一种粉煤热解装置及热解方法与流程

本发明属于煤化工热解技术领域，具体涉及一种粉煤热解装置及热解方法。

背景技术：

我国煤炭资源丰富，其中，低阶煤占我国煤炭总量的50％以上，但低阶煤通常具有高氧含量、高水分、稳定性差及热值低等特点，因此该类煤难以作为大规模的工业气化原料，更多的仅仅是用于局部地区的动力燃料。对低阶煤的热解提质能够在很大程度上改变其孔隙结构，降低其水分和挥发分含量，提高其热值及热稳定性，且还能回收部分焦油和煤气。因此，低阶煤热解提质技术是提高低阶煤利用率的有效途径，不但有利于弥补部分石油天然气资源缺口，而且能提高我国低阶煤的利用水平，促进我国经济的发展。

目前，国内外对低阶煤热解提质技术的研究也较多，但多数热解工艺仍不成熟，尚处于试验或示范阶段。

中国专利文献cn104762097a，公开了一种带煤气循环的回转炉低阶粉煤热解提质方法，该方法包括，将将原料煤加热110-280℃，除尘后，得到干燥煤除尘后粒度为0.5-30mm的干燥煤在外热式回转热解炉中，被加热至500-700℃，发生热解反应，生成提质煤和高温油气；来自回转热解炉的提质煤进入回转冷却钝化炉，温度降低至180-280℃；其中，高温油气进入油气回收系统，进行除尘、降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水，该方法用到的装置工序复杂、投资大、占地多、操作维护困难，并且能效难以进一步提高。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的粉煤热解过程中，能效难以进一步提高，设备占地面积大、工序复杂等缺陷，从而提供了一种粉煤热解装置及方法。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种粉煤热解装置，包括，

煤粉热风炉，与干燥炉连通；煤粉热风炉产生的高温烟气经换热后，部分进入干燥炉底部，与原料煤换热；

干燥炉，原料煤与来自煤粉热风炉的高温烟气换热，得到干燥的原料煤；干燥炉顶部排出第一烟气，经除尘后得到细煤粉，作为燃料进入煤粉热风炉；

热解炉，与干燥炉连通，来自干燥炉的原料煤与来自冷却炉的热解煤气换热后，原料煤在热解炉中发生热解反应，得到高温油气和提质焦粉，提质焦粉从热解炉底部排出；

冷却炉，与热解炉连通，用于冷却提质焦粉。

进一步地，热解炉排出的高温油气经除尘、换热、油气分离后得到热解煤气、煤焦油、热解水和细焦粉；部分热解煤气循环至冷却炉底部；热解煤气和提质焦粉在冷却炉内换热后分别排出。

进一步地，冷却炉排出的热解煤气经除尘、换热后循环至热解炉底部，与原料煤在热解炉内换热，使原料煤发生热解反应。

进一步地，所述煤粉热风炉产生的高温烟气与来自冷却炉的热解煤气换热后，部分循环至煤粉热风炉内循环利用，部分与来自外部的空气再次换热后进入干燥炉。

进一步地，热解炉排出的高温油气经除尘后产生的细焦粉、冷却炉排出的热解煤气经除尘后产生的细焦粉与冷却炉排出的提质焦粉混合，经增湿排出。

所述干燥炉、热解炉和冷却炉在垂直方向上依次连通；和/或，

所述干燥炉、热解炉和冷却炉在水平方向上依次连通。

本发明还提供了一种使用上述粉煤热解装置的粉煤热解方法，包括以下步骤，

原料煤进入干燥炉后，与来自煤粉热风炉的高温烟气换热，至原料煤温度130-200℃；

来自干燥炉的原料煤与来自冷却炉的热解煤气在热解炉中换热，原料煤发生热解反应，得到高温油气和提质焦粉，提质焦粉和高温油气分别排出；高温油气经除尘、换热、油气分离后得到热解煤气、煤焦油、热解水和细焦粉；其中，部分热解煤气进入冷却炉；

