CN101429463B - 低变质程度煤炭的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低变质程度煤炭的加工工艺，包括粉碎、筛分预处理，所述工艺为：将原煤粒送入干燥器，在常压下进行乏氧热气体干燥，干燥条件控制在每1千克煤需要10～50立方米热气体，将原煤粒的温度控制在210～250℃；将上述步骤的原煤粒送入热解器，以1千克煤/5～50立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解炉的贫氧热气体的温度为400～950℃，氧含量小于体积的6％，使煤与热气体充分混合并被加热到530～580℃。所述工艺的优点为：比原煤中的硫含量减少，减少了对大气的污染，并且，本发明生产的固体产品具有高度的环保特性，显著降低了氮氧化物的排放量，减少了对大气的污染。

Description

低变质程度煤炭的加工工艺

技术领域

本发明涉及一种低变质程度煤的加工工艺，特别是涉及将低变质煤经过干燥/提质后得到易于运输的高热值固体产品和高附加值液体产品的工艺技术。

背景技术

低变质程度煤在我国的储量极其丰富，大约占我国煤炭储量的40％，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20-60％(收到基)；热值低，大约为2500-4500千卡/公斤；挥发分高，大约40-50％(干燥无灰基)。低变质程度煤多数只作为发电厂的燃料，但普遍存在燃烧困难，热转化效率低的问题。因为未经过初加工的低变质程度煤在燃烧时，有相当一部分煤用于产生足够的热量来蒸发自身含有的水分，所以未经加工的煤能量有效利用率低。只有当原煤中的含水量在燃烧前经有效的干燥或脱水才能减少这种水分蒸发的能耗。对于低变质程度煤提质工艺，传统的方法是进行一次干燥，将低变质程度煤中的结合水蒸发出去。但是这些技术有以下缺点：如果将煤中的水分绝大部分去除，低变质程度煤则容易自燃，对于工业使用来说，不易储存。而且，去除水分后的低变质程度煤容易吸湿回水，恢复到原来的特性。还有一个缺点是，在传统工艺中，经过一次性简单的加热去除水分时，温度一般在几百度或者压力达到一定值时，加工中的低变质程度煤同时发生物理变化和化学反应，损失掉部分热量，同时放出大量废气，污染环境。

德国专利DE-PS359440中的工艺对于原煤脱水是在不加压的蒸发过程中不加控制进行操作以脱掉煤中的水分，但该技术不但没有充分脱除结合水，低变质程度煤的性质没有改善，水分回吸问题没有解决。

中国专利96108263.1中公开了一种降低低变质程度煤含水的方法，但该方法复杂，且难控制，首先该方法需要在对蒸汽密封的密闭压力室中进行汽蒸处理，其次利用压机将残余水份机械压出，最后利用该方法得到的低变质程度煤水份残余量大。

本发明是一种干燥后部分热解的两段工艺(下文称为“低变质程度煤干燥/提质两段工艺”)。它需要在严格控制的条件下加热煤炭。将发生物理变化的干燥步骤与发生化学变化的热解步骤分开。最后将煤炭中的孔洞结构进行永久性破坏，不再从环境中吸收水分。通过本工艺可以将低变质程度的煤炭干燥提质形成高热值固体产品(固体产品)，另外生成高附加值的液体产品(液体产品)。本发明形成的固体产品热值高，应用范围宽，同时有高附加值的液体副产品，大幅度提升了低变质程度煤的利用价值。本发明的优点是提高低变质程度煤的热值，工艺过程耗能小，同时克服了传统脱水技术由于增加热值而带来的负面效应，经过本发明处理的煤应用范围广，钝化处理后不易吸湿回水，并伴有高附加值的副产品生成。

本发明的另外一个优点是析出的挥发份可分级使用，最后的废气为低热值燃烧气，可作为本***的干燥及热解装置的热源。

本发明的低变质程度煤提质技术有以下特点：

本发明工艺仅加温干燥、提质，不涉及加氢钝化过程，不需消耗大量的能源；

本发明是加工处理高水分、低热值的低变质程度煤，可大大提高低变质程度煤利用价值及利用途径；提质过程易于控制，常压、中温，仅加热到1000摄氏温度左右；水资源消耗小；产品稳定，不易自燃，也不会吸水，可长途运输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低变质程度煤炭的加工工艺。

