CN102250633A

CN102250633A - 一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法

Info

Publication number: CN102250633A
Application number: CN2011101615211A
Authority: CN
Inventors: 何建祥; 魏超; 王思远
Original assignee: Xi'an Sanrui Industrial Co Ltd
Current assignee: Xi'an Sanrui Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明提供一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，将原料褐煤在100℃～300℃下在回转干燥炉干燥脱吸，干燥脱吸后的褐煤进入回转炭化炉热裂解，通过外夹套热风加热保持物料温度在450～700℃下热裂解40min～2个小时，热裂解后得到半焦和含有焦油的高温粗煤气，生成的半焦经过回转冷却炉熄焦后，经筛分装置后得到不同粒径的成品半焦；产生的含有焦油的高温粗煤气经过焦油分离纯化装置，得到高品质的成品焦油和高热值的成品煤气，其中一部分成品煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为热源。本发明提高了原料褐煤的利用率和煤气的可利用价值，且缩小了煤气纯化装置的处理量；熄焦采用干法熄焦，出焦连续，提高了兰炭的质量，节约能源，减少了有害气体的生成。

Description

一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法

技术领域

本发明涉及一种工业化褐煤提质的新工艺新技术，特别涉及一种用回转炉干燥提质褐煤的工业化工艺技术及其设备，它属于煤化工技术领域。

背景技术

我国是以煤炭为主导一次能源资源的国家，煤炭能提供65％以上的一次能源，煤炭产量居世界首位，而且逐年增加。我国的煤炭资源可采储量位居世界第三，约占世界总储量的11.5％。其中褐煤储量约占世界褐煤总储量的16％。随着对能源需求的不断增加和对烟煤、无烟煤资源的过度开采，我国对褐煤的开发和利用将越来越重要。与烟煤、无烟煤相比，褐煤的优势是价格较低，反应活性高，但其热值相对较低，含水量较高，一般为25-60％，易风化和自燃，单位能量的运输成本高，不利于长距离输送和贮存。褐煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10％以下。褐煤若不经过提质加工，将难以满足多种用户的质量要求。因此对褐煤进行干燥提质，对于褐煤的高效利用具有重要的意义。

近年来，国内褐煤提质技术的研究有了长足的发展，但和国外技术相比还存在一定的差距。目前国外普遍采用烟气预干燥或水蒸气干燥工艺对褐煤进行干燥，然后直接送至坑口电厂用于燃烧发电。和国外不同的是，我国坑口电厂数量少，大部分电厂远离煤矿。因此我国的煤炭资源开采后需要经过长途运输才能到达燃煤电厂，煤炭运输半径较大，这对褐煤资源的开发和利用提出了更高的要求。从运输成本和燃烧热值方面考虑，褐煤需要在干燥提质后才能运输到用户。我国现有褐煤干燥提质工艺多处于规模示范阶段，稳定运行问题是困扰这些工艺规模应用的主要原因之一。从褐煤干燥提质技术的应用情况看，目前尚缺少工程应用与经济性等方面均完善的工艺与技术。因此，可大型化的、现场操作简单、性能稳定的高效褐煤干燥提质技术一直是研究与开发的主要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，所述的工艺可工业大型化、连续稳定长时间运行；半焦产量大、效率高、经济效益明显。工艺过程无废气、废水、废渣排放，副产煤气杂质少、热值高可作为化工原料气，属于环保综合利用项目。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，包括以下步骤：

(1)将原料褐煤送入回转干燥炉，使原料褐煤温度在100～300℃的环境下进行干燥和脱吸20～40分钟，除去褐煤中的水份以及吸附在煤的毛孔中的气体；

(2)干燥和脱吸后的煤进入回转炭化炉热解提质，在物料温度450～700℃下热裂解40min～2个小时，热裂解提质后得到半焦和含有焦油的高温粗煤气，回转炭化炉的操作压力在微正压与微负压之间，具体数值为±500mmH₂O，此压力值是根据本发明试验经验所得，并不能用化工广义上的压力来判断；

(3)通过热裂解提质后产生的半焦由回转炭化炉炉尾排出，送入回转冷却炉熄焦冷却，冷却后的半焦再送入筛焦装置筛分得到不同粒径的成品半焦；

(4)通过热裂解提质后产生的含焦油的高温粗煤气由回转炭化炉导气管导出，进入焦油煤气分离纯化装置，进行吸收和纯化，得到高品质焦油成品和高热值煤气成品；其中一部分成品煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为物料自身热裂解的热源，加热完物料后具有一定热值的热烟气由高温风机送到回转干燥炉干燥原煤。剩余的一部分煤气作为其它化工产品的综合利用。