热解煤气进入冷却炉后，与来自热解炉的提质焦粉在冷却炉内换热，换热后的热解煤气从冷却炉排出，经除尘、加热后进入到热解炉；

高温油气经除尘产生的细焦粉、热解煤气经除尘产生的细焦粉与冷却炉排出的提质焦粉混合，经增湿、降温后，排出；

其中，干燥炉产生的第一烟气经除尘后得到细煤粉，细煤粉作为燃料进入煤粉热风炉；煤粉热风炉产生的高温烟气经换热后，部分进入干燥炉底部。

进一步地，高温烟气换热后，与来自外部的空气进行再次换热，换热后的高温烟气进入干燥炉，换热后的空气的温度为240-450℃，进入煤粉热风炉。

，干燥炉产生的第一烟气的温度为200-500℃；

进入干燥炉底部的高温烟气的温度为250-500℃；

所述热解炉排出的高温油气的温度为550-650℃；

进入热解炉底部的热解煤气的温度为650-800℃；

冷却炉排出的热解煤气的温度为250-400℃。

所述原料煤为0-30mm的沫煤。本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的粉煤热解装置，包括煤粉热风炉、干燥炉、热解炉和冷却炉，其中，煤粉热风炉与干燥炉连通，干燥炉、热解炉和冷却炉连通。该装置包括了煤粉热风炉，与干燥炉连通，干燥炉产生的细煤粉作为煤粉热风炉的燃料，煤粉热风炉产生的高温烟气又可以为干燥炉干燥原料煤和热解炉热解反应提供热量，有效地利用了各个环节的产物及产生的热量，实现了物料和能量的循环利用，并且干燥炉产生的细煤粉作为燃料，经煤粉热风炉燃烧后，大部分通过煤粉热风炉除灰系统排出。热解炉和冷却炉连通，热解炉产生的高温油气经除尘、换热、油气分离后得到热解水、煤焦油和热解煤气，部分热解煤气进入冷却炉，作为冷却提质焦粉的介质，与其进行换热，换热后的热解煤气经加热后再次进入热解炉中，为煤热解反应提供热量，实现了热量的多次回收利用，提高了系统能效，减少了外部提供的热量，还可以稀释热解反应产生的油气浓度，也就是降低油气分压，油气分压降低后不易在管道析出煤焦油而挂灰结焦堵塞管道，减少了系统设备管道堵塞的问题。

本发明提供的装置可以同时实现回收提质焦粉、煤粉热风炉中烟气的热量，提高了装置的能效。并且该装置可以实现气体和固体直接接触换热，如高温烟气与原料煤换热，热解煤气与原料煤换热、提质焦粉与冷煤气(进入到冷却炉的热解煤气)换热等，充分提高了换热效率，同时也提高了煤热解的速率，有助于生产得到大量的煤焦油。

本发明提供的装置结构简单、装置少、设备占地面积小，简化了粉煤热解的工序，在实际生产中较为容易实现。

2.本发明提供的粉煤热解装置，干燥炉、热解炉和冷却炉优选在垂直方向依次连通，由于是上下叠加设置，可以缩小装置占地，仅需通过底部设置料位控制阀控制好底部料位防止互相串气即可。这样设置可以节约空间，节省电力消耗，便于物料流通。

3.本发明提供的粉煤热解方法，在粉煤热解反应中，可以实现热量的多次回收利用，如原料煤与粉煤热风炉产生的高温烟气换热、原料煤与热解煤气换热发生热解反应，提质焦粉与冷煤气换热，热解煤气与高温烟气换热、高温烟气与空气换热等，总的热利用率高，外排热量少，在现有技术的基础上，进一步提高了装置的能效，并且该方法工序简单、设备占地面积小、维护简单，减少了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中粉煤热解装置；

附图标记：

1-干燥炉；2-热解炉；3-冷却炉；4-煤粉热风炉；5-第一换热器；6-空气预热器；7-第一除尘器；8-第二换热器；9-分离器；10-第二除尘器；11-净化器；12-第三除尘器；13-增湿器；

1-1-干燥炉第一出口；1-2-干燥炉第二出口；1-3-干燥炉第一进口；

2-1-热解炉第一出口；2-2-热解炉第二出口；2-3-热解炉第一进口；

3-1-冷却炉第一出口；3-2-冷却炉第二出口；3-3-冷却炉第一进口；

4-1-空气入口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1-2中用到的沫煤为陕北神府地区的沫煤。

