煤的破粘装置及煤的破粘与催化气化耦合系统的制作方法

1.本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤的破粘装置及煤的破粘与催化气化耦合系统。


背景技术：

2.我国的煤炭资源分布中，一些煤质为粘结性煤，比如弱粘煤和气煤，弱粘煤和气煤约占煤质总量的14～16％。弱粘煤和气煤在干馏或气化过程中，会产生一定量的胶质体。有些会粘结成一定强度的焦块，有些会粘结成较小的焦屑。焦化行业中，只有少量的弱粘煤和气煤通过配煤进行炼焦使用，其他只能进行锅炉燃烧发电，经济性较差，大部分弱粘煤和气煤无法有效利用。
3.在煤气化技术中，要求煤的粘结性小，反应活性好，如带有粘结性的煤用于流化床热解、气化时，易导致炉内部分煤样结焦，堵塞排渣管口，导致气化炉无法正常运行，严重时会导致停炉，致使现有的气化炉无法处理变质程度低的粘结性煤。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种煤的破粘装置及煤的破粘与催化气化耦合系统。
5.第一方面，本公开提供了一种煤的破粘装置，包括物理破粘模块和催化预氧化破粘模块；
6.物理破粘模块具有可供煤样进入的煤样入口、可供催化剂溶液进入的催化剂溶液入口以及出料口，催化剂溶液中含有碱金属和/或碱土金属；物理破粘模块用于将催化剂溶液负载在煤样上，并对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理；
7.催化预氧化破粘模块包括破粘流化床，破粘流化床具有至少可供氧气进入的气体入口、进料口以及半焦排放口；进料口与出料口连通，以使经物理破粘模块干燥处理后的煤样进入至破粘流化床中，破粘流化床用于对由进料口进入的煤样进行破粘处理，且使破粘处理生成的半焦经半焦排放口排出；
8.半焦排放口用于与气化炉的物料入口连通，以向气化炉提供反应原料。
9.可选的，物理破粘模块包括催化剂负载单元和干燥机；
10.催化剂负载单元具有催化剂溶液入口、煤样入口以及排出口，催化剂负载单元用于将催化剂溶液负载在煤样上；
11.干燥机具有入口和出料口，入口与排出口连通，以使负载有催化剂溶液的煤样由入口进入至干燥机中，干燥机用于对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理，被干燥处理后的煤样可经出料口排出。
12.可选的，物理破粘模块还包括原煤破碎筛选单元；
13.原煤破碎筛选单元用于对原煤进行破碎处理，并对破碎处理后的煤样中进行筛选，以筛选出粒径不大于预设粒径的煤样；
14.原煤破碎筛选单元具有与煤样入口连通的出煤口，以使粒径不大于预设粒径的煤样依次经出煤口和煤样入口进入至催化剂负载单元中。
15.可选的，催化预氧化破粘模块还包括蒸汽供应机构，蒸汽供应机构与破粘流化床的内腔连通，用于向破粘流化床内提供水蒸气。
16.可选的，蒸汽供应机构包括换热器；
17.破粘流化床具有气体出口，换热器具有气体通道和第一水蒸气出口，气体通道的进口与气体出口连通，第一水蒸气出口与破粘流化床的内腔连通，以使由气体出口排出的气体对换热器内的水进行加热以形成水蒸气，且使水蒸气经第一水蒸气出口进入至破粘流化床内。
18.可选的，蒸汽供应机构还包括分离器和燃烧器；
19.分离器具有进气口和粗煤气出口，进气口与气体通道的出口连通，以使经换热器冷却后的气体经进气口进入至分离器中；分离器用于对冷却后的气体进行分离，且使分离出的粗煤气经粗煤气出口排出；
20.燃烧器具有进水口、与粗煤气出口连通的粗煤气入口以及与破粘流化床的内腔连通的第二水蒸气出口，以使至少部分粗煤气由粗煤气入口进入至燃烧器中燃烧，对由进水口进入的水进行加热，且使加热形成的水蒸气经第二水蒸气出口进入至破粘流化床内。
21.第二方面，本公开提供了一种煤的破粘与催化气化耦合系统，包括气化炉以及如上所述的煤的破粘装置；
22.气化炉具有物料入口、粗煤气排放口以及灰渣出口，物料入口与半焦排放口连通，以使经破粘装置破粘后形成的半焦经物料入口进入至气化炉中进行催化气化反应。
23.可选的，还包括催化剂回收装置，催化剂回收装置与灰渣出口连通，催化剂回收装置用于回收由灰渣出口排出的灰渣中的催化剂。
