一種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法

2023-10-26 08:44:07

一種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用低煤化度粉煤生產高品質焦油、半焦及合成燃料氣的方法，該方法包括低煤化度粉煤預乾燥、乾燥粉煤分離、低煤化度粉煤轉化、輕質氣態產物除塵、輕質氣態產物分離與收集和熱解產物半焦回收等步驟。本發明的方法為解決所述粉煤高效利用提供了一種安全可靠的途徑。本發明方法處理量大，換熱效率高，原料顆粒自動篩分，減少了備煤系統負荷，提高輕質產品產率。與現有技術相比，本發明方法有效降低合成燃料氣中惰性組分含量和焦油含塵量，有效提高傳熱效率和轉化反應速率，提高焦油和合成燃料氣產品產率，焦油中含塵量低於0.1mg/kg，能耗低，環境汙染小，因此，本發明的方法具有非常重大的經濟意義和社會意義，應用前景極好。
【專利說明】一種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法【【技術領域】】[0001]本發明屬於粉煤熱轉化利用【技術領域】。更具體地，本發明涉及一種利用低煤化度粉煤生產高品質焦油、半焦及合成燃料氣的方法。【【背景技術】】[0002]在我國的能源結構比例中，煤炭資源儲量和消費量佔到一次能源總量的70%以上，隨著石油、天然氣等資源的進一步短缺，煤炭將在很長一段時間內成為我國能源結構的主體。在我國的煤炭資源總量中，低煤化度煤(如褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤)探明儲量佔到30%以上，主要分布在內蒙、陝西、雲南等地，在開採和運輸過程中會產生大量的粉煤，這種粉煤資源存在著粒度小、易氧化自燃、含水量高、熱利用效率低、不粘結或粘結性差等缺陷。如何高效清潔地利用這類資源對提高我國煤炭資源利用效率、推動當地經濟發展、實現可持續發展具有非常重要的意義。[0003]眾所周知，煤的熱加工是目前加工處理年輕煤資源的有效途徑，通過熱加工獲取焦油、半焦及合成燃料氣的過程能量轉化率高達80%以上，遠高於氣化、煤直接液化等煤加工轉化方式。同時，煤的熱加工過程極大程度上保持了煤炭中的有機大分子結構，是獲取化工基本原料尤其是長鏈雜環類化合物的主要途徑，其中有些單體有機物目前尚無法通過其它化工合成方法獲得。另外，煤炭通過熱加工處理獲得的焦油、半焦及合成燃料氣產品亦可進一步作為原料進行深加工處理，因此，開發出更加先進、高效的煤熱加工工藝技術是實現煤炭資源綠色梯級利用，發展現代潔淨煤技術的重要技術基礎。[0004]本發明是根據我國的能源結構比例狀況，針對低煤化度粉煤高效利用難度大，傳統處理方法綜合熱效率低，合成燃料氣和焦油產率和品質低，且環境汙染嚴重的現狀下提出的。通過本發明所採用的工藝方法來達到高效利用低煤化度粉煤、提高合成燃料氣和焦油的產率和性質、提高熱效率和降低環境汙染的目的。【
【發明內容】
】[0005][要解決的技術問題][0006]本發明的目的是提供一種由低煤化度 粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法。[0007][技術方案][0008]本發明是通過下述技術方案實現的。[0009]本發明涉及一種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法。[0010]該生產方法的步驟如下:[0011]A、低煤化度粉煤的預乾燥:[0012]把所述的低煤化度粉煤送到氣流乾燥器I中，用高溫煙氣乾燥，得到乾燥粉煤與廢煙氣的混合物；所述乾燥粉煤的水含量是以乾燥粉煤總重量計8.0%以下；[0013]所述的高溫煙氣或者是由間壁式反應器3排出並經返回氣再熱器7換熱後的廢熱煙氣與由氣固分離器2排出的一部分廢煙氣即循環煙氣所組成的混合物，或者是由所述間壁式反應器3排出並經返回氣再熱器7換熱後的廢熱煙氣、由溼法/幹法熄焦裝置6產生的高溫惰性熄焦氣和由氣固分離器2排出的一部分廢煙氣(即循環煙氣)組成的混合物；
[0014]B、乾燥粉煤的分離:
[0015]來自步驟A的乾燥粉煤與廢煙氣的混合物在氣固分離器2中進行氣固分離，得到乾燥粉煤與廢煙氣；所述的乾燥粉煤由氣固分離器2底部的出料口排出，然後送到間壁式反應器3中；所述的廢煙氣由氣固分離器2側面排出口排出，其中一部分廢煙氣(即循環煙氣)返回到氣流乾燥器1，剩餘部分送至返回氣預熱器8進行餘熱回收，而已回收餘熱的廢煙氣外排；
[0016]C、低煤化度粉煤的轉化:
