一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法与流程

本发明涉及煤炭清洁高效利用领域和煤气化技术领域，具体为一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法。

背景技术：

目前固定式床煤气化技术主要为鲁奇炉气化技术、bgl气化技术、常压气化炉气化技术，生产原料主要为气化块煤或焦炭。气化块煤作为气化原料时，由于技术机理和气化炉结构的限制，要求气化块煤的活性高、固碳率高、灰熔点适宜、粒度在一定范围内，然而满足这些要求的煤种往往产量有限、区域性强、价格高；焦炭作为气化原料时，同样面临着价格高、产量有限、产地区域化、运输成本高的问题。因此气化原料上的选择困难、生产成本高等问题，使鲁奇炉等煤气化技术无法低成本、大规模应用。

同时在鲁奇炉等煤气化技术中，气化块煤从进入气化炉内到灰渣出炉，都在同一空间内，煤中的焦油以及苯、酚等物质混合在水煤气中，使水煤气中的杂质增多，水煤气品质降低，同时水煤气降温产生的废水中含有焦油、苯、酚等污染副产物，环保处理工艺及流程复杂、规模大、成本高。

为此，本发明提出一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法解决上述问题，实现低成本、无污染、大规模的煤气化应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法，以解决上述背景技术中提及的问题。具体为一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法，其特征在于：该工艺及方法主要包括型煤段、干馏炉段、气化炉段、氧气和蒸汽混合段，其工艺流程为：

(1)干馏炉段、气化炉段从上到下组成立式炉体，物料由上到下动态运行；

(2)低阶煤在型煤段内被改质成型为型煤，并烘干外水；

(3)烘干后的型煤进入干馏炉段内，分别与气化炉段产生的高温水煤气、煤气燃烧产生的高温二氧化碳烟气间接换热，进行预热、低温无氧干馏，产生高温清洁型炭和荒煤气，荒煤气经换热、冷却洗涤后得到低温煤焦油、干馏煤气，高温二氧化碳烟气经换热后被收集、封存；

(4)高温清洁型炭进入气化炉段内，与氧气和蒸汽混合段提供的氧气和蒸汽混合物反应产生高温水煤气，高温水煤气进入干馏炉段与型煤间接换热后，经换热、冷却洗涤后得到纯净水煤气，可制取氢气等化工原料；

(5)在气化炉段，高温清洁型炭与氧气和蒸汽混合物反应后产生的气化渣经水冷后排出炉外；

(6)氧气和蒸汽混合物是在氧气和蒸汽混合段产生的。

采用上述工艺及方法，以储量大、价格低的低阶粉煤为基础原料，经改质、成型、烘干、低温无氧干馏、成焦、气化的过程，产生清洁能源——水煤气 干馏煤气。首先，使用低阶粉煤作为基础生产原料，生产出干馏煤气和高温清洁型炭，高温清洁型炭的品质与焦炭相似，完全满足气化原料要求，能够实现气化原料选择范围广、降低生产成本的目的；其次，高温清洁型炭不含焦油、苯、酚等物质，气化反应产生的水煤气同样不含焦油、苯、酚等污染副产物，水煤气冷却洗涤产生的废水只需简单处理便可循环使用，整个工艺中没有废气、废水的污染，环保规模小、工艺简单；最后，充分利用整个工艺流程的气体余热，通过间接换热的方式，提供工艺流程中需要的大部分热量，降低运行成本。因此整个工艺及方法可能够实现低成本、无污染、大规模的煤气化应用。

更进一步的技术方案是，所述的型煤段主要包括煤改质成型装置、新型清洁碳水分离装置、水池；其中低阶煤在煤改质成型装置中改质成型为型煤，型煤在新型清洁碳水分离装置内，被来自气化炉段的热空气烘干外水，热空气最终进入水池降温。

更进一步的技术方案是，所述的干馏炉段主要包括干馏炉、物料调控装置、1#高效换热装置、1#循环洗涤冷却装置、燃烧装置、2#高效换热装置、气体混合装置、二氧化碳收集装置，其中：

(1)型煤在干馏炉内分别与气化炉段产生的高温水煤气、干馏煤气燃烧产生的高温二氧化碳烟气间接换热进行预热、低温无氧干馏，产生荒煤气和高温清洁型炭，荒煤气在1#高效换热装置内与水间接换热，换热后的荒煤气进入1#循环洗涤冷却装置内冷却洗涤得到干馏煤气、低温煤焦油，水经1#高效换热装置变为水蒸汽进入氧气和蒸汽混合段；

