CN103980951A - 粉煤热解生产煤气的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉煤热解生产煤气的方法及装置，所涉及的煤气生产方法是以原煤干馏热解得到的未净化的粗煤气为原料经在蓄热室中热解得到高质量的煤气，所涉及的装置包括原煤干燥炉、干馏炉和粗煤气热解用的蓄热室以及提供热量的热风炉。本发明采用对粗煤气进行热解生产煤气，粗煤气中的水蒸汽和焦粉反应生成水煤气，焦油同时裂解为煤气，一举多得，且本发明所涉及的方法和装置具有能耗低，投资低，煤气热值高，半焦灰分低，煤分质转化成本低的优点。

Description

粉煤热解生产煤气的方法及装置
技术领域
本发明涉及煤炭干馏热解技术，具体涉及一种煤热解制备煤气的方法及装置。
背景技术
煤气化制备煤气是煤转化重要的工艺途径，采用高温高压煤气化工艺，设备复杂，投资规模大；采用常压煤气化工艺，污染大，煤转化率低，煤气热值低。
通过煤热解获得煤气投资小，成本低，但是传统的煤热解大都是内热式工艺，煤气中氮气含量高，煤气热值低。
传统的外热式煤热解所得煤气热值高，但煤气产量低，热效率低，焦油捕集工艺复杂。
传统的气体热载体热解煤往往需要跟煤气化耦合才具有实用性，为了获得焦油，气体热载体冷却后再加热，能耗高，不经济。
如何将煤热解后直接获得半焦和煤气实现分质转化，简化工艺，降低投资，降低污染，是煤热解制备煤气面临的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之一是提供一种煤气生产方法。
为此，本发明提供的煤气生产方法包括：以粗煤气为原料，通过热解生产煤气，所述的粗煤气是煤干馏过程中产生的未经过净化和除焦油的混合气体。
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之二是提供一种煤气生产装置。
为此，本发明提供的煤气生产装置包括蓄热室，粗煤气在蓄热室中被热解。
所述的煤气生产装置包括蓄热室，所述蓄热室包括容器本体和填充于容器本体中的蓄热材料，所述蓄热材料为室温～1000℃下热膨胀系数小于5×10-6∕K、孔隙率范围为30％～63％、荷重软化温度大于1350℃的蜂窝状陶瓷质耐火材料。
所述蓄热室中的温度为500～1000℃，粗煤气流量与蓄热材料的比表面积的关系为：(3～8BM3∕H)/M2。
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之三是提供一种粉煤干馏方法。
为此，本发明提供的粉煤干馏方法包括：
原煤预热与干燥：对原煤进行预热干燥，得到预热干燥后的原煤；
煤干馏：对预热干燥后的原煤进行热解干馏，得到半焦和粗煤气；
粗煤气热解：对粗煤气进行热解，得到煤气。
优选的，所述煤气一部分作为煤气产品回收，一部分作为煤干馏的热载体，对预热干燥后的原煤进行直接加热。
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之四是提供一种粉煤干馏装置。
为此，本发明提供的粉煤干馏装置包括：
干燥炉，为外热式烟气间接加热的回转炉，用于原煤的预热干燥；
干馏炉，为气体加热的内热式与烟气外热式加热相结合的回转炉，用于煤干馏，产生半焦和粗煤气；
蓄热室，为热烟气-煤气气体蓄热室换热器，用于对粗煤气进行热解，产生煤气；
热风炉，为燃煤高温热风炉；
所述干馏炉中生产的粗煤气被输送入蓄热室进行热解生产煤气；
所述蓄热室中产生的煤气一部分输送入所述干馏炉对干燥预热后的原煤进行直接加热，另一部分为煤气产品；同时热风炉中产生的热烟气一部分输送入干馏炉对干燥预热后的原煤进行间接加热，另一部分用于加热蓄热室。
优选的，所述蓄热室换热后的热烟气和出干馏炉的热烟气输送入干燥炉对原煤进行间接加热；
优选的，所述干馏炉中生产的粗煤气排出干馏炉后经过除尘器分离出颗粒大于10微米的焦粉粉尘后输送入蓄热室热解换热，被加热裂解得到煤气，其中，80％质量百分比的煤气送入热解炉，20％质量百分比的煤气被回收。