24.可选的，催化剂回收装置具有催化剂出口，催化剂出口与催化剂溶液入口连通，以向物理破粘模块提供催化剂。
25.可选的，半焦排放口与物料入口之间还设置有提压料仓；
26.提压料仓包括依次连通的第一料仓、变压料仓和第二料仓，第一料仓与半焦排放口连通，第二料仓与物料入口连通，第二料仓内的压力大于第一料仓内的压力。
27.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
28.本公开提供的煤的破粘装置及煤的破粘与催化气化耦合系统，通过设置物理破粘模块和催化预氧化破粘模块，先通过物理破粘模块对粘结煤进行物理破粘，将催化剂溶液负载在煤样上，并对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理，催化剂的加入降低了煤的粘结性，从而实现了煤的预破粘；通过使催化预氧化破粘模块包括破粘流化床，使破粘流化床的进料口与物理破粘模块的出料口连通，通过破粘流化床对经干燥后的负载有催化剂的煤样进行化学破粘，即进行催化预氧化破粘，从而实现了煤的再破粘，进一步降低了煤的粘结性。即，通过物理破粘和化学破粘相结合的方式实现了对煤的有效破粘。由于半焦排放口用于与气化炉的物料入口连通，使得经破粘后的负载有催化剂的煤样进入至气化炉中进行反应，从而可在一定程度上避免了气化过程中煤样结焦、堵塞管线的情况出现，在一定程度上保证了气化炉的正常运行。同时，由于进入至气化炉中的反应原料中含有催化剂，催化剂在气化过程中亦可发挥催化作用，从而实现煤的高效催化气化，提高了气化效率。
附图说明
29.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
30.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本公开实施例所述的煤的破粘与催化气化耦合系统的结构示意图。
32.其中，1、物理破粘模块；11、催化剂负载单元；111、催化剂溶液入口；112、煤样入口；113、排出口；12、干燥机；121、入口；122、出料口；13、原煤破碎筛选单元；131、出煤口；14、缓冲仓；15、斗式提升机；2、催化预氧化破粘模块；21、破粘流化床；210、进料仓；211、气体入口；212、进料口；213、半焦排放口；214、气体出口；22、蒸汽供应机构；221、换热器；2211、第一水蒸气出口；222、分离器；2221、粗煤气出口；223、燃烧器；2231、进水口；2232、粗煤气入口；2233、第二水蒸气出口；3、气化炉；301、第一料仓；302、变压料仓；303、第二料仓；31、物料入口；32、粗煤气排放口；33、灰渣出口；34、气化剂入口；4、催化剂回收装置；41、催化剂出口。
具体实施方式
33.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.煤的粘结性是指煤在隔绝空气加热的过程中，粘结煤粒本身或其他惰性物质的能力。普遍认为煤的粘结性来源于热解时形成的分子量在400～1500之间的胶质体。当加热到一定温度时，煤颗粒开始软化，此时形成气、固、液三相的胶质体，当温度进一步上升，低沸点的液体挥发形成油和气等混合物，高沸点的液体留在煤中，在颗粒间慢慢扩散，同时发生分解、固化，使煤颗粒互相粘结。
36.在煤气化技术中，要求煤的粘结性小，反应活性好，如带有粘结性的煤用于流化床热解、气化时，易导致炉内部分煤样结焦，堵塞排渣管口，导致气化炉无法正常运行，严重时会导致停炉，致使现有的气化炉无法处理变质程度低的粘结性煤。
37.基于此，本实施例提供一种煤的破粘装置以及煤的破粘与催化气化耦合系统，能够实现对煤的有效破粘，然后使经破粘后的负载有催化剂的煤进入至气化炉中进行气化反应，从而在一定程度上避免了气化炉内煤样结焦，堵塞管线的情况出现，使得气化炉能够正常处理粘结性煤。
38.下面通过具体的实施例对该煤的破粘装置及煤的破粘与催化气化耦合系统进行详细说明：
39.实施例一
40.参照图1所示，本实施例提供一种煤的破粘装置，包括：物理破粘模块1和催化预氧
化破粘模块2。
