CN104893749A - 一种旋转床煤催化热解方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转床煤催化热解方法，所述方法包括：原煤预处理，催化剂制备，粉煤加催化剂成型，催化剂型煤干燥，在旋转床热解炉中热解；所述催化剂为选自红土镍矿和Fe2O3中的一种或多种。本发明还公开了一种旋转床煤催化热解***，所述旋转床煤催化热解***包括：原煤仓，原煤破碎单元，粉煤干燥单元，粘结剂制备单元，催化剂制备单元，混料单元，粉煤加催化剂成型单元，型煤干燥单元，旋转床热解炉热解单元。本发明的方法解决了粉煤加催化剂成型后型煤强度低、热解过程中易粉化的问题，能够降低焦油中的含尘量，提高焦油产率，改善焦油品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转床煤催化热解方法及***。
背景技术
据国际地质学家预测，低阶煤是未来可以利用的主要能源之一。低阶煤占全世界煤炭总储量的一半以上。在未来，如何科学、合理、充分地利用低阶煤资源，将对煤炭行业的可持续发展具有重要的意义。
低阶煤通过热解可以转化为煤气、焦油、半焦等产品，进而实现资源的洁净、综合利用，因此受到国内外学者的广泛重视。热解技术已经有上百年的研究历史，目前煤热解工艺存在反应油品产率低，油品中重质组分含量高等问题。虽然学者对低阶煤热解进行了大量研究，但是其大部分研究内容集中在热解条件对热解过程的影响上。
中国发明专利申请CN201410103594.9公开了一种低阶煤催化解聚增油催化剂，所述催化剂含有重铬酸钾、铁盐、甲醇、十二烷基苯磺酸钠和水。所述催化剂虽然能提高热解过程的焦油产率，但该催化剂成分比较复杂，且催化剂价格较贵，另外，催化剂中的甲醇有毒，与人体接触会造成腐蚀等危害。该催化剂在大规模的工业应用中会造成生产成本较高，且在储存、制备、工业应用过程中危险性较大。
中国发明专利申请CN201410689911.X公开了一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法，所述方法包括原煤干燥、溶胀处理、热解反应和煤焦油收集等步骤；对低阶煤的热解工艺进行改进，使得总挥发分产率提高3-7％，煤焦油产率提高3.4％。该方法虽然能提高热解过程的焦油产率，但该方法处理量较小，难以进行大规模应用。
为提高低阶煤热解过程中的油品产率和质量，本文通过在煤热解中加入催化剂实现产品的定向转化，改善焦油的品质，提高焦油收率。通过实验研究，探索出了较为经济的催化热解方案。为旋转床热解提供产油率高、油质好、且成本低的催化剂及其添加量和配比等。因此，开发新的低阶煤提质工艺，为低阶煤深加工提供质优价廉的化工原料成为新的研究方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种旋转床煤催化热解方法及***，所述方法及***通过将催化剂型煤强度低和旋转床对入料的强度要求较低的特点巧妙结合，解决了粉煤加催化剂成型后型煤强度低、热解过程中易粉化的问题，降低型煤热解过程中挥发物中的粉尘含量，进而降低焦油中的含尘量，提高焦油产率，改善焦油品质。
所述催化剂型煤是指在粉煤成型过程中加入催化剂的型煤。
本发明提供了一种旋转床煤催化热解方法。所述方法包括：原煤破碎；粉煤干燥；粉煤、催化剂、粘结剂混料；粉煤加催化剂成型；在旋转床热解炉中热解，产生焦油、半焦和煤气产品。
本发明方法的操作步骤如下：
(1)原煤预处理：将原煤破碎到2mm以下，在干燥设备上进行粉煤干燥；
(2)催化剂制备：粉煤成型用催化剂选自红土镍矿和Fe2O3中的一种或多种，将催化剂粉碎到<200目占总重量的70％以上；
相对于粉煤、催化剂和粘结剂的总重量，催化剂的添加量为3-7wt％，优选为4-5wt％；
(3)粉煤加催化剂成型：将干燥粉煤、催化剂、粘结剂混合，在成型机上压制成型，得到催化剂型煤；其中，粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为75-85％、3-7％、10-18％；
(4)催化剂型煤干燥：在干燥设备上进行型煤干燥；
(5)在旋转床热解炉中热解：将所述催化剂型煤在旋转床热解炉的可旋转的炉底上均匀铺料，随着炉底的转动，进行热解、熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离处理，得到半焦、焦油和煤气；
其中，在步骤(1)中，
将粉煤干燥到水分为15％以下；
