缓冲仓的入口端与第一热半焦出口通过提升装置相连，出口端与第一热半焦入口相连。

进一步地，上述煤热解系统还包括与热解回转窑相连的尾气处理系统，尾气处理系统用以脱除热解回转窑中产生的第一尾气中的焦油，并将第一尾气中脱离焦油后的煤气输送至加热回转窑中。

进一步地，上述煤热解系统还包括与干燥回转窑相连的载气循环系统，载气循环系统包括：混气调温箱，连接在氮气供气装置与干燥回转窑之间，用以混合氮气和干燥回转窑所产生的第二尾气形成烟气，包括与干燥回转窑的烟气入口相连的烟气出口，以及与干燥回转窑的第二尾气出口相连的尾气入口；除尘系统，连接在第二尾气出口和尾气入口之间，用以对第二尾气进行除尘。

进一步地，上述加热回转窑与除尘系统相连，将由加热回转窑生成的第三尾气作为循环载气输送至除尘系统。

进一步地，上述冷却装置包括一组螺旋冷却机或依次首尾相连的多组螺旋冷却机。

本发明的有益效果：本发明所提供的煤热解系统通过在干燥回转窑和热解回转窑之间增加加热回转窑，使得经热解回转窑热解生成的热半焦部分经加热回转窑加热后回流与经干燥回转窑干燥后的干燥物料混合，对干燥物料进一步加热干燥物料，实现了能量梯级利用，系统热效率也较高，并且通过干燥回转窑、热解回转窑、加热回转窑以及冷却装置的顺序运行实现了低变质煤热解工艺的连续性操作，在很大程度上提高生产效率及生产能力。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明煤热解系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在本发明的一种实施例中，煤热解系统包括：干燥回转窑1、热解回转窑3、加热回转窑2以及冷却装置4。干燥回转窑1用以干燥原料煤，获得干燥物料，包括原料煤导入口和干燥物料出口；热解回转窑3用以热解由干燥回转窑1形成的干燥物料获取热半焦，包括与干燥物料出口相连通的混合物料入口、以及远离混合物料入口的第一热半焦出口、以及第二热半焦出口；加热回转窑2用以将由热解回转窑3形成的第一部分热半焦加热回流，包括与第一热半焦出口相连的第一热半焦入口、以及与混合物料入口相连的回流热半焦出口；冷却装置4用以冷却由热解回转窑3形成的第二部分热半焦，获得产品半焦，包括与第二热半焦出口相连通的第二热半焦导入口和产品半焦出口。

上述煤热解系统通过在干燥回转窑1和热解回转窑3之间增加加热回转窑2，使得经热解回转窑3热解生成的热半焦部分经加热回转窑2加热后回流与经干燥回转窑干燥后的干燥物料混合，对干燥物料进一步加热干燥物料，实现了能量梯级利用，提高了系统热效率，并且通过干燥回转窑、热解回转窑、加热回转窑以及冷却装置的顺序运行实现了低变质煤热解工艺的连续性操作，在很大程度上提高生产效率及生产能力。

在上述煤热解系统中干燥回转窑1、热解回转窑3、加热回转窑2可采用动态方体设备，也可以采用采用静态方体设备，其没有特殊要求。在实际操作中可以简单的采用单筒式回转窑即可，其不但能够降低设备成本，且加工简单，操作方便。

在实际操作中，为了进一步保证煤热解工艺流程的稳定运行，在干燥回转窑1的原料煤导入口可以外接原料煤缓冲仓12，以便于原料煤能够以稳定的速率输送至干燥回转窑1。

优选地，在上述煤热解系统中加热回转窑2的回流热半焦出口通过回流热半焦供料管连接至干燥回转窑1和热解回转窑3之间的供料流路上，将干燥回转窑1和热解回转窑3之间的供料流路分为靠近干燥回转窑1设置的干燥物料供料段和靠近热解回转窑3设置的混合物料段。在该煤热解系统中采用这种连接方式有利于将回流热半焦和干燥物料在进入热解回转窑之前就进行混合，有利于使得两者混合更为均匀，提高系统热效率的同时，使得干燥物料（干燥后的煤）得到充分的热解以优化所生成的半焦产品的质量。