[0017]來自步驟B的乾燥粉煤在間壁式反應器3中在溫度300°C -700°C的條件進行轉化反應，得到一種含有合成燃料氣、水蒸汽和焦油的輕質氣態產物與一種高溫半焦；所述高溫半焦由間壁式反應器3出料端排出送至溼法/幹法熄焦裝置6 ；
[0018]所述轉化反應需要的熱量是由所述合成燃料氣與空氣通過燃燒提供的；在如開車、檢修等非正常狀態運行時，所述合成燃料氣由其它燃料代替。
[0019]D、輕質氣態產物的除塵:
[0020]來自步驟C的輕質氣態產物由管道送到氣體除塵器4，以除去其中的微粉塵；得到的淨化輕質氣態產物再由管道送到洗滌-電捕裝置5進行處理；由氣體除塵器4排出的微粉塵送至溼法/幹法熄焦裝置6進行冷卻回收；
[0021]E、輕質氣態產物的分離與收集:
[0022]來自步驟D氣體除塵器4的淨化輕質氣態產物在洗滌-電捕裝置5中，在水洗降溫與電離捕集作用下，所述淨化輕質氣態產物中的焦油組分被脫除，再經沉降分離回收得到一種焦油產品，同時還得到一種含有CO、CH4, H2與CO2四種主要組分的合成燃料氣，這種合成燃料氣還含有水、酸性氣體與微量焦油；所述的合成燃料氣一部分為返回合成燃料氣，餘下部分的合成燃料氣送到合成燃料氣貯罐儲存；所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後一部分直接返回到間壁式反應器3中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，餘下部分經返回氣再熱器7返回到間壁式反應器3中由內筒13、進料端端蓋9與出料端端蓋10形成的原料轉化場所；或者所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後全部進入到間壁式反應器3中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，僅作為加熱燃料使用。
[0023]F、熱解產物半焦的回收:
[0024]將步驟C得到的高溫半焦與步驟D得到的微粉塵一起送到溼法/幹法熄焦裝置6中，在低溫水激冷或低溫惰性氣體換熱作用下，所述半焦溫度被降低至著火點以下，於是得到所述的固體半焦。
[0025]根據本發明的一種優選實施方式，所述的低煤化度粉煤是其揮發性組分含量為以所述粉煤總重量計30%以上的褐煤或長焰煤，所述低煤化度粉煤的平均顆粒直徑是1~1Omm,最大顆粒直徑不超過15mm。
[0026]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的低煤化度粉煤在氣流乾燥器I中是在由常溫逐漸升高到溫度120~180°C過程中進行乾燥脫水的。
[0027]根據本發明的另一種優選實施方式，在步驟A中，所述的氣流乾燥器I是一種上噴式氣流床乾燥器，原料煤由下部進入，乾燥後所得乾燥粉煤的粒度是通過調節送入氣流乾燥器I的高溫煙氣流量進行調整的，較大的原料顆粒自動從氣流乾燥器I底部篩出。[0028]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的間壁式反應器3由內筒12、外筒13、進料端端蓋9、出料端端蓋10、密封系統14與傳動系統15構成；[0029]內筒12為耐熱鋼圓柱筒，它與進料端端蓋9和出料端端蓋10緊密接觸構成一個柱狀密閉空間；內筒12與傳動系統15相連，在傳動系統15的驅動下，內筒12沿其中心軸轉動；密封系統14位於內筒12與進料端端蓋9和出料端端蓋10之間，以保證它們在相對運動時兩側端蓋與內筒12之間的密封；[0030]外筒13位於內筒12之外，它的內壁塗裝絕熱耐火材料16 ;它的內壁與內筒12的外壁之間形成一個封閉空間；在外筒13筒壁上設置合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19和廢熱煙氣排出口 20 ；[0031]在進料端端蓋9安裝原料進口 11與合成燃料氣進口 21 ;在出料端端蓋10安裝上出料口 17和下出料口 18。[0032]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19是 2~10個，它們在外筒13筒壁上按照等間距排列。[0033]根據本發明的另一種優選實施方式，在步驟B中，所述廢煙氣的含塵量是在 500mg/Nm3 以下。