在步骤(2)中，
红土镍矿的主要成分包括10-30％的铁、1-10％的镍、0-0.5％的磷；
可以用含Fe2O3矿物(Fe2O3的含量大于10％)代替红土镍矿；
在步骤(3)中，
优选粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为78-83％、4-5％、13-17％，进一步优选为81％、4％、15％；
粘结剂可为腐殖酸钠粘结剂；例如，可以使用腐殖酸褐煤、碱、水来制备粘结剂；
成型压力>15MPa；
在步骤(4)中，
将型煤的水分干燥到15％以下；
催化剂型煤干燥温度为100-150℃；
在步骤(5)中，
热解温度范围为450-650℃，优选470-570℃；
旋转床热解要求型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。
所述旋转床热解炉，是实现煤热解的主体设备，它包括具有可旋转炉底的旋转床炉体，燃气辐射管燃烧器，以及铺料、出料等辅助机构。旋转床炉体为煤热解提供反应的空间和环境。燃气辐射管燃烧器以热辐射的方式提供热解所需热量。
所述旋转床热解炉可以是蓄热式旋转床热解炉，所述燃气辐射管燃烧器可以为蓄热式燃气辐射管燃烧器，通过蓄热式燃烧器对燃气(空气)进行预热，并在辐射管中高效燃烧，以热辐射的方式提供热解所需热量。蓄热式燃气辐射管燃烧器的热效率达到85％以上，更重要的是可以稳定燃烧低热值的燃气。
对于这种旋转床热解方式，催化剂型煤在热解过程中不采用任何热载体，炉墙、炉顶不动，催化剂型煤在料床上不运动、不翻滚、不搅动，随床底作整体平面圆周运动。
本发明还提供了一种旋转床煤催化热解***。所述旋转床煤催化热解***包括：原煤仓，原煤破碎单元，粉煤干燥单元，粘结剂制备单元，催化剂制备单元，混料单元，粉煤加催化剂成型单元，型煤干燥单元，旋转床热解炉热解单元；其中，原煤破碎单元的入料口与原煤仓的出料口相连，原煤破碎单元的出料口与粉煤干燥单元的入料口相连，粉煤干燥单元的出料口、粘结剂制备单元的出料口、催化剂制备单元出料口均与混料单元的入料口相连，混料单元的出料口与粉煤加催化剂成型单元的入料口相连，粉煤加催化剂成型单元的出料口与型煤干燥单元的入料口相连，型煤干燥单元的出料口与旋转床热解炉热解单元相连。
所述粘结剂制备单元为设置有搅拌器和加热器的反应装置；所述催化剂制备单元包括破碎装置和筛分装置。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：
本发明采用旋转床煤催化热解的方法及***，巧妙结合了催化剂型煤强度低和旋转床对型煤的强度要求较低的特点，催化剂型煤在旋转床内热解可以降低型煤的粉化率和热解后焦油中的尘含量。
本发明采用旋转床煤催化热解的方法及***，通过在旋转床热解过程中加入热解催化剂提高型煤热解过程中的转化率和热解产品的质量，改善焦油品质。
本发明采用旋转床煤催化热解的方法及***，借助旋转床对型煤的强度要求较低，可以适当降低型煤的成型压力，降低成型能耗，延长成型设备使用寿命。
附图说明
图1为旋转床煤催化热解方法的工艺流程图。
图2为旋转床煤催化热解***的示意图。
具体实施方式
图1为旋转床煤催化热解方法的工艺流程图。根据本发明的旋转床煤催化热解方法包括：
(1)原煤预处理：将低阶原煤破碎到2mm以下，并将粉煤干燥到水分为15％以下；
(2)催化剂制备：粉煤成型用催化剂选自红土镍矿和Fe2O3中的一种或多种，将催化剂粉碎到<200目占70％以上；
相对于粉煤、催化剂和粘结剂的总重量，催化剂的添加量为3-7wt％，优选为4-5wt％；
红土镍矿的主要成分包括10-30％的铁、1-10％的镍，0-0.5％的磷；
可以用含Fe2O3矿物代替红土镍矿，含Fe2O3矿物中的Fe2O3的含量大于10％；
(3)粉煤加催化剂成型：将干燥粉煤、催化剂、粘结剂按一定比例混料，在成型机上设定成型压力，压制成型，得到催化剂型煤；
粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为75-85％、3-7％、10-18％，优选为78-83％、4-5％、13-17％；进一步优选为81％、4％、15％；
成型压力>15MPa；
(4)催化剂型煤干燥：在干燥设备上进行型煤干燥，干燥温度100-150℃，干燥型煤的水分在15％以下；