(2)1#循环洗涤冷却装置洗涤得到的干馏煤气，部分干馏煤气作为物料调控装置的冷却循环煤气回到荒煤气路径，其余干馏煤气进入燃烧装置，与来自气体混合装置的混合气体(氧气/二氧化碳)燃烧产生高温二氧化碳烟气；

(3)高温二氧化碳烟气在干馏炉内与型煤间接换热，维持干馏温度，换热后的二氧化碳烟气在2#高效换热装置内与水间接换热，完成换热的二氧化碳烟气，部分送入气体混合装置内与氧气和蒸汽混合段提供的氧气混合产生混合气体，其余二氧化碳烟气被二氧化碳收集装置收集、封存，水经2#高效换热装置变为水蒸汽进入氧气和蒸汽混合段；

(4)物料调控装置将干馏炉段与气化炉段物理分隔。

通过上述技术方案，低阶粉煤经改质、成型、烘干成干燥的型煤，进入干馏炉内低温无氧干馏，产生荒煤气和高温清洁型炭。荒煤气由型煤的挥发分、焦油、苯、酚等组成，不与水煤气混合，在冷却洗涤流程中，荒煤气中的低温煤焦油混合苯、酚等物质被降温分离，得到清洁能源——干馏煤气；低温煤焦油不溶于水，可直接收集、储存，荒煤气冷却洗涤产生的废水中焦油、苯、酚等污染副产物极少，可直接循环使用，无废水处理。高温清洁型炭不含焦油、苯、酚等物质，为一种高温固体清洁物料，以高温清洁型炭作为气化原料，能大幅度降低原料成本。干馏炉内热量主要来自干馏煤气燃烧产生的高温二氧化碳烟气和气化炉段产生的高温水煤气，高温二氧化碳烟气在干馏炉内放热后，继续与水换热降温，降温后的二氧化碳烟气一部分与氧气混合，与干馏煤气燃烧继续产生高温二氧化碳烟气，其余二氧化碳烟气被收集、封存，实现零碳排放的清洁干馏。

更进一步的技术方案是，所述的气化炉段主要包括气化炉、3#高效换热装置、2#循环洗涤冷却装置，其中：

(1)高温清洁型炭进入气化炉内，与来自氧气和蒸汽混合段的氧气和蒸汽混合物发生反应产生高温水煤气，高温水煤气进入干馏炉内与型煤进行间接换热，将型煤进行预热、干馏；

(2)高温水煤气继续在3#高效换热装置内与空气间接换热，换热后的水煤气最终进入2#循环洗涤冷却装置洗涤冷却得到纯净水煤气，空气经3#高效换热装置变为热空气进入型煤段。

通过上述技术方案，不含焦油、苯、酚等物质的高温清洁型炭在气化炉内高温环境下，跟氧气和蒸汽混合物反应生成高温水煤气，高温水煤气中不含焦油、苯、酚等污染副产物，冷却洗涤产生的废水只需简单处理就能循环使用，环保处理工艺及流程简易、规模小、成本低，有效解决传统水煤气的气化废水污染中，环保处理困难，处理成本高的问题。高温水煤气先进入干馏炉段与型煤间接换热后，继续与冷空气换热降温，最后经冷却洗涤得到清洁能源——水煤气，能提高气体余热的利用率，减少运行成本。

更进一步的技术方案是，所述的氧气和蒸汽混合段主要包括蒸汽产生装置、制氧装置、氧气和蒸汽混合装置，其中：

(1)蒸汽产生装置生产的蒸汽一方面来自于干馏炉段1#高效换热装置、2#高效换热装置产生的水蒸汽，一方面通过以型煤段产生的水和外部补水生产的蒸汽，蒸汽产生装置产生的合格蒸汽送入氧气和蒸汽混合装置；

(2)制氧装置制取的氧气，分别送入干馏炉段气体混合装置和氧气和蒸汽混合装置，在氧气和蒸汽混合装置中，蒸汽与氧气按比例混合形成氧气和蒸汽混合物，氧气和蒸汽混合物送入气化炉段参与气化反应。

