低階煤製備高濃度水煤漿的方法及其系統的製作方法

2023-10-11 19:49:29 2

低階煤製備高濃度水煤漿的方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了低階煤製備高濃度水煤漿的方法及其系統，解決了現有低階煤製備水煤漿存在成漿濃度低、能耗高、運行成本高的問題。方法包括將低階煤進行深度乾燥、熱解、半焦冷卻、磨煤和成漿等步驟。系統包括依次串聯的乾燥爐、反應爐、冷焦爐、磨煤機和攪拌裝置，所述乾燥爐、反應爐和冷焦爐的爐體結構相同，包括上爐體和可轉旋的下爐底，所述上爐體設有進料口和出氣口，所述下爐底具有由周部向中心下料口階梯式下行的坡面，所述下爐底的坡面上方設有布煤器。本發明工藝簡單、生產成本和運行成本低、節能環保，能夠得到高熱值的熱解氣、高品質焦油和高濃度水煤漿。
【專利說明】低階煤製備高濃度水煤漿的方法及其系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水煤漿製備方法及其系統，具體的說是一種低階煤製備高濃度水 煤漿的方法及其系統。

【背景技術】
[0002] 隨著高變質煤種越用越少，低階煤的高效清潔利用日顯重要。現階段低階煤的高 效轉化利用方式為通過熱解製備半焦和煤氣。低階煤反應活性高，用作氣化原料氣化效率 商。
[0003] 然而，用低階煤配製水煤漿時，煤階越低、內在水分越高、氧碳比越高，煤的成漿性 越差，難以製成高濃度水煤漿。對於水煤漿氣化而言，水煤漿濃度和質量越高，合成系統產 能增加，比氧耗和比煤耗越低，水煤漿濃度提高後帶來的經濟效益是十分可觀的。
[0004] 長期以來，低階煤製備高濃度水煤漿技術沒有取得突破性進展。開發低階煤製備 高濃度水煤漿技術，可以拓寬我國煤炭資源的利用途徑。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝簡單、生產成本和運行成 本低、節能環保，能夠得到高熱值的熱解氣和高濃度水煤漿的低階煤製備高濃度水煤漿的 方法。
[0006] 本發明還提供一種用於上述方法的系統簡單、節能環保的高濃度水煤漿製備系 統。
[0007] 本發明方法包括以下步驟：
[0008] 1)深度乾燥：將低階煤破碎至粒度< 50mm後送入乾燥爐通過與熱載體進行間接 熱交換的方法進行深度乾燥，得到乾燥尾氣和乾燥煤；
[0009] 2)熱解：將乾燥煤送入反應爐通過與熱載體進行間接熱交換的方法進行熱解，得 到熱解氣和熱半焦；
[0010] 3)半焦冷卻：將熱半焦送入冷焦爐中通過霧化熄焦的方法快速降溫至80°C以下， 得到氣體和冷半焦；
[0011] 4)將冷半焦及添加劑加製漿水後送入磨煤機磨細後進行級配，具體為：1mm? 0.071mm粒度範圍的半焦：小於0.071mm粒度範圍的半焦按（4-6) :(6-4)的質量比進行級 配；
[0012] 5)成漿：將級配後的混合料攪拌混勻製成水煤漿。
[0013] 所述步驟1)中，深度乾燥的溫度控制在150°C-200°C，乾燥時間控制在30-50min ; 所述步驟2)中，熱解反應溫度控制在400°C _650°C，熱解時間控制在20-40min。
[0014] 所述步驟3)中，所述霧化熄焦的霧滴粒徑為5-10μπι，耗水量不超過熱半焦質量 的30%，熱半焦中的粉焦和粒焦增大了同霧滴的接觸面積，提高了冷卻效果。