[0034]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的氣體除塵器4由金屬燒結管22、進氣口 23、含塵氣倉24、清潔氣倉25、出氣口 26、排渣口 27與反吹氣體進口 28構成；所述的氣體除塵器4縱向截面上部為長方形，下部為錐形；金屬燒結管22微塵過濾器件設置在所述的氣體除塵器4內，而處在含塵氣倉24與清潔氣倉25之中，反吹氣體進口 28與金屬燒結管22相連接；所述金屬燒結管22管壁設有微米級以下的微孔；進氣口 23與出氣口 26分別設置在氣體除塵器4兩端，排渣口 27設置在氣體除塵器4錐形部分的下面。[0035]根據本發明的另一種優選實施方式，在所述的合成燃料氣中，H2+C0+CH4組分含量是以乾燥合成燃料氣總體積計70%以上，所述合成燃料氣的熱值是以乾燥合成燃料氣計 20MJ/m3 以上。[0036]根據本發明的另一種優選實施方式，所述的焦油是低溫焦油，其中低於350°C的餾分含量是以所述焦油總重量計50%以上，所述低溫焦油的含塵量是0.lmg/kg以下。[0037]下面將更詳細地描述本發明。[0038]本發明提出一種以低煤化度粉煤為原料，以熱加工轉化方式實現其資源高效合理利用的技術方案。本發明的方法能夠利用在目前佔開採總量60%以上的粉狀煤炭，通過原料預乾燥、分離、轉化、輕質氣態產物除塵、輕質氣態產品分離與收集、半焦產品回收等主要步驟，獲得焦油、半焦及合成燃料氣等產品。本發明方法的三廢排放少，環境影響低，特別適用於低階煤炭的開發利用。[0039]本發明涉及一 種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法。[0040]該方法的步驟如下:[0041]A、低煤化度粉煤的預乾燥:[0042]把所述的低煤化度粉煤送到氣流乾燥器I中，用高溫煙氣乾燥，得到乾燥粉煤與廢煙氣的混合物；所述乾燥粉煤的水含量是以乾燥粉煤總重量計8.0%以下。[0043]根據本發明，所述的低煤化度煤是其揮發性組分含量為以所述粉煤總重量計30%以上的褐煤或長焰煤。所述褐煤是煤化程度最低的礦產煤，一種介於泥炭與煙煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。長焰煤在中國煤炭分類國家標準中是一種煤化度最低的煙煤。它的揮發分特別高，燃燒時火焰長。它的化學反應性強，在空氣中容易風化，不易儲存和遠運。
[0044]在所述低煤化度煤下面簡稱原料煤中，所述揮發性組分的含量是採用GB/T212-2008中所規定的方法測定的。
[0045]所述的低煤化度煤在使用前需要進行粉碎，以便使所述低煤化度粉煤的平均顆粒直徑達到I~10mm，最大顆粒直徑不超過15mm。在本發明中，原料煤進行粉碎所使用的設備都是本【技術領域】裡通常使用的粉碎設備，例如由河南紅星礦山機械有限公司以商品名顎式破碎機銷售的粉碎設備。
[0046]所述的氣流乾燥器I是一種直立的筒式結構，是一種上噴式氣流床乾燥器，符合粒度要求的原料煤由位於氣流乾燥器I底部側面的原料煤入口進入，所述高溫煙氣進口位於原料煤入口的下部，所述高溫煙氣沿氣流乾燥器I軸向方向向上運動，原料煤在高溫煙氣氣流提升作用下由下至上運動，在這種運動過程中，在原料煤與高溫煙氣之間進行熱交換，使原料煤溫度由常溫逐步升至溫度120~180°C，從而使原料煤乾燥脫水。原料煤與高溫煙氣氣流從氣流乾燥器I上部出口排出，得到乾燥粉煤與廢煙氣的混合物。同時，粒度較大的原料煤顆粒在氣流乾燥器I中因重力大於上升力而會向氣流乾燥器I下部移動，沉降其底部排出，待後續破碎後返回再利用。原料煤顆粒上升與下降的粒度分界線可以通過通入氣流乾燥器I的高溫煙氣流量進行調節，高溫煙氣流量越大，乾燥粉煤所含的大顆粒越多，反之則越少。
[0047]所述的高溫煙氣或者是由間壁式反應器3排出並經返回氣再熱器7換熱後的廢熱煙氣與由氣固分離器2排出的一部分廢煙氣即循環煙氣所組成的混合物，或者是由所述間壁式反應器3排出並經返回氣再熱器7換熱後的廢熱煙氣、由溼法/幹法熄焦裝置6產生的高溫惰性熄焦氣和由氣固分離器2排出的一部分廢煙氣即循環煙氣組成的混合物。
[0048]B、乾燥粉煤的分離:
[0049]來自步驟A的乾燥粉煤與廢煙氣的混合物在氣固分離器2中進行氣固分離，得到乾燥粉煤與廢煙氣；所述的乾燥粉煤由氣固分離器2底部的出料口排出，然後送到間壁式反應器3中；所述的廢煙氣由氣固分離器2側面排出口排出，其中一部分廢煙氣作為循環煙氣返回到氣流乾燥器1，剩餘部分送至返回氣預熱器8進行餘熱回收，而已回收餘熱的廢氣外排。
[0050]在本發明中，所述的氣固分離器2是本【技術領域】裡通常使用的氣固分離器，例如高溫袋式除塵過濾器，像江蘇海鑫環境工程有限公司以商品名脈衝袋式除塵器、河南運隆重工機械有限公司以商品名脈噴袋式除塵器銷售的氣固分離器。
