CN103387839B - 一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法及装置，包括提取焦油单元及制合成气单元，提取焦油单元包括提取焦油加料***、输送及热解***、除尘***以及焦油回收***，制合成气单元包括制合成气加料***、输送及气化***、除尘及热量回收***。本发明将煤的中低温干馏工艺和煤气化工艺有机的结合在一起，提高了煤炭的综合利用效率，大大降低能耗和投资水平，实现了煤炭资源的梯级、高效、清洁转化利用，对现代煤化工产业发展具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种含碳物料生产焦油、焦炭以及合成气的方法及装置，具体涉及一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法及装置。
背景技术
中国陕北地区拥有丰富的煤炭资源，煤炭预计储量2714亿吨，探明储量1660亿吨，是我国第三大煤炭基地。该地区的煤为富含油的煤种，油含量高达8～10%，适合生产煤焦油。因为“少油、富煤、贫气”的能源结构现状，中国能源消费中煤炭的比例高达70%，所以煤炭的高效、清洁转化是国家“十二五”能源科技规划中的重要技术领域。而煤的分质利用可先提取煤焦油生产液体燃料，焦炭再气化生产油品或化工品，从而可有效提高煤炭的利用率和价值。所以，中低阶煤的高效分质利用技术是国家“十一五”和“十二五”期间关注的热点，但目前的技术手段都没能做到煤炭的高效清洁利用。
目前主流的煤低温热解提取焦油技术为固定床内热式气体热载体工艺，常压操作，所用原料必需是块状的，一般要求粒度为20～80㎜，以便料层有足够的透气性，保证气体热载体能够穿过料层。块煤的使用使机械化综采产生的大量粉煤无法利用，同时热解产生的细粉焦也无法高效利用。现有流化床热解工艺是以粉煤为原料，气体作为流化介质对粉煤进行流化热解，其不足之处在于除尘技术的限制造成焦油中含尘量较高，焦油加工处理难度较大。另外，现有热解技术操作压力基本都为常压，装置规模较小。
目前国内已投入工业化运行的煤气化技术主要有固定床、流化床以及气流床三种。其中固定床气化技术已有100多年的历史，为煤化工事业的发展做出了巨大贡献。但由于其技术本身的局限性，如需无烟块煤、环境污染严重等，属于面临淘汰的煤气化技术。
流化床工业化气化技术主要有温克勒（Winkler）煤气化技术、高温温克勒（HTW）气化技术、恩德技术以及灰融聚气化技术。目前流化床气化技术在国内的应用正在起步阶段，主要有恩德炉技术、中科院山西煤化所的灰熔聚技术、美国SES公司的U-gas技术以及灰融聚技术，但其压力等级及生产规模较小，无法满足大规模煤化工项目的生产要求。
目前主流煤气化技术为气流床煤气化技术。气流床煤气化技术主要有干法进料和湿法进料两种。国内干法进料应用较广的代表技术主要有Shell和GSP技术，两段炉以及航天炉。湿发进料技术主要有西北化工研究院的多元料浆气化技术、Texaco水煤浆气化技术以及多喷嘴对置式水煤浆气化技术等。作为干法进料的气流床气化技术来说，原煤处理设备投资、能耗及整体投资相对较高；气流床湿法进料技术因原料浆中含有大量水分，气化效率相对较低，且受粉焦浸润性限制，原料制浆阶段难度较大。另外，当前煤焦油提取技术由于焦末利用率较低，制约了煤焦油和粉煤分质利用技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法及装置。
为达到上述目的，本发明的装置包括提取焦油单元及制合成气单元，其特征在于：所述的提取焦油单元包括提取焦油加料***以及与提取焦油加料***相连通的输送及热解***、除尘***以及焦油回收***；所述的制合成气单元包括制合成气加料***、输送及气化***、除尘及热量回收***；
所述的输送及热解***包括热解输送装置以及分别与热解输送装置相连通的提取焦油加料***及热解输送气，与流化气相连通的粗灰输送装置，热解输送装置及粗灰输送装置的出口分别与热解反应器的入口相连通，热解反应器的下端依次与锁焦罐、排焦罐相连通；
所述的除尘***包括与热解反应器相连通的一级旋风除尘器，一级旋风除尘器的出口依次与二级旋风除尘器、深度除尘器相连通；
所述的焦油回收***包括与焦油洗液及深度除尘器相连通的带有焦油排出口的焦油分离塔，焦油分离塔的气体出口依次与气体冷却器及气液分离器相连通；
