CN111001239A - 一种热解气除尘的方法及装置 - Google Patents

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张纪刚
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Abstract

本发明公开了一种热解气除尘的方法及装置，包括：待热解的原料由分料器按比例分流，原料进入筛分设备经过筛分，筛上大颗粒物料送入除尘处理器，筛下小颗粒物料及其余物料送入热解设备；送入除尘处理器的物料加热热解后形成疏松多孔透气性良好的滤料，多余物料由除尘处理器溢流口与直接进入热解设备的物料混合；滤料布满除尘器床层，缓慢移动，含尘热解气穿过滤料层过滤，捕集粉尘后的滤料送入热解设备。本发明利用原料本身作为滤料，不向热解***及热解气带入杂质，且成本低廉；被捕集的粉尘返回热解***中，实现粉尘零排放；除尘器阻力小，滤料处于流动状态，除尘器可自清洁，不易堵塞，能实现长周期运转。

Description

一种热解气除尘的方法及装置
技术领域
本发明属于能源开发技术领域，涉及一种热解气高温除尘的方法及装置，具体的说是在高温情况下除去热解气中所夹带粉尘的方法及装置。
背景技术
煤、油砂、油页岩、生物质等在热解时会产生大量的粉尘，随热解气带出热解***，如果不采取有效的除尘措施，热解气中夹带的粉尘会影响热解装置的长周期稳定运行，或粉尘进入产品影响产品质量。
煤炭热解技术主要包括块煤热解工艺和粉煤热解工艺。考虑到目前机械采煤块煤产量仅占煤炭开采量的20％，因而以粉煤为原料的热解工艺必将成为煤热解的主流工艺。其中，粉煤热解过程中热解粉焦和热解油气的高温在线分离是该工艺遇到的主要技术难题之一。粉煤中、低温热解过程中产生的含尘干馏气体温度高、易相变，热解粉焦和热解油气高温在线分离效果不理想，最终导致煤焦油中固含量偏高，油品质量较差，无法满足煤焦油进一步深加工的质量指标。粉煤热解过程中含尘干馏气的除尘技术及关键设备开发研究，已经成为煤炭中低温热解领域亟待开发的课题之一。高温含尘气体主要有以下特点：
(1)含尘气体温度高，一般在300℃-600℃。
(2)主要由热解油气与其所携带焦粉组成，存在大量的直径≦10μm的小粒径粉尘。
(3)荒煤气中含有易冷凝和粘结的大分子芳香类物质，容易导致过滤器堵塞。
(4)气体成分复杂，气体介质在除尘设备中存在后续反应，易析碳，发生结焦现象。
(5)热解油气对温度变化非常敏感，易相变，由气、固两相变为气、液、固三相，较难分离。
目前技术人员在热解气除尘技术领域也做了大量的尝试，开发出了如金属间化合物过滤、陶瓷过滤、电除尘、高效旋风、湿法除尘等多种技术，但终因无法适应工况、无法长周期运行、除尘效果不理想、存在安全隐患或降低产品品质等未被大规模普及应用。
现有高温含尘气体除尘技术及存在问题：
(1)湿法除尘：粉尘进入焦油中，焦油产品粉尘含量高，油尘分离难度大。
(2)旋风除尘：对10μm以下粉尘除尘效率较低，一般作为预除尘设备。
(3)陶瓷膜/金属微孔过滤器：滤材易堵塞，且再生困难，滤材价格昂贵。
(4)颗粒床除尘器：
1)固定式颗粒床除尘：固定床一般采用水平床层，即滤料平铺在支撑板上，并保持一定的厚度，含尘气体垂直通过颗粒层，因颗粒层容尘量有限，除尘器压降会逐渐上升，需要定期切换进行再生处理。
2)移动式颗粒床除尘：移动床过滤时，颗粒层在重力作用下间歇或持续向下移动并与含尘气体接触，夹带粉尘的滤料从移动床底部排出，洁净滤料则不断从移动床顶部加入，从而保证移动床的过滤能力。滤料主要采用石英砂、陶瓷球等惰性物质，滤料不易与煤焦油、粉尘等分离，目前只能通过焚烧等简易的办法实现滤料的再生和粉尘的分离。
当针对热解气除尘的工况，本领域技术人员也尝试对颗粒层除尘等技术手段予以改进，应用于本行业，但也普遍存在以下问题：1、清灰困难，清灰时二次扬尘问题普遍；2、滤料难以再生和回用；3、采用常温滤料，热解气降温析出焦油造成堵塞；4、捕集的灰难以处理，无法有效利用；5、活动构件多，易漏风或损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用原料本身为滤料,被捕集的粉尘返回热解***实现滤料的实时更新的移动颗粒床除尘器，其工艺简单、运行可靠稳定，在热解气高温除尘技术领域存在明显优势。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