步骤(1)中所述的原料煤对粒径没有特殊要求，可以是末煤，也可以是块煤，所述的回转干燥炉卧式安装，回转干燥炉的加热方式可采用内热式、也可采用外热式，或者采用内热式和外热式相结合的加热形式；其加热热源利用回转炭化炉夹套烟气余热；

步骤(2)中所述的回转炭化炉卧式安装，回转炭化炉外有热风夹套，加热方式采用外热式；

步骤(3)中所述的半焦熄焦处理采用回转冷却炉干法熄焦工艺，半焦在回转冷却炉内间接冷却，冷却介质可选用冷却循环水喷淋冷却，亦可选用惰性气体在回转冷却炉中与赤热红焦接触换热冷却。所述的惰性气体是指不与本发明的固体产品半焦发生反应或燃烧，其自身在高温情况下比较稳定，不发生分解。例如氮气、燃料燃烧后的热烟气或二氧化碳；

步骤(4)中所述的回转炭化炉导出的焦油煤气，经分离纯化后的高热值煤气一部分送入燃烧炉燃烧，产生的热烟气作为炭化炉物料自身热裂解的热源，加热完后的烟气余热再由高温风机送至干燥炉干燥原煤。剩余的一部分成品煤气作为其它化工产品的综合利用。

本发明反应原理如下：

褐煤提质是指褐煤经干燥脱水、热裂解等加工利用过程后，褐煤的组成和结构发生转化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。本工艺是褐煤经干燥后，在隔绝空气条件下加热、分解，生成半焦、焦油、煤气等产物的一个加工过程。其反应主要经历以下几个阶段：

(1)干燥脱气阶段，温度在常温到300℃。褐煤中含湿水分受热蒸发，煤得到干燥，同时有吸附在煤孔隙中的气体脱出。大约在200℃以上发生脱羧基反应，析出的气体中有大量CO₂。该阶段可完成褐煤的干燥和部分脱氧。有的褐煤在干燥过程由于脱水而引起崩裂。

(2)第一热解阶段，温度在300℃到550℃之间。本阶段为活泼分解阶段，以褐煤大分子的解聚和分解为主要反应，生成并逸出大量挥发物质。焦油在该阶段生成；煤气中可燃成分(CH₄、H₂、CO、C₂～C₃)随温度升高而增多；固体颗粒有可能进一步变小。该阶段以得到焦油和发热量显著提高和半焦为主要产品。

(3)第二热解阶段，温度在550℃到700℃之间。主要以聚合反应和芳香烃边缘联结的小分子侧链或氢的脱落反应为主。煤气产量有大幅度提高，煤气中H₂含量增加较快，其他组分体积含量相对降低。在等温热解条件下，部分不稳定焦油蒸气在高温下发生二次热解，油产率随温度提高而减少。

褐煤热解反应为吸热反应，热量由回转炭化炉外的加热***来提供。生成的半焦经过回转冷却炉熄焦冷却，然后通过排焦装置进入筛焦装置筛分处理得到成品半焦，产生的含有焦油的高温粗煤气经过焦油煤气分离纯化装置吸收和纯化，最终得到成品焦油和高热值煤气。本发明与背景技术相比具有以下几个优点：

(1)原料褐煤进入卧置回转干燥炉和回转炭化炉，无需鼓风机等输送设备，同时对原料褐煤的粒度没有要求，末煤、小粒度煤和块煤皆可，提高了煤的利用率。

(2)回转炭化炉采用外夹套加热，热烟气在炉体外部夹套内循环加热；因此产生的煤气中没有惰性气体混入，大大提高了煤气的可利用价值，且缩小了煤气纯化装置的处理量。

(3)出焦连续，采用干法熄焦，提高了半焦的质量，节约能源，减少了有害气体的生成。不会产生大量的工业污水，大大节省了治理的费用。

(4)经过提质后，生成的半焦水份含量低、固定碳含量高，大大减少了褐煤运输过程中的成本，也使其利用前景更为广阔。

附图说明

图1是本发明的方框工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

将100kg粒度在8mm以下的原料褐煤加入回转干燥炉，在温度为260℃左右干燥和脱吸20分钟，除去其中的水份和吸附在毛孔中的气体。干燥后的褐煤加入回转炭化炉，通过热风夹套外加热保持物料温度600℃下热裂解1小时，热裂解后得到半焦、含焦油的高温粗煤气。回转炭化炉压力值控制在20mmH₂O左右。高温粗煤气经洗涤纯化后得到焦油和高热值煤气，其中一部分纯化后煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为热源；整个过程连续生产，温度控制稳定；回转炭化炉采用特殊材料，热风布置合理，热能利用率高。通过热裂解后产生的半焦由回转炭化炉出料口排出送入回转冷却炉熄焦，在回转冷却炉内半焦与冷却水间接换热，熄焦后再进入筛焦装置筛分处理得到成品半焦。成品半焦经多次化验分析得：干基固定碳的含量在80％左右，挥发份＜5％，煤气的热值：4200大卡/Nm³。