所述的制合成气加料***包括与气化原料相连通的制气料斗，制气料斗的出口依次与制气锁斗、制气发送罐、制气输送装置相连通；
所述的输送及气化***包括与制气输送气相连通的制气输送装置，制气输送装置的出口与气化反应器的入口相连通；
所述的除尘及热量回收***包括与气化反应器相连的初级除尘器、二级除尘器，二级除尘器的出口依次与废热锅炉、三级除尘器、颗粒控制器相连通，三级除尘器、颗粒控制器的下端分别设有细粉罐及细颗粒罐，细粉罐及细颗粒罐的出口分别与气化细粉罐的入口相连通，颗粒控制器的出口与煤气冷却塔的入口相连通；
所述的气液分离器的热解煤气与煤气冷却塔的煤气分别送入气化煤气单元并经合成气单元排出。
所述的提取焦油加料***包括与热解原料相连通的料斗，料斗的出口依次与锁斗、发送罐、热解输送装置相连通。、
所述的一级旋风除尘器、二级旋风除尘器以及深度除尘器的下端分别设置有一旋灰收集罐、二旋灰收集罐以及细灰收集罐，一旋灰收集罐、二旋灰收集罐以及细灰收集罐的出口分别与细灰罐的入口相连通。
所述的排焦罐、细灰罐及气化细粉罐的出口均与气化原料相连通。
所述的热解输送装置、制气输送装置采用机械输送或气流输送装置。
所述的热解输送气包括氮气、二氧化碳、氢气、氦气、水蒸汽或其混合气体；
所述的制气输送气包括氮气、二氧化碳或合成气；
所述的焦油洗液包括洗油、水以及氨水。
所述的深度除尘器、颗粒控制器采用金属烧结管或陶瓷过滤器。
所述的热解反应器的操作压力为0.001～4.0MPa，温度为400～800℃；
所述的气化反应器的操作压力为0.001～5.0MPa，温度为850～1300℃。
所述的热解原料包括褐煤、长焰煤、烟煤、煤液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物；
所述的气化原料包括半焦、焦炭、褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、石油焦、液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物。
本发明含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法如下：
热解原料经料斗、锁斗、发送罐送入热解输送装置，热解输送气同时将热解气送入热解输送装置，经热解输送装置将热解原料进入热解反应器，流化气经粗灰输送装置送入热解反应器，经热解反应器热解后，产生的半焦经锁焦罐排至排焦罐，排焦罐中的半焦作为气化原料使用，热解后的产品气从热解反应器顶部依次进入一级旋风除尘器、二级旋风除尘器以及深度除尘器，分离后的半焦分别排放一旋灰收集罐、二旋灰收集罐以及细灰收集罐，一旋灰收集罐、二旋灰收集罐以及细灰收集罐收集的物料一并进入细灰罐作为气化原料使用，除尘后的热解气送入焦油分离塔，经焦油洗液洗涤后，焦油从焦油分离塔底部排出，热解气进入气体冷却器进一步冷却，并经气液分离器进行气液分液后排出热解煤气；
气化原料经制气料斗、制气锁斗、制气发送罐送入制气输送装置，制气输送气送气化原料入气化反应器，气化原料经气化反应器气化后，灰渣排出，含尘煤气从气化反应器顶部依次进入初级除尘器、二级除尘器，分离后的细粉一部分进入气化反应器循环利用，另一部分细粉中的一部分送入粗灰输送装置，经流化气送入热解反应器作为高温载体为热解原料热解提供热量；另一部分细粉的另一部分送入锅炉燃烧产生蒸汽后，进入蒸汽轮机产生电力，出二级除尘器的含尘煤气进入废热锅炉回收大部分热量后依次进入三级除尘器、颗粒控制器进一步除尘，分离后的颗粒物分别进入细粉罐及细颗粒罐，细粉罐及细颗粒罐中的颗粒物一并进入气化细粉罐，并作为气化原料循环使用，出颗粒控制器的含尘煤气经煤气冷却塔洗涤冷却后得气化煤气与热解煤气一并作为合成气送往下游工段，其中合成气的一部分作为制气输送气。
