CN101775296B - 一种基于焦载热的褐煤干馏工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于焦载热的褐煤干馏工艺及装置，用于低质褐煤的干馏、深加工，主要包括破碎筛选装置、干燥床、分离器、一级干馏器、二级干馏器、燃烧床以及油气分离***等，燃烧床通过控氧燃烧提供热焦及高温烟气，褐煤经破碎筛选进入干燥床，由来自燃烧床的烟气进行干燥后进入一级干馏器，用来自燃烧床的热焦及二级干馏器的煤气作为载热体和载气，在一定温度下干馏，产生的油气进入油气分离***，固体落入二级干馏器，以来自燃烧床的热焦及高温煤气作为热载体进行二次干馏，得到半焦产品经冷却后进入储槽或送入燃烧床循环使用。本发明具有投资少、传热均匀、速度快、热耗低、半焦、焦油、煤气产率高等优点。

Description

一种基于焦载热的褐煤干馏工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种基于焦载热的褐煤干馏工艺及装置，用于褐煤等低质煤经热解制备半焦、焦油和煤气，可应用于煤炭、煤化工、能源和动力、供热供电等行业，属于能源利用设备及方法改进领域。

背景技术

我国煤炭资源虽然比较丰富，但优质煤炭资源仅占一半左右，其余为褐煤等煤炭资源。褐煤等煤种因水分高、灰分高、挥发分高、热值低，常被当做低质燃料动力煤；加之易氧化和自燃，不宜长途运输，因此成为难以异地加工利用的煤资源。

褐煤是高挥发份煤种，其分子结构可以看作无烟煤与油气分子的结合体，采取热解的加工方法把褐煤中的油气成分分离出来，可以缓解我国石油供求矛盾。从综合利用角度，褐煤不应作为低质资源，应先对褐煤进行加工分离，取得半焦、焦油和煤气，再进一步加工利用。褐煤在隔绝氧条件下加热产生热分解，挥发出煤气、焦油气，剩下的固体含碳量升高，热值增加，称为半焦。在500-600℃热解可以得到挥发份含量适宜、热值较高的半焦。褐煤半焦属于提质煤，是一种清洁燃料，用于电石、铁合金、炼钢(铁)、合成氨、活性炭、碳素制品等行业。

随着国民经济的快速发展，我国石油消费迅速增长，从1993年开始，我国已经变为石油的净进口国。2005年我国石油进口达到1.36亿吨，对外依存度达到43％。预计2010年我国石油总需求规模将达到3.5亿~3.8亿吨，石油进口达到2亿吨，我国对国外石油的依存度达到51％~53％，如此发展到2020年，这一数字将上升到60％以上。

石油属于战略物资，关系到国家安全，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，为了减少对进口石油的依赖，我国正在实施多元化能源战略。发展洁净煤技术是实施国家能源多元化战略的对策之一。其中，煤热解技术因为方法相对简单，投资较少，是有竞争力的方法。

目前的褐煤热解工艺主要有：

(一)日立公司开发的二段加热提质工艺，采用的干燥机是一种回转炉式装置，它由燃烧炉产生的热烟气和干馏装置的排出气间接加热，原煤经过干燥机(100-150℃)后连续供给干馏装置，它是立式重力移动床，温度300-400℃，由另一个燃烧炉产生的热烟气间接加热。燃烧炉的热烟气是烧煤油产生的，但工业化工厂将用燃烧装置取代。干馏后煤经冷却50℃后，变成疏水性，然后在焦油涂敷装置中进行焦油处理，提质煤降低了自燃的可能性。

(二)三菱重工公司开发的流化床工艺，是一流化床加热底煤阶煤的提质工艺，特点是在80-150℃温度下在对原料煤干燥，然后在250-400℃温度下快速加热和在30-70℃温度下快速冷却，得到提质煤。

(三)北京煤化所多段回转炉工艺，原料煤经过送料器送入回转炉干燥炉，再次与调整至300℃以下的热烟道气直接换热并蒸发大部分含湿水分；干燥煤通过星型给料器进入回转热解炉中燃烧，热量通过炉壁传给炉内的煤料，热解温度可控制在550-750℃；热解后半焦通过星型给料器进入半焦冷却回转炉，在炉内用水熄灭，冷却后的半焦运往贮存库房。

(四)澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)流化床热解器，每小时处理20kg煤的快速热解装置。该装置由加煤器、砂子流化床反应器、产品回收***3个主要部分组成。在该热解反应器中，由于瞬时加热条件下快速热解(停留时间小于0.5s)，比慢速热解显著的提高了焦油产率。