[0051]乾粉煤與廢煙氣混合物分離得到乾燥粉煤與廢煙氣。所述乾粉煤由氣固分離器2底部的出料口排出，經輸料裝置送至間壁式反應器3。得到的廢I氣的含塵量低於500mg/Nm3，它由氣固分離器2排出，其中一部分廢煙氣作為循環煙氣返回到氣流乾燥器I中，剩餘部分送至返回氣預熱器8中，與返回合成燃料氣進行換熱，其溫度被冷卻至低於100°C後外排。
[0052]C、低煤化度粉煤的轉化:[0053]來自步驟B的乾燥粉煤在間壁式反應器3中在溫度300°C -700°C的條件進行轉化反應，得到一種含有合成燃料氣、水蒸汽和焦油的輕質氣態產物與一種高溫半焦；所述高溫半焦由間壁式反應器3出料端排出送至溼法/幹法熄焦裝置6 ；[0054]所述轉化反應需要的熱量是由所述合成燃料氣與空氣通過燃燒提供的。[0055]根據一種優選實施方式，在裝置開車、檢修等非正常運行時期，燃燒室進行燃燒的合成燃料氣也可以根據具體情況用其它燃料代替實施。所述的其它燃料包括天然氣、液化石油氣、城市煤氣、工業合成氣、工業尾氣、重油、渣油和其它廢油等液態燃料。[0056]來自步驟B的由氣固分離器2排出的乾燥原料煤由設置在進料端端蓋9上的原料進口 11進入間壁式反應器3。所述的間壁式反應器3為間接加熱式反應器，橫臥且保持適度傾斜安裝。[0057]所述的間壁式反應器3由內筒12、外筒13、進料端端蓋9、出料端端蓋10、密封系統14與傳動系統15構成；[0058]所述內筒12為耐熱鋼製圓柱筒，內壁面無耐火材料，它與進料端端蓋9和出料端端蓋10緊密接觸構成一個圓柱狀密閉空間，作為原料轉化場所；內筒12與傳動系統15相連，在傳動系統15的驅動下，內筒12沿其中心軸轉動；密封系統14位於內筒12與進料端端蓋9和出料端端蓋10之間，以保證它們在相對運動時進料端端蓋9、出料端端蓋10與內筒11之間的密封；[0059]外筒13位於內筒12之外，它的內壁塗裝絕熱耐火材料16以避免熱量的流失；它的內壁與內筒12的外壁之間形成一個封閉空間，該空間是返回合成燃料氣或其它燃料與空氣進行混合燃燒的場所，這些燃料燃燒所產生的熱量通過內筒12壁以間接熱傳導方式由內筒12外傳遞到內筒12內，為原料煤轉化提供所需要的熱量。[0060]在外筒13筒壁上設置合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19和廢熱煙氣排出口 20 ； 在進料端端蓋9上設置原料進口 11與合成燃料氣進口 21 ;在出料端端蓋10上設置有上出料口 17和下出料口 18。[0061]原料煤在進入間壁式反應器3後，在內筒12旋轉推動力和重力雙重作用下由進料端緩慢向出料端移動，同時原料煤在內筒12移動過程中還不斷地進行轉化反應，`轉化反應產生的輕質氣態產物與半焦分別由位於出料端端蓋10的上出料口 17和下出料口 18排出間壁式反應器。[0062]原料煤在間壁式反應器3內的停留時間由傳動系統14輸出轉速控制，其停留時間通常是30min~120min。[0063]根據本發明，由返回氣預熱器8排出的返回合成燃料氣分為兩部分，它們分別進入間壁式反應器3中由內筒13與進料端端蓋9、出料端端蓋10形成的原料轉化場所和由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所。在特別情況下，由返回氣預熱器8排出的返回合成燃料氣也可選擇不通入間壁式反應器3中由內筒13與進料端端蓋9、出料端端蓋10形成的原料轉化場所，所述合成燃料氣全部通入間壁式反應器3中由絕熱耐火材料 16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，僅作為加熱燃料使用。[0064]根據一種優選實施方式，在間壁式反應器3進料端端蓋9上設置合成燃料氣進口 21。來自返回氣預熱器8的返回合成燃料氣在返回氣再熱器7中與由間壁式反應器3排出的廢熱煙氣進行換熱，換熱的合成燃料氣直接經合成燃料氣進口 21進入間壁式反應器3內筒，與原料煤粉直接接觸，進行轉化反應，這樣可以改善原料反應條件，提高原料煤的轉化度。
[0065]根據另一種優選實施方式，在間壁式反應器3的外筒13壁上分別設置多個合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19。所述的合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19是2~10個，它們在外筒13筒壁上按照等間距排列。
[0066]來自返回氣預熱器8的返回合成燃料氣與空氣一起，通過合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴19混合噴射到在外筒13與內筒12之間的燃燒室進行燃燒，燃燒所產生的熱量經內筒12壁傳遞至原料煤進行轉化反應，該反應產生的廢熱煙氣由設置在外筒13壁上的廢熱煙氣排出口 20排出。