根据本发明提供的一个实施例，本发明提供了一种热解气除尘的方法，包括如下步骤：
1)将待热解的原料由分料器进行分配，一定比例的原料进入筛分设备经过筛分，筛上大颗粒物料送入除尘处理器或直接作为滤料送入除尘器，筛下小颗粒物料及其余物料直接送入热解设备；
2)送入除尘处理器的物料通过外部供热装置提供的高温热烟气进行加热反应，形成疏松多孔高比表面积和吸附性极强的多孔过滤料，加多余物料由除尘处理器溢流口与直接进入热解设备进行物料混合；
3)滤料送入除尘器，布满除尘器床层，缓慢移动；含尘热解气穿过滤料层过滤，捕集粉尘后的滤料送入热解设备；滤料处于流动状态，除尘器可自清洁，不易堵塞，床层阻力稳定。
4)除尘处理器产生的热解气与热解设备产生的含尘热解气一同进入除尘器进行脱尘处理；
5)供热装置所产生的高温热烟气除了为除尘处理器提供热源外，还给除尘器与热解设备产生的热解气管路进行伴热，防止热解气中产生的重质焦油降温冷凝。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案。
优选的，所述待热解的原料为煤、油页岩、油砂、碳化料、活性炭或生物质中一种，或是两种物料的混合物，或是两种同一热解设备中处理的物料之一(如煤和生物质共热解时，用部分煤做除尘器滤料的原料)。
优选的，所述筛上大颗粒物料为5～30mm粒径的物料。
优选的，所述步骤2)，除尘处理器用列管和夹套内的热烟气加热物料至拟定温度，加热终温为200～600℃，压力控制在-500～500Pa。
优选的，所述步骤2)，滤料的床层厚度为50～1000mm，过滤气速为0.1～2.0m/s，床层厚度越大、过滤气速越快，阻力越大。
优选的，所述含尘热解气与滤料移动方向为平行流式或交叉流式。
优选的，所述除尘器与热解设备产生的热解气管路热烟气伴热温度为400～600℃。
本发明相应地给出了所述方法采用的热解气除尘的装置，包括依次连通的分料器、筛分设备、除尘处理器、除尘器、进料设备和热解设备，所述分料器分别连通筛分设备和进料设备，筛分设备分别连通除尘处理器和进料设备，除尘处理器连通除尘器，除尘器分别连通进料设备和热解设备；
还包括供热装置和高温风机，供热装置分别连通除尘处理器夹套、除尘器和连通热解设备的热解气管路；高温风机分别连通除尘处理器夹套和连通热解设备的热解气管路。
优选的，所述筛分设备为滚筒筛或振动筛。
优选的，所述除尘处理器为内加热式、外加热式祸内外复合加热式；所述除尘处理器为立式、卧式或倾斜式；所述除尘处理器热源采用电加热或热烟气加热。
优选的，所述除尘器为立式或卧式；所述除尘器的工作方式为间歇式或连续式。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)利用原料本身作为滤料，不向热解***及热解气带入杂质，且成本低廉。
(2)被捕集的粉尘返回热解***中，实现粉尘的“零”排放。粉尘和滤料直接进入热解装置，没有高温粉尘的输送和收集过程，工艺简单。
(3)除尘器阻力小，含尘滤料连续排入热解装置，过滤性能稳定，滤料的更新是动态的连续过程，除尘器可自清洁，不易堵塞，能实现长周期运转。
(4)除尘处理器可将物料热解，形成性能良好的滤料，同时加热的物料在除尘器中不会降低热解气温度而引起焦油冷凝堵塞等问题。
(5)利用原料本身作为滤料，不需要外购滤料，且无需进行滤料和粉尘的分离及滤料的再生。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明热解气除尘的工艺流程装置示意图。
图中：101、分料器；101a、原料进口；101b、分料器第一出口；101c、分料器第二出口；
102、筛分设备；102a、筛下料出口；102b、筛上料出口；
103、除尘处理器；103a、热风出口；103b、热风进口；103c、第一热解气出口；103d、除尘剂出口；103e、溢流口；
104、除尘器；104a、除尘器进料口；104b、含尘热解气进口；104c、第二热解气出口；
105、锁气装置；
106、进料设备；106a、螺旋第一进口；106b、螺旋第二进口；
107、热解设备；107a、出气口；
108、供热装置；