[0015] 所述步驟1)中得到的乾燥尾氣送入尾氣回收系統處理得到冷凝水和廢氣，所述 冷凝水部分回送至冷焦爐中用於霧化熄焦，剩餘部分冷凝水作為步驟4)中製漿水送磨煤 機進料口。
[0016] 所述步驟（2)中得到的熱解氣和步驟（3)中得到的氣體一起送入焦油回收系統 中得到含水焦油和粗煤氣，所述粗煤氣送入電捕系統進一步回收焦油後得到煤氣，所述煤 氣部分送入煤氣燃燒系統生成高溫煙氣後作為熱載體先送入反應爐與乾燥煤間接換熱至 400°C -600°C，然後再送入乾燥爐與低階煤間接換熱後作為廢氣排出；所述含水焦油經油 水分離系統分離出焦油後剩餘廢水經廢水處理系統處理後作為步驟（4)中制楽水送磨煤 機進料口。
[0017] 當乾燥爐或反應爐內乾燥或熱解溫度過高時，所述乾燥爐排出的換熱後的熱載體 部分回送至乾燥爐或反應爐夾套內與熱載體混合以調節乾燥或熱解溫度，其餘部分作為廢 氣排出。
[0018] 所述步驟（5)中，將來磨細的混合料送入旋流器進行級配後再攪拌混勻製成水煤 漿，具體為：1mm?0.071mm粒度範圍的半焦：小於0.071mm粒度範圍的半焦按（4-6) :(6-4) 的質量比進行級配；
[0019] 本發明中，在深度乾燥和熱解步驟中採用熱載體間接換熱，較過去的熱載體（如 高溫煙氣）直接接觸換熱相比，不會使熱載體混入熱解反應後生成的熱解氣（粗煤氣）中， 保證最終得到高熱值煤氣產品（體積百分比：甲烷含量20% -35%，氫氣含量10% -30%， 一氧化碳含量5% -10% )，可以作為高品質產品氣輸出。
[0020] -方面，將部分煤氣進行燃燒生成高溫煙氣可以作為熱載體，由於本申請中採用 間接換熱升溫，因此高溫煙氣可先通入反應爐的夾套中對反應爐進行換熱升溫，出反應爐 的高溫煙氣溫度可達400°C -600°C，完全滿足深度乾燥的熱載體的溫度要求，因此可使出 反應爐的高溫煙氣再次送入乾燥爐的夾套中用於對低階煤進行深度乾燥，使高溫煙氣產生 的熱能充分回收，減少能耗，提高高品質煤氣的產出量，僅此項至少降低能量消耗20%。進 一步的，由出乾燥爐的煙氣（即熱載體）換熱後溫度會降低，當乾燥爐和/或反應爐內溫度 過高時，這部分煙氣可直接部分回送至夾套內以調節夾套內煙氣的溫度，從而達到控制反 應爐或乾燥爐溫度的目的。
[0021] 另一方面，由於乾燥爐是對低階煤進行深度乾燥，因此生成的乾燥尾氣水含量高， 送入尾氣回收系統處理時會產生冷凝液，這部分冷凝液含塵，潔淨度低，無論是作為工藝水 回用還是外排均需要進一步處理，發明人針對此問題，巧妙的將部分冷凝液引入冷焦爐的 霧化器中，使其用於霧化熄焦，由於噴入半焦上用於冷卻，因此對霧化熄焦用水要求不高， 本系統回用水噴入半焦上不會影響後期的製漿，很好的省去了冷凝液進一步處理的工序， 剩餘冷凝水用作製漿水，再者，含水焦油分離出焦油後，剩餘廢水經廢水處理系統輕度處理 後也可用作製漿用水，整個系統無廢水排放，滿足節能環保的要求。
[0022] 進一步的，發明人不採用水熄焦，而是霧化熄焦，利用細小的霧滴高速噴射至半焦 表面，由於本發明原始破碎時原煤顆粒就小，熱解後半焦中粉焦和粒焦的量進一步增大， 同霧滴接觸面積增加，較水熄焦而言，其降溫速度更快，耗水量小，熄焦後半焦的含水量低 (含水量不超過4% )，更有利於水煤漿的配製，有利於提高水煤漿的濃度。