[0067]在燃燒室內，燃燒溫度可以由進入燃燒室的合成燃料氣流量加以控制。
[0068]採用為粉塵處理【技術領域】技術人員所熟知的安裝在氣固分離器2排出氣管道上的以商品名煙塵濃度監測儀在實際條件下連續測定了由氣固分離器2排出的廢煙氣的含塵量，其含塵量折合成標準狀況是在500mg/Nm3以下。
[0069]D、輕質氣態產物的除塵:
[0070]來自步驟C的輕質氣態產物由管道送到氣體除塵器4，以除去其中的微粉塵；得到的淨化輕質氣態產物再由管道送到洗滌-電捕裝置5進行處理；由氣體除塵器4排出的微粉塵送至溼法/幹法熄焦裝置6進行冷卻回收。
[0071]所述的氣體除塵器4是一種分倉式金屬燒結管高溫除塵器。所述的氣體除塵器4由金屬燒結管22、進氣口 23、含塵氣倉24、清潔氣倉25、出氣口 26、排渣口 27與反吹氣體進口 28構成。所述的氣體除塵器4縱向截`面上部為長方形，下部為錐形。
[0072]所述的氣體除塵器4通常裝有3~6支金屬燒結管22，但隨著氣體除塵器4尺寸增大或減小以及對除塵要求，其金屬燒結管22支數也會隨之改變，這種改變對於本【技術領域】的技術人員而言是不存在任何困難的。
[0073]所述金屬燒結管22管壁設有微米級以下的微孔。金屬燒結管22管壁上的微孔密度通常是1000~8000個/mm2，本【技術領域】的技術人員可以根據實際情況很容易調整其微孔密度。
[0074]金屬燒結管22微塵過濾器件設置在所述的氣體除塵器4內，而處在含塵氣倉24與清潔氣倉25之中，反吹氣體進口 28與金屬燒結管22相連接；進氣口 23與出氣口 26分別設置在氣體除塵器4兩端，排渣口 27設置在氣體除塵器4錐形部分的下面。
[0075]由間壁式反應器3排出且攜帶微粉塵的高溫輕質氣態產物由氣體除塵器4的進氣口 23進入氣體除塵器4的含塵氣倉24內，在金屬燒結管22內外壓力差的作用下，由管外通過管壁上的微孔進入金屬燒結管22內，在這種流動過程中，金屬燒結管22將其輕質氣態產物攜帶的粉塵過濾除去，清潔輕質氣態產物進入管內後沿軸向流動進入清潔氣倉25，再由設在清潔氣倉的出氣口 26排出氣體除塵器4。這種過濾操作保持一段時間後，金屬燒結管22外壁因過濾作用而覆蓋了微粉塵顆粒，此時，由反吹氣進口 28向金屬燒結管22內沿合成燃料氣流動方向逆向通入惰性氣體反吹氣，在反吹氣作用力下，滯留於金屬燒結管22外壁面上的微粉塵被吹落，掉落至氣體除塵器4底部並通過排渣口 27按周期排出氣體除塵器4。反吹氣體可以通過閥門控制依次進入各個金屬燒結管22內，實現過濾過程的連續性。整個氣體除塵操作均維持在較高溫度> 200°C下操作，以保證輕質氣態產物中的各氣態組分不會冷凝析出，造成過濾部件的堵塞。[0076]本發明中，通常使用惰性氣體例如N2或CO2作為反吹氣體除去在金屬燒結管20外壁面上的積灰。如果後續溼法/幹法熄焦裝置6採用幹法熄焦裝置，可以使用在幹法熄焦裝置中在與高溫半焦換熱後產生的高溫惰性熄焦氣N2或CO2作為反吹氣體除去在金屬燒結管20外壁面上的積灰。[0077]E、輕質氣態產物的分離與收集:[0078]讓來自步驟D氣體除塵器4的淨化輕質氣態產物在洗滌-電捕裝置5中，在水洗降溫與電離捕集作用下，所述淨化輕質氣態產物中的焦油組分被脫除，再經沉降分離回收得到一種焦油產品，同時還得到一種含有CO、CH4, H2與CO2四種主要組分的合成燃料氣，這種合成燃料氣還含有水、酸性氣體與微量焦油；所述的合成燃料氣一部分為返回合成燃料氣， 餘下部分的合成燃料氣送到合成燃料氣忙存。[0079]所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後一部分直接返回到間壁式反應器3中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，餘下部分經返回氣再熱器7 返回到間壁式反應器3中由內筒13與進料端端蓋9、出料端端蓋10形成的原料轉化場所； 特別情況下，所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後全部進入到間壁式反應器3 中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，僅作為加熱燃料使用。[0080]所述洗滌-電捕裝置5是一種由水洗噴淋冷卻裝置與微量焦油捕集器組合的裝置。所述水洗噴淋冷卻裝置是本領域技術人員熟知的熱轉化合成燃料氣冷卻洗滌處理裝置。