(五)美国多思科煤热解工艺，粉碎好的干煤在提升管内用来自瓷球加热器的热烟道气预热；预热在热解炉中和热的瓷球接触，受热并发生分解，产生半焦和烃蒸气；半焦在回转筛中与瓷球分离并排出；瓷球与半焦分离后进入提升器被提升、加热。加热器燃料为该工艺自产的煤气或燃料油，热瓷球加热后循环使用。

(六)鲁奇-鲁尔盖斯低温干馏法(L-R法)，是固体热载体内热式的典型方法。原料为褐煤、非粘结性煤、弱粘结性煤以及油页岩。20世纪50年代，在联邦德国多尔斯滕建有一套处理能力10t/h煤的中间试验装置，使用的热载体是固体颗粒(小瓷球、砂子或半焦)。由于过程产品气体不含废气，因此后处理***的设备尺寸小，煤气热值较高，可达20.5-40.6MJ/m3。

上述工艺设备对褐煤提质有着良好的效果，但普遍存在耗能、耗水较多，有些装置占用场地大、设备笨重、投资费用高等缺点，有的工艺仅限于将褐煤提质，未进行真正热解产出焦油和焦炉煤气或者存在油气产率不高等问题，而有些工艺限于技术水平而规模不能工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦载热的褐煤干馏工艺及装置，克服现有褐煤干馏技术的缺点，用焦载热并分两级干馏褐煤获取优质煤气、焦油和半焦的方法。该方法具有半焦品质好、焦油煤气产率高、能耗低、投资省等优点。

本发明采用的技术方案是：

基于焦载热的褐煤干馏工艺，包括如下步骤：

1)褐煤在破碎装置中破碎后进入二级筛分装置，经过筛分后，粒径为0.5~6mm的煤进入干燥床中进行干燥，粒径小于0.5mm的煤进入燃烧床进行燃烧，而粒径大于6mm的煤送回到破碎装置中重新破碎；

2)干燥床干燥后的物料经过干燥床分离器进行气固分离，分离后的气体经除尘***除尘后从烟囱排放或回用作为干燥床的干燥气体或燃烧床的助燃气体，分离下来的固体煤进入到一级干馏器干馏，除尘***除下来的固体尘粒亦进入一级干馏器干馏；一级干馏器干馏后的粗焦气固混合物通过一级分离器进行气固分离，分离后的气体进入油气分离***进行处理、净化后得到的煤气作为一级干馏器和二级干馏器中的载气及热载体，由一级分离器分离下来的固体半焦进入二级干馏器继续干馏，以减少挥发份；

3)由二级干馏器干馏后的半焦混合物经二级分离器进行气固分离，分离后的气体送入一级干馏器作为载气及热载体，由二级分离器分离下来的固体半焦落入半焦分配器进行分配，部分半焦送入燃烧床作为燃料，其余半焦经半焦冷却***降温后存储在储料槽；

4)粒径小于0.5mm的煤和来自半焦分配器的半焦在燃烧床中燃烧产生高温焦及高温烟气提供***所需热量，燃烧床燃烧所需的空气由鼓风机提供；燃烧床的气固混合物通过燃烧床分离器进行气固分离，分离后的烟气进入烟气冷却***调整温度后送入干燥床对褐煤进行干燥，由燃烧床分离器高温焦分别送入一级干馏器和二级干馏器作为热载体。

用于上述工艺的基于焦载热的褐煤干馏装置，包括：

1)一个用于破碎褐煤原料的破碎装置；

2)一个两级筛分装置，该筛分装置与破碎装置相连，用来筛分破碎后的褐煤，筛分后的大颗粒褐煤送回破碎装置；

3)一个干燥床，用来干燥筛分装置筛分下来的粒径为0.5～6mm的褐煤；

4)一个干燥床分离器，用来分离从干燥床来的物料，并将分离后的气体送入除尘***除尘处理；

5)一个一级干馏器，用于干馏干燥床分离器分离下来的固体褐煤和除尘***除下的尘，生成粗焦气固混合物；

6)一个一级分离器，用来分离一级干馏器中生成的粗焦气固混合物，并将分离后的气体送入油气分离***进行油气分离；

7)一个二级干馏器，用来干馏一级分离器分离下来的粗焦固体，减少粗焦中的挥发分；

8)一个二级分离器，用来分离二级干馏器中生成的半焦气固混合物，分离后的气体送入一级干馏器作为载气及热载体；

9)一个半焦分配器，用来分配二级分离器分离下来的固体半焦，并将一部分半焦送入半焦冷却***冷却后储存，将另一部分半焦送入燃烧床燃烧提供***所需热量；

10)一个燃烧床，用来燃烧半焦分配器分配来的部分半焦和筛分装置筛分下来的粒径小于0.5mm的褐煤。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明用燃烧床产生的焦载热作为热源进行褐煤的干燥、干馏，并可在***中循环使用，大大节约了热能；干馏部分分为一级干馏和二级干馏，可以控制、调节在不同温度下干馏褐煤，有效地分离煤气、焦油，并得到挥发份较低的优质半焦产品，可以有效保证油气及半焦的产率。

