CN107267179A - 一种处理中低阶煤的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种处理中低阶煤的系统及方法。该系统包括热解炉和分离单元，热解炉的腔内设有内筒，内筒与热解炉的炉壁之间形成集气腔，在集气腔的顶部设有低温荒煤气出口；分离单元包括油气分离装置，油气分离装置的顶部设有低温荒煤气入口，油气分离装置的侧壁上部设有低温净煤气出口；热解炉的低温荒煤气出口连接油气分离装置的低温荒煤气入口，油气分离装置的低温净煤气出口连接换热管的低温净煤气入口。本发明的系统集粉煤热解、气固分离、荒煤气余热利用于一体，利用净煤气作为氢源，实现了热解产品的净化及热量最大化利用。

Description

一种处理中低阶煤的系统及方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体的涉及一种处理中低阶煤的系统及方法。

背景技术

煤热解是在一定的温度、绝氧环境下对煤进行加热，从而使煤中的挥发分析出，产生热解固体、热解气和焦油的过程，是实现煤炭分质梯级利用的关键步骤。但是，目前的中低阶粉煤热解技术普遍存在系统热效率低、油气组分质量差、重油组分含量高、焦油含尘量高等问题。

煤加氢热解是指使原煤粉与含氢气体反应生成富含甲烷的气体以及轻质油品的过程。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。但是，氢气的价格昂贵，导致加氢热解成本较高。由于煤热解气中的氢气含量较高，且成本相对较低，目前很多研究者致力于煤热解气循环利用，从而达到降低氢气成本的目的。但是热解气直接循环会带来焦油及灰尘因冷凝而产生的管路堵塞，而净化分离后使用则会因热解气热量损失导致系统热效率低的问题。

发明内容

本发明专利旨在提出一种集粉煤热解、气固分离、热解气余热利用及预热后热解气作为氢源的热解炉，实现热解产品的净化及热量最大化利用，热解炉与油气分离装置结合，实现热解油的回收。

本发明的目的之一是提供一种处理中低阶煤的系统，包括热解炉和分离单元；

所述热解炉的腔内设有内筒，所述内筒与热解炉的炉壁之间形成集气腔，所述热解炉的粉煤入口位于所述内筒的上方，所述内筒的侧壁下方设有滤孔，所述集气腔内设有固体挡板，所述固体挡板的上方为过滤层，所述过滤层内设有换热管，所述换热管设有低温净煤气入口和高温净煤气出口，所述高温净煤气出口与所述内筒连通，所述集气腔的顶部设有低温荒煤气出口；

所述分离单元包括油气分离装置，所述油气分离装置的顶部设有低温荒煤气入口，所述油气分离装置的腔内的顶部设有冷却水管，所述油气分离装置的侧壁上部设有低温净煤气出口，所述油气分离装置的腔内设有气体挡板，所述气体挡板位于所述低温净煤气出口侧；

所述热解炉的低温荒煤气出口连接所述油气分离装置的低温荒煤气入口，所述油气分离装置的低温净煤气出口连接所述换热管的低温净煤气入口。

进一步的，所述气体挡板与所述油气分离装置的顶部连接，所述气体挡板的底端低于所述低温净煤气出口。

在本发明的一些实施例中，所述固定挡板为多层，且相邻固定挡板在竖直方向上交错排列。

进一步的，所述内筒的底部设有第一半焦出口，所述集气腔的底部设有第二半焦出口。

更进一步的，本发明的系统包括发电装置，所述热解炉的第一半焦出口和第二半焦出口连接所述发电装置的半焦进口。

在本发明的一些实施例中，所述油气分离装置的侧壁中部设有焦油出口，所述油气分离装置的底部设有废水出口。

作为本发明优选的方案，所述分离单元还包括焦油净化装置，所述油气分离装置的焦油出口连接所述焦油净化装置的焦油入口。

作为本发明优选的方案，所述过滤层为蓄热材料。

进一步的，本发明的系统还包括干燥装置和破碎装置，所述干燥装置包括原煤入口和干燥煤出口；所述破碎装置包括干燥煤入口和粉煤出口；所述干燥装置的干燥煤出口连接所述破碎装置的干燥煤入口，所述破碎装置的粉煤出口连接所述热解炉的粉煤入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理中低阶煤的方法，包括如下步骤：

A、将粉煤送入所述热解炉，在所述热解炉的内筒受热发生热解反应，生成半焦和高温荒煤气，所述高温荒煤气携带部分半焦进入所述集气腔，另一部分半焦通过所述第一半焦出口排出；