所述的微量焦油捕集器是本【技術領域】常用的微量焦油捕集器，例如襄樊九鼎昊天環保設備有限公司以商品名電捕焦油器、湖北珠峰亞太淨化設備有限公司以商品名電除焦油塵器、鞍山市東輝環保設備有限公司以商品名蜂窩電捕焦油器銷售的微量焦油捕集器。[0081]輕質氣態產物在經過水洗噴淋冷卻裝置後再進入電捕焦油裝置。在水洗降溫及電離捕集作下，洗滌-電捕裝置5依次對輕質氣態產物中的焦油、水及一些酸性氣體進行脫除並回收，這些組分混合經進一步澄降分離，回收得到一種焦油和一種清潔合成燃料氣。[0082]所述的焦油是高品質低溫焦油產品，其中低於350°C的餾分含量是以所述焦油總重量計50%以上,所述低溫焦油的含塵量是0.lmg/kg以下。[0083]所述清潔合燃料氣的焦油含量降低至60mg/m3以下，它含有的基本組分是CO、 CH4、H2、C02。H2+C0+CH4組分含量是以乾燥合成燃料氣總體積計70%以上。所述合成燃料氣的熱值是以乾燥合成燃料氣計20MJ/m3以上。[0084]H2+C0+CH4組分含量是採用由文獻《焦爐煤氣成分的氣相色譜分析》，張寶成，《煤氣與熱力》，1984(06)中提及的方法，由氣相色譜儀測定；所述合成燃料氣的熱值是採用標準 ASTMD3588-19982003所規定的方法，通過粗煤氣成分分析結果計算得出的。[0085]由洗滌-電捕裝置5排出的合成燃料氣，一部分為返回合成燃料氣，餘下部分的合成燃料氣送到合成燃料氣貯罐儲存；所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後一部分直接返回到間壁式反應器3中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所， 餘下部分經返回氣再熱器7返回到間壁式反應器3中由內筒13與進料端端蓋9、出料端端蓋10形成的原料轉化場所；特別情況下，所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器8換熱後全部進入到間壁式反應器3中由絕熱耐火材料16與內筒12外壁之間形成的燃燒場所，僅作為加熱燃料使用。[0086]F、熱解產物半焦的回收:
[0087]將步驟C的高溫半焦和步驟D得到的微粉塵一起送到溼法/幹法熄焦裝置6中，在低溫水激冷或低溫惰性氣體換熱作用下，所述半焦的溫度被降低至著火點以下，於是排出得到所述的固體半焦。
[0088]所述的溼法/幹法熄焦裝置6是一種在本【技術領域】裡人們熟知的設備，溼法熄焦裝置為一種盛水容器，將熱半焦通入水中，與水直接接觸，降溫後由撈焦裝置撈出。幹法熄焦裝置例如是ZL201010109694與ZL02829821.7所描述的裝置。
[0089]本發明由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法具有下述特點:
[0090]1、本發明的方法是以低煤化度粉煤為原料，對解決該類煤質開採過程中產生的大量粉煤資源以重量計，佔煤總開採量的70%的高效利用問題提供了一種可靠、安全途徑。
[0091]2、本發明採用了氣流床提升式原煤預乾燥手段，內熱式換熱，在繼承了氣流床反應器處理量大和內熱式換熱器換熱效率高的同時，實現了原料顆粒的自動篩分，減少了備煤系統負荷，優化了原料熱轉化工況，相對提高輕質產品產率。
[0092]3.本發明採用了間壁式移動床反應器結構，採用外部加熱和內部強化反應的熱處理轉化方式，相比傳統內熱式煤熱轉化技術，有效降低了合成燃料氣中惰性組分含量和焦油含塵量；相比單獨外熱式煤熱轉化技術，既有效提高了傳熱效率和轉化反應速率，同時可相對提高焦油和合成燃料氣兩種重要產品產率。
[0093]4.本發明設置高溫氣體除塵器，將煤粉熱轉化輕質氣態產物進行過濾除塵，提高了後續焦油回收裝置入料的純潔度，保證了工藝所產焦油產品的品質，焦油中含塵量低於0.lmg/kg，便於後續加工及使用。
[0094]5.本發明中採用將原煤熱轉化外排廢熱煙氣依次通過返回氣再熱器、氣流乾燥器、返回氣預熱器的流程，對外排廢熱煙氣能量進行了深度換熱利用，充分利用了原煤熱轉化外排廢氣的高溫熱能；若採用幹法熄焦裝置，還可有效實現半焦產品的熱量回收與利用，整體過程能耗低，環境汙染小。
[0095]總之，本發明的方法是對低煤化度粉煤資源的綜合高效利用，即利用大量廉價處理難度大的低煤化度粉煤為原料來製取高附加值的產品，對提高我國的煤炭資源利用率，降低傳統處理方法能耗大，環境汙染嚴重的問題具有重要意義。
[0096][有益效果]