109、高温风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，为本发明装置的结构示意图。本发明的一种热解气除尘的装置，包括依次连通的分料器101、筛分设备102、除尘处理器103、除尘器104、进料设备106和热解设备107，分料器101设有原料进口101a、分料器第一出口101b和分料器第二出口101c；分料器第一出口101b连通进料设备106螺旋第一进料口106a，分料器第二出口101c连通筛分设备102的筛分设备出料口102b，筛分设备102设筛下料出口102a和筛上料出口102b；筛下料出口102a连通除尘处理器103，筛上料出口102b连通螺旋第一进料口106a；除尘处理器103设热风出口103a、热风进口103b、第一热解气出口103c、处理后除尘剂出口103d和除尘处理器溢流口103e，热风进口103b连通热解设备107，热风出口103a连通高温风机109，第一热解气出口103c连通热解设备107出气口107a，处理后除尘剂出口103d经除尘器104连通锁气装置105，锁气装置105连通进料设备106；除尘处理器溢流口103e与分料器出料口101b及筛分设备出料口102b相连接共同与进料设备螺旋第一进口106a连通。除尘器104设有含尘热解气进口104b和第二热解气出口104c；含尘热解气进口104b管道上设有夹套，夹套和除尘器104分别与供热装置108连通。
原料通过原料进口101a进入分料器101，分料器第一出口101b与进料设备106螺旋第一进口106a连通，分料器第二出口101c与除尘处理器103相连通。除尘处理器103所需烟气通过热风进口103b与供热装置108连通，加热后的烟气通过热风出口103a与高温风机109相连通，溢流口103e与分料器第一出口101b及筛上料出口102b相连接共同与螺旋第一进口106a连接，从而进入进料设备106。除尘处理器103的除尘剂出口103d与除尘器104的除尘器进料口104a相连通，除尘处理器的第一热解气出口103c与热解设备107的出气口107a相连通后进入除尘器进料口104b。除尘器中的颗粒除尘剂通过锁气装置105与进料设备106的螺旋第二进口106b相连接，进料设备106连接在热解设备107端部，为热解设备107的一部分。
下面通过一种热解气除尘的方法来说明本发明的实施方式，包括下述步骤：
1)待热解的原料(煤、油页岩、油砂、生物质等)，通过分料器原料进口101a进入分料器101按比例分流，一部分通过分料器第二出口101c进入筛分设备102经过筛分，筛上5～30mm大颗粒物料通过筛下料出口102a送入除尘处理器103，筛下小颗粒物料及其余物料直接通过筛上料出口102b、溢流口103e送入进料设备106；
2)送入除尘处理器103的物料通过外部供热装置108提供的高温热烟气进行加热反应，形成疏松多孔高比表面积和吸附性极强的多孔过滤料；除尘处理器进料口处设有溢流口103e，多余物料由处理器溢流口103e与分料器第一出口101b、筛上料出口102b过来的物料混合后进入进料设备106，所后送入热解设备107；除尘处理器的加热反应控制在至200～600℃的终温，压力控制在-500～500Pa；加热过程如果产生热解气，通过第一热解气出口103c与热解设备的出气口107a混合后引入除尘器的含尘热解气进口104b；除尘处理器103使用立式夹套列管复合加热移动床除尘处理器，物料在除尘处理器中缓慢向下移动，可以最大程度的避免物料挤压、摩擦破碎，用列管和夹套内的热烟气加热物料至拟定温度，热烟气来源可以与主热解装置采用同一套热源，物料加热产生的热解气从多个导气管汇集流入除尘器的含尘热解气进口104b；
3)滤料送入除尘器104，布满除尘器床层，缓慢移动，含尘热解气穿过滤料层达到过滤效果，捕集粉尘后的滤料通过锁气装置105送入进料设备106，滤料在除尘器床层中的移动速度和下料量通过锁气装置的转速或开度进行调节，除尘器落料管上设有料位计，通过下料器转速调节料位高度，保证下料顺畅并实现有效料封。滤料的床层厚度为50～1000mm，过滤气速为0.1～2.0m/s。
4)除尘处理器103产生的热解气与热解设备107产生的含尘热解气一同进入除尘器104进行脱尘处理；