本发明的目的通过如下方式实现，首先通过传统方式的粉碎、筛分预处理的煤粒，依次进行下列步骤：

1.干燥步骤：将经过粉碎、筛分处理后的一定粒径的原煤粒送入干燥器，在常压下用乏氧热气体进行干燥。可以通过破碎机粉碎原煤并通过筛分控制进入干燥器的煤粒粒度。干燥器可以是任何工业中通用的干燥设备，例如流化床、固定床、滚筒、回转炉等。本工艺中对于煤粒的粒径没有特别的要求，一般将煤粒的粒径范围控制在1mm到20cm之间，最好在5mm到10cm之间，这是传统工艺中普遍采用的方式。乏氧热气体中的含氧量应小于等于体积的6％。干燥条件控制在每1千克煤需要10～50立方米热气体，最好为10～20立方米，保证原煤粒的温度控制在210～250℃左右，优选为230℃左右，以确保将煤中的大部分水分脱除。从干燥器出来的热气体可以经过除尘过程，该过程中可以根据带尘量使用任何除尘设备，例如旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器等，优选为旋风除尘器。该热气体可以在通过风机增压以后，大部分气体与热风***中过来的热风混合后返回干燥器；剩下的一部分气体经由脱硫装置脱硫后排空。脱硫装置可以根据需要选用任意脱硫过程。

2.提质步骤：将经上述干燥步骤处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤/10～50立方米的流量比通入高温贫氧热气体，使原煤粒与热气体充分混合并被加热到530～580℃，优选为540～550℃，使原煤粒在热解器中发生一定程度的热解，其大部分小分子的挥发份释放出来，并使大部分的大分子挥发份充分活化，使煤中的挥发份最终控制在16％～21％之间，热值和稳定性显著提高，但是不会变得不易燃烧。其中，热解器可以根据需要选用任何通用的工业热解炉，包括连续的和间歇的。在该工艺中，严格控制进入热解器的贫氧热气体的温度为400～950℃，氧含量小于体积的6％。在这一工艺条件下，不产生任何氮氧化物。提质后的煤固体进入下一步的产品稳定步骤。从热解器中析出的气体为工艺副产气，经过除尘器进行除尘，进入冷凝器，被冷却到100～170℃，优选为110～140℃。冷凝下来的液体直接进入液体产品储罐成为高附加值的液体产品，冷凝后气体为中低热值的燃料气，可以用于发电过程，也可以用于热风产生***中的燃料供给。其中，除尘过程中可以根据带尘量使用任何除尘设备，例如旋风除尘器、袋式除尘器、电除尘器等，优选为旋风除尘器。冷凝器可以根据需要选用任何通用工业冷凝器或特殊设计冷凝器。

本发明还可以进一步包括产品稳定步骤。在该工艺步骤中：煤固体产品离开热解器后，经过淬冷器进行淬冷处理，在其中通过加入工艺激冷水使煤固体被迅速冷却，以终止热解反应。淬冷气体温度范围为30～110℃，淬冷温度控制在每分钟至少下降10℃，优选每分钟至少下降30℃，最优选每分钟至少下降50℃。最终使得煤固体的温度下降到170～210℃。这一步骤的目的是终止热解过程中的气化反应，使煤固体稳定。经淬冷后，煤固体进入成品反应器，在其中通入含氧量为5％～22％的空气，钝化气体温度为120～150℃，使煤固体的活性部位发生“氧化钝化”反应，减弱其自燃趋势和吸湿特性。在氧化钝化以后，还可以在成品反应器中进行再水合步骤，进一步稳定煤固体产品。在再水合步骤中，通过在冷却器中加入一定量的水分，使之与固体产品结合，以使固体产品的水分含量达到大气中的ASTM平衡湿量，固体在水合时放出热量使得水分蒸发，这是现有技术中通用的再水合技术。离开该再水合步骤的煤固体产品温度为20～60℃，水含量为4％～10％。经过成品反应器的煤固体产品为最终稳定后的固体产品，其中可以进一步加入抑尘剂，然后进入固体产品储仓。所加入的抑尘剂可以是蔗糖类或淀粉类物质。