更为优选地，在上述煤热解系统中回流热半焦供料管和干燥物料供料段分别设有控流阀11、21。该控流阀包括但不限于星形阀、插板阀、螺旋输送设备等。在上述回流热半焦供料管和干燥物料供料段分别设有控流阀可以控制回流热半焦和干燥物料的流通量，进而实现按比例混合以控制由两者混合形成的混合物料的温度。同时，控流阀的设置有利于避免回流热半焦和干燥物料同时流动所造成的物料堵塞现象保障了工艺运行的稳定性。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中热解回转窑3内部远离混合物料入口的一端设有筛分部31，筛分部31包括由筛网隔开的细料腔和粗料腔，第一热半焦出口与粗料腔内部相通，第二热半焦出口与细料腔内部相通。在该煤热解系统的热解回转窑3中设置筛分部31有利于将热半焦筛分为细料与粗料，细料部分送入冷却设备以生成产品热半焦，粗料部分以送入加热回转窑以形成回流热半焦。在实际应用中可根据需要调节筛网以调节产品热半焦粒径，进而控制半焦产品的质量。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中热解回转窑3的第二热半焦出口和冷却装置4的第二热半焦导入口之间的流路上设有插板阀32。该插板阀32的设置可以控制由第二热半焦出口流出的热半焦的量，进而在保障多段螺旋冷却系统的正常运行。

优选地，在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中热解回转窑3还包括：第一中转仓和第二中转仓。第一中转仓具有漏斗形结构，大口端与第一热半焦出口相连通，小口端与第一热半焦入口相连通；第二中转仓具有漏斗形结构，大口端与第二热半焦出口相连通，小口端与冷却装置4相连通；第一中转仓大口端与第二中转仓的大口端之间设有相连通的溢流口33。该第一中转仓和第二中转仓的设置为流出的产品热半焦和回流热半焦提高了缓冲，且在插板阀32的配合使用下可以根据回流热半焦的需求来控制高温回流热半焦的量，当回流热半焦过少时，可以关闭插板阀32，当细料堆料高度高于溢流口时，细料可以自然溢入粗料口用作回流热半焦；而当回流热半焦过多时，可以打开插板阀32快速排出细料用作产品半焦。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中热解回转窑3的第一热半焦出口和加热回转窑2的第一热半焦入口之间设有热半焦缓冲仓5。在热解回转窑3与加热回转窑2之间设置热半焦缓冲仓5，以便于更好地控制热半焦的回流量，而且热半焦缓冲仓5能够使得该回流过程更为稳定，进而提高了整个工艺运行的稳定性。

优选地，上述热半焦缓冲仓5设置在高于第一热半焦入口的位置，热半焦缓冲仓5的入口端与第一热半焦出口通过提升装置51相连，出口端与第一热半焦入口相连。在这种连接方式中，通过外力将热半焦输送至热半焦缓冲仓5中，并通过重力作用将热半焦缓冲仓5中热半焦输送至加热回转窑2中，这种采用重力的方式能够更好地控制热半焦回流量，进一步实现回流过程的稳定运行。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中还包括与热解回转窑3相连的尾气处理系统6，尾气处理系统6用以脱除热解回转窑3中产生的第一尾气中的焦油，并将第一尾气中脱离焦油后的煤气输送至加热回转窑中。在实际操作中可以使尾气处理系统6外接焦油回收系统61，以回收尾气处理系统6所脱除的焦油。在上述煤热解系统这种结构中，将热解回转窑3中所产生尾气脱出焦油后输送至加热回转窑2，燃烧以为加热回转窑2提供热量，不但提高了原料利用率，同时还能够获取质量较好的焦油。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中还包括与干燥回转窑1相连的载气循环系统7，载气循环系统7包括：混气调温箱71和除尘系统72。混气调温箱71连接在氮气供气装置与干燥回转窑1之间，用以混合氮气和干燥回转窑1所产生的第二尾气形成烟气，包括与干燥回转窑1的烟气入口相连的烟气出口，以及与干燥回转窑1的第二尾气出口相连的尾气入口；除尘系统72连接在第二尾气出口和尾气入口之间，用以对第二尾气进行除尘。在这种结构中，增加载气循环系统能够将干燥回转窑所产生第二尾气重复用于干燥煤的过程，进一步实现了能量梯级利用，提高了系统热效率。同时其能够降低惰性载气的使用量，降低了生产升本，减少了该生产过程中的尾气的排放，友好了环境。

在实际操作中，可以通过控制通过调节氮气含量来控制混合形成的烟气的温度，将烟气温度控制在400~500℃，使其进入干燥回转窑，将干燥回转窑中的原料煤换热，形成温度为120℃左右的干燥物料。将烟气气输送至干燥回转窑对湿煤进行加热，控制整个过程中氧气含量保持低于8.0%。控制该过程中氧气含量的步骤可以通过对烟气输送过程进行补氮的措施来控制。

优选地，上述煤热解系统中加热回转窑2上与除尘系统72相连，将由加热回转窑2生成的第三尾气作为循环载气输送至除尘系统72。在这种结构中一方面能够减少尾气排放，友好环境，另一方面由加热回转窑流出的第三尾气具有较高的温度，其与第二尾气以及氮气混合能够提高所形成的烟气的温度，减少预热烟气所需要的耗能。