5)供热装置108所产生的高温热烟气除了为除尘处理器103提供热源外，还给除尘器104与热解设备107产生的热解气管路进行伴热，防止热解气中产生的重质焦油降温冷凝。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
该实施例是一个煤干馏装置的高温荒煤气除尘***。
1)干燥后的温度约为80℃原煤由提升机输送至一定高度，在提升机出料口设有分料阀，按流物料。
物料的粒径分布如下：
粒径mm ≥8mm ＜8mm
所占百分比％ 17.32 82.68
分流后约17.32t/h(物料分流的比例根据物料粒度分布的变化在实际操作中进行调节)的一股物料落入滚筒筛，筛分出3000kg/h粒度≥8mm的筛上物料，落入除尘处理器，筛下物料与分料阀分流的另一股物料混合经旋转阀由进料设备106(干馏炉进料螺旋)送入热解设备107(干馏炉)；
2)落入除尘处理器的物料被除尘处理器夹套和列管中的热烟气间接加热至450℃并发生热解，根据床层移动速度要求不同，多余的物料由除尘处理器溢流口流出直接送入干馏炉。进入除尘处理器的热烟气温度约800℃，离开除尘处理器的热烟气温度约600℃，压力控制在300Pa；热解后的原料由落料管落入除尘器，产生的荒煤气由导气管汇集进入除尘器进气端；
3)落入除尘器的固体原料由两片平行的筛板夹持形成厚度为500mm滤料层，除尘器为立式结构，滤料在除尘器中不断向下移动。原煤在干馏炉中热解产生的荒煤气粉尘浓度约为50g/Nm3，粉尘粒度≤50μm，含尘荒煤气由干馏炉导出，进入除尘器进气端，以0.5m/s的流速垂直穿过滤料层，在布朗运动、拦截、惯性碰撞、重力沉降、静电凝聚等共同作用下除去其中的大部分粉尘，除尘后荒煤气中的含尘浓度降低至10.5mg/Nm3，除尘效率≥99％。携带粉尘的滤料及除尘器进气箱沉降的粉尘被一起送入干馏炉，整个***不对外排出粉尘，达到综合利用的目的；
4)除尘处理器产生的热解气与热解设备产生的含尘热解气一同进入除尘器进行脱尘处理；
5)整套荒煤气除尘装置及荒煤气导气管用高温热烟气伴热，防止荒煤气降温。
实施例2
该实施例是一个油砂干馏装置的高温荒煤气除尘***
1)将15000kg/h原料油砂通过输送设备送入分料器，按2:1比例进行分流，分流后约5000kg/h的油砂进入筛分装置，分出≥5mm的约为1500kg/h的筛上料，然后送入除尘处理器。
2)落入除尘处理器的物料被除尘处理器夹套和列管中的热烟气间接加热至400℃并发生热解，根据床层移动速度要求不同，多余的物料由除尘处理器溢流口流出直接送入干馏炉。进入除尘处理器的热烟气温度约700℃，离开除尘处理器的热烟气温度约400℃，压力控制在500Pa；热解后的原料由落料管落入除尘器，产生的荒煤气由导气管汇集进入除尘器进气端。
3)除尘器的除尘剂厚度为700mm滤料层，除尘器为立式结构，滤料在除尘器中不断向下移动。原煤在干馏炉中热解产生的荒煤气粉尘浓度约为10g/Nm3，粉尘粒度≤100μm，含尘荒煤气由干馏炉导出，进入除尘器进气端，以0.1m/s的流速垂直穿过滤料层，除尘后荒煤气中的含尘浓度降低至5.61mg/Nm3，除尘效率≥99％。携带粉尘的滤料及除尘器进气箱沉降的粉尘被一起送入干馏炉，整个***不对外排出粉尘，达到综合利用的目的。
4)除尘处理器产生的热解气与热解设备产生的含尘热解气一同进入除尘器进行脱尘处理；
5)整套荒煤气除尘装置及荒煤气导气管用高温热烟气伴热，防止荒煤气降温。
实施例3
该实施例是一个煤干馏装置的高温荒煤气除尘***。
1)干燥后的温度约为80℃原煤由提升机输送至一定高度，在提升机出料口设有分料阀，按流物料。
物料的粒径分布如下：
粒径mm ≥8mm ＜8mm
所占百分比％ 17.32 82.68
分流后约17.32t/h(物料分流的比例根据物料粒度分布的变化在实际操作中进行调节)的一股物料落入滚筒筛，筛分出3000kg/h粒度≥8mm的筛上物料，落入除尘处理器，筛下物料与分料阀分流的另一股物料混合经旋转阀由干馏炉进料螺旋送入干馏炉。
2)落入除尘处理器的物料被除尘处理器夹套和列管中的热烟气间接加热至450℃并发生热解，根据床层移动速度要求不同，多余的物料由除尘处理器溢流口流出直接送入干馏炉。进入除尘处理器的热烟气温度约800℃，离开除尘处理器的热烟气温度约200℃，压力控制在-500Pa；热解后的原料由落料管落入除尘器，产生的荒煤气由导气管汇集进入除尘器进气端。