本发明提供的低变质程度煤炭的加工工艺在依次进行了上述的干燥、提质、产品稳定步骤后，还可以进一步包括工艺副产气进入热风***再循环利用的步骤，其可通过如下方式实现：

将上述提质步骤中所产生的工艺副产气总量的30％～60％直接返回提质步骤中的热解器，作为加热介质的一部分，为部分热解提供热量；剩余的工艺副产气分别进入加入了空气的热解燃烧器和干燥燃烧器中燃烧，消耗了工艺副产气中含有的氧气。为了避免生成大量氮氧化物，燃烧后所产生的热气体温度控制在900～1100℃之间，优选为1000～1100℃，最优选为1050～1100℃。离开热解燃烧器的、被消耗了氧气的热气体与直接返回热解器的工艺副产气进行混合后，变成高温贫氧热气体进入热解器中，为部分热解提供热量；离开干燥燃烧器的、被消耗了氧气的热气体与离开干燥器的循环热气体混合后，变成乏氧热气体进入干燥器中，为干燥提供必需的热量。当工业副产气的热值不足以提供足够的能量供干燥和热解时，可以使用附加的燃料，如煤、天然气、煤气等，以补足工艺副产气热量的不足。

通过本发明生产的固体产品具有高度的环保特性，首先，显著降低了氮氧化物的排放量，该固体产品中的氮含量比低变质程度煤中的氮含量明显减少。其次，固体产品中的总硫含量比原煤中的硫含量减少约80％，使其在燃烧后排放到大中气的SO₂含量，比直接燃烧原个煤要少得多，减少了对大气的污染。不仅如此，固体产品中的总含水量5～8％，比低变质程度煤中的含量减少20～30％(根据低变质程度煤含水量而定)。热值提高到5000～7000千卡/公斤，提高了设备运行可靠性及燃烧的热效率，大大降低了单位消耗及CO₂的排放，减少了对大气的污染。

附图说明

通过对以下该过程的图示的详细描述，该发明的特征将变得更清楚。

图1表示本发明干燥步骤的工艺流程示意图；

图2表示本发明提质步骤的工艺流程示意图；

图3表示本发明产品稳定步骤的工艺流程示意图；

图4表示热风***再循环利用的工艺流程示意图。

具体实施方式

参照图例，其数字与附图中代表的意义相同。

图1表示本发明干燥步骤的工艺流程示意图。首先利用粉碎机粉碎原煤，将原煤通过振动格栅进行预筛分，然后输入筛分塔进行筛分，去除过大或过小的煤块(粒)。如图1所示，将经过粉碎、筛分处理后的一定粒径的原煤粒1送入流化床干燥器2，在常压下及严格控制的条件下利用乏氧热气体13加热，对其进行干燥。控制每1千克煤需要的热气流体积，以保证控制原煤粒的温度，使其大部分水分脱除而不生成大量的甲烷等气体。干燥后的煤固体10进入提质阶段，从干燥器出来的热气流3经过旋风除尘器4进行除尘。除尘后的热气体5在通过风机6增压以后，大部分循环气体11与热风***中过来的热气体12混合后返回干燥器2；剩下的一部分气体7经由脱硫装置8脱硫后排空。

如图2所示，离开干燥器2的煤固体10进入热解器14，在热解器14中以一定的流量比通入高温贫氧热气体25，使煤与热气流充分混合并被加热，并使煤在热解器中发生一定程度的热解，其大部分小分子的挥发份释放出来，并使大部分的大分子挥发分充分活化。在这一工艺条件下，不仅提高了低变质成都煤的燃烧值和稳定性，而其所生成的固体产物也不会因为挥发分的过度析出而变得不易燃烧。严格控制高温贫氧热气体25的温度及氧含量。离开热解器14的煤为提质后的煤固体24，热值和稳定性显著提高，但是不会变得不易燃烧。煤固体24进入下一步的产品稳定步骤。从热解器中析出的气体15为工艺副产气，经过旋风除尘器16进行除尘。除尘后的气体17然后进入冷凝器18，在冷凝器18中温度被冷却，冷凝下来的液体19为高附加值的液体产品，直接进入液体产品储罐20，气体21为中低热值的工艺副产燃料气，在通过风机22增压以后的工艺副产燃料气23，可以用于发电过程或其它燃料用途，也可以用于热风产生***中的燃料供给。

