CN104031693A - 煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺，来自煤炭中低温干馏炉或焦炉的荒煤气直接进入一体化移动床净化器，利用煤气自身携带的物理显热，在温度不降低的条件下完成脱硫、除尘、改质过程，从而得到洁净、优质的煤焦油和煤气。一体化移动床净化器分为脱硫区、初级催化区与二级催化区三部分，依次装填脱硫剂、天然矿石类焦油裂解催化剂和人工合成类焦油裂解催化剂，煤气中的粉尘在经过堆积状态的颗粒床时，通过碰撞、沉降、拦截等作用达到粉尘净化的目的。上述脱硫剂、催化剂均可就地再生、循环使用。本发明实现了脱硫、除尘、改质一步完成，有利于简化煤炭热加工过程的后续工艺，提高热解产品附加值，降低对环境的污染。

Description

煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种煤热解气体处理装置及工艺，具体地说是涉及一种煤热解气体(尤其是中低温干馏煤气或焦炉荒煤气)的脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺。

背景技术

中、低温干馏通常是指煤在500-800℃，隔绝空气加热，受热分解生成半焦、煤焦油、煤气的过程。高温干馏(炼焦)温度则在900℃以上，其产品为焦炭、高温煤焦油和煤气。上述两种工艺在为社会提供优质燃料、化学品的同时，也给环境带来了严重污染，特别是炼焦是间歇生产过程，其焦油后续加工能耗巨大，工艺过程复杂，粉尘污染严重，焦油产品品质低等问题突出。传统煤气的处理工艺是将煤气直接冷却，得到含尘煤焦油，然后煤焦油再加热进行加工，不仅能耗巨大，同时冷却过程中有废水废渣污染；或用氨水喷淋荒煤气降温、除尘，导致焦油中含尘量很高，而且带来废水和废渣污染，同时浪费了煤气的物理显热。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，包括一体化移动床净化器、电捕焦油器与冷凝器，所述一体化移动床净化器包括脱硫区、初级催化区与二级催化区，脱硫区、初级催化区与二级催化区之间用通气挡板分隔开，初级催化区位于脱硫区与二级催化区之间，在脱硫区内装填脱硫剂，在初级催化区与二级催化区内装填催化剂，脱硫区与热解煤气进气管路相连，二级催化区与净化煤气出气管路相连，净化煤气出气管路再依次连接电捕焦油器与冷凝器。

优选的，在脱硫区、初级催化区与二级催化区的上部均设置料封区。

优选的，在脱硫区上方设置有脱硫剂输入口，在脱硫区下方设置有脱硫剂排出口，在脱硫剂排出口和脱硫剂输入口之间连接有脱硫剂输送管路，在脱硫剂输送管路上设置有脱硫剂再生反应器；在初级催化区上方设置有初级催化剂输入口，在初级催化区下方设置有初级催化剂排出口，在初级催化剂排出口与初级催化剂输入口之间连接有初级催化剂输送管路，在初级催化剂输送管路上设置有初级催化剂再生反应器；在二级催化区上方设置有二级催化剂输入口，在二级催化区下方设置有二级催化剂排出口，在二级催化剂排出口与二级催化剂输入口之间连接有二级催化剂输送管路，在二级催化剂输送管路上设置有二级催化剂再生反应器；在脱硫剂输入口处还连接有脱硫剂补充管路，在初级催化剂输入口处还连接有初级催化剂补充管路，在二级催化剂输入口处还连接有二级催化剂补充管路。

优选的，在脱硫剂输送管路、初级催化剂输送管路和二级催化剂输送管路上均连接有输送风管；所述脱硫剂再生反应器、初级催化剂再生反应器与二级催化剂再生反应器均设置两个。

优选的，所述脱硫剂输送管路、初级催化剂输送管路和二级催化剂输送管路的两端还连接有清灰器。

优选的，所述通气挡板为百叶窗挡板或孔板；所述脱硫剂与催化剂粒度为1-20mm，形状为球形或圆柱形；所述初级催化区内催化剂选用天然矿石类焦油裂解催化剂，所述二级催化区内催化剂选用人工合成类焦油裂解催化剂。