实施例2

将80kg粒度在8～40mm的原料褐煤加入回转干燥炉，在温度为280℃左右干燥和脱吸30分钟，除去其中的水份和吸附在毛孔中的气体。干燥后的褐煤加入回转炭化炉，通过热风夹套外加热保持物料温度600℃下热裂解1小时，热裂解后得到半焦、含焦油的高温粗煤气。回转炭化炉压力值控制在15mmH₂O左右。热裂解后产生的半焦送入回转冷却炉熄焦，在回转冷却炉中用逆流常温氮气或低温二氧化碳气与赤热红焦换热冷却。高温粗煤气经洗涤纯化后得到焦油和高热值煤气，其中一部分纯化后煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为热源；成品半焦经多次化验分析得：干基固定碳的含量在81％左右，挥发份＜5％，煤气的热值：4320大卡/Nm³。

实施例3

将200kg粒度在10～25mm的原料褐煤加入回转干燥炉，在温度为260℃左右干燥和脱吸35分钟，除去其中的水份和吸附在毛孔中的气体。干燥后的褐煤加入回转炭化炉，通过热风夹套外加热保持物料温度580～620℃之间热裂解55分钟，热裂解后得到半焦、含焦油的高温粗煤气。回转炭化炉压力值控制在-10mmH₂O左右。热裂解后产生的半焦送入回转冷却炉熄焦，在回转冷却炉中用逆流燃料燃烧后的低温热烟气与赤热红焦换热冷却。高温粗煤气经洗涤纯化后得到焦油和高热值煤气，其中一部分纯化后煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为热源；成品半焦经多次化验分析得：干基固定碳的含量在78％左右，挥发份＜5％，煤气的热值：4050大卡/Nm³。

Claims

1.一种用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于将原料褐煤在100℃～300℃下在回转干燥炉干燥和脱吸20～40分钟；干燥脱吸后的褐煤进入回转炭化炉热裂解，通过外夹套热风加热保持物料温度在450～700℃下热裂解40min～2个小时，热裂解后得到半焦和含有焦油的高温粗煤气，回转炭化炉压力保持±500mmH₂O之间操作；生成的半焦经过回转冷却炉熄焦后，经筛分装置筛分后得到不同粒径的成品半焦；产生的含有焦油的高温粗煤气经过焦油分离纯化装置，得到高品质的成品焦油和高热值的成品煤气；其中一部分成品煤气和空气送入燃烧炉燃烧，燃烧后的热烟气送入回转炭化炉夹套内作为物料自身热裂解的热源，加热完物料后具有一定热值的热烟气由高温风机送到回转干燥炉干燥原煤，剩余的一部分成品煤气作为其它化工产品的综合利用。

2.如权利要求1所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：对原料煤种类、产地、品质没有限制，可以为单种煤也可以为几种煤的混配；对粒径没有特殊要求，可以是末煤，也可以是块煤。

3.如权利要求1所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：所述的半焦熄焦处理采用回转冷却炉干法熄焦工艺，半焦在回转冷却炉内间接冷却，冷却介质可选用冷却循环水喷淋冷却，亦可选用惰性气体在回转冷却炉中与赤热红焦接触换热冷却。

4.如权利要求1所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：所述的回转干燥炉卧式安装，回转干燥炉的加热方式可采用内热式、也可采用外热式，或者采用内热式和外热式相结合的加热形式。

5.如权利要求1所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：所述的回转炭化炉卧式安装，回转炭化炉外有热风夹套，加热方式采用外热式。

6.如权利要求2所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：所述的惰性气体是指不与本发明的固体产品半焦发生反应或燃烧，其自身在高温情况下比较稳定，不发生分解。

7.如权利要求6所述的用外热式回转炉进行褐煤提质的方法，其特征在于：所述的惰性气体是氮气、燃料燃烧后的热烟气或二氧化碳。