实施例1

本实施例提供了一种粉煤热解装置，如图1所示，包括，

煤粉热风炉4，与干燥炉1连通；煤粉热风炉4上设置有空气入口4-1，将空气通入煤粉热风炉4，空气起到助燃作用；煤粉热风炉4产生的高温烟气与来自冷却炉3的热解煤气在第一换热器5中换热，煤粉热风炉4产生的高温烟气的温度较高，可以加热热解煤气，换热后的高温烟气部分循环至煤粉热风炉4，部分进入空气预热器6，与空气在空气预热器6再次换热，换热后的空气的温度为200-450℃，进入煤粉热风炉4，起到助燃作用，换热后的高温烟气温度为250-500℃，经干燥炉第一进口1-3进入干燥炉1中。其中，通过控制循环的高温烟气和空气，可以控制煤粉热风炉出口氧含量低于6vol％。

干燥炉1，干燥炉1上设置有干燥炉第一出口1-1、干燥炉第二出口1-2和干燥炉第一进口1-3；来自煤粉热风炉4的高温烟气与原料煤在干燥炉1内换热，干燥原料煤，换热后的原料煤的温度为130-200℃，干燥炉第二出口1-2排出干燥炉内的第一烟气，第一烟气经第二除尘器10除尘后得到细煤粉，细煤粉作为燃料，进入到煤粉热风炉燃烧，产生高温烟气。除尘后的第一烟气经净化器11净化后得到废气和水；换热后的原料煤经干燥炉第一出口1-1排出。其中，干燥后的煤水分含量低于0.5wt％。本实施例中，干燥炉为沸腾床干燥炉，本实施例提供的装置可以使煤粉热风炉产生的高温烟气进行循环利用，干燥炉产生的细煤粉作为煤粉热风炉燃料，减少了外部燃料的供应，提高了系统的能效。本发明提供的装置，对原料煤进行干燥后，原料煤的水分含量低于0.5wt％。

热解炉2，通过干燥炉第一出口1-1与干燥炉连通；来自干燥炉1的原料煤与来自沸腾床冷却炉3的热解煤气在热解炉内换热，原料煤在热解炉2中发生热解反应，得到550-650℃高温油气和550-650℃提质焦粉；提质焦粉通过沸腾床热解炉第一出口2-1排出，高温油气经热解炉第二出口2-2排出，经第一除尘器7除尘后得到细焦粉，除尘后的高温油气进入第二换热器8中换热，回收高温油气的热量，换热后的高温油气进入油气分离器9中进行分离，得到热解水、煤焦油和热解煤气；热解煤气部分排出，另一部分通过冷却炉第一进口3-3回收至冷却炉中。在本实施例中，热解炉为沸腾床热解炉，第一换热器8为余热锅炉，余热锅炉可以回收利用高温油气的余热，并且多次进行换热回收利用产生的热量，进一步提高了系统的能效。

冷却炉3，通过热解炉第一出口2-1与热解炉连通；提质焦粉进入冷却炉3后，与热解煤气换热，换热后的提质焦粉温度低于100℃，通过干燥炉第一出口3-1排出；换热后的热解煤气的温度为250-400℃，经第三除尘器12除尘后产生细焦粉，除尘后的热解煤气经加热器5加热至650-800℃后，通过热解炉第一进口2-3进入到热解炉中，为原料煤发生热解反应提供热量。高温油气在第一除尘器7中产生的细焦粉、热解煤气在第三除尘器12中产生的细焦粉与冷却炉排出的提质焦粉混合，经增湿器13增湿降温后，得到提质焦粉产品，排出，在对混合后的提质焦粉进行增湿时，采用的水可以是本装置产生的干燥水，也可以是外部提供的水。其中，增湿后的提质焦粉水含量为12wt％。本实施例用到的冷却炉为沸腾床冷却炉。

本发明提供的装置，可以回收利用提质焦粉、高温烟气和高温油气的热量，外排的第一烟气和提质焦粉的温度低，总的热量的利用率高，外排的热量少，提高了能效。

作为一种优选的实施方式，干燥炉1、热解炉2和冷却炉3在垂直方向依次连通，该连通方式可以减少设备占地面积，可以利用重力作用，使原料煤、提质焦粉自然沉降至下一操作，能够进一步减少系统的能耗，节约能源。

实施例2

本实施例提供了一种使用实施例1提供粉煤热解装置的粉煤热解方法，包括以下步骤，

将5吨沫煤(0-30mm)连续送入干燥炉中，干燥炉底部通入250℃的高温烟气，沫煤在干燥炉中被加热至130℃，水含量降至0.5wt％，原料煤中200μm以下的煤粉和水被带出干燥炉。干燥炉排出第一烟气，第一烟气夹带着煤粉、水蒸气，经除尘后得到细煤粉，除尘后的第一烟气经净化分离后得到干燥水，干燥废气去进一步净化处理，细煤粉作为燃料进入煤粉热风炉中。