B、所述高温荒煤气和携带的半焦进入所述集气腔后上升，部分携带的半焦与所述固体挡板碰撞后下落，由所述第二半焦出口排出；所述高温荒煤气通过所述过滤层，与所述换热管进行换热，形成低温荒煤气，所述低温荒煤气由所述低温荒煤气出口排出；

C、向所述油气分离装置通入冷却水，将所述低温荒煤气送入所述油气分离装置，所述低温荒煤气与冷却水接触，生成低温净煤气和焦油，所述低温净煤气由所述低温净煤气出口排出，所述焦油由所述焦油出口排出，剩余的废水由所述废水出口排出；

D、将所述低温净煤气送入所述热解炉的换热管，所述低温净煤气与所述换热管进行换热，生成高温净煤气，所述高温净煤气进入所述内筒，作为氢源与所述粉煤进行反应。

本发明的方法还包括步骤：将所述第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦送入所述发电装置，燃烧发电。

优选的，本发明的方法还包括步骤：将所述焦油送入所述焦油净化装置，进行净化，获得高品位焦油。

作为本发明优选的方案，本发明的方法还包括步骤：将所述步骤C产生的废水通入所述冷却水管。

本发明提供的处理中低阶煤的系统及方法，集热解、气固分离、荒煤气过滤及余热回收于一体，可降低荒煤气中的含尘量，实现荒煤气的净化；通过热解炉的设计，实现荒煤气与净煤气的换热，提高系统热利用率，并避免荒煤气回用导致的管路堵塞等问题；净煤气为粉煤热解提供氢源，提高焦油品质；热解产生的半焦高温状态送入发电装置，进行发电，实现热解半焦的余热利用；废水作为冷却水循环利用，避免了废水排放，最终实现煤的分级分质综合利用。

附图说明

图1是本发明实施例的系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的热解炉的示意图。

图3是本发明实施例的过滤层的示意图。

图4是本发明实施例的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供一种处理中低阶煤的系统，包括热解炉1和分离单元，分离单元包括油气分离装置2和焦油净化装置3，系统还包括发电装置4。本实施例的系统集煤热解、气体分离、热解产物余热回收及利用于一体，大大提升了煤热解的能源利用率。

热解炉1为粉煤热解的装置，将煤热解为固体、液体和气体产物。热解炉1由炉壁11围成一个封闭的腔，腔内设有内筒12，内筒12与热解炉的炉壁11之间形成集气腔。

在内筒12上方的炉顶设有粉煤入口101，用于粉煤的进料。在内筒12的侧壁下方设有滤孔105，滤孔的孔径小于粉煤粒度，使得生成的半焦基本都留在内筒内，热解产生的荒煤气通过滤孔105进入集气腔，荒煤气内携带有少量的小颗粒半焦。

在集气腔内设有多层固体挡板13，部分固定挡板13固定在热解炉的外壁11上，部分固定挡板13固定在内筒12侧壁的外侧，相邻的固定挡板13交错布置。荒煤气携带半焦进入集气腔后向上移动，气流中的固体与固定挡板13发生碰撞后下落，固定挡板13交错布置使得荒煤气中的固体可与固定挡板13更均匀的接触，有利于减少荒煤气的粉尘含量。

在固体挡板13的上方，集气腔的顶部设有过滤层14，上升的荒煤气经过过滤层14进一步过滤。如图3所示，在过滤层14内设有换热管15，换热管15可通入净煤气，换热管15设有低温净煤气入口102和高温净煤气出口103，高温净煤气出口103与内筒连通。高温的荒煤气经过过滤层14时，与换热管15中的低温净煤气进行换热，高温荒煤气变为低温荒煤气，低温净煤气变为高温净煤气，实现了对荒煤气热量的回收。在在集气腔的炉体的顶部设有低温荒煤气出口104，经过滤换热后的低温净煤气由低温荒煤气出口104排出热解炉1，低温荒煤气的温度为400～500℃。高温的净煤气进入内筒，作为氢源与粉煤发生反应，提高焦油的产量和品质。优选的，过滤层14的材质为蓄热材料，如蓄热式陶瓷，有利于对高温荒煤气热量的吸收。图3中的箭头代表荒煤气的移动方向。

在内筒的底部设有第一半焦出口106，内筒里的半焦由第一半焦出口106排出。在集气腔的底部设有第二半焦出口107，荒煤气内落下的半焦在集气腔底部聚集，由第二半焦出口107排出。优选的，在固定挡板13的下方，集气腔的底部设有倾斜的导流板16，导流板16位于第二半焦出口107与外壁11之间，与固定挡板13碰撞后下落的固体物质经导流板16引流，可以使得固体物质较容易由第二半焦出口107排出。