[0023] 本發明高濃度水煤漿製備系統，包括依次串聯的乾燥爐、反應爐、冷焦爐、磨煤機 和攪拌裝置，其中，所述乾燥爐、反應爐和冷焦爐的爐體結構相同，包括上爐體和可轉旋的 下爐底，所述上爐體設有進料口和出氣口，所述下爐底具有由周部向中心下料口階梯式下 行的坡面，所述下爐底的坡面上方設有布煤器；並且所述乾燥爐和反應爐的上爐體和下爐 底外設有供熱載體流通的夾套，所述冷焦爐內設有霧化器。
[0024] 所述乾燥爐的出氣口與尾氣回收系統連接，所述尾氣回收系統排液口分別與冷焦 爐的霧化器和磨煤機的進料口連接。
[0025] 所述反應爐和冷焦爐的出氣口經焦油回收系統、電捕系統與煤氣燃燒系統連接， 所述煤氣燃燒系統的煙氣出口依次與反應爐的夾套、乾燥爐的夾套連接。
[0026] 所述階梯式下行的坡面的坡度為10-15度，每階梯的長度是高度的5至10倍。
[0027] 所述磨煤機經旋流器與攪拌裝置連接。
[0028] 由於在乾燥爐和反應爐中將直接觸換熱變成間接換熱，同樣大小的爐體換熱效 率會有所下降，為了解決該技術問題，發明人進行了多處改進，1)將低階煤破碎至粒度 < 50mm，粒度更小的煤粒換熱面積更大，更易實現快速升溫；2)在轉動爐底的基礎上，將 爐底設計成由周部向中心下料口階梯式下行的坡面，一方面形成坡面利於小粒度的煤粒 的滾動，滾動易於煤粒與高溫爐底壁面充分接觸，均勻升溫乾燥或熱解，提高幹燥或熱解效 率；另一方面使煤粒方便地由周部向中心集中，在布煤器及下爐底旋轉力的作用下，最終由 中心下料口下料；3)將坡面設計成階梯式，能增加爐底壁面的換熱面積和熱載體的湍動以 提高傳熱效率，而細小的流動性好的煤粒（或半焦顆粒）就像河流一樣由一級級的階梯滑 落時形成小小的"瀑布"，能更好的吸收熱量，大大提高了換熱速率，煤粒（半焦顆粒）一級 級依重力下落時的撞擊，有利於降低顆粒強度，易於開裂，利於更快速的升溫和後續的磨細 工序。通過上述改進使同樣容積下的爐體的換熱效率至少提高25%，其換熱效果與直接換 熱效果相當，但得到的熱解氣的品質大幅升高，並且，由於實現了間接換熱，熱解後的煙氣 還可以繼續用於深度乾燥，減少了高溫介質的消耗，節能效果顯著。
[0029] 有益效果：
[0030] 本發明工藝簡單，控制簡便，能有效回收熱能自用，副產高熱值的熱解氣（體積百 分比：甲烷含量20 % -35 %，氫氣含量10 % -30 %，一氧化碳含量5 % -10 % )和高品質的煤 焦油，同時沒有廢水排放，熄焦效果好（半焦含水量不超過4% wt)，節能降耗（節水量超過 25%，至少降低能量消耗20% )，對環境友好，製備的水煤漿濃度高；本發明系統結構簡單， 可操作性高，生產成本和設備投資成本低，傳熱效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明工藝流程圖暨系統圖；
[0032] 圖2為乾燥爐和反應爐的爐體結構圖；
[0033] 圖3為冷焦爐的爐體結構圖。
[0034] 圖4為階梯式下行坡面局部放大圖。
[0035] 其中，1-煤倉；2-低階煤計量設備；3-乾燥爐；4-反應爐；5-冷焦爐；6-尾氣回收 系統；7-焦油回收系統；8-電捕系統；9-煤氣燃燒系統；10-上爐體；11-下爐底；12-進料 口；13-出氣口；14-中心下料口；15-坡面；16-布煤器；17-夾套；18-密封填充件；19-熱 載體進口；20-熱載體出口；21-霧化器；22-半焦倉；23-半焦計量設備；24-磨煤機；25-旋 流器；26-攪拌裝置；27-油水分離系統；28-廢水處理系統；29-製漿水計量設備；30-製漿 水計量設備；31-添加劑計量設備；32-加壓泵。