41.其中，物理破粘模块1具有可供煤样进入的煤样入口112、可供催化剂溶液进入的催化剂溶液入口111以及出料口122。催化剂溶液中含有碱金属和/或碱土金属。具体地，催化剂溶液从催化剂溶液入口111进入至物理破粘模块1中，煤样从煤样入口112进入至物理破粘模块1中，物理破粘模块1用于将催化剂溶液负载在煤样上，并对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理，经干燥处理后的煤样可从出料口122排出。可以理解的是，从出料口122排出的煤样中含有催化剂。
42.负载催化剂的类型可以是碱金属，或者碱土金属，或者含有碱金属和/或碱土金属化合物的废弃物等，比如k2co3、koh、na2co3、废碱液、黑纸浆等。
43.也就是说，通过对煤样负载催化剂对粘结煤进行物理方法破粘，由于催化剂溶液中包含碱金属和/或碱土金属，碱金属和/或碱土金属的加入能够增加煤焦芳香结构的层间距、芳香层堆积高度和芳香层片直径，即催化剂的加入降低了煤的粘结性。物理破粘的原理类似于制作水泥过程中加入过多的沙子、石子等惰性物质，使水泥的强度降低。
44.其中，催化预氧化破粘模块2包括破粘流化床21。破粘流化床21具有至少可供氧气进入的气体入口211、进料口212以及半焦排放口213。其中，进料口212与出料口122连通，以使经物理破粘模块1干燥处理后的煤样进入至破粘流化床21中，破粘流化床21用于对由进料口212进入的煤样进行破粘处理，且使破粘处理生成的半焦经半焦排放口213排出。也就是说，催化预氧化破粘模块2对经物理破粘模块1干燥处理后的煤样进行化学破粘。
45.具体地，氧气从气体入口211进入至破粘流化床21内，经物理破粘模块1干燥后的煤样从进料口212进入至破粘流化床21内，从而实现负载有催化剂的煤样在破粘流化床21内进行预氧化，预氧化可对带有催化剂的煤进行高效再破粘，即化学破粘。而且碱性化合物对煤中的胶质体的分解有一定的催化作用。此外，本身粘结性煤热解后为重质焦油，通过催化预氧化，可将大部分重质焦油分解为轻质焦油，提高产品附加值。
46.具体实现时，可以在破粘流化床21的进料口212处设置进料仓210。物理破粘模块1的出料口122通过进料仓210与进料口212连通。通过设置进料仓210，使得经干燥后的负载有催化剂的煤样进入进料仓210备用，使得进料能够得以有效控制。
47.其中，破粘流化床21的半焦排放口213用于与气化炉3的物料入口31连通，以向气化炉3提供反应原料。也就是说，将经破粘装置破粘后形成的半焦作为气化炉3的反应原料通入至气化炉3内进行气化反应，从而在一定程度上避免了气化过程煤样结焦、堵塞管线的情况出现。
48.其中，负载催化剂的目的不仅可以起到一定程度的破粘作用(负载后本身起到物理破粘的作用，在破粘流化床21中起到催化破粘的作用)，而且在气化炉3中起到催化气化的作用。
49.该气化炉3具体可以为流化床气化炉。当然，也可以是其他床型的气化炉，只要能够实现对煤样的有效催化气化即可。
50.本实施例提供的煤的破粘装置，通过设置物理破粘模块1和催化预氧化破粘模块2，先通过物理破粘模块1对粘结煤进行物理破粘，将催化剂溶液负载在煤样上，并对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理，催化剂溶液中碱金属和/或碱土金属的加入能够增加煤焦芳香结构的层间距、芳香层堆积高度和芳香层片直径，即催化剂的加入降低了煤的粘结
性，从而实现了煤的预破粘；通过使催化预氧化破粘模块2包括破粘流化床21，使破粘流化床21的进料口212与物理破粘模块1的出料口122连通，通过破粘流化床21对经干燥后的负载有催化剂的煤样进行化学破粘，即进行催化预氧化破粘，在预氧化阶段含碱金属和/或碱土金属的催化剂对煤存在化学反应，在一定程度上分解煤中的胶质体，减少煤颗粒间的粘结性，从而实现了煤的再破粘，进一步降低了煤的粘结性。即，通过物理破粘和化学破粘相结合的方式实现了对煤的有效破粘。由于半焦排放口213用于与气化炉3的物料入口31连通，使得经破粘后的煤样进入至气化炉3中进行反应，从而可在一定程度上避免了气化过程中煤样结焦、堵塞管线的情况出现，在一定程度上保证了气化炉3的正常运行。同时，由于进入至气化炉3中的反应原料中含有催化剂，催化剂在气化过程中亦可发挥催化作用，从而实现煤的高效催化气化，提高了气化效率。