更为优选地，上述载气循环系统7中除尘系统72为旋风分离装置或布袋除尘装置，或它们的组合除尘系统。

在本发明的一种实施例中，上述煤热解系统中冷却装置4可以采用静态外循环水冷却罐冷却或单段螺旋冷却设备，优选地，该冷却装置4包括一组螺旋冷却机或依次首尾相连的多组螺旋冷却机。这种采用多组螺旋冷却机连续运行的方式既能实现稳定的输送效果，又能够实现较好的冷却效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种煤热解系统，其特征在于，包括：

干燥回转窑(1)，用以干燥原料煤，获得干燥物料，包括原料煤导入口和干燥物料出口；

热解回转窑(3)，用以热解由所述干燥回转窑(1)形成的所述干燥物料获取热半焦，包括与所述干燥物料出口相连通的混合物料入口，以及远离所述混合物料入口的第一热半焦出口和第二热半焦出口；

加热回转窑(2)，用以将由所述热解回转窑(3)形成的第一部分热半焦加热回流，包括与所述第一热半焦出口相连的第一热半焦入口、以及与所述混合物料入口相连的所述回流热半焦出口；

冷却装置(4)，用以冷却由所述热解回转窑(3)形成的第二部分热半焦，获得产品半焦，包括与所述第二热半焦出口相连通的第二热半焦导入口和产品半焦出口；

其中，所述热解回转窑(3)内部远离所述混合物料入口的一端设有筛分部(31)，所述筛分部(31)包括由筛网隔开的细料腔和粗料腔，所述第一热半焦出口与所述粗料腔内部相通，所述第二热半焦出口与所述细料腔内部相通，所述第二热半焦出口和所述冷却装置(4)的第二热半焦导入口之间的流路上设有插板阀(32)；

所述热解回转窑(3)还包括：

第一中转仓，具有漏斗形结构，大口端与所述第一热半焦出口相连通，小口端与所述第一热半焦入口相连通；

第二中转仓，具有漏斗形结构，大口端与所述第二热半焦出口相连通，小口端与所述冷却装置(4)相连通；

所述第一中转仓大口端与所述第二中转仓的大口端之间设有相连通的溢流口(33)。

2.根据权利要求1所述的煤热解系统，其特征在于，所述加热回转窑(2)的回流热半焦出口通过回流热半焦供料管连接至所述干燥回转窑(1)和所述热解回转窑(3)之间的供料流路上，将所述干燥回转窑(1)和所述热解回转窑(3)之间的供料流路分为靠近所述干燥回转窑(1)设置的干燥物料供料段和靠近所述热解回转窑(3)设置的混合物料段。

3.根据权利要求2所述的煤热解系统，其特征在于，所述回流热半焦供料管和所述干燥物料供料段分别设有控流阀(11、21)。

4.根据权利要求1所述的煤热解系统，其特征在于，所述热解回转窑(3)的所述第一热半焦出口和所述加热回转窑(2)的所述第一热半焦入口之间设有热半焦缓冲仓(5)。

5.根据权利要求4所述的煤热解系统，其特征在于，所述热半焦缓冲仓(5)设置在高于所述第一热半焦入口的位置，所述热半焦缓冲仓的入口端与所述第一热半焦出口通过提升装置(51)相连，出口端与所述第一热半焦入口相连。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的煤热解系统，其特征在于，还包括与所述热解回转窑相连的尾气处理系统(6)，所述尾气处理系统(6)用以脱除所述热解回转窑(3)中产生的第一尾气中的焦油，并将所述第一尾气中脱离焦油后的煤气输送至所述加热回转窑(2)中。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的煤热解系统，其特征在于，还包括与所述干燥回转窑相连的载气循环系统(7)，所述载气循环系统(7)包括：

混气调温箱(71)，连接在氮气供气装置与所述干燥回转窑(1)之间，用以混合氮气和所述干燥回转窑(1)所产生的第二尾气形成烟气，包括与所述干燥回转窑(1)的烟气入口相连的烟气出口，以及与所述干燥回转窑(1)的第二尾气出口相连的尾气入口；

除尘系统(72)，连接在所述第二尾气出口和所述尾气入口之间，用以对所述第二尾气进行除尘。

8.根据权利要求7所述的煤热解系统，其特征在于，所述加热回转窑(2)与所述除尘系统(72)相连，将由所述加热回转窑生成的第三尾气作为循环载气输送至所述除尘系统(72)。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的煤热解系统，其特征在于，所述冷却装置(4)包括一组螺旋冷却机或依次首尾相连的多组螺旋冷却机。