低温荒煤气进入分离单元的油气分离装置2进行处理，本实施例的油气分离装置2为水喷淋装置。油气分离装置2的顶部设有低温荒煤气入口21，腔内的顶部设有冷却水管，冷却水管的注水口22与外部连通。在油气分离装置2的侧壁上部设有低温净煤气出口23，侧壁的中部设有焦油出口24，油气分离装置的底部设有废水出口25。在油气分离装置的腔内，低温净煤气出口23一侧设有竖直方向的气体挡板26，气体挡板26与油气分离装置的顶部及侧壁连接，气体挡板26的底端位于低温净煤气出口23的下方，气体挡板26将低温荒煤气入口21与低温净煤气出口23隔开，使得荒煤气必须经过水喷淋，通过气体挡板26的下方才可经低温净煤气出口23排出。

热解炉的低温荒煤气出口104连接油气分离装置的低温荒煤气入口21，油气分离装置的低温净煤气出口23连接换热管的低温净煤气入口102。热解炉产生的低温荒煤气经低温荒煤气入口21进入油气分离装置2，通过注水口22向冷却水管注水。本实施例的冷却水管的喷嘴为多个，相邻的喷嘴交错排列，用于均匀喷淋冷却水。由于气体挡板26将低温荒煤气进口与低温净煤气出口隔开隔离，使得荒煤气可以与冷却水进行充分接触，保证荒煤气经喷淋水的冷却除尘后，生成净化后的低温净煤气和焦油。低温净煤气绕过气体挡板26后经低温净煤气出口23排出，进入热解炉的换热管与高温荒煤气进行换热。焦油与废水在油气分离装置2的底部分层，焦油由焦油出口24排出，废水由废水出口25排出。优选的，废水出口25与注水口22连接，废水可作为冷却水循环利用。

油气分离装置2的焦油出口连接焦油净化装置3的焦油入口。油气分离装置2产生的焦油进入焦油净化装置3，进一步净化后获得高品质的焦油。焦油净化装置3可以为静置分离器或离心分离器。

本实施例的系统包括发电装置4，热解炉的第一半焦出口106和第二半焦出口107连接发电装置4的半焦进口41。本发明实施例的发电装置4为循环流化床锅炉，热解产生的半焦高温状态送入发电装置4，进行发电，实现热解半焦的余热利用。

优选的，本实施例的系统还包括干燥装置和破碎装置(图中未示出)，对中低阶煤进行预处理。干燥装置包括原煤入口和干燥煤出口；破碎装置包括干燥煤入口和粉煤出口；干燥装置的干燥煤出口连接破碎装置的干燥煤入口，破碎装置的粉煤出口连接热解炉的粉煤入口101。

如图4所示，本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理中低阶煤的方法，包括如下步骤：

1、将粒度≤1mm的粉煤送入热解炉，在热解炉的内筒受热发生热解反应，热解温度750～800℃，热解时间6～9s，生成半焦和高温荒煤气，高温荒煤气携带部分半焦进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、高温荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与固体挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；高温荒煤气通过过滤层，进一步过滤携带的半焦，同时与换热管进行换热，形成低温荒煤气，低温荒煤气由低温荒煤气出口排出，低温荒煤气的温度为400～500℃。

3、向油气分离装置通入冷却水，将低温荒煤气送入油气分离装置，低温荒煤气与冷却水接触，生成低温净煤气和焦油，低温净煤气由低温净煤气出口排出，焦油由焦油出口排出，剩余的废水由废水出口排出。

4、将低温净煤气送入热解炉的换热管，低温净煤气与换热管进行换热，生成高温净煤气，高温净煤气进入内筒，作为氢源与粉煤进行反应。

5、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦送入发电装置，燃烧发电。

6、将焦油送入焦油净化装置，进行净化，获得高品位焦油。

7、将油气分离产生的废水作为冷却水循环利用。

本实施例通过热解炉加强了气固分离、过滤，解决了热解荒煤气含尘量高的问题；荒煤气与净煤气的换热，提高了系统的热效率；热解炉回用参与粉煤的热解，提高焦油的产量和品质。

实施例1

1、将中低阶煤干燥后破碎至粒度≤1mm，将粉煤送入热解炉，在热解炉的内筒受热发生热解反应，热解温度750℃，热解时间9s，生成半焦和高温荒煤气，高温荒煤气携带部分半焦进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、高温荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与固体挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；高温荒煤气通过过滤层，进一步过滤携带的半焦，同时与换热管进行换热，形成低温荒煤气，低温荒煤气由低温荒煤气出口排出，低温荒煤气的温度为400℃。