一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化工艺，步骤如下：

(1)来自中低温干馏炉或焦炉的热解煤气经热解煤气进气管路输送至一体化移动床净化器的脱硫区，在脱硫区自上而下缓慢下行的脱硫剂颗粒与热解煤气错流接触，以脱除热解煤气中含硫组分，同时热解煤气中的大部分粉尘被捕集；

(2)热解煤气经脱硫区后进入初级催化区，在初级催化区自上而下缓慢下行的天然矿石类焦油裂解催化剂与热解煤气错流接触；然后进入二级催化区，在二级催化区热解煤气与人工合成类焦油裂解催化剂错流接触；在初级催化区与二级催化区，催化剂在对热解煤气进一步除尘的同时，主要进行焦油的裂解反应，部分重质煤焦油分子转化为小分子燃气和轻质煤焦油分子；

(3)经一体化移动床净化器净化和改质后的煤气进入净化煤气出气管路，经净化煤气出气管路输送至电捕焦油器与冷凝器，并经电捕焦油器与冷凝器分离出焦油后将不凝煤气送出。

优选的，脱硫区、初级催化区与二级催化区下方排出的脱硫剂与催化剂分别经管路及在输送气作用下先输送至一级再生反应器，在一级再生反应器中通入空气和惰性气体(或空气、惰性气体和水蒸气)的混合气，脱硫剂与催化剂进行烧炭再生，然后输送至二级再生反应器，在二级再生反应器中通入化学药剂，脱硫剂与催化剂进行化学再生，再生后的脱硫剂与催化剂分别进入脱硫区、初级催化区与二级催化区循环使用。

优选的，脱硫剂与催化剂在输送至一级再生反应器之前先进入一级清灰器进行清灰处理，一级清灰器对脱硫剂或催化剂捕集到的粉尘进行分离；脱硫剂与催化剂经一级再生反应器与二级再生反应器再生后再进入二级清灰器进行清灰处理，二级清灰器对脱硫剂或催化剂提升及再生过程中产生的粉尘进行分离；所述一级清灰器与二级清灰器依靠气流将粉尘分离，或根据粒度不同利用筛网将粉尘从脱硫剂或催化剂中分离。

优选的，通过采用向再生反应器内通入含氧气体，烧掉催化剂表面的积炭产生热量，和/或在料封区设置外加热的方式，以提高脱硫剂与催化剂颗粒温度，控制一体化移动床净化器内的温度不低于入口热解煤气的温度。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明根据煤热解气体(中低温干馏和焦化荒煤气)的组成特性，巧妙利用移动床高效过滤和活性颗粒的反应性，同时借助煤气自身携带的物理显热，将荒煤气脱硫、除尘、催化裂解一步完成，且具备脱硫剂和催化剂的循环再生功能，能量利用合理，无三废产生，具有显著的环保和节能优势。

(2)本发明巧妙地将移动床分为三个区，其中脱硫区对催化区的催化剂起到保护作用，而初级催化区(采用天然矿石类焦油裂解催化剂，成本较低)又对二级催化区(采用人工合成类焦油裂解催化剂，成本相对较高)起到保护作用，最大限度降低了催化剂的使用成本，延长了催化剂(特别是二级催化区催化剂)的再生周期和使用寿命。

(3)本发明在脱硫区、初级催化区与二级催化区的上部均设置料封区，保证荒煤气依次经过脱硫区、初级催化区、二级催化区而不发生短路现象。

(4)本发明利用热解煤气自身携带的物理显热，在线完成脱硫、除尘、改质一体化过程，有利于降低焦油加工的能耗，同时有利于获得更多的轻质焦油，降低焦油含尘率，提高富氢气体产率。

(5)本发明颗粒床除尘属深度净化，其过滤效率大幅提高，热解煤气在经过颗粒床时，通过碰撞、沉降、拦截等作用达到粉尘净化的目的，且是对传统工艺的革命性改进(传统工艺用氨水喷淋荒煤气降温、除尘，导致焦油中含尘量很高，而且带来废水和废渣污染，同时浪费了煤气的物理显热)。同时再生系统中加装两级清灰器，防止了再生过程产生的粉尘进入颗粒床，对除尘带来负面影响，净化效果突出。