【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發明做進一步解釋說明：
[0037] 參照圖1，煤倉1、低階煤計量設備2、乾燥爐3、反應爐4、冷焦爐5、磨煤機24、旋 流器25和攪拌裝置26依次連接，其中，參見圖2,所述乾燥爐3和反應爐4結構相同，包括 上爐體10和可轉旋的下爐底11，兩者之間可通過密封填充件18 (如水封件或碳化矽填料） 保證爐內的密封狀態同時也不影響下爐底11的轉動。所述上爐體10設有進料口 12和出 氣口 13,所述下爐底11具有由周部向中心下料口 14階梯式下行的坡面15,參見圖4,所述 階梯式下行的坡面15的坡度α為10-15度，每階梯的長度L是高度H的5至10倍，所述 下爐底11的坡面15上方設有布煤器16,所述上爐體10和下爐底11外設有供熱載體流通 的夾套17,所述夾套17具有熱載體進口 19和熱載體出口 20。參見圖3,所述冷焦爐5除無 夾套17外，其他主體結構與乾燥爐3和反應爐4相同，且冷焦爐5內設有霧化器21。
[0038] 所述乾燥爐3的氣體出口與尾氣回收系統6連接，所述尾氣回收系統6的排液口 經製漿水計量設備30與磨煤機24的進料口連接，同時還經加壓泵32與冷焦爐5的霧化器 21連接。所述反應爐4和冷焦爐5的出氣口 13經焦油回收系統7、電捕系統8與煤氣燃燒 系統9連接，所述煤氣燃燒系統9的煙氣出口依次與反應爐4的夾套、乾燥爐3的夾套連接， 所述乾燥爐3的夾套17的熱載體出口 20分別與乾燥爐3的熱載體進口 19和反應爐4的 熱載體進口 19連接。所述焦油回收系統7的油水出口經油水分離系統27、廢水處理系統 28、製漿水計量設備29與磨煤機24的進料口連接。所述磨煤機24的進料口還與旋流器25 上部出口以及添加劑計量設備31連接，當旋流器25底部分離出的細料（小於0. 071mm粒 度範圍的半焦）比例不足時，可將旋流器25上部出口引出的粗料回送至磨煤機24進一步 磨細，以保證級配時細料和粗料按要求配比。
[0039] 以乾燥爐3為例，物料（低階煤）經進料口 12送入爐膛內（上爐體10和下爐底 11之間的空間），在布煤器15的作用下均勻落入轉動的下爐底11上的坡面15上，低階煤 的煤粒在坡面15上在旋轉力的帶動下由外周向中心邊滾動邊乾燥，階梯式的坡面15有利 於煤粒的大幅滾動、充分受熱和受力開裂，提高深度乾燥的效果，深度乾燥後的乾燥煤由中 心下料口 14送出，高溫煙氣由熱載體進口 19送入夾套17中以保持爐內深度乾燥的溫度， 換熱後的煙氣由熱載體出口 20排出。
[0040] 工藝實施例：
[0041] 1)深度乾燥：將煤倉1內的破碎至粒度< 50_的低階煤經計量設備2稱重後送 入乾燥爐3中與夾套中通入的來自反應爐4夾套的400°C _600°C的煙氣進行間接熱交換升 溫至150°C _200°C深度乾燥30-50min，得到乾燥尾氣和乾燥煤（含水小於4% wt)，得到的 乾燥尾氣送入尾氣回收系統6處理得到冷凝水和廢氣，所述冷凝水部分經加壓泵32加壓後 送至冷焦爐5的霧化器21用於霧化熄焦，剩餘冷凝水經製漿水計量設備30計量後用作制 漿水送入磨煤機24的進料口。