(5)在旋转床热解炉中热解：将所述催化剂型煤在旋转床热解炉的可旋转的炉底上均匀铺料，随着炉底的转动，进行热解、熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离处理，得到半焦、焦油和煤气；热解温度范围为450-650℃，优选470-570℃；旋转床热解要求型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。
图2为旋转床煤催化热解***的示意图。
根据本发明的旋转床煤催化热解***包括：原煤仓1，原煤破碎单元2，粉煤干燥单元3，粘结剂制备单元4，催化剂制备单元5，混料单元6，粉煤加催化剂成型单元7，型煤干燥单元8，旋转床热解炉热解单元9；其中，原煤破碎单元2的入料口与原煤仓1的出料口相连，原煤破碎单元2的出料口与粉煤干燥单元3的入料口相连，粉煤干燥单元3的出料口、粘结剂制备单元4的出料口、催化剂制备单元5出料口均与混料单元6的入料口相连，混料单元6的出料口与粉煤加催化剂成型单元7的入料口相连，粉煤加催化剂成型单元7的出料口与型煤干燥单元8的入料口相连，型煤干燥单元8的出料口与旋转床热解炉热解单元9相连。
其中，原煤破碎单元2将来自原煤仓1的原煤进行破碎；
粉煤干燥单元3将来自原煤破碎单元2的粉煤进行干燥；
粘结剂制备单元4用于粘结剂的制备，例如可以用腐殖酸褐煤、碱、水来制备粘结剂；
催化剂制备单元5将催化剂原料在制样机上粉碎；
混料单元6将粉煤干燥单元3的干燥粉煤、粘结剂制备单元4的粘结剂和催化剂制备单元5的催化剂按一定比例进行混料；
粉煤加催化剂成型单元7将混料单元6混合后的物料压制成型；
型煤干燥单元8将粉煤加催化剂成型单元7的型煤进行干燥；
旋转床热解炉热解单元9将型煤干燥单元8干燥后的催化剂型煤进行热解、熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离等处理。
所述旋转床热解炉，是实现煤热解的主体设备，它包括具有可旋转炉底的旋转床炉体，燃气辐射管燃烧器，以及铺料、出料等辅助机构。旋转床炉体为煤热解提供反应的空间和环境。燃气辐射管燃烧器以热辐射的方式提供热解所需热量。
所述旋转床热解炉可以是蓄热式旋转床热解炉，所述燃气辐射管燃烧器可以为蓄热式燃气辐射管燃烧器，通过蓄热式燃烧器对燃气(空气)进行预热，并在辐射管中高效燃烧，以热辐射的方式提供热解所需热量。蓄热式燃气辐射管燃烧器的热效率达到85％以上，更重要的是可以稳定燃烧低热值的燃气。
对于这种旋转床热解方式，催化剂型煤在热解过程中不采用任何热载体，炉墙、炉顶不动，催化剂型煤在料床上不运动、不翻滚、不搅动，随炉底作整体平面圆周运动。
实施例
原煤进入原煤破碎单元进行破碎，粉碎至2mm以下，进入粉煤干燥单元进行干燥，干燥至水分15％以下，干燥后的粉煤、制备好的粘结剂和制备好的催化剂按一定比例在混料设备混合均匀后，进行粉煤加催化剂成型，型煤干燥到水分低于15％，干燥型煤进入旋转床热解炉，设定热解温度，进行型煤热解，产生焦油、半焦和煤气产品。旋转床热解要求型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。冷压强度按工业型煤冷压强度测试方法(MT/T 748-1997)CEDING，机械强度按煤的机械强度测试方法(GB/T15458-1995)。
实施例1
本实施例的催化剂为红土镍矿；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：催化剂：粘结剂＝81％：4％：15％；成型压力为20MPa/个，干燥温度为120℃，旋转床热解温度为500℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表1。
表1 催化热解结果(干基)
实施例2
本实施例的催化剂为红土镍矿；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：催化剂：粘结剂＝80％：6％：14％；成型压力为17MPa/个，干燥温度为110℃，旋转床热解温度为550℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表2。
表2 催化热解结果(干基)
实施例3
本实施例的催化剂为Fe2O3；粉煤成型的重量百分比为：粉煤：催化剂：粘结剂80％：6％：14％；成型压力为17MPa/个，干燥温度为130℃，旋转床热解温度为550℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表3。
