一种处理褐煤的系统及方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种处理褐煤的系统及方法。

背景技术：

褐煤是一种含氧高、含水高、易粉化、热值低、稳定性差、易自燃且煤化程度低的劣质煤。传统的褐煤利用方式主要是对其进行干燥后用于火力发电，未实现褐煤的分级分质利用。

目前，褐煤气化制合成气成为褐煤的一种利用方式，但由于褐煤的高含氧量和含水量特点，使得褐煤成浆性差、水煤浆浓度低、气化效率差。

煤热解被认为是最有前途的低阶煤分级分质利用方式，热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应，在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二次反应，最终得到气体(煤气)、液体(焦油)、及固体(半焦)等产物。热解实现了煤中不同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，可减少燃煤造成的环境污染。

褐煤的热解可将褐煤中的油气组分提取出来，提高产品的附加值，但目前热解半焦显热未得到充分利用；同时，热解所得的废水和重质焦油组分利用和处理难度大。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种处理褐煤的系统，包括：

热解单元，设有粉料入口、净煤气入口、热解油气出口和半焦出口；

油气分离单元，设有热解油气入口、注水口、净煤气出口、热解油出口、焦水混合物出口和废水出口，所述热解单元的热解油气出口连接所述油气分离单元的热解油气入口，所述油气分离单元的净煤气出口连接所述热解单元的净煤气入口；

间接冷却机，设有半焦入口、中间半焦出口、冷却介质入口和蒸汽出口，所述热解单元的半焦出口连接所述间接冷却机的半焦入口；

喷淋冷却机，设有中间半焦入口、喷淋水入口和喷淋半焦出口，所述间接冷却机的中间半焦出口连接所述喷淋冷却机的中间半焦入口；

水焦浆制备单元，设有喷淋半焦入口、补水口和水焦浆出口，所述喷淋冷却机的喷淋半焦出口连接所述水焦浆制备单元的喷淋半焦入口；

水焦浆气化单元，设有水焦浆入口和合成气出口，所述水焦浆制备单元的水焦浆出口连接所述水焦浆气化单元的水焦浆入口。

作为本发明优选的方案，在所述热解单元和油气分离单元之间设有换热器，所述换热器包括高温热解油气入口、低温热解油气出口、低温净煤气入口和高温净煤气出口，所述热解单元的热解油气出口连接所述换热器的高温热解油气入口，所述换热器的低温热解油气出口连接所述油气分离单元的热解油气入口，所述油气分离单元的净煤气出口连接所述换热器的低温净煤气入口，所述换热器的高温净煤气出口连接所述热解单元的净煤气入口。

进一步的，本发明的所述油气分离单元的废水出口连接所述油气分离单元的注水口。

作为优选的方案，所述油气分离单元的废水出口连接所述喷淋冷却机的喷淋水入口。

作为本发明优选的方案，所述水焦浆制备单元还包括焦水混合物入口，所述油气分离装置的焦水混合物出口连接所述水焦浆制备单元的焦水混合物入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的系统处理褐煤的方法，包括以下步骤：

a、将粉状褐煤送入所述热解单元，在750～900℃加热，发生热解反应，获得高温热解油气和半焦；

b、将所述高温热解油气通入所述油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水；

c、将所述低温净煤气通入所述热解单元，与所述粉状褐煤发生反应；

d、将所述半焦送入所述间接冷却机，与冷却介质进行间接换热，获得中间半焦和蒸汽，所述中间半焦的温度为200～250℃；

e、将所述中间半焦送入所述喷淋冷却机，进行喷淋冷却，获得喷淋半焦，所述喷淋半焦的温度≤70℃；

f、将所述喷淋半焦送入所述水焦浆制备单元，与水混合，并添加分散剂，制得水焦浆；

g、将所述水焦浆送入所述水焦浆气化单元，在1150～1350℃进行气化，获得合成气。

优选的，本发明的方法还包括步骤：将所述高温热解油气和低温净煤气通入换热器，获得低温热解油气和高温净煤气；所述步骤b中，将所述低温热解油气通入所述油气分离单元；所述步骤c中，将所述高温净煤气通入所述热解单元。

进一步的，本发明的方法还包括步骤：将所述油气分离单元的废水通入所述油气分离单元的注水口。

另一种优选的方案为：将所述油气分离单元的废水送入所述喷淋冷却机，对所述中间半焦进行冷却。

作为优选的方案，本发明还包括步骤：将所述油气分离单元的焦水混合物送入所述水焦浆制备单元，与所述喷淋半焦和水混合，制备水焦浆。

本发明提供的处理褐煤的系统及方法，通过间接冷却机回收半焦的热量，制备蒸汽，提高系统的能源利用率；利用换热器实现荒煤气和净煤气的热量交换，充分利用荒煤气显热，避免了荒煤气直接回用带来的管路堵塞问题；废水用于冷却半焦，避免了废水的排放；焦水混合物用于制备水焦浆，实现了焦油的再利用；净煤气进入热解单元，为褐煤的热解提供氢源，可提高热解油气的品质。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构图。