3、向油气分离装置通入冷却水，将低温荒煤气送入油气分离装置，低温荒煤气与冷却水接触，生成低温净煤气和焦油，低温净煤气由低温净煤气出口排出，焦油由焦油出口排出，剩余的废水由废水出口排出。

4、将低温净煤气送入热解炉的换热管，低温净煤气与换热管进行换热，生成高温净煤气，高温净煤气进入内筒，作为氢源与粉煤进行反应。

5、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦送入发电装置，燃烧发电。

6、将焦油送入焦油净化装置，进行净化，获得高品位焦油。

7、将油气分离产生的废水作为冷却水循环利用。

实施例2

1、将中低阶煤干燥后破碎至粒度≤1mm，将粉煤送入热解炉，在热解炉的内筒受热发生热解反应，热解温度800℃，热解时间6s，生成半焦和高温荒煤气，高温荒煤气携带部分半焦进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、高温荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与固体挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；高温荒煤气通过过滤层，进一步过滤携带的半焦，同时与换热管进行换热，形成低温荒煤气，低温荒煤气由低温荒煤气出口排出，低温荒煤气的温度为500℃。

3、向油气分离装置通入冷却水，将低温荒煤气送入油气分离装置，低温荒煤气与冷却水接触，生成低温净煤气和焦油，低温净煤气由低温净煤气出口排出，焦油由焦油出口排出，剩余的废水由废水出口排出。

4、将低温净煤气送入热解炉的换热管，低温净煤气与换热管进行换热，生成高温净煤气，高温净煤气进入内筒，作为氢源与粉煤进行反应。

5、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦送入发电装置，燃烧发电。

6、将焦油送入焦油净化装置，进行净化，获得高品位焦油。

7、将油气分离产生的废水作为冷却水循环利用。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种处理中低阶煤的系统，包括热解炉和分离单元，其特征在于，

所述热解炉的腔内设有内筒，所述内筒与热解炉的炉壁之间形成集气腔，所述热解炉的粉煤入口位于所述内筒的上方，所述内筒的侧壁下方设有滤孔，所述集气腔内设有固体挡板，所述固体挡板的上方为过滤层，所述过滤层内设有换热管，所述换热管设有低温净煤气入口和高温净煤气出口，所述高温净煤气出口与所述内筒连通，所述集气腔的顶部设有低温荒煤气出口；

所述分离单元包括油气分离装置，所述油气分离装置的顶部设有低温荒煤气入口，所述油气分离装置的腔内的顶部设有冷却水管，所述油气分离装置的侧壁上部设有低温净煤气出口，所述油气分离装置的腔内设有气体挡板，所述气体挡板位于所述低温净煤气出口侧；

所述热解炉的低温荒煤气出口连接所述油气分离装置的低温荒煤气入口，所述油气分离装置的低温净煤气出口连接所述换热管的低温净煤气入口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体挡板与所述油气分离装置的顶部连接，所述气体挡板的底端低于所述低温净煤气出口。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定挡板为多层，且相邻固定挡板在竖直方向上交错排列。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述内筒的底部设有第一半焦出口，所述集气腔的底部设有第二半焦出口。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，进一步包括发电装置，所述第一半焦出口和所述第二半焦出口分别连接所述发电装置的半焦进口。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过滤层为蓄热材料。

7.一种利用权利要求1～7任一所述的系统处理中低阶煤的方法，其特征在于，包括步骤：

A、将粉煤送入所述热解炉的内筒，进行热解反应，生成半焦和高温荒煤气，所述高温荒煤气携带部分半焦进入所述集气腔，另一部分半焦通过所述第一半焦出口排出；

B、所述部分半焦被所述固体挡板阻挡，由所述第二半焦出口排出，所述高温荒煤气通过所述过滤层，同时与所述换热管进行换热，形成低温荒煤气；

C、将所述低温荒煤气送入所述油气分离装置进行水冷，生成低温净煤气和焦油，所述低温净煤气由所述低温净煤气出口排出，所述焦油由所述焦油出口排出，剩余的废水由所述废水出口排出；

D、将所述低温净煤气送入所述热解炉的换热管，所述低温净煤气与所述换热管进行换热，生成高温净煤气，所述高温净煤气进入所述内筒，作为氢源与所述粉煤进行反应。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦送入所述发电装置，燃烧发电。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述焦油送入所述焦油净化装置，进行净化，获得高品位焦油。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述步骤C产生的废水通入所述冷却水管。