表3 催化热解结果(干基)
对比例
将与实施例1相同操作条件下得到的粉煤在无催化剂下成型。粉煤成型的重量百分比为：粉煤：粘结剂＝84％：16％；成型压力为20MPa/个，干燥温度为120℃，旋转床热解温度为500℃，旋转床处理量为100万吨/年。催化热解结果见表4。
表4 无催化热解结果(干基)
实施例1与对比例相比，焦油的产率增加，且焦油中轻油的含量增加，同时，焦油中的含尘量降低，但型煤的强度降低。
Claims (10)
1.一种旋转床煤催化热解方法，其包括如下步骤：
(1)原煤预处理：将原煤破碎到2mm以下，在干燥设备上进行粉煤干燥；
(2)催化剂制备：粉煤成型用催化剂选自红土镍矿和Fe2O3中的一种或多种，将催化剂进行粉碎；
(3)粉煤加催化剂成型：将干燥粉煤、催化剂、粘结剂混合，在成型机上压制成型，得到催化剂型煤；其中，粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为75-85％、3-7％、10-18％；
(4)催化剂型煤干燥：在干燥设备上进行型煤干燥；
(5)在旋转床热解炉中热解：将所述催化剂型煤在旋转床热解炉的可旋转的炉底上均匀铺料，随着炉底的转动进行热解，通过熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离处理，得到半焦、焦油和煤气。
2.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(1)中，将粉煤干燥到水分为15％以下。
3.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(2)中，将催化剂粉碎到<200目占70％以上。
4.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(3)中，粉煤、催化剂、粘结剂的重量百分比为78-83％、4-5％、13-17％。
5.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(3)中，在成型机上压制成型的压力>15MPa。
6.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(4)中，催化剂型煤干燥温度为100-150℃，将型煤的水分干燥到15％以下。
7.根据权利要求1所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
在步骤(5)中，热解温度为450-650℃；催化剂型煤的冷压强度>120牛/个，抗碎强度>50％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的旋转床煤催化热解方法，其中，
所述旋转床热解炉为蓄热式旋转床热解炉。
9.一种旋转床煤催化热解***，其包括：原煤仓(1)，原煤破碎单元(2)，粉煤干燥单元(3)，粘结剂制备单元(4)，催化剂制备单元(5)，混料单元(6)，粉煤加催化剂成型单元(7)，型煤干燥单元(8)，旋转床热解炉热解单元(9)；其中，原煤破碎单元(2)的入料口与原煤仓(1)的出料口相连，原煤破碎单元(2)的出料口与粉煤干燥单元(3)的入料口相连，粉煤干燥单元(3)的出料口、粘结剂制备单元(4)的出料口、催化剂制备单元(5)出料口均与混料单元(6)的入料口相连，混料单元(6)的出料口与粉煤加催化剂成型单元(7)的入料口相连，粉煤加催化剂成型单元(7)的出料口与型煤干燥单元(8)的入料口相连，型煤干燥单元(8)的出料口与旋转床热解炉热解单元(9)相连。
10.根据权利要求9所述的旋转床煤催化热解***，其中，
原煤破碎单元(2)将来自原煤仓(1)的原煤进行破碎；
粉煤干燥单元(3)将来自原煤破碎单元(2)的粉煤进行干燥；
粘结剂制备单元(4)用于粘结剂的制备；
催化剂制备单元(5)将催化剂原料在制样机上粉碎；
混料单元(6)将粉煤干燥单元(3)的干燥粉煤、粘结剂制备单元(4)的粘结剂和催化剂制备单元(5)的催化剂按一定比例进行混料；
粉煤加催化剂成型单元(7)将混料单元(6)混合后的物料压制成型；
型煤干燥单元(8)将粉煤加催化剂成型单元(7)的型煤进行干燥；
旋转床热解炉热解单元(9)将型煤干燥单元(8)干燥后的催化剂型煤进行热解、熄焦、油/气除尘、油/气冷却和油/水分离处理。
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