3)落入除尘器的固体原料由两片平行的筛板夹持形成厚度为1000mm滤料层，除尘器为立式结构，滤料在除尘器中不断向下移动。原煤在干馏炉中热解产生的荒煤气粉尘浓度约为50g/Nm3，粉尘粒度≤50μm，含尘荒煤气由干馏炉导出，进入除尘器进气端，以2.0m/s的流速垂直穿过滤料层，在布朗运动、拦截、惯性碰撞、重力沉降、静电凝聚等共同作用下除去其中的大部分粉尘，除尘后荒煤气中的含尘浓度降低至10.5mg/Nm3，除尘效率≥99％。携带粉尘的滤料及除尘器进气箱沉降的粉尘被一起送入干馏炉，整个***不对外排出粉尘，达到综合利用的目的。
4)除尘处理器产生的热解气与热解设备产生的含尘热解气一同进入除尘器进行脱尘处理；
5)整套荒煤气除尘装置及荒煤气导气管用高温热烟气伴热，防止荒煤气降温。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。
凡在本发明的精神、原则和宗旨之内，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热解气除尘的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待热解的原料由分料器进行分配，一定比例的原料进入筛分设备经过筛分，筛上大颗粒物料送入除尘处理器或直接作为滤料送入除尘器，筛下小颗粒物料及其余物料直接送入热解设备；
2)送入除尘处理器的物料通过外部供热装置提供的高温热烟气进行加热反应，形成疏松多孔高比表面积和吸附性极强的多孔过滤料，加多余物料由除尘处理器溢流口与直接进入热解设备进行物料混合；
3)滤料送入除尘器，布满除尘器床层，缓慢移动；含尘热解气穿过滤料层过滤，捕集粉尘后的滤料送入热解设备；
4)除尘处理器产生的热解气与热解设备产生的含尘热解气一同进入除尘器进行脱尘处理；
5)供热装置所产生的高温热烟气除了为除尘处理器提供热源外，还给除尘器与热解设备产生的热解气管路进行伴热，防止热解气中产生的重质焦油降温冷凝。
2.根据权利要求1所述的一种热解气除尘的方法，其特征在于，所述待热解的原料为煤、油页岩、油砂、碳化料、活性炭或生物质中一种，或是两种物料的混合物，或是两种同一热解设备中处理的物料之一。
3.根据权利要求1所述的一种热解气除尘的方法，其特征在于，所述筛上大颗粒物料为5～30mm粒径的物料。
4.根据权利要求1所述的一种热解气除尘的方法，其特征在于，所述步骤2)，除尘处理器用列管和夹套内的热烟气加热物料至拟定温度，加热终温为200～600℃，压力控制在-500～500Pa。
5.根据权利要求1所述的一种热解气除尘的方法，其特征在于，所述步骤2)，滤料的床层厚度为50～1000mm，过滤气速为0.1～2.0m/s。
6.根据权利要求1所述的一种热解气除尘的方法，其特征在于，所述含尘热解气与滤料移动方向为平行流式或交叉流式；
所述除尘器与热解设备产生的热解气管路热烟气伴热温度为400～600℃。
7.一种权利要求1-6任一项所述方法采用的热解气除尘的装置，其特征在于，包括依次连通的分料器(101)、筛分设备(102)、除尘处理器(103)、除尘器(104)、进料设备(106)和热解设备(107)，所述分料器(101)分别连通筛分设备(102)和进料设备(106)，筛分设备(102)分别连通除尘处理器(103)和进料设备(106)，除尘处理器(103)连通除尘器(104)，除尘器(104)分别连通进料设备(106)和热解设备(107)；
还包括供热装置(108)和高温风机(109)，供热装置(108)分别连通除尘处理器(103)夹套、除尘器(104)和连通热解设备(107)的热解气管路；高温风机(109)分别连通除尘处理器(103)夹套和连通热解设备(107)的热解气管路。
8.根据权利要求7所述的热解气除尘的装置，其特征在于，所述筛分设备(102)为滚筒筛或振动筛。
9.根据权利要求7所述的热解气除尘的装置，其特征在于，所述除尘处理器(103)为内加热式、外加热式祸内外复合加热式；所述除尘处理器(103)为立式、卧式或倾斜式；所述除尘处理器(103)热源采用电加热或热烟气加热。
10.根据权利要求6所述的热解气除尘的装置，其特征在于，所述除尘器(104)为立式或卧式；所述除尘器的工作方式为间歇式或连续式。
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