优选的，所述蓄热室包括两个蓄热室单体，该两个蓄热室单体采用定期换向的方式实现热烟气和煤气的换热。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)粗煤气中含有水蒸气、细焦粉、纯煤气和焦油，对粗煤气进行热解生产煤气，粗煤气中的水蒸汽和焦粉反应生成水煤气，焦油同时裂解为煤气，一举多得。
(2)利用蓄热室作为粗煤气热解的设备，其中的蓄热载体可对煤气中的粉尘起到过滤的作用，可得到纯净的煤气。
(3)蓄热室中的蓄热材料采用具有焦油裂解催化功能的陶瓷颗粒，可适当降低裂解温度，且粗煤气裂解程度高。
(4)原煤预热采用外热式烘干，避免烘干过程原煤起火，同时可适当提高预热温度，减轻干馏炉的热负荷，可预热到接近300度。
(5)热煤气作为煤干馏的直接加热热载体，循环使用，输送方便，同时采用外热式加热热解炉，内外加热，热效率高，产量大。
(6)残留在蓄热室中的煤粉被燃烧，降低燃料成本，蓄热室换热后烟气余热用于烘干原煤，热利用高。
(7)焦油产率低，净化***简单，没有污水排放，工艺简单。
综上，本发明的煤热解制备煤气的方法，能耗低，投资低，煤气热值高，半焦灰分低，煤分质转化成本低。
附图说明
以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细解释说明。
图1为本发明的粉煤干馏装置结构参考示意图；
图2为实施例的粉煤干馏装置结构参考示意图；
图中各代码表示：1-干燥炉、2-干馏炉、3-蓄热室、4-旋风除尘器、5-煤气冷却换热器、6-热风炉、7-循环风机、8-原煤提升装置。
具体实施方式
除非另有说明，本发明所述各术语的含义均为本领域技术人员的常规理解。
粗煤气中含有纯煤气以及大量的细焦粉和焦油，为获得高产量和高质量的煤气，本发明采取对粗煤气作进一步热解的方法生产煤气，该方法获取的煤气纯度高，粉尘和焦油含量低。
本发明蓄热室中填充的蓄热材料可为化工领域使用的常规蓄热材料，优选热膨胀系数(室温～1000℃)小于5×10-6∕K的蜂窝状陶瓷质耐火材料，该材料具备热解催化剂功能；同时，考虑到对粉尘的过滤，蓄热材料的孔隙率范围为30％～63％，使得蓄热材料同时具备颗粒床过滤功能，考虑到蓄热体自身重量和高度问题，其荷重软化温度应大于1350℃，保证使用时蓄热体不会发生倒塌。
考虑到气体热载体换热后的温度要求问题，蓄热室中的温度控制在500～1000℃；同时考虑到蓄热体蓄热量问题，粗煤气流量(BM3∕H)与蓄热材料的比表面积(M2)关系比为：(3～8)：1，即每平方米的比表面积对应的流量为(3～8)BM3∕H，这样可以更好的保证换热后的气体热载体达到煤热解所需要的温度。
本发明的蓄热室中产生的煤气一部分输送入所述干馏炉对干燥预热后的原煤进行直接加热，为气体热载体循环煤气，优选的，循环煤气量为煤热解产气量的四倍，另一部分即为煤热解产生的煤气量等量的煤气产品；同时热风炉中产生的热烟气一部分输送入干馏炉对干燥预热后的原煤进行间接加热，另一部分用于加热蓄热室。
以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例：
参考图1和图2，该实施例的装置包括干燥炉1、干馏炉2、蓄热室3和热风炉6；
干燥炉1为烟气外热式干燥炉，干馏炉2为外热式和内热式结合的回转体炉，蓄热室3包括两个蓄热室单体，两个单体的结构相同，均包括容器本体和填充于容器本体的蓄热材料，两个蓄热室单体采用定期换向的方式实现热烟气和煤气的换热；
其中干燥炉1位于干馏炉2的上方，且干燥炉1出口与干馏炉2进口相连接，干馏炉2粗煤气出口和旋风除尘器4进口相连接，旋风除尘器4出口和循环风机7进口相连接，循环风机7出口和蓄热室3进口相连接，蓄热室3出口和干馏炉2煤气进口相连接。
另外，蓄热室3热烟气出口和干馏炉2热烟气出口与干燥炉1热烟气进行相连通。蓄热室3加热用热烟气和干馏炉2间接加热用热烟气来自燃煤的热风炉6，出蓄热室3热烟气用于干馏炉2外热式加热。
具体干馏工艺如下：
原煤为颗粒小于0-30mm的粉煤。原煤经原煤提升装置8被提升至干燥炉1。
干燥炉1中烟气进口温度控制在500-600℃，粉煤在干燥炉内停留30-60分钟，出口温度控制在25-300℃范围内。