干燥后的沫煤进入沸腾床热解炉，来自干燥炉的原料煤与650℃的高温烟气直接接触发生热解反应，产出固体提质焦粉和550℃的高温油气，550℃的高温油气与热解炉中的部分煤气一同抽出，经过粉尘分离后得到细焦粉，除尘后的高温油气经过余热锅炉回收热量后进入油气分离器分离得到热解煤气、煤焦油和热解水。自产富余热解煤气送出至下游装置处理，大部分热解煤气循环至冷却炉，在冷却炉内与来自热解炉的提质焦粉换热，换热后的热解煤气被加热至250℃，冷却炉内的热解煤气与提质焦粉换热后，经除尘后得到细焦粉，除尘后的热解煤气被加热至650℃送入热解炉中。

热解反应后生成的高温提质焦粉从沸腾床热解炉底部靠重力降落进入沸腾床冷却炉与循环回来的热解煤气换热降温至100℃以下，然后靠重力从冷却炉底部排出，高温油气除尘产生的细焦粉、冷却炉出口热解煤气除尘产生的细焦粉与冷却炉排出的提质焦粉混合，经水降温增湿后得到提质焦粉产品，送出装置，增湿后的提质焦粉水含量10wt％。

干燥炉排出第一烟气除尘后的细煤粉作为燃料循环至煤粉热风炉中燃烧，产生高温烟气，高温烟气先与来自冷却炉的热解煤气换热，使热解煤气温度升高，再与进入煤粉热风炉的助燃空气换热，使空气温度升高，换热后的高温烟气为250℃，进入干燥炉中，对原料煤进行干燥，换热后的空气温度为200℃，进入煤粉热风炉，通过循环高温烟气和配风调节使煤粉热风炉出口氧含量低于6vol％。

实施例3

本实施例提供了一种使用实施例1提供粉煤热解装置的粉煤热解方法，包括以下步骤，

将5t沫煤(0-30mm)连续送入干燥炉中，干燥炉底部通入500℃的高温烟气，沫煤在干燥炉中被加热至180℃，水含量降至0wt％，同时原料中200μm以下的煤粉和水被带出干燥炉。干燥炉排出第一烟气，第一烟气夹带着煤粉、水蒸气，经除尘后得到细煤粉，除尘后的第一烟气经净化分离后得到干燥水，干燥废气去进一步净化处理，细煤粉作为燃料进入煤粉热风炉中。

干燥后的沫煤进入沸腾床热解炉，来自干燥炉的原料煤与800℃的高温烟气直接接触发生热解反应，得到固体提质焦粉和620℃的高温油气，620℃的高温油气与热解炉中煤气一同抽出，经过粉尘分离后得到细焦粉，除尘后的高温油气经过余热锅炉回收热量后进入油气分离得到热解煤气、煤焦油和热解水；自产富余热解煤气送出至下游装置处理，大部分热解煤气循环至冷却炉，在冷却炉与来自热解炉的高温提质焦粉换热后被加热至400℃，冷却炉内的热解煤气与提质焦粉换热后，经除尘后得到细焦粉，除尘后的热解煤气和来自煤粉热风炉的高温烟气换热，除尘后的热解煤气被加热至800℃送入热解炉中。

热解反应后生成的高温提质焦粉从沸腾床热解炉底部靠重力降落进入沸腾床冷却炉与循环回来的热解煤气换热降温至100℃以下，然后靠重力从冷却炉底部排出，高温油气除尘产生的细焦粉、冷却炉出口热解煤气除尘产生的细焦粉与冷却炉排出的提质焦粉混合，经水降温增湿后得到提质焦粉产品，送出装置，增湿后的提质焦粉水含量10wt％。

干燥炉排出第一烟气除尘后的细煤粉作为燃料循环至煤粉热风炉中燃烧，产生高温烟气，高温烟气先与来自冷却炉的热解煤气换热，使热解煤气温度升高，再与进入煤粉热风炉的助燃空气换热，使空气温度升高，换热后的高温烟气温度为500℃，进入干燥炉中，对原料煤进行干燥。换热后的空气的温度为350℃，进入煤粉热风炉内助燃，通过循环高温烟气和配风调节使煤粉热风炉出口氧含量低于6vol％。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。