附图说明

图1是本发明涉及的基于焦载热的褐煤干馏工艺及装置的示意图。

图中：1-破碎装置，2-二级筛分装置，3-干燥床，4-干燥床分离器，5-除尘***，6-烟囱，7-一级干馏器，8-一级分离器，9-油气分离***，10-储油罐，11-储气罐，12-二级干馏器，13-二级分离器，14-煤气风机，15-半焦分配器，16-半焦冷却***，17-半焦储槽，18-鼓风机，19-燃烧床，20-燃烧床分离器，21-烟气冷却***。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体工艺及运行流程：

基于焦载热的褐煤干馏装置，包括破碎装置1、筛分装置2、干燥床3、干燥床分离器4、除尘***5、一级干馏器7、一级分离器8、油气分离***9、储油罐10、储气罐11、二级干馏器8、二级分离器13、煤气风机14、半焦分配器15、半焦冷却***16、燃烧床19、燃烧床分离器20和烟气冷却***21等。具体而言，该装置包括：

1)一个用于破碎褐煤原料的破碎装置1；

2)一个两级筛分装置2，该筛分装置与破碎装置1相连，用来筛分破碎后的褐煤，筛分后的大颗粒褐煤送回破碎装置1；

3)一个干燥床3，用来干燥筛分装置筛分下来的粒径为0.5～6mm的褐煤；

4)一个干燥床分离器4，用来分离从干燥床3来的物料，并将分离后的气体送入除尘***5除尘处理；

5)一个一级干馏器7，用于干馏干燥床分离器4分离下来的固体褐煤和除尘***5除下的尘，生成粗焦气固混合物；

6)一个一级分离器8，用来分离一级干馏器7中生成的粗焦气固混合物，并将分离后的气体送入油气分离***9进行油气分离；

7)一个二级干馏器12，用来干馏一级分离器8分离下来的粗焦固体，减少粗焦中的挥发分；

8)一个二级分离器13，用来分离二级干馏器12中生成的半焦气固混合物，分离后的气体送入一级干馏器7作为载气及热载体；

9)一个半焦分配器15，用来分配二级分离器13分离下来的固体半焦，并将一部分半焦送入半焦冷却***16冷却后储存，将另一部分半焦送入燃烧床19燃烧提供***所需热量；

10)一个燃烧床19，用来燃烧半焦分配器15分配来的部分半焦和筛分装置2筛分下来的粒径小于0.5mm的褐煤。

如附图1所示，褐煤原料首先进入破碎装置1，在破碎装置1中破碎后进入二级筛分装置2，经过筛分后，粒径为0.5~6mm的煤进入干燥床3干燥中，由来自燃烧床19的烟气在100-150℃进行干燥一定时间以去除部分水分；粒径小于0.5mm的煤进入燃烧床19进行燃烧，而粒径大于6mm的煤送回到破碎装置1中重新破碎。

干燥床3干燥后的物料经过干燥床分离器4进行气固分离，分离后的气体经除尘***5除尘后从烟囱6排放或循环使用，作为干燥床3的干燥气体或燃烧床19的助燃气体，干燥床分离器4分离下来的固体煤进入到一级干馏器7干馏，除尘***5除下来的固体尘粒亦进入一级干馏器7干馏。一级干馏器7的热载体为来自燃烧床19的热焦和二级干馏器12的高温煤气，在热载体的热量下，进入一级干馏器7内的褐煤在450℃-550℃下进行低温干馏，干馏一定时间后，干馏后的粗焦混合物通过一级分离器8进行气固分离。一级分离器8分离后的气体进入油气分离***9进行处理，分离器分离下的固体粗半焦进入二级干馏器12继续干馏，以减少挥发份。进入油气分离***9的油气经处理、净化后，焦油储存在储油罐10，煤气储存在储气罐11，煤气作为一级干馏器7和二级干馏器12中的载气及热载体。

进入二级干馏器12的粗半焦，由燃烧床19提供的高温热焦以及通过煤气风机14鼓入的煤气作为热载体进行流化和二次干馏，进一步降低粗半焦中的挥发份含量，二级干馏器12的干馏温度为700℃-850℃。二级干馏器12干馏后的混合物经二级分离器13进行气固分离，分离后的气体送入一级干馏器7作为载气及热载体，二级分离器13分离下的固体半焦落入半焦分配器15进行分配，分配后，一部分固体半焦送入燃烧床19作为燃料，另一部分经半焦冷却***16降温后存储在储料槽19作为产品。