如图3所示，煤固体24离开热解器后，经过淬冷器35进行淬冷，在其中通过加入定量的工艺激冷水，使煤固体被迅速冷却以终止热解反应。控制淬冷温度及煤的温度。淬冷后的煤固体36进入成品反应器37，在其中通过通入空气40，使固体颗粒的活性部位发生“氧化钝化”反应，减弱其自燃趋势和吸湿特性。在成品反应器37中同时还包括再水合步骤，进一步稳定煤固体产品。在冷却器中加入水分，使之与煤固体产品结合，以使煤固体产品的水分含量达到大气中的ASTM平衡湿量，该煤固体产品为最终稳定后的固体产品。在加入淀粉类物质抑尘剂后进入固体产品储仓39。

如图4所示，提质步骤中产生的工艺副产气23总量的50％为直接返回热解器14的工艺副产气32，其作为加热介质的一部分，为热解提供热量；剩余的工艺副产气29的一部分28进入热解燃烧器30中燃烧，另一部分27进入干燥燃烧器26中燃烧，并在干燥燃烧器26中加入空气33，在热解燃烧器30中加入空气34，控制燃烧后所产生的热气体12和31温度，以避免生成大量氮氧化物。离开热解燃烧器的热气体31与直接返回热解器的工艺副产气32进行混合后的高温贫氧热气体25进入热解器14中，为部分热解提供热量；离开干燥燃烧器的热气体12与离开干燥器2的循环热气11混合后的乏氧热气体13进入干燥器2，为干燥提供必需的热量。添加额外的附加燃料41，进入燃烧器26和30，以补足工艺副产气热量的不足。

为更全面的理解本发明，下面提供了依据本发明所进行的低变质程度煤炭的加工工艺实施例：

实施例1

将原煤粒送入干燥器，干燥条件控制在每1千克煤需要50立方米热气体，乏氧热气体中的含氧量为体积的6.0％，保证原煤粒的温度控制在210℃左右。将经上述干燥工艺条件处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤50立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为400℃，氧含量为体积的2.5％。从热解器中析出的工艺副产气，经旋风除尘器除尘，进入冷凝器，被冷却到110℃。所得煤固体的热值为5100千卡/千克。

实施例2

将原煤粒送入干燥器，干燥条件控制在每1千克煤需要40立方米热气体，乏氧热气体中的含氧量为体积的4.5％，保证原煤粒的温度控制在230℃左右。将经上述干燥工艺条件处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤40立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为450℃，氧含量为体积的2.0％。从热解器中析出的工艺副产气，经旋风除尘器除尘，进入冷凝器，被冷却到100℃。所得煤固体的热值为5550千卡/千克。

实施例3

将原煤粒送入干燥器，干燥条件控制在每1千克煤需要30立方米热气体，乏氧热气体中的含氧量为体积的4.0％，保证原煤粒的温度控制在230℃左右。将经上述干燥工艺条件处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤10立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为550℃，氧含量为体积的1.5％。从热解器中析出的工艺副产气，经旋风除尘器除尘，进入冷凝器，被冷却到130℃。所得煤固体的热值为6550千卡/千克。

实施例4

将原煤粒送入干燥器，干燥条件控制在每1千克煤需要20立方米热气体，乏氧热气体中的含氧量为体积的3.5％，保证原煤粒的温度控制在240℃左右。将经上述干燥工艺条件处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤35立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为750℃，氧含量为体积的1.0％。从热解器中析出的工艺副产气，经旋风除尘器除尘，进入冷凝器，被冷却到140℃。所得煤固体的热值为6700千卡/千克。

实施例5

将原煤粒送入干燥器，干燥条件控制在每1千克煤需要10立方米热气体，乏氧热气体中的含氧量为体积的1.0％，保证原煤粒的温度控制在250℃左右。将经上述干燥工艺条件处理的原煤粒送入热解器，在热解器中以1千克煤30立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为950℃，氧含量为体积的0.5％。从热解器中析出的工艺副产气，经旋风除尘器除尘，进入冷凝器，被冷却到170℃。所得煤固体的热值为7100千卡/千克。