51.在一些实施例中，物理破粘模块1具体可包括：催化剂负载单元11和干燥机12。其中，催化剂负载单元11具有催化剂溶液入口111、煤样入口112以及排出口113。催化剂负载单元11用于将催化剂溶液负载在煤样上。可以理解的是，催化剂负载单元11的催化剂溶液入口111即为上述物理破粘模块1的催化剂溶液入口111，催化剂负载单元11的煤样入口112即为上述物理破粘模块1的煤样入口112。具体地，催化剂溶液从催化剂溶液入口111进入至催化剂负载单元11内，煤样从煤样入口112进入至催化剂负载单元11内，使得催化剂溶液负载在煤样上，负载有催化剂溶液的煤样从排出口113排出。
52.干燥机12具有入口121和出料口122，即，干燥机12的出料口122即为上述物理破粘模块1的出料口122。其中，入口121与催化剂负载单元11的排出口113连通，以使负载有催化剂溶液的煤样由入口121进入至干燥机12中。干燥机12用于对负载有催化剂溶液的煤样进行干燥处理，被干燥处理后的煤样可经出料口122排出。
53.其中，干燥机12比如可以是回转干燥机，通过回转干燥机对带有催化剂溶液的煤样进行干燥，干燥后煤中水分比如控制在10％以内，作用是将催化剂有效负载到煤的表面，起物理破粘、化学破粘和破粘后半焦催化气化的作用。
54.进一步地，物理破粘模块1还包括原煤破碎筛选单元13。原煤破碎筛选单元13用于对原煤进行破碎处理，并对破碎处理后的煤样中进行筛选，以筛选出粒径不大于预设粒径的煤样。原煤破碎筛选单元13具有与煤样入口112连通的出煤口131，以使粒径不大于预设粒径的煤样依次经出煤口131和煤样入口112进入至催化剂负载单元11中。
55.其中，预设粒径比如可设定为3mm，本实施例对预设粒径的具体数值不作特别限定，具体可根据实际需求进行设定。
56.原煤破碎筛选单元13具体可包括：破碎子单元和筛分子单元。破碎子单元用于对原煤进行破碎，经破碎的煤进入筛分子单元，通过筛分子单元进行筛分，比如筛分出粒径小于3mm的煤样，并将其输送至催化剂负载单元11中。具体实现时，可以在筛分子单元与催化剂负载单元11的煤样入口112之间设置缓冲仓14，使煤料的供给可控。
57.此外，还可以在干燥机12的出料口122与破粘流化床21的进料口212之间设置物料输送机构，比如斗式提升机15，通过斗式提升机15将干燥机12干燥后的负载有催化剂的煤样输送至破粘流化床21内。
58.为了提高破粘流化床21对负载有催化剂的煤的破粘效果，进一步地，催化预氧化破粘模块2还可以包括蒸汽供应机构22，蒸汽供应机构22与破粘流化床21的内腔连通，用于
向破粘流化床21内提供水蒸气。
59.其中，水蒸气具体可由气体入口211进入至破粘流化床21内腔中。也可以在破粘流化床21上设置水蒸气入口，使水蒸气由该水蒸气入口进入至破粘流化床21内。
60.示例性的，对于常压破粘流化床，流化主要以400℃～600℃的水蒸气进行流化。通过向破粘流化床21内通入水蒸气，目的一可以尽量避免其他无用气体(如氮气)的引入，目的二为煤的破粘提供热量，提高破粘效率。
61.通过控制催化剂负载量、进煤量、水蒸气量和温度、氧气含量和反应时间等工艺条件对煤进行综合破粘，比如使得破粘后的煤样粘结指数≤5，以保证能正常用于催化气化。
62.具体地，蒸汽供应机构22具体包括换热器221。破粘流化床21具有气体出口214，气体出口214具体可设置在破粘流化床21的顶部，破粘流化床21内产生的热解气和蒸汽从该气体出口214排出。换热器221具有气体通道和第一水蒸气出口2211，气体通道的进口与该气体出口214连通，第一水蒸气出口2211与破粘流化床21的内腔连通，以使由气体出口214排出的气体对换热器221内的水进行加热以形成水蒸气，且使水蒸气经第一水蒸气出口2211进入至破粘流化床21内。这样不仅实现了对破粘流化床21内水蒸气的供给，且使得从气体出口214排出的气体中的热量得以有效利用，节省了能源，降低了成本。