半焦和粒径小于0.5mm的煤在燃烧床19中燃烧，燃烧温度为900～1100℃。燃烧床19可以通过控制风机18的风量来控制其内部燃烧情况，可根据工况调整燃烧温度以及热焦和烟气产量。燃烧产生高温焦及高温烟气提供***所需热量，气固混合物通过燃烧床分离器20进行气固分离，烟气进入烟气冷却***21调整温度后送入干燥床3对褐煤进行干燥，高温焦分别送入一级干馏器7和二级干馏器12作为热载体，根据工况可调整进入一级干馏器7和二级干馏器12的热焦量。

储存在储气罐11中的煤气由煤气风机14抽入二级干馏器12，在二级干馏器12和一级干馏器7中作为载气进行流化，并作为热载体与原料进行热交换，之后再次进入油气分离***9分离、循环使用。

Claims (2)

1.一种基于焦载热的褐煤干馏工艺，包括如下步骤：

1)褐煤在破碎装置(1)中破碎后进入二级筛分装置(2)，经过筛分后，粒径为0.5～6mm的煤进入干燥床(3)中进行干燥，粒径小于0.5mm的煤进入燃烧床(19)进行燃烧，而粒径大于6mm的煤送回到破碎装置(1)中重新破碎；

2)干燥床(3)干燥后的物料经过干燥床分离器(4)进行气固分离，分离后的气体经除尘***(5)除尘后从烟囱(6)排放或回用作为干燥床(3)的干燥气体或燃烧床(19)的助燃气体，干燥床分离器(4)分离下来的固体褐煤进入到一级干馏器(7)干馏，除尘***(5)除下来的固体尘粒亦进入一级干馏器(7)干馏；一级干馏器(7)干馏后的粗焦气固混合物通过一级分离器(8)进行气固分离，分离后的气体进入油气分离***(9)进行处理、净化后得到的煤气作为一级干馏器(7)和二级干馏器(12)中的载气及热载体，由一级分离器(8)分离下来的粗焦固体进入二级干馏器(12)继续干馏，以减少挥发分；

3)由二级干馏器(12)干馏后的半焦气固混合物经二级分离器(13)进行气固分离，分离后的气体送入一级干馏器(7)作为载气及热载体，由二级分离器(13)分离下来的固体半焦落入半焦分配器(15)进行分配，部分半焦送入燃烧床(19)作为燃料，其余半焦经半焦冷却***(16)降温后存储在储料槽(17)；

4)粒径小于0.5mm的煤和来自半焦分配器(15)的半焦在燃烧床(19)中燃烧产生高温焦及高温烟气提供***所需热量，燃烧床(19)燃烧所需的空气由鼓风机(18)提供；燃烧床(19)的气固混合物通过燃烧床分离器(20)进行气固分离，分离后的烟气进入烟气冷却***(21)调整温度后送入干燥床(3)对褐煤进行干燥，由燃烧床分离器(20)分离下来的高温焦分别送入一级干馏器(7)和二级干馏器(12)作为热载体。

2.一种实施权利要求1所述的基于焦载热的褐煤干馏工艺的褐煤干馏装置，其特征在于该装置包括：

1)一个用于破碎褐煤原料的破碎装置(1)；

2)一个二级筛分装置(2)，该筛分装置与破碎装置(1)相连，用来筛分破碎后的褐煤，筛分后的大颗粒褐煤送回破碎装置(1)；

3)一个干燥床(3)，用来干燥筛分装置筛分下来的粒径为0.5～6mm的褐煤；

4)一个干燥床分离器(4)，用来分离从干燥床(3)来的物料，并将分离后的气体送入除尘***(5)除尘处理；

5)一个一级干馏器(7)，用于干馏干燥床分离器(4)分离下来的固体褐煤和除尘***(5)除下的尘，生成粗焦气固混合物；

6)一个一级分离器(8)，用来分离一级干馏器(7)中生成的粗焦气固混合物，并将分离后的气体送入油气分离***(9)进行油气分离；

7)一个二级干馏器(12)，用来干馏一级分离器(8)分离下来的粗焦固体，减少粗焦中的挥发分；

8)一个二级分离器(13)，用来分离二级干馏器(12)中生成的半焦气固混合物，分离后的气体送入一级干馏器(7)作为载气及热载体；

9)一个半焦分配器(15)，用来分配二级分离器(13)分离下来的固体半焦，并将一部分半焦送入半焦冷却***(16)冷却后储存，将另一部分半焦送入燃烧床(19)燃烧提供***所需热量；

10)一个燃烧床(19)，用来燃烧半焦分配器(15)分配来的部分半焦和筛分装置(2)筛分下来的粒径小于0.5mm的褐煤。

Images