CN105062528A - 一种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤的多联产工艺领域，旨在提供一种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺及其装置。该种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺包括煤的热解、气体分离、半焦燃烧、煤气净化；该煤热解多联产装置包括热解装置、气体分离装置、气体净化装置；热解装置的内部为蛇型圆管，外部为密闭筒形容器；气体分离装置用于作为将氧气和二氧化碳从烟气中分离出来的变压吸附装置；气体净化装置用于对荒煤气中进行净化。本发明的工艺能用于解决当前煤粉炉的煤炭资源直接燃烧、利用率低、污染严重等问题，将煤的热解、气化、燃烧综合利用，提高了煤炭资源利用率，是有效解决我国能源利用与环境污染问题的重要措施之一。
Description
技术领域
本发明是关于煤的多联产工艺领域，特别涉及一种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺及其装置。
背景技术
我国的能源结构特点为富煤、少气、贫油，天然气和石油资源极度匮乏和紧缺，而我国煤炭80％以单一生产过程的直接燃烧为主，不但利用效率极低而且污染严重，因此寻求一种清洁高效、同时能解决天然气紧缺问题的煤炭资源综合利用方式势在必行。煤的多联产技术是把煤炭中容易热解气化的部分转化为煤气和焦油，煤气通过后续加工制成天然气，供工业、化工及民用，焦油可作为燃料使用或进行深加工制取高附加值的燃料油；把不易气化的半焦送入炉膛中作为锅炉燃料直接燃烧，产生的蒸汽用于发电、供热等，同时将煤中的硫、氮元素转入煤气中处理，燃烧过程中所产生的烟气污染物将大大降低。该技术集燃烧、热解、煤气净化、甲烷化、精油提取及烟气污染物减排工艺于一体，是我国煤炭资源综合利用的有效方式之一。由于煤的多联产技术是把煤的多个生产工艺联合为一个***来考虑，从整体利用效率的角度来提高煤炭资源利用率，因此可以更好地解决能源与环境问题。
目前我国主要采用以煤热解为基础的热、电、气多联产技术，该技术主要用于循环流化床，其主要工艺特点是将循环流化床锅炉和热解炉联用，利用循环流化床锅炉的循环热灰或半焦作为煤热解、部分气化的热源，其优点在于循环流化床的燃料适应性广、物料能够充分混合、床内温度分布均匀，能够为煤的热解提供良好的反应条件。但循环流化床作为热解反应器，需要大量的流化气体，因此造成***的热损失很大，而且流化床的热解气中带出物(如细灰等)含量较多，增加了尾部净化***的复杂性。
我国以煤为燃料的锅炉型式主要以煤粉炉为主，而循环流化床锅炉尚处在发展阶段，数量远不及煤粉炉，目前针对数量众多的煤粉炉尚无联合多联产高效利用相关工艺的研究。因此在当下环境污染日益严重、节能减排迫在眉睫的时刻，迫切需要找到一种洁净、节能的煤多联产工艺，以满足我国数量众多、急需改造的煤粉炉，最终实现煤资源的高效清洁利用。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能解决现有煤炭直接燃烧带来的能源有效利用率低、污染重等问题的适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺及装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺，包括煤的热解、气体分离、半焦燃烧、煤气净化，所述煤热解多联产工艺具体包括下述步骤：
(1)将从煤粉仓出来的煤粉通过煤粉管路送入热解装置，通过加热载体之间的热交换，使煤粉在700～900℃温度下进行热解，热解后得到半焦、荒煤气，以及作为加热载体热交换后的烟气；
(2)将步骤(1)中得到的半焦通过半焦管路、总管路送入煤粉炉炉膛参与燃烧；