63.进一步地，蒸汽供应机构22还包括分离器222和燃烧器223。分离器222具有进气口、粗煤气出口2221和焦油出口。其中，进气口与气体通道的出口连通，以使经换热器221冷却后的气体经进气口进入至分离器222中。分离器222用于对冷却后的气体进行分离，以分离出粗煤气和焦油。其中，分离出的粗煤气经粗煤气出口2221排出，分离出的焦油经焦油出口排出。
64.燃烧器223具有进水口2231、与粗煤气出口2221连通的粗煤气入口2232以及与破粘流化床21的内腔连通的第二水蒸气出口2233，以使至少部分粗煤气由粗煤气入口2232进入至燃烧器223中燃烧，对由进水口2231进入的水进行加热，且使加热形成的水蒸气经第二水蒸气出口2233进入至破粘流化床21内。
65.也就是说，分离器222分离出的焦油和一部分粗煤气进入后系统处理形成产品，一部分粗煤气进入至燃烧器223中燃烧，燃烧的热量将进入至燃烧器223中的水加热，从而产生水蒸气，为破粘流化床21提供水蒸气，实现了破粘所需能量的自供给。
66.实施例二
67.参照图1所示，本实施例提供一种煤的破粘与催化气化耦合系统，包括煤的破粘装置以及气化炉3。
68.其中，煤的破粘装置对原煤进行破粘处理，然后将破粘后的负载有催化剂的煤通入至气化炉3中进行催化气化反应。
69.本实施例中的煤的破粘装置的结构和实现原理与实施例一相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述。
70.其中，气化炉3具体可以为流化床气化炉，也可以为其他床型的气化炉。气化炉3具有物料入口31、粗煤气排放口32、气化剂入口34和灰渣出口33。比如水蒸气和氧气从气化剂入口34进入气化炉3内，物料入口31与半焦排放口213连通，以使经破粘装置破粘后形成的半焦经物料入口31进入至气化炉3中进行催化气化反应，反应产生的粗煤气从粗煤气排放口32排出，反应产生的灰渣从灰渣出口33排出。
71.进一步地，该煤的破粘与催化气化耦合系统还包括催化剂回收装置4。催化剂回收装置4与灰渣出口33连通，催化剂回收装置4用于回收由灰渣出口33排出的灰渣中的催化剂。具体地，催化剂回收装置4将带有催化剂的灰渣进行水洗消解，将催化剂最大限度进行回收再利用，尤其是当催化剂中包括k2co3、koh、naco3等贵重催化剂时。
72.具体地，催化剂回收装置4具有催化剂出口41，具体可使催化剂出口41与催化剂溶液入口111连通，以向物理破粘模块1提供催化剂。也就是说，将回收的催化剂返回至催化剂负载单元11中，进行煤的催化剂再负载，使得催化剂得以有效利用，大大减少了煤催化工业成本，具有可观的社会效益和经济效益。
73.具体实现时，半焦排放口213与物料入口31之间还设置有提压料仓，通过提压料仓提高进入至气化炉3中的反应原料的压力，即提高经破粘装置破粘后形成的半焦的压力，从而进一步保证气化炉的正常稳定运行。
74.提压料仓具体可包括：依次连通的第一料仓301、变压料仓302和第二料仓303。其中，第一料仓301与半焦排放口213连通，第二料仓303与物料入口31连通。第二料仓303内的压力大于第一料仓301内的压力。经破粘流化床21的半焦排放口213排出的半焦先进入至第一料仓301内，第一料仓301具体为常压料仓，然后半焦从第一料仓301进入至变压料仓302内，经变压料仓302提压后进入至第二料仓303内。可以理解的是，第二料仓303为高压料仓，半焦最终由高压料仓进入至气化炉3内进行催化气化反应。具体实现时，可以在半焦排放口213与第一料仓301之间、在第一料仓301和变压料仓302之间、在变压料仓302和第二料仓303之间设置控制阀门。
75.由于由气化炉3的物料入口31进入的反应原料为经过煤的破粘装置破粘后形成的半焦，从而在一定程度上避免了气化过程中煤样结焦、堵塞管线的情况出现；同时，由于进入至气化炉3中的反应原料中含有催化剂，催化剂在气化过程中亦可发挥催化作用，从而实现煤的高效催化气化，提高了气化效率。
76.其他技术特征与实施例一相同，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。
77.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
78.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。