采用上述技术方案，将干馏炉段和气化炉段的高温气体余热进行有效利用，利用高温气体与水换热的方式，产生蒸汽与氧气混合，供给气化炉段消耗，实现蒸汽的自产自用，大幅度降低运行成本。

通过以上工艺及方法，以储量大、成本低的低阶粉煤为基础生产原料，通过型煤段、干馏炉段、气化炉段、氧气和蒸汽混合段的高效运行，生产出清洁能源——干馏煤气 水煤气，以及副产品低温煤焦油。采用干馏炉与气化炉物理隔绝的方式，将荒煤气与高温水煤气分离，单独进行冷却洗涤，整个工艺流程中无废水外排，环保处理简单，环保规模小，运行成本低，副产品低温煤焦油可对外出售获利，经济效益好。整个工艺及方法能够实现煤炭资源高效清洁利用，以及低成本、无污染、无碳排放、大规模的煤气化应用的目的。

附图说明

图1为本发明专利的示意图

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1，本发明提供一种煤炭高效热解分级分质制清洁能源的工艺及方法，其特征在于：该工艺及方法主要包括型煤段、干馏炉段、气化炉段、氧气和蒸汽混合段，其工艺流程为：

(1)干馏炉段、气化炉段从上到下组成立式炉体，物料由上到下动态运行；

(2)低阶煤在型煤段内被改质成型为型煤，并烘干外水；

(3)烘干后的型煤进入干馏炉段内，分别与气化炉段产生的高温水煤气、煤气燃烧产生的高温二氧化碳烟气间接换热，进行预热、低温无氧干馏，产生高温清洁型炭和荒煤气，荒煤气经换热、冷却洗涤后得到低温煤焦油、干馏煤气，高温二氧化碳烟气经换热后被收集、封存；

(4)高温清洁型炭进入气化炉段内，与氧气和蒸汽混合段提供的氧气和蒸汽混合物反应产生高温水煤气，高温水煤气进入干馏炉段与型煤间接换热后，经换热、冷却洗涤后得到纯净水煤气，可制取氢气等化工原料；

(5)在气化炉段，高温清洁型炭与氧气和蒸汽混合物反应后产生的气化渣经水冷后排出炉外；

(6)氧气和蒸汽混合物是在氧气和蒸汽混合段产生的。

根据上述工艺及方法，可以将储量大、成本低的低阶粉煤作为生产原料，经改质、成型、烘干、低温无氧干馏、成焦、气化的过程，产生清洁能源——水煤气 干馏煤气。首先，使用低阶粉煤作为基础生产原料，生产出干馏煤气和高温清洁型炭，高温清洁型炭的品质与焦炭相似，完全满足气化原料要求，能够实现气化原料选择范围广、降低生产成本的目的；其次，高温清洁型炭不含焦油、苯、酚等物质，气化反应产生的水煤气同样不含焦油、苯、酚等污染副产物，水煤气冷却洗涤产生的废水只需简单处理便可循环使用，整个工艺中没有废气、废水的污染，环保规模小、工艺简单；最后，充分利用整个工艺流程的气体余热，通过间接换热的方式，提供工艺流程中需要的大部分热量，降低运行成本。因此整个工艺及方法可能够实现低成本、无污染、大规模的煤气化应用。

所述的型煤段主要包括煤改质成型装置、新型清洁碳水分离装置、水池；其中低阶煤在煤改质成型装置中改质成型为型煤，型煤在新型清洁碳水分离装置内，被来自气化炉段的热空气烘干外水，热空气最终进入水池降温。

所述的干馏炉段主要包括干馏炉、物料调控装置、1#高效换热装置、1#循环洗涤冷却装置、燃烧装置、2#高效换热装置、气体混合装置、二氧化碳收集装置，其中：

(1)型煤在干馏炉内分别与气化炉段产生的高温水煤气、干馏煤气燃烧产生的高温二氧化碳烟气间接换热进行预热、低温无氧干馏，产生荒煤气和高温清洁型炭，荒煤气在1#高效换热装置内与水间接换热，换热后的荒煤气进入1#循环洗涤冷却装置内冷却洗涤得到干馏煤气、低温煤焦油，水经1#高效换热装置变为水蒸汽进入氧气和蒸汽混合段；

(2)1#循环洗涤冷却装置洗涤得到的干馏煤气，部分干馏煤气作为物料调控装置的冷却循环煤气回到荒煤气路径，其余干馏煤气进入燃烧装置，与来自气体混合装置的混合气体(氧气/二氧化碳)燃烧产生高温二氧化碳烟气；