(6)本发明不仅能够实现脱硫剂和催化剂的再生，而且再生过程中烧炭产生的热量用于颗粒的自身加热，达到余热的高效利用目的。

(7)本发明热解温度下(400-1000℃)的荒煤气进入移动床净化器，移动床内的脱硫剂、催化剂颗粒温度大于等于煤气温度，可以有效防止焦油在颗粒床中的冷凝，且根据脱硫、改质的工艺要求，可以通过调整颗粒温度来调整各区域的反应温度，特别是初级催化区和二级催化区的温度的调整将会带来产品组成的改变，体现了该工艺的灵活性。

(8)本发明将煤气中的重焦油组分利用催化反应高效转化，从而提高产品中轻质焦油和富氢气体产率，提高了产品附加值。此外，由于颗粒床的高效过滤作用，焦油中的粉尘含量可控制在0.2wt％以下，便于焦油的后续加工。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图中：1-热解煤气进气管路，2-脱硫区，3-初级催化区，4-二级催化区，5-孔板，6-料封区，7-净化煤气出气管路，8-电捕焦油器，9-焦油收集管，10-煤气输送管路，11-冷凝器，12-轻质焦油收集管，13-煤气输出管路，14-脱硫剂补充管路，15-初级催化剂补充管路，16-二级催化剂补充管路，17-二级清灰器，18-二级清灰器出风管，19-二级清灰器进风管，20-脱硫剂再生一级反应器，21-脱硫剂再生二级反应器，22-初级催化剂再生一级反应器，23-初级催化剂再生二级反应器，24-二级催化剂再生一级反应器，25-二级催化剂再生二级反应器，26-脱硫剂输送管路，27-初级催化剂输送管路，28-二级催化剂输送管路，29、30、31输送风管，32-一级清灰器。

具体实施方式

结合附图，一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，包括一体化移动床净化器、电捕焦油器8与冷凝器11，所述一体化移动床净化器分为脱硫区2、初级催化区3与二级催化区4，在脱硫区2内装填脱硫剂，在初级催化区3与二级催化区4内装填催化剂，各区之间通过孔板5将颗粒分隔开。脱硫区2与热解煤气进气管路1相连，初级催化区3位于脱硫区2与二级催化区4之间，二级催化区4与净化煤气出气管路7相连。净化煤气出气管路7连接电捕焦油器8，电捕焦油器8通过煤气输送管路10连接冷凝器11，冷凝器11连接煤气输出管路13。

在脱硫区2、初级催化区3与二级催化区4的上部均设置料封区6。在脱硫区2上方设置有脱硫剂输入口，在脱硫区2下方设置有脱硫剂排出口，在脱硫剂排出口和脱硫剂输入口之间连接有脱硫剂输送管路26，在脱硫剂输送管路26上依次设置有一级清灰器32、脱硫剂再生一级反应器20、脱硫剂再生二级反应器21与二级清灰器17。在初级催化区3上方设置有初级催化剂输入口，在初级催化区3下方设置有初级催化剂排出口，在初级催化剂排出口与初级催化剂输入口之间连接有初级催化剂输送管路27，在初级催化剂输送管路27上依次设置有一级清灰器32、初级催化剂再生一级反应器22、初级催化剂再生二级反应器23与二级清灰器17。在二级催化区4上方设置有二级催化剂输入口，在二级催化区4下方设置有二级催化剂排出口，在二级催化剂排出口与二级催化剂输入口之间连接有二级催化剂输送管路28，在二级催化剂输送管路28上依次设置有一级清灰器32、二级催化剂再生一级反应器24、二级催化剂再生二级反应器25与二级清灰器17。在脱硫剂输送管路26、初级催化剂输送管路27和二级催化剂输送管路28上分别连接有输送风管29、输送风管30与输送风管31。在脱硫剂输入口处还连接有脱硫剂补充管路14，在初级催化剂输入口处还连接有初级催化剂补充管路15，在二级催化剂输入口处还连接有二级催化剂补充管路16。