[0042] 2)熱解：將乾燥煤送入反應爐4通過與來自煤氣燃燒系統9中的不低於900°C的 高溫煙氣進行間接熱交換升溫至400°C _650°C進行熱解反應20-40min，得到熱解氣和熱半 焦；
[0043] 3)半焦冷卻：將熱半焦送入冷焦爐5中與由霧化器21噴出的來自尾氣回收系統 6的霧化水接觸，通過霧化熄焦的方法快速降溫至80°C以下，所述霧化熄焦的霧滴粒徑為 5-10 μ m，耗水量不超過熱半焦質量的30 %，熱半焦中佔一定比例的粉焦和粒焦增大了同霧 滴的接觸面積，得到氣體和冷半焦，所述氣體和步驟2)中得到的熱解氣一起送入焦油回收 系統7中得到含水焦油和粗煤氣，所述粗煤氣送入電捕系統8進一步回收焦油後得到煤氣， 所述煤氣部分送入煤氣燃燒系統9生成不低於900°C高溫煙氣後作為熱載體依次送入反應 爐和乾燥爐的夾套中，當乾燥爐和反應爐中的反應溫度在設定溫度範圍內時，出乾燥反爐 的煙氣全部作為廢氣排出，當乾燥爐和/或反應爐中的反應溫度高於設定溫度時，則出幹 燥反爐的煙氣部分回送至相應的乾燥爐和/或反應爐中的夾套中以調節乾燥爐和/或反應 爐的溫度在設定溫度範圍內，保證深度乾燥和熱解反應的正常穩定進行。所述含水焦油經 油水分離系統27分離出焦油後，剩餘廢水由廢水處理系統28輕度處理後經製漿水計量設 備29用作製漿水；
[0044] 4)磨煤級配：將冷半焦、製漿水（製漿水不足時，可補入新鮮水作為製漿水）和添 加劑（ZM-19高效水煤漿添加劑，常州中南化工有限公司生產，以木質素為主要原料，用量 為半焦的〇. 3%，wt)分別經半焦計量設備23、製漿水計量設備29、製漿水計量設備30和添 加劑計量設備31送入磨煤機24磨細至Imm以下，再送入旋流器25進行徑粒分離後級配， 具體為：1mm?0.071mm粒度範圍的半焦：小於0.071mm粒度範圍的半焦按（4-6) :(6-4)的 質量比進行級配；
[0045] 5)成漿：將級配後的混合料（含水）送入攪拌裝置26混勻製成水煤漿。
[0046] 實施例中所述低階煤選用內蒙古褐煤，煤質指標見表1。
[0047] 表1內蒙古褐煤元素分析和工業分析（wt，％ )
[0048]

【權利要求】
1. 一種低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，包括以下步驟： 1) 深度乾燥：將低階煤破碎至粒度< 50_後送入乾燥爐通過與熱載體進行間接熱交 換的方法進行深度乾燥，得到乾燥尾氣和乾燥煤； 2) 熱解：將乾燥煤送入反應爐通過與熱載體進行間接熱交換的方法進行熱解，得到熱 解氣和熱半焦； 3) 半焦冷卻：將熱半焦送入冷焦爐中通過霧化熄焦的方法快速降溫至80°C以下，得到 氣體和冷半焦； 4) 磨煤：將冷半焦和添加劑加製漿水後送入磨煤機磨細後進行級配，具體為：1mm? 0.071mm粒度範圍的半焦：小於0.071mm粒度範圍的半焦按（4-6) :(6-4)的質量比進行級 配； 5) 成漿：將級配後的混合料攪拌混勻製成水煤漿。
2. 如權利要求1所述的低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，所述步驟1)中， 深度乾燥的溫度控制在150°C -200°C，乾燥時間控制在30-50min ;所述步驟2)中，熱解反 應溫度控制在400°C _650°C，熱解時間控制在20-40min。