本发明的有益效果是，该技术是将煤的中低温干馏工艺和煤气化工艺通过一个大循环有机的结合在一起，进行梯级利用，不仅提高煤炭的综合利用效率，还能降低能耗和投资。这一创新转化模式将煤炭分质利用引向深层次，实现煤炭资源的高效、清洁转化利用，符合国家的相关能源政策，也是煤化工行业的发展趋势，对现代煤化工产业具有重大的意义。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中：1、热解原料；2、料斗；3、锁斗；4、发送罐；5、热解输送气；6、热解输送装置；7、流化气；8、粗灰输送装置；9、热解反应器；10、锁焦罐；11、排焦罐；12、一级旋风除尘器；13、一旋灰收集罐；14、二级旋风除尘器；15、二旋灰收集罐；16、细灰罐；17、深度除尘器；18、细灰收集罐；19、焦油分离塔；20、焦油洗液；21、气体冷却器；22、气液分离器；23、气化原料；24、热解煤气；25、制气料斗；26、制气锁斗；27、制气发送罐；28、制气输送气；29、制气输送装置；30、气化反应器；31、初级除尘器；32、二级除尘器；33、细粉；34、废热锅炉；35、三级除尘器；36、细粉罐；37、颗粒控制器；38、细颗粒罐；39、气化细粉罐；40、煤气冷却塔；41、气化煤气；42、合成气；43、锅炉；44、蒸汽轮机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括提取焦油单元及制合成气单元，其特征在于：所述的提取焦油单元包括提取焦油加料***以及与提取焦油加料***相连通的输送及热解***、除尘***以及焦油回收***；所述的制合成气单元包括制合成气加料***、输送及气化***、除尘及热量回收***；
所述的提取焦油加料***包括与热解原料1相连通的料斗2，料斗2的出口依次与锁斗3、发送罐4、热解输送装置6相连通；
所述的输送及热解***包括热解输送装置6以及分别与热解输送装置6相连通的提取焦油加料***及热解输送气5，与流化气7相连通的粗灰输送装置8，热解输送装置6及粗灰输送装置8的出口分别与热解反应器9的入口相连通，热解反应器9的下端依次与锁焦罐10、排焦罐11相连通；
所述的除尘***包括与热解反应器9相连通的一级旋风除尘器12，一级旋风除尘器12的出口依次与二级旋风除尘器14、深度除尘器17相连通，一级旋风除尘器12、二级旋风除尘器14以及深度除尘器17的下端分别设置有一旋灰收集罐13、二旋灰收集罐15以及细灰收集罐18，一旋灰收集罐13、二旋灰收集罐15以及细灰收集罐18的出口分别与细灰罐16的入口相连通；
所述的焦油回收***包括与焦油洗液20及深度除尘器17相连通的带有焦油排出口的焦油分离塔19，焦油分离塔19的气体出口依次与气体冷却器21及气液分离器22相连通；
所述的制合成气加料***包括与气化原料23相连通的制气料斗25，制气料斗25的出口依次与制气锁斗26、制气发送罐27、制气输送装置29相连通；
所述的输送及气化***包括与制气输送气28相连通的制气输送装置29，制气输送装置29的出口与气化反应器30的入口相连通；
所述的除尘及热量回收***包括与气化反应器30相连的初级除尘器31、二级除尘器32，二级除尘器32的出口依次与废热锅炉34、三级除尘器35、颗粒控制器37相连通，三级除尘器35、颗粒控制器37的下端分别设有细粉罐36及细颗粒罐38，细粉罐36及细颗粒罐38的出口分别与气化细粉罐39的入口相连通，颗粒控制器37的出口与煤气冷却塔40的入口相连通；
所述的气液分离器22的热解煤气24与煤气冷却塔40的煤气分别送入气化煤气单元41并经合成气单元42排出。
本发明的排焦罐11、细灰罐16及气化细粉罐39的出口均与气化原料23相连通。
热解输送装置6、制气输送装置29采用机械输送或气流输送装置。
热解输送气5包括氮气、二氧化碳、氢气、氦气、水蒸汽或其混合气体；
所述的制气输送气28包括氮气、二氧化碳或合成气；
所述的焦油洗液20包括洗油、水以及氨水。
深度除尘器17、颗粒控制器37采用金属烧结管或陶瓷过滤器。
所述的热解反应器9的操作压力为0.001～4.0MPa，温度为400～800℃；
所述的气化反应器30的操作压力为0.001～5.0MPa，温度为850～1300℃。
热解原料1包括褐煤、长焰煤、烟煤、煤液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物；
所述的气化原料23包括半焦、焦炭、褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、石油焦、液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物。
含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法如下：