将步骤(1)中得到的烟气通过烟气管路送入气体分离装置，分离成二氧化碳、氧气和剩余烟气；分离出的氧气通过氧气管路送入煤粉炉炉膛参与燃烧；分离出的二氧化碳作为流化介质通过二氧化碳管路送入热解装置的煤粉管道中，二氧化碳能在热解装置中与产生的半焦在700～900℃温度下反应，反应生成一氧化碳，一氧化碳能够与煤粉中挥发出的水反应生成氢气，一氧化碳和氢气即作为热解后的一部分荒煤气；分离出的剩余烟气再通过剩余烟气管路与半焦混合，送入煤粉炉炉膛参与燃烧；
煤粉炉炉膛中燃烧产生高温烟气、锅炉蒸汽和灰渣，且高温烟气的温度在900～1100℃之间，高温烟气从煤粉炉炉膛出口烟道侧引出后，通过高温烟气管路送入热解装置中，用于作为步骤(1)中煤粉热解的加热载体；
(3)将步骤(1)中得到的荒煤气引一股依次通过荒煤气总管、流化介质管路，进入热解装置内部蛇型圆管底部作为流化介质，其余荒煤气通过荒煤气总管送入气体净化装置进行净化，净化之后的荒煤气用于加工成高附加值的煤气产品。
在本发明中，所述步骤(2)中，产生的锅炉蒸汽能用于发电、供热或制冷；产生的灰渣能用于建材资源、化工原料及产品、提取稀有金属、生产化肥。
在本发明中，所述步骤(3)中得到的煤气产品能作为化工原料、工业用气或民用煤气。
提供基于所述煤热解多联产工艺的煤热解多联产装置，包括热解装置、气体分离装置、气体净化装置；
所述热解装置分别内外两部分；热解装置的内部为(金属材料制成的)蛇型(薄壁)圆管，蛇型圆管螺旋向下排列(管径及截距根据热解装置的具体尺寸确定)，蛇型圆管的顶部通过煤粉管路与煤粉仓连通，蛇型圆管的上部通过荒煤气总管与气体净化装置连通，蛇型圆管的下部通过二氧化碳管路与气体分离装置连通，蛇型圆管的下部还通过流化介质管路与荒煤气总管连通，蛇型圆管的底部通过半焦管路与总管路连通；其中，总管路的一端为半焦管路和剩余烟气管路的汇合口，另一端与煤粉炉炉膛连通；
热解装置的外部为(金属或耐温材料制成的)密闭筒形容器(尺寸根据具体要求确定)，筒形容器的下部通过高温烟气管路与煤粉炉炉膛连通，筒形容器的上部通过烟气管路与气体分离装置连通；
所述气体分离装置包括除尘降温装置、脱水剂、分子筛吸附塔、引风机、冷却器、真空泵，用于作为将氧气和二氧化碳从烟气中分离出来的变压吸附装置；所述除尘降温装置用于对进入气体分离装置的热烟气进行除尘降温；所述引风机用于进行烟气输送(包括将通过除尘降温装置的烟气输送到冷却器)；所述冷却器用于将经过除尘降温装置的烟气降到常温；所述分子筛吸附塔能利用分子筛对不同气体产生的吸附力和吸附速度不同，通过和引风机、真空泵配合(调节运行改变吸附塔中的压力变化)，经多级吸附解析过程，实现将氧气、二氧化碳从经过冷却器降温后的烟气中分离出来；
气体分离装置分别通过二氧化碳管路、烟气管路与热解装置连接；通过剩余烟气管路与半焦管路汇合连接到总管路；通过氧气管路与煤粉炉炉膛连通；
气体分离装置中的各装置部件，本领域技术人员可根据本发明所述功能，对现有技术手段加以利用以实现相关功能，由于这些内容并非本发明重点，故不再赘述。
所述气体净化装置包括煤气除尘装置、冷却和输送装置、酸性气体(H2S、HCH等)脱除装置、碱性气体(NH3类)脱除装置、焦油类回收装置、酚水处理装置及煤气储存装置，用于对荒煤气中进行净化；
气体净化装置中的各装置部件，本领域技术人员可根据本发明所述功能，对现有技术手段加以利用以实现相关功能，由于这些内容并非本发明重点，故不再赘述。
在本发明中，所述煤粉管路上设有调节阀，用于控制煤粉从煤粉仓进入热解装置的添加量；所述流化介质管路上设有调节阀，用于控制流化介质进入热解装置内部管路的流量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的工艺能用于解决当前煤粉炉的煤炭资源直接燃烧、利用率低、污染严重等问题，将煤的热解、气化、燃烧综合利用，提高了煤炭资源利用率，是有效解决我国能源利用与环境污染问题的重要措施之一。