[0097]本發明的有益效果如下:本發明的方法是以低煤化度粉煤為原料，對解決該類煤質開採過程中產生的大量粉煤資源高效利用問題提供了一種可靠、安全途徑。本發明方法的處理量大，換熱效率高，原料顆粒自動篩分，減少了備煤系統負荷，提高輕質產品產率。與現有技術相比，本發明的方法有效降低了合成燃料氣中惰性組分含量和焦油含塵量，有效提高了傳熱效率和轉化反應速率，提高焦油和合成燃料氣產品產率，焦油中含塵量低於0.lmg/kg，充分利用了原煤熱轉化外排廢氣的高溫熱能，整體過程能耗低，環境汙染小，因此，本發明的方法具有非常重大的經濟意義和社會意義，具有極好的應用前景。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0098]附圖1是本發明方法流程示意圖；
[0099]圖中:[0100]1、氣流乾燥器；2、氣固分離器；3、間壁式反應器；4、氣體除塵器；5、洗滌-電捕裝置；6、溼法/幹法熄焦裝置；7、返回氣再熱器；8、返回氣預熱器；[0101]附圖2是本發明間壁式反應器結構簡圖；[0102]圖中:[0103]9-進料端端蓋、10-出料端端蓋、11-原料進口、12-內筒、13-外筒、14-密封系統、 15-傳動系統、16-絕熱耐火材料、17-上出料口、18-下出料口、19-合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴、20-廢熱煙氣排出口、21-合成燃料氣進口。[0104]附圖3是本發明氣體除塵器結構簡圖；[0105]圖中:[0106]22-金屬燒結管、23-進氣口、24-含塵氣倉、25-清潔氣倉、26-出氣口、27-排渣口、28-反吹氣體進口。【【具體實施方式】】[0107]通過下述實施例將能夠更好地理解本發明。[0108]實施例1:使用低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣[0109]本實施例使用的陝北低煤化度粉煤煤質是採用GB212—91和GB476—91所規定的方法進行分析的。其煤質分析結果列於下表1中。[0110]表1:煤質分析結果，以重量％表示
【權利要求】
1.一種由低煤化度粉煤生產焦油、半焦及合成燃料氣的方法，其特徵在於該方法的步驟如下: A、低煤化度粉煤的預乾燥: 把所述的低煤化度粉煤送到氣流乾燥器(I)中，用高溫煙氣乾燥，得到乾燥粉煤與廢煙氣的混合物；所述乾燥粉煤的水含量是以乾燥粉煤總重量計8.0%以下； 所述的高溫煙氣或者是由間壁式反應器(3)排出並經返回氣再熱器(7)換熱後的廢熱煙氣與由氣固分離器(2)排出的一部分廢煙氣所組成的混合物，或者是由所述間壁式反應器(3)排出並經返回氣再熱器(7)換熱後的廢熱煙氣、由溼法/幹法熄焦裝置(6)產生的高溫惰性熄焦氣和由氣固分離器(2)排出的一部分廢煙氣組成的混合物； B、乾燥粉煤的分離: 來自步驟A的乾燥粉煤與廢煙氣的混合物在氣固分離器(2)中進行氣固分離，得到乾燥粉煤與廢煙氣；所述的乾燥粉煤由氣固分離器(2)底部的出料口排出，然後送到間壁式反應器(3)中；所述的廢煙氣由氣固分離器(2)側面排出口排出，其中一部分廢煙氣返回到氣流乾燥器(1)，剩餘部分送至返回氣預熱器(8)進行餘熱回收，而已回收餘熱的廢煙氣外排； C、低煤化度粉煤的轉化: 來自步驟B的乾燥粉煤在間壁式反應器(3)中在溫度300°C _700°C的條件進行轉化反應，得到一種含有合成燃料氣、水蒸汽和焦`油的輕質氣態產物與一種高溫半焦；所述高溫半焦由間壁式反應器(3)出料端排出送至溼法/幹法熄焦裝置(6)； 所述轉化反應需要的熱量是由所述合成燃料氣與空氣通過燃燒提供的；在開車或檢修非正常狀態運行時，所述合成燃料氣由其它燃料代替； D、輕質氣態產物的除塵: 來自步驟C的輕質氣態產物由管道送到氣體除塵器(4)，以除去其中的微粉塵；得到的淨化輕質氣態產物再由管道送到洗滌-電捕裝置(5)進行處理；由氣體除塵器(4)排出的微粉塵送至溼法/幹法熄焦裝置(6)進行冷卻回收； E、輕質氣態產物的分離與收集: 讓來自步驟D氣體除塵器(4)的淨化輕質氣態產物在洗滌-電捕裝置(5)中，在水洗降溫與電離捕集作用下，所述淨化輕質氣態產物中的焦油組分被脫除，再經沉降分離回收得到一種焦油產品，同時還得到一種含有H2、CO、CH4、H2與CO2四種主要組分的合成燃料氣，這種合成燃料氣還含有水、酸性氣體與微量焦油；所述的合成燃料氣一部分為返回合成燃料氣，餘下部分的合成燃料氣送到合成燃料氣忙罐儲存； 所述的返回合成燃料氣經返回氣預熱器(8)換熱後一部分直接返回到間壁式反應器(3)中由內筒(12)外壁與絕熱耐火材料(16)內壁之間形成的燃燒場所，餘下部分經返回氣再熱器(7)返回到間壁式反應器(3)中由內筒(13)、進料端端蓋(9)與出料端端蓋(10)形成的原料轉化場所；或者所述合成燃料氣經返回氣預熱器(8)換熱後全部通入間壁式反應器(3)中由內筒(12)外壁與絕熱耐火材料(16)內壁之間形成的燃燒場所，作為加熱燃料使用； F、熱解產物半焦的回收: 將步驟C得到的高溫半焦與步驟D得到的微粉塵一起送到溼法/幹法熄焦裝置(6)中，在低溫水激冷或低溫惰性氣體換熱作用下，所述半焦溫度被降低至著火點以下，得到所述的固體半焦。