上述脱硫剂与催化剂均为颗粒状，粒度为1-10mm，优选3-8mm，形状优选为球形或圆柱形。初级催化区内催化剂选用天然矿石类焦油裂解催化剂，二级催化区内催化剂选用人工合成类焦油裂解催化剂。当然初级催化区与二级催化区也可都加天然矿石类焦油裂解催化剂或人工合成类焦油裂解催化剂。

本发明的工艺流程如下：

来自中低温干馏炉或焦炉的荒煤气经热解煤气进气管路1输送至一体化移动床净化器的脱硫区2，脱硫区2内脱硫剂颗粒在重力作用下自上而下缓慢下行，与煤气错流接触，实现脱除煤气中含硫气体的目的，同时煤气中的大部分粉尘被捕集。之后煤气依次进入一体化移动床初级催化区3和二级催化区4，在初级催化区3和二级催化区4内催化剂颗粒与煤气错流接触，在对煤气进一步除尘的同时，主要进行焦油的裂解反应，部分重质煤焦油分子转化为小分子燃气(氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等)和轻质煤焦油分子。上述三个区通过孔板5进行分离，防止各区的固体颗粒混入其他区域。上述三个区的上部均设置料封区6，其作用是防止气体短路。净化和改质后的煤气经净化煤气出气管路7输送至电捕焦油器8，电捕焦油器8处理后的煤气经煤气输送管路10输送至冷凝器11，煤气经电捕焦油器8和冷凝器11处理后，从焦油收集管9和轻质焦油收集管12得到煤焦油。经电捕焦油器8和冷凝器11收集煤焦油后的煤气最终通过煤气输出管路13送出系统。上述三个区上方分别设置脱硫剂补充管路14、初级催化剂补充管路15与二级催化剂补充管路16，用于弥补脱硫剂和催化剂的损失。从上述三个区下方排出的脱硫剂、催化剂先进入一级清灰器32进行清灰处理，来自输送风管29、30、31的高压气体分别将脱硫剂、催化剂通过脱硫剂输送管路26、初级催化剂输送管路27与二级催化剂输送管路28输送至脱硫剂再生一级反应器20、初级催化剂再生一级反应器22与二级催化剂再生一级反应器24，在这三个反应器中分别进行烧炭再生，主要是将颗粒表面的积炭通过燃烧或气化反应去除(如通入空气、惰性气体和水蒸气的混合气，或通入空气和惰性气体的混合气)，之后脱硫剂、催化剂被送至脱硫剂再生二级反应器21、初级催化剂再生二级反应器23与二级催化剂再生二级反应器25，进行化学再生。再生后的脱硫剂、催化剂分别进入二级清灰器17。一级清灰器32与二级清灰器17均采取气流清灰，如图中所示，二级清灰器17分别连接二级清灰器进风管19与二级清灰器出风管18，当然一级清灰器32与二级清灰器17也可采用筛网清灰。清灰后的颗粒分别进入脱硫区2、初级催化区3与二级催化区4循环使用。每个区内颗粒的移动速度可以根据煤气中含尘量、硫含量、煤气中焦油组分等情况确定。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：包括一体化移动床净化器、电捕焦油器与冷凝器，所述一体化移动床净化器包括脱硫区、初级催化区与二级催化区，脱硫区、初级催化区与二级催化区之间用通气挡板分隔开，初级催化区位于脱硫区与二级催化区之间，在脱硫区内装填脱硫剂，在初级催化区与二级催化区内装填催化剂，脱硫区与热解煤气进气管路相连，二级催化区与净化煤气出气管路相连，净化煤气出气管路再依次连接电捕焦油器与冷凝器。

2.根据权利要求1所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：在脱硫区、初级催化区与二级催化区的上部均设置料封区。