热解原料1经料斗2、锁斗3、发送罐4送入热解输送装置6，热解输送气5同时将热解气送入热解输送装置6，经热解输送装置6将热解原料1进入热解反应器9，流化气7经粗灰输送装置8送入热解反应器9，经热解反应器9热解后，产生的半焦经锁焦罐10排至排焦罐11，排焦罐11中的半焦作为气化原料23使用，热解后的产品气从热解反应器9顶部依次进入一级旋风除尘器12、二级旋风除尘器14以及深度除尘器17，分离后的半焦分别排放一旋灰收集罐13、二旋灰收集罐15以及细灰收集罐18，一旋灰收集罐13、二旋灰收集罐15以及细灰收集罐18收集的物料一并进入细灰罐16作为气化原料23使用，除尘后的热解气送入焦油分离塔19，经焦油洗液20洗涤后，焦油从焦油分离塔19底部排出，热解气进入气体冷却器21进一步冷却，并经气液分离器22进行气液分液后排出热解煤气24；
气化原料23经制气料斗25、制气锁斗26、制气发送罐27送入制气输送装置29，制气输送气28送气化原料23入气化反应器30，气化原料23经气化反应器30气化后，灰渣排出，含尘煤气从气化反应器30顶部依次进入初级除尘器31、二级除尘器32，分离后的细粉一部分进入气化反应器30循环利用，另一部分细粉33中的一部分送入粗灰输送装置8，经流化气7送入热解反应器9作为高温载体为热解原料1热解提供热量；另一部分细粉33的另一部分送入锅炉43燃烧产生蒸汽后，进入蒸汽轮机44产生电力，出二级除尘器32的含尘煤气进入废热锅炉34回收大部分热量后依次进入三级除尘器35、颗粒控制器37进一步除尘，分离后的颗粒物分别进入细粉罐36及细颗粒罐38，细粉罐36及细颗粒罐38中的颗粒物一并进入气化细粉罐39，并作为气化原料23循环使用，出颗粒控制器37的含尘煤气经煤气冷却塔40洗涤冷却后得气化煤气41与热解煤气24一并作为合成气42送往下游工段，其中合成气的一部分作为制气输送气28。
Claims (7)
1.一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，包括提取焦油单元及制合成气单元，其特征在于：所述的提取焦油单元包括提取焦油加料***以及与提取焦油加料***相连通的输送及热解***、除尘***以及焦油回收***；所述的制合成气单元包括制合成气加料***、输送及气化***、除尘及热量回收***；
所述的输送及热解***包括热解输送装置(6)以及分别与热解输送装置(6)相连通的提取焦油加料***及热解输送气(5)，与流化气(7)相连通的粗灰输送装置(8)，热解输送装置(6)及粗灰输送装置(8)的出口分别与热解反应器(9)的入口相连通，热解反应器(9)的下端依次与锁焦罐(10)、排焦罐(11)相连通；
所述的除尘***包括与热解反应器(9)相连通的一级旋风除尘器(12)，一级旋风除尘器(12)的出口依次与二级旋风除尘器(14)、深度除尘器(17)相连通；
所述的焦油回收***包括与焦油洗液(20)及深度除尘器(17)相连通的带有焦油排出口的焦油分离塔(19)，焦油分离塔(19)的气体出口依次与气体冷却器(21)及气液分离器(22)相连通；
所述的制合成气加料***包括与气化原料(23)相连通的制气料斗(25)，制气料斗(25)的出口依次与制气锁斗(26)、制气发送罐(27)、制气输送装置(29)相连通；
所述的输送及气化***包括与制气输送气(28)相连通的制气输送装置(29)，制气输送装置(29)的出口与气化反应器(30)的入口相连通；
所述的除尘及热量回收***包括与气化反应器(30)相连的初级除尘器(31)、二级除尘器(32)，二级除尘器(32)的出口依次与废热锅炉(34)、三级除尘器(35)、颗粒控制器(37)相连通，三级除尘器(35)、颗粒控制器(37)的下端分别设有细粉罐(36)及细颗粒罐(38)，细粉罐(36)及细颗粒罐(38)的出口分别与气化细粉罐(39)的入口相连通，颗粒控制器(37)的出口与煤气冷却塔(40)的入口相连通；初级除尘器(31)、二级除尘器(32)的下端通过管道与粗灰输送装置(8)相连通；
所述的气液分离器(22)的热解煤气(24)与煤气冷却塔(40)的煤气分别送入气化煤气单元(41)并经合成气单元(42)排出，合成气单元(42)中的合成气一部分作为制气输送气(28)；
所述的一级旋风除尘器(12)、二级旋风除尘器(14)以及深度除尘器(17)的下端分别设置有一旋灰收集罐(13)、二旋灰收集罐(15)以及细灰收集罐(18)，一旋灰收集罐(13)、二旋灰收集罐(15)以及细灰收集罐(18)的出口分别与细灰罐(16)的入口相连通；
所述的热解反应器(9)的操作压力为0.001～4.0MPa，温度为400～800℃；