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的低煤化度粉煤是其揮發性組分含量為以所述粉煤總重量計30%以上的褐煤或長焰煤，所述低煤化度粉煤的平均平均顆粒直徑是I~IOmm,最大顆粒直徑不超過15mm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的低煤化度粉煤在氣流乾燥器(I)中是在由常溫逐漸升高到溫度120~180°C過程中進行乾燥脫水的。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在步驟A中，所述的氣流乾燥器(I)是一種上噴式氣流床乾燥器，原料煤由其下部進入，乾燥的粉煤粒度是通過調節送入氣流乾燥器(I)的高溫煙氣流量進行調整的，較大的原料顆粒自動從氣流乾燥器(I)底部篩出。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的間壁式反應器(3)由內筒(12)、外筒(13),進料端端蓋(9)、出料端端蓋(10)、密封系統(14)與傳動系統(15)構成； 內筒(12 )為耐熱鋼圓柱筒，它與進料端端蓋(9 )和出料端端蓋(10 )緊密接觸構成一個柱狀密閉空間；內筒(12)與傳動系統(15)相連，在傳動系統(15)的驅動下，內筒(12)沿其中心軸轉動；密封系統(14)位 於內筒(12)與進料端端蓋(9)和出料端端蓋(10)之間，以保證它們在相對運動時兩側端蓋與內筒(12 )之間的密封。 外筒(13)位於內筒(12)之外，它的內壁凃裝絕熱耐火材料(16);它的內壁與內筒(12)的外壁之間形成一個封閉空間；在外筒(13)筒壁上設置合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴(19)和廢熱煙氣排出口(20)； 在進料端端蓋(9)安裝原料進口(11)與合成燃料氣進口(21);在出料端端蓋(10)安裝上出料口(17)和下出料口(18)。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的合成燃料氣-空氣混合燃燒噴嘴(19)是2~10個，它們在外筒(13)筒壁上按照等間距排列。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在步驟B中，所述廢煙氣的含塵量是在500mg/Nm3 以下。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的氣體除塵器4由金屬燒結管(22)、進氣口(23)、含塵氣倉(24)、清潔氣倉(25)、出氣口(26)、排渣口(27)與反吹氣體進口(28)構成；所述的氣體除塵器(4)縱向截面上部為長方形，下部為錐形；金屬燒結管(22)微塵過濾器件設置在所述的氣體除塵器(4 ))內，而處在含塵氣倉(24 )與清潔氣倉(25 )之中，反吹氣體進口( 28)與金屬燒結管(22)相連接；所述金屬燒結管(22)管壁設有微米級以下的微孔；進氣口( 23 )與出氣口( 26 )分別設置在氣體除塵器(4)兩端，排渣口( 27 )設置在氣體除塵器(4)錐形部分的下面。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在所述的合成燃料氣中，H2+CO+CH4組分含量是以乾燥合成燃料氣總體積計70%以上，所述合成燃料氣的熱值是以乾燥合成燃料氣計20MJ/m3 以上。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的焦油是低溫焦油，其中低於350°C的餾分含量是以所述焦油總重量計50%以上，所述低溫焦油的含塵量是0.lmg/kg以下。
【文檔編號】C10J3/72GK103497784SQ201310470804
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】賀根良, 門長貴, 張勇, 韋孫昌, 徐宏偉, 羅進成, 鄭亞蘭, 王錦, 葛寧, 王堰柳 申請人:西安元創化工科技股份有限公司, 西北化工研究院