(3)高温二氧化碳烟气在干馏炉内与型煤间接换热，维持干馏温度，换热后的二氧化碳烟气在2#高效换热装置内与水间接换热，完成换热的二氧化碳烟气，部分送入气体混合装置内与氧气和蒸汽混合段提供的氧气混合产生混合气体，其余二氧化碳烟气被二氧化碳收集装置收集、封存，水经2#高效换热装置变为水蒸汽进入氧气和蒸汽混合段；

(4)物料调控装置将干馏炉段与气化炉段物理分隔。

根据上述工艺，低阶粉煤在煤改质成型装置中完成低阶煤品质提高，并成型为型煤，型煤在新型清洁碳水分离装置中被来自3#高效换热装置的热空气(≤150℃)去除外水烘干成干燥型煤。干燥型煤在干馏炉内低温无氧干馏，产生荒煤气和高温清洁型炭，荒煤气进入1#高效换热装置与水换热后，进入1#循环洗涤冷却装置冷却洗涤，得到干馏煤气、低温煤焦油，产生的废水中焦油、苯、酚等污染副产物极少，可直接循环使用，无废水处理。干馏煤气在燃烧装置内与混合气体(氧气/二氧化碳)燃烧生成高温二氧化碳烟气，高温二氧化碳烟气在干馏炉下半段内与型煤间接换热后，继续与2#高效换热装置换热降温，降温的二氧化碳烟气一部分进入气体混合装置内，与来自氧气和蒸汽混合段的氧气混合；其余二氧化碳烟气进入二氧化碳收集装置被收集、封存，实现零碳排放的清洁干馏。

所述的气化炉段主要包括气化炉、3#高效换热装置、2#循环洗涤冷却装置，其中：

(1)高温清洁型炭进入气化炉内，与来自氧气和蒸汽混合段的氧气和蒸汽混合物发生反应产生高温水煤气，高温水煤气进入干馏炉内与型煤进行间接换热，将型煤进行预热、干馏；

(2)高温水煤气继续在3#高效换热装置内与空气间接换热，换热后的水煤气最终进入2#循环洗涤冷却装置洗涤冷却得到纯净水煤气，空气经3#高效换热装置变为热空气进入型煤段。

根据上述工艺，气化炉内产生的高温水煤气先进入干馏炉上半段内与型煤间接换热后，继续与3#高效换热装置的冷空气换热降温，最后进入1#循环洗涤冷却装置，得到水煤气。不含焦油、苯、酚等物质的高温清洁型炭跟氧气和蒸汽混合物反应生成的高温水煤气，同样不含焦油、苯、酚等污染副产物，冷却洗涤产生的废水只需简单处理就能循环使用，环保处理工艺及流程简易、规模小、成本低。

所述的氧气和蒸汽混合段主要包括蒸汽产生装置、制氧装置、氧气和蒸汽混合装置，其中：

(1)蒸汽产生装置生产的蒸汽一方面来自于干馏炉段1#高效换热装置、2#高效换热装置产生的水蒸汽，一方面通过以型煤段产生的水和外部补水生产的蒸汽，蒸汽产生装置产生的合格蒸汽送入氧气和蒸汽混合装置；

(2)制氧装置制取的氧气，分别送入干馏炉段气体混合装置和氧气和蒸汽混合装置，在氧气和蒸汽混合装置中，蒸汽与氧气按比例混合形成氧气和蒸汽混合物，氧气和蒸汽混合物送入气化炉段参与气化反应。

根据以上工艺及方法，以储量大、成本低的低阶粉煤为基础生产原料，通过型煤段、干馏炉段、气化炉段、氧气和蒸汽混合段的高效运行，生产出清洁能源——干馏煤气 水煤气，以及副产品低温煤焦油。采用干馏炉与气化炉物理隔绝的方式，将荒煤气与高温水煤气分离，单独进行冷却洗涤，整个工艺流程中无废水外排，环保处理简单，环保规模小，运行成本低，副产品低温煤焦油可对外出售获利，经济效益好。整个工艺及方法能够实现煤炭资源高效清洁利用，以及低成本、无污染、无碳排放、大规模的煤气化应用的目的。

除了本实施列明的这种方法，其他与此相关的实施方式亦在本申请保护范围内。