3. 如權利要求1所述的低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，所述步驟3)中， 所述霧化熄焦的霧滴粒徑為5-10 y m，耗水量不超過熱半焦質量的30%。
4. 如權利要求1-3任一項所述的低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，所述 步驟（1)中得到的乾燥尾氣送入尾氣回收系統處理得到冷凝水和廢氣，所述冷凝水部分回 送至冷焦爐中用於霧化熄焦，剩餘部分冷凝水作為步驟4)中製漿水送磨煤機進料口。
5. 如權利要求1-3任一項所述的低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，所述 步驟2)中得到的熱解氣和步驟3)中得到的氣體一起送入焦油回收系統中得到含水焦油和 粗煤氣，所述粗煤氣送入電捕系統進一步回收焦油後得到煤氣，所述煤氣部分送入煤氣燃 燒系統生成高溫煙氣後作為熱載體先送入反應爐與乾燥煤間接換熱至400°C -60(TC，然後 再送入乾燥爐與低階煤間接換熱後作為廢氣排出；所述含水焦油經油水分離系統分離出焦 油後剩餘廢水經廢水處理系統處理後作為步驟4)中製漿水送磨煤機進料口。
6. 如權利要求5所述的低階煤製備高濃度水煤漿的方法，其特徵在於，當乾燥爐和/或 反應爐內乾燥或熱解溫度過高時，所述乾燥爐排出的換熱後的熱載體部分回送至乾燥爐和 /或反應爐夾套內與熱載體混合以調節乾燥和/或熱解溫度，其餘部分作為廢氣排出。
7. -種用於權利要求1-6任一項方法的高濃度水煤楽製備系統，其特徵在於，包括依 次串聯的乾燥爐、反應爐、冷焦爐、磨煤機和攪拌裝置，其中，所述乾燥爐、反應爐和冷焦爐 的爐體結構相同，包括上爐體和可轉旋的下爐底，所述上爐體設有進料口和出氣口，所述下 爐底具有由周部向中心下料口階梯式下行的坡面，所述下爐底的坡面上方設有布煤器；並 且所述乾燥爐和反應爐的上爐體和下爐底外設有供熱載體流通的夾套，所述冷焦爐內設有 霧化器。
8. 如權利要求7所述的高濃度水煤漿製備系統，其特徵在於，所述乾燥爐的出氣口與 尾氣回收系統連接，所述尾氣回收系統的排液口分別與冷焦爐的霧化器和磨煤機的進料口 連接。
9. 如權利要求7所述的高濃度水煤漿製備系統，其特徵在於，所述反應爐和冷焦爐的 出氣口經焦油回收系統、電捕系統與煤氣燃燒系統連接，所述煤氣燃燒系統的煙氣出口依 次與反應爐的夾套、乾燥爐的夾套連接；所述焦油回收系統的油水出料口依次經油水分離 器、廢水處理系統和磨煤機的進料口連接；所述乾燥爐夾套的熱載體出口還分別與乾燥爐 夾套和反應爐夾套的熱載體進口連接。
10. 如權利要求7-9任一項所述的高濃度水煤漿製備系統，其特徵在於，所述乾燥爐、 反應爐和冷焦爐階梯式下行的坡面的坡度為10-15度，每階梯的長度是高度的5至10倍。
11. 如權利要求7所述的高濃度水煤漿製備系統，其特徵在於，所述磨煤機經旋流器與 攪拌裝置連接。
【文檔編號】C10L1/32GK104371779SQ201410657233
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】曾凡虎, 陳鋼, 夏吳, 李澤海 申請人:中國五環工程有限公司