所述的气化反应器(30)的操作压力为0.001～5.0MPa，温度为850～1300℃；
所述的排焦罐(11)、细灰罐(16)及气化细粉罐(39)的出口均与气化原料(23)相连通。
2.根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，其特征在于：所述的提取焦油加料***包括与热解原料(1)相连通的料斗(2)，料斗(2)的出口依次与锁斗(3)、发送罐(4)、热解输送装置(6)相连通。
3.根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，其特征在于：所述的热解输送装置(6)、制气输送装置(29)采用机械输送或气流输送装置。
4.根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，其特征在于：所述的热解输送气(5)包括氮气、二氧化碳、氢气、氦气、水蒸汽或其混合气体；
所述的制气输送气(28)包括氮气、二氧化碳或合成气；
所述的焦油洗液(20)包括洗油、水以及氨水。
5.根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，其特征在于：所述的深度除尘器(17)、颗粒控制器(37)采用金属烧结管或陶瓷过滤器。
6.根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置，其特征在于：所述的热解原料(1)包括褐煤、长焰煤、烟煤、煤液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物；
所述的气化原料(23)包括半焦、焦炭、褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、石油焦、液化残渣、生物质、废塑料、废轮胎及其他含碳物料或其混合物。
7.一种根据权利要求1所述的含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化装置的方法，其特征在于：
热解原料(1)经料斗(2)、锁斗(3)、发送罐(4)送入热解输送装置(6)，热解输送气(5)同时将热解气送入热解输送装置(6)，经热解输送装置(6)将热解原料(1)进入热解反应器(9)，流化气(7)经粗灰输送装置(8)送入热解反应器(9)，经热解反应器(9)热解后，产生的半焦经锁焦罐(10)排至排焦罐(11)，排焦罐(11)中的半焦作为气化原料(23)使用，热解后的产品气从热解反应器(9)顶部依次进入一级旋风除尘器(12)、二级旋风除尘器(14)以及深度除尘器(17)，分离后的半焦分别排放一旋灰收集罐(13)、二旋灰收集罐(15)以及细灰收集罐(18)，一旋灰收集罐(13)、二旋灰收集罐(15)以及细灰收集罐(18)收集的物料一并进入细灰罐(16)作为气化原料(23)使用，除尘后的热解气送入焦油分离塔(19)，经焦油洗液(20)洗涤后，焦油从焦油分离塔(19)底部排出，热解气进入气体冷却器(21)进一步冷却，并经气液分离器(22)进行气液分液后排出热解煤气(24)；
气化原料(23)经制气料斗(25)、制气锁斗(26)、制气发送罐(27)送入制气输送装置(29)，制气输送气(28)送气化原料(23)入气化反应器(30)，气化原料(23)经气化反应器(30)气化后，灰渣排出，含尘煤气从气化反应器(30)顶部依次进入初级除尘器(31)、二级除尘器(32)，分离后的细粉一部分进入气化反应器(30)循环利用，另一部分细粉(33)中的一部分送入粗灰输送装置(8)，经流化气(7)送入热解反应器(9)作为高温载体为热解原料(1)热解提供热量；另一部分细粉(33)的另一部分送入锅炉(43)燃烧产生蒸汽后，进入蒸汽轮机(44)产生电力，出二级除尘器(32)的含尘煤气进入废热锅炉(34)回收大部分热量后依次进入三级除尘器(35)、颗粒控制器(37)进一步除尘，分离后的颗粒物分别进入细粉罐(36)及细颗粒罐(38)，细粉罐(36)及细颗粒罐(38)中的颗粒物一并进入气化细粉罐(39)，并作为气化原料(23)循环使用，出颗粒控制器(37)的含尘煤气经煤气冷却塔(40)洗涤冷却后得气化煤气(41)与热解煤气(24)一并作为合成气单元(42)送往下游工段，其中合成气的一部分作为制气输送气(28)。
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