本发明的装置是在现有煤粉炉的基础上进行改造，无需报废现有设备，经济环保，推广前景看好。
附图说明
图1为本发明的整体示意图。
图中的附图标记为：1热解装置；2煤粉仓；3煤粉炉炉膛；4气体分离装置；5气体净化装置。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，煤热解多联产装置包括热解装置1、气体分离装置4、气体净化装置5，能解决当前煤粉炉的煤炭资源直接燃烧、利用率低、污染严重等问题。
所述热解装置1分为内外两部分，内部为金属材料制成的蛇形薄壁圆管，螺旋向下排列，管径及截距根据热解装置1的具体尺寸确定，保证充分换热，内壁光滑，保证煤粉顺利下滑。内部管路顶部通过煤粉管路与煤粉仓2连通，煤粉管路上设有调节阀，用于控制煤粉从煤粉仓2进入热解装置1的添加量；上部通过荒煤气总管与气体净化装置5连通；下部通过二氧化碳管路与气体分离装置4连通，通过流化介质管路与荒煤气总管连通；底部通过半焦管路与总管路连通。其中，总管路的一端为半焦管路和剩余烟气管路的汇合口，另一端与煤粉炉炉膛3连通。
热解装置1外部为金属或耐温材料制成的密闭筒形容器，尺寸根据具体要求确定，下部通过高温烟气管路与煤粉炉炉膛3连接，上部通过烟气管路与气体分离装置4连通。内部煤粉在流化介质的作用下顺着螺旋管路呈悬浮状旋流向下运动，与外部自下而上的高温烟气形成逆流，从而实现逆流换热。
所述气体分离装置4是指将氧气和二氧化碳从烟气中分离出来的变压吸附装置，具体包括除尘降温装置、脱水剂、分子筛吸附塔、引风机、冷却器、真空泵等，气体分离过程如下：热的烟气经过除尘降温装置后，在引风机的输送下，经过冷却器进一步降到常温，进入分子筛吸附塔，利用分子筛对不同气体产生的吸附力和吸附速度不同，通过引风与真空泵的调节运行改变吸附塔中的压力变化，经多级吸附解析过程，最终分离出纯度较高的氧气、二氧化碳。气体分离装置4分别通过二氧化碳管路、烟气管路与热解装置1连接；通过剩余烟气管路与半焦管路汇合，与总管路连接；通过氧气管路与煤粉炉炉膛3连通。
所述气体净化装置5具体是指对荒煤气中的多种成份进行有效脱除的工艺及其装置，具体包括煤气除尘装置、冷却和输送装置、酸性气体(H2S、HCN等)脱除装置、碱性气体(NH3类)脱除装置、焦油类回收装置、酚水处理装置及煤气储存装置。
利用煤热解多联产装置的煤热解多联产工艺，包括煤的热解、气体分离、半焦燃烧、煤气净化，具体包括下述步骤：
(1)将从煤粉仓出来的煤粉通过煤粉管路送入热解装置1，通过与加热载体之间的热交换，使煤粉在700～900℃温度下进行热解，热解后得到半焦、荒煤气，以及作为加热载体热交换后的烟气；
(2)将步骤(1)中得到的半焦通过半焦管路与总管路连接；
(3)将步骤(1)中得到的烟气通过烟气管路，进入气体分离装置4，分离成二氧化碳、氧气和剩余烟气；分离出的氧气通过氧气管路送入煤粉炉炉膛3参与燃烧；分离出的二氧化碳作为流化介质通过二氧化碳管路送入热解装置1的煤粉管道中，二氧化碳能在热解装置1中与产生的半焦在700～900℃温度下反应，反应生成一氧化碳，一氧化碳能够与煤粉中挥发出的水反应生成氢气，一氧化碳和氢气即作为热解后的一部分荒煤气；分离出的剩余烟气再通过剩余烟气管路与半焦混合，送入煤粉炉炉膛3参与燃烧，燃烧产生高温烟气、锅炉蒸汽和灰渣，且高温烟气的温度在900～1100℃之间；
所述高温烟气从煤粉炉炉膛3出口烟道侧引出后，通过高温烟气管路送入热解装置1中，用于作为步骤(1)中煤粉热解的加热载体；
(4)将步骤(1)中得到的荒煤气引一股进入热解装置1内部蛇形管道底部作为流化介质，其余荒煤气通过荒煤气总管送入气体净化装置5进行净化，净化之后的荒煤气用于加工成高附加值的煤气产品。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于煤粉炉的煤热解多联产工艺，包括煤的热解、气体分离、半焦燃烧、煤气净化，其特征在于，所述煤热解多联产工艺具体包括下述步骤：