干馏炉2的内筒中通有煤气体热载体和被干馏的煤，外筒与内筒之间的烟道通有间接加热用的烟气热载体，即通过外热和热载体相结合的加热方式对粉煤进行干馏加热。预热的250-300℃干煤和被加热到900℃的煤气干馏炉内换热，同时被加热到1000℃的烟气进入热解炉夹套对内筒的煤进行加热，粉煤在干馏炉内停留20-40分钟时间变为半焦，出干馏炉2半焦的温度为400-550℃,出干馏炉烟气温度为600℃，干馏炉转速0.5-2转/分钟，物料在回转炉内的体积填充率为30％-40％。半焦在冷却炉中进行熄焦处理，熄焦是间接水冷熄焦为主，辅助喷水蒸汽熄焦相结合，半焦干法出焦。
携带焦油粉尘的粗煤气出干馏炉2温度控制在350‐450℃，经过旋风除尘器4除尘后，进煤气循环风机7，将煤气和焦油粉尘混合物送入被预热到平均温度为1000℃左右的蓄热室单体进行换热，煤气出蓄热室平均温度为900℃，烟气出蓄热室控制在600℃。蓄热室热烟气加热蓄热材料和煤气冷却蓄热体换向间隔时间为20-40分钟。
出蓄热室80％质量百分比的高温煤气循环使用，20％质量百分比的煤气在煤气冷却换热器5和空气换热冷却后作为产出煤气，空气预热后为助燃空气。
发明人对传统工艺生产的煤气(即对粗煤气进行除尘、干燥冷却后的煤气)与该实施例生产的煤气的品质进行的检测，检测结果如表1所示。
表1(wt/wt)
项目 水蒸气 粉尘量 焦油 纯煤气
传统工艺生产的煤气 5％ 10％ 30％ 55％
本发明生产的煤气 1％ 3％ 3％ 93％

Claims (10)

1.一种煤气生产方法，其特征在于，方法包括：以粗煤气为原料，通过热解生产煤气，所述的粗煤气是煤干馏过程中产生的未经过净化和除焦油的混合气体。 
2.一种煤气生产装置，其特征在于，装置包括蓄热室，粗煤气在蓄热室中被热解。 
3.如权利要求2所述的煤气生产装置，其特征在于，所述的煤气生产装置包括蓄热室，所述蓄热室包括容器本体和填充于容器本体中的蓄热材料，所述蓄热材料为室温～1000℃下热膨胀系数小于5×10-6∕K、孔隙率范围为30％～63％、荷重软化温度大于1350℃的蜂窝状陶瓷质耐火材料。 
4.如权利要求2所述的煤气生产装置，其特征在于，所述蓄热室中的温度为500～1000℃，粗煤气流量与蓄热材料的比表面积的关系为：(3～8BM3∕H)/M2。 
5.一种粉煤干馏方法，其特征在于，方法包括： 
原煤预热与干燥：对原煤进行预热干燥，得到预热干燥后的原煤； 
煤干馏：对预热干燥后的原煤进行热解干馏，得到半焦和粗煤气； 
粗煤气热解：对粗煤气在蓄热室进行热解，得到煤气。 
6.如权利要求5所述的粉煤干馏方法，其特征在于，所述煤气一部分作为煤气产品回收，一部分作为煤干馏的热载体，对预热干燥后的原煤进行直接加热。 
7.一种粉煤干馏装置，其特征在于，该装置包括： 
干燥炉，为外热式烟气间接加热的回转炉，用于原煤的预热干燥； 
干馏炉，为气体加热的内热式与烟气外热式加热相结合的回转炉，用于煤干馏，产生半焦和粗煤气； 
蓄热室，为热烟气-煤气气体蓄热室换热器，用于对粗煤气进行热解，产生煤气； 
热风炉，为燃煤高温热风炉； 
所述干馏炉中生产的粗煤气被输送入蓄热室进行热解生产煤气； 
所述蓄热室中产生的煤气一部分输送入所述干馏炉对干燥预热后的原煤进行直接加热，另一部分为煤气产品；同时热风炉中产生的热烟气一部分输送入干馏炉对干燥预热后的原煤进行间接加热，另一部分用于加热蓄热室。 
8.如权利要求7所述的粉煤干馏装置，其特征在于，所述蓄热室换热后的热烟气和出干馏炉的热烟气输送入干燥炉对原煤进行间接加热。
9.如权利要求7所述的粉煤干馏装置，其特征在于，所述干馏炉中生产的粗煤气排出干馏炉后经过旋风除尘器分离出颗粒大于10微米的焦粉粉尘后输送入蓄热室热解换热，被加热裂解得到煤气，其中，80％质量百分比的煤气送入热解炉，20％质量百分比的煤气产量被回收。 
10.如权利要求7所述的粉煤干馏装置，其特征在于，所述蓄热室包括两个蓄热室单体，该两个蓄热室单体采用定期换向的方式实现热烟气和煤气的换热。 
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