3.根据权利要求1所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：在脱硫区上方设置有脱硫剂输入口，在脱硫区下方设置有脱硫剂排出口，在脱硫剂排出口和脱硫剂输入口之间连接有脱硫剂输送管路，在脱硫剂输送管路上设置有脱硫剂再生反应器；在初级催化区上方设置有初级催化剂输入口，在初级催化区下方设置有初级催化剂排出口，在初级催化剂排出口与初级催化剂输入口之间连接有初级催化剂输送管路，在初级催化剂输送管路上设置有初级催化剂再生反应器；在二级催化区上方设置有二级催化剂输入口，在二级催化区下方设置有二级催化剂排出口，在二级催化剂排出口与二级催化剂输入口之间连接有二级催化剂输送管路，在二级催化剂输送管路上设置有二级催化剂再生反应器；在脱硫剂输入口处还连接有脱硫剂补充管路，在初级催化剂输入口处还连接有初级催化剂补充管路，在二级催化剂输入口处还连接有二级催化剂补充管路。

4.根据权利要求3所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：在脱硫剂输送管路、初级催化剂输送管路和二级催化剂输送管路上均连接有输送风管；所述脱硫剂再生反应器、初级催化剂再生反应器与二级催化剂再生反应器均设置两个。

5.根据权利要求3所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：所述脱硫剂输送管路、初级催化剂输送管路和二级催化剂输送管路的两端还连接有清灰器。

6.根据权利要求1所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置，其特征在于：所述通气挡板为百叶窗挡板或孔板；所述脱硫剂与催化剂粒度为1-20mm，形状为球形或圆柱形；所述初级催化区内催化剂选用天然矿石类焦油裂解催化剂，所述二级催化区内催化剂选用人工合成类焦油裂解催化剂。

7.一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化工艺，其特征在于步骤如下：

(1)来自中低温干馏炉或焦炉的热解煤气经热解煤气进气管路输送至一体化移动床净化器的脱硫区，在脱硫区自上而下缓慢下行的脱硫剂颗粒与热解煤气错流接触，以脱除热解煤气中含硫组分，同时热解煤气中的大部分粉尘被捕集；

(2)热解煤气经脱硫区后进入初级催化区，在初级催化区自上而下缓慢下行的天然矿石类焦油裂解催化剂与热解煤气错流接触；然后进入二级催化区，在二级催化区热解煤气与人工合成类焦油裂解催化剂错流接触；在初级催化区与二级催化区，催化剂在对热解煤气进一步除尘的同时，主要进行焦油的裂解反应，部分重质煤焦油分子转化为小分子燃气和轻质煤焦油分子；

(3)经一体化移动床净化器净化和改质后的煤气进入净化煤气出气管路，经净化煤气出气管路输送至电捕焦油器与冷凝器，并经电捕焦油器与冷凝器分离出焦油后将不凝煤气送出。

8.根据权利要求7所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化工艺，其特征在于：脱硫区、初级催化区与二级催化区下方排出的脱硫剂与催化剂分别经管路及在输送气作用下先输送至一级再生反应器，在一级再生反应器中通入空气和惰性气体的混合气，脱硫剂与催化剂进行烧炭再生，然后输送至二级再生反应器，在二级再生反应器中通入化学药剂，脱硫剂与催化剂进行化学再生，再生后的脱硫剂与催化剂分别进入脱硫区、初级催化区与二级催化区循环使用。

9.根据权利要求8所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化工艺，其特征在于：脱硫剂与催化剂在输送至一级再生反应器之前先进入一级清灰器进行清灰处理，一级清灰器对脱硫剂或催化剂捕集到的粉尘进行分离；脱硫剂与催化剂经一级再生反应器与二级再生反应器再生后再进入二级清灰器进行清灰处理，二级清灰器对脱硫剂或催化剂提升及再生过程中产生的粉尘进行分离；所述一级清灰器与二级清灰器依靠气流将粉尘分离，或根据粒度不同利用筛网将粉尘从脱硫剂或催化剂中分离。

10.根据权利要求7所述的一种煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化工艺，其特征在于：通过采用向再生反应器内通入含氧气体，烧掉催化剂表面的积炭产生热量，和/或在料封区设置外加热的方式，以提高脱硫剂与催化剂颗粒温度，控制一体化移动床净化器内的温度不低于入口热解煤气的温度。