(1)将从煤粉仓出来的煤粉通过煤粉管路送入热解装置，通过加热载体之间的热交换，使煤粉在700～900℃温度下进行热解，热解后得到半焦、荒煤气，以及作为加热载体热交换后的烟气；
(2)将步骤(1)中得到的半焦通过半焦管路、总管路送入煤粉炉炉膛参与燃烧；
将步骤(1)中得到的烟气通过烟气管路送入气体分离装置，分离成二氧化碳、氧气和剩余烟气；分离出的氧气通过氧气管路送入煤粉炉炉膛参与燃烧；分离出的二氧化碳作为流化介质通过二氧化碳管路送入热解装置的煤粉管道中，二氧化碳能在热解装置中与产生的半焦在700～900℃温度下反应，反应生成一氧化碳，一氧化碳能够与煤粉中挥发出的水反应生成氢气，一氧化碳和氢气即作为热解后的一部分荒煤气；分离出的剩余烟气再通过剩余烟气管路与半焦混合，送入煤粉炉炉膛参与燃烧；
煤粉炉炉膛中燃烧产生高温烟气、锅炉蒸汽和灰渣，且高温烟气的温度在900～1100℃之间，高温烟气从煤粉炉炉膛出口烟道侧引出后，通过高温烟气管路送入热解装置中，用于作为步骤(1)中煤粉热解的加热载体；
(3)将步骤(1)中得到的荒煤气引一股依次通过荒煤气总管、流化介质管路，进入热解装置内部蛇型圆管底部作为流化介质，其余荒煤气通过荒煤气总管送入气体净化装置进行净化，净化之后的荒煤气用于加工成高附加值的煤气产品。
2.根据权利要求1所述的煤热解多联产工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，产生的锅炉蒸汽能用于发电、供热或制冷；产生的灰渣能用于建材资源、化工原料及产品、提取稀有金属、生产化肥。
3.根据权利要求1所述的煤热解多联产工艺，其特征在于，所述步骤(3)中得到的煤气产品能作为化工原料、工业用气或民用煤气。
4.基于权利要求1所述煤热解多联产工艺的煤热解多联产装置，其特征在于，包括热解装置、气体分离装置、气体净化装置；
所述热解装置分别内外两部分；热解装置的内部为蛇型圆管，蛇型圆管螺旋向下排列，蛇型圆管的顶部通过煤粉管路与煤粉仓连通，蛇型圆管的上部通过荒煤气总管与气体净化装置连通，蛇型圆管的下部通过二氧化碳管路与气体分离装置连通，蛇型圆管的下部还通过流化介质管路与荒煤气总管连通，蛇型圆管的底部通过半焦管路与总管路连通；其中，总管路的一端为半焦管路和剩余烟气管路的汇合口，另一端与煤粉炉炉膛连通；
热解装置的外部为密闭筒形容器，筒形容器的下部通过高温烟气管路与煤粉炉炉膛连通，筒形容器的上部通过烟气管路与气体分离装置连通；
所述气体分离装置包括除尘降温装置、脱水剂、分子筛吸附塔、引风机、冷却器、真空泵，用于作为将氧气和二氧化碳从烟气中分离出来的变压吸附装置；所述除尘降温装置用于对进入气体分离装置的热烟气进行除尘降温；所述引风机用于进行烟气输送；所述冷却器用于将经过除尘降温装置的烟气降到常温；所述分子筛吸附塔能利用分子筛对不同气体产生的吸附力和吸附速度不同，通过和引风机、真空泵配合，经多级吸附解析过程，实现将氧气、二氧化碳从经过冷却器降温后的烟气中分离出来；
气体分离装置分别通过二氧化碳管路、烟气管路与热解装置连接；通过剩余烟气管路与半焦管路汇合连接到总管路；通过氧气管路与煤粉炉炉膛连通；
所述气体净化装置包括煤气除尘装置、冷却和输送装置、酸性气体脱除装置、碱性气体脱除装置、焦油类回收装置、酚水处理装置及煤气储存装置，用于对荒煤气中进行净化。
5.根据权利要求4所述的煤热解多联产装置，其特征在于，所述煤粉管路上设有调节阀，用于控制煤粉从煤粉仓进入热解装置的添加量；所述流化介质管路上设有调节阀，用于控制流化介质进入热解装置内部管路的流量。
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