实施例6

将在实施例1的工艺条件下处理的煤固体产品进行淬冷处理，淬冷气体温度为110℃，淬冷温度控制在每分钟下降10℃。经淬冷后的煤固体进入成品反应器进行钝化反应，钝化气体温度为120℃。

实施例7

将在实施例2的工艺条件下处理的煤固体产品进行淬冷处理，淬冷气体温度为75℃，淬冷温度控制在每分钟下降30℃。经淬冷后的煤固体进入成品反应器进行钝化反应，钝化气体温度为140℃。

实施例8

将在实施例3的工艺条件下处理的煤固体产品进行淬冷处理，淬冷气体温度为65℃，淬冷温度控制在每分钟下降50℃。经淬冷后的煤固体进入成品反应器进行钝化反应，钝化气体温度为150℃。

实施例9

将在实施例4的工艺条件下处理的煤固体产品进行淬冷处理，淬冷气体温度为50℃，淬冷温度控制在每分钟下降50℃。经淬冷后的煤固体进入成品反应器进行钝化反应，钝化气体温度为130℃。

实施例10

将在实施例5的工艺条件下处理的煤固体产品进行淬冷处理，淬冷气体温度为30℃，淬冷温度控制在每分钟下降80℃。经淬冷后的煤固体进入成品反应器进行钝化反应，钝化气体温度为140℃。

以下提供了本发明实施例6～10的工业效果，从最后形成的煤固体产品的含硫量、含水量及其热值方面进行了对比：

表1：实施例6～10的工业效果

Claims (11)

1.一种低变质程度煤炭的加工工艺，包括粉碎、筛分预处理，其特征在于还包括下列步骤：

(1).干燥步骤：将原煤粒送入干燥器，在常压下进行乏氧热气体干燥，干燥条件控制在每1千克煤需要10～50立方米热气体，将原煤粒的温度控制在210～250℃；

(2).提质步骤：将上述步骤的原煤粒送入热解器，以1千克煤/5～50立方米的流量比通入高温贫氧热气体，控制进入热解器的贫氧热气体的温度为400～950℃，氧含量小于体积的6％，使煤与热气体充分混合并被加热到530～580℃；

(3).产品稳定步骤：将离开热解器后的煤固体产品进行淬冷，淬冷气体温度为30～110℃，淬冷温度控制为每分钟至少下降10℃，最终使煤的温度下降到170～210℃；淬冷后的煤固体进入成品反应器，通入含氧量为5％～22％的空气进行氧化钝化反应，钝化气体温度为120～150℃。

2.如权利要求1所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于还包括工艺副产气进入热风***再循环的利用步骤，在该步骤中：

将提质步骤中产生的工艺副产气总量的30％～60％直接返回提质步骤中的热解器循环利用；剩余的工艺副产气分别进入热解燃烧器和干燥燃烧器中燃烧，所产生的热气体温度控制在900～1100℃之间；离开热解燃烧器的热气体与直接返回热解器的工艺副产气进行混合后进入热解器循环利用；离开干燥燃烧器的热气体与离开干燥器的循环热气混合后进入干燥器循环利用。

3.如权利要求1或2所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于所述干燥步骤还包括除尘和脱硫过程。

4.如权利要求1或2所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于将所述干燥条件控制在每1千克煤需要10～20立方米热气体。

5.如权利要求1所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于所述产品稳定步骤中，淬冷温度控制在每分钟至少下降30℃。

6.如权利要求5所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于所述淬冷温度控制在每分钟至少下降50℃。

7.如权利要求1所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于在成品反应器中还进行再水合步骤。

8.如权利要求7所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于经再水合步骤后，所得稳定后的煤固体的水含量为重量比的4％～10％。

9.如权利要求1所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于在经过成品反应器的煤固体产品中加入抑尘剂。

10.如权利要求2所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于所述工艺副产气分别进入热解燃烧器和干燥燃烧器中燃烧后，所产生的热气体温度控制在1000～1100℃之间。

11.如权利要求10所述的低变质程度煤炭的加工工艺，其特征在于所产生的热气体温度控制在1050～1100℃之间。

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