图2是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。

如图1所示，本发明实施例提供一种处理褐煤的系统，包括：热解单元1、换热器2、油气分离单元3、间接冷却机4、喷淋冷却机5、水焦浆制备单元6和水焦浆气化单元7。通过褐煤的分级利用，提高了能源利用效率。

热解单元1为粉状褐煤的热解装置，设有粉料入口11、净煤气入口12、热解油气出口13和半焦出口14。经过干燥的粉状褐煤由粉料入口11进入热解单元1，在蓄热式辐射管的加热下，发生热解反应，产生热解油气和半焦。优选的，粉状褐煤的粒度≤1mm，热解单元内的温度为750～900℃，热解时间为6～12s。净煤气由净煤气入口12进入热解单元1，净煤气为褐煤的热解提供氢源，提高焦油的产量和品质。在粉料入口11处设有圆盘式固体分布器，便于粉状褐煤在热解单元内均匀分布，以及与净煤气充分接触。

换热器2用于回收热解单元1产生的高温热解油气的热量，换热器2设置在热解单元1和油气分离单元3之间。换热器包括高温热解油气入口21、低温热解油气出口22、低温净煤气入口23和高温净煤气出口24。

油气分离单元3为热解油气的冷却设备，本实施例中，油气分离单元3为水喷淋装置，可对热解油气进行冷却除尘。油气分离单元3设有热解油气入口31、注水口32、净煤气出口33、热解油出口34、焦水混合物出口35和废水出口36。

热解单元的热解油气出口13连接换热器的高温热解油气入口21，换热器的低温热解油气出口22连接油气分离单元的热解油气入口31，油气分离单元的净煤气出口33连接换热器的低温净煤气入口23，换热器的高温净煤气出口24连接热解单元的净煤气入口12。

热解单元1产生的高温热解油气进入换热器2与油气分离单元产生的低温净煤气进行换热，高温热解油气降温至300～400℃，变为低温热解油气。低温热解油气进入油气分离单元2，通过注水口32向油气分离单元2通入冷却水。在油气分离单元2内设有多个喷嘴，相邻喷嘴的方向交错排列，保证冷却水与热解油气的充分接触。低温热解油气在油气分离单元2中冷却除尘，生成低温净煤气、热解油、焦水混合物(焦油与水的混合物)、和废水。

低温净煤气进入换热器2，与高温热解油气进行换热，升温变为高温净煤气，高温净煤气进入热解单元1，作为氢源与褐煤反应。

本实施例的油气分离单元3中，在净煤气出口33一侧设有挡板(图中未示出)，挡板的底端位于净煤气出口33的下方，使得进入油气分离单元3的气体需绕过挡板才能从净煤气出口33排出，从而进一步保证热解油气与冷却水的充分接触。

油气分离单元的的废水出口36可连接油气分离单元的注水口32，废水可作为冷却水循环利用，节约生产成本。

为了回收热解单元1产生的半焦的热量，本实施例设置了间接冷却机4，间接冷却机4包括多管回转式冷却器和闪蒸塔。多管回转式冷却器设有半焦入口41、中间半焦出口42、冷却介质入口43和高温冷却介质出口(图中未示出)。闪蒸塔设有高温冷却介质入口和蒸汽出口44。热解单元的半焦出口14连接间接冷却机的半焦入口41。半焦进入多管回转式冷却器后，通入冷却介质，冷却介质与半焦进行间接换热，降温后的中间半焦的温度为200～250℃。高温冷却介质进入闪蒸塔，进行闪蒸，获得蒸汽，蒸汽可用于其他工业生产。本实施例的冷却介质为冷却水或冷却盐水。

喷淋冷却机5为中间半焦进一步进行冷却。喷淋冷却机5设有中间半焦入口51、喷淋水入口52和喷淋半焦出口53，间接冷却机的中间半焦出口42连接喷淋冷却机的中间半焦入口51。间接冷却机产生的中间半焦进入喷淋冷却机5后，通过喷水进行冷却。在喷淋冷却机5内，多个喷嘴沿水平方向排列，使得中间半焦可降温均匀，获得喷淋半焦，喷淋半焦的温度≤70℃。

油气分离单元的废水出口36连接喷淋冷却机的喷淋水入口52，废水可作为中间半焦的冷却水使用，提高系统的原料利用率。

水焦浆制备单元6用于水焦浆的制备，设有喷淋半焦入口61、补水口62、焦水混合物入口63和水焦浆出口64。喷淋冷却机的喷淋半焦出口53连接水焦浆制备单元的喷淋半焦入口61，喷淋半焦与水混合可制备水焦浆。油气分离装置的焦水混合物出口35连接水焦浆制备单元的焦水混合物入口63，焦水混合物可作为制备水焦浆的原料，与喷淋半焦和水混合搅拌。在制备水焦浆时，需添加分散剂，分散剂可以是腐殖酸，也可以是其他复配型的分散剂。分散剂的添加量为喷淋半焦、水、焦水混合物总质量的0.1％～1.0％，所制得的水焦浆的浓度为60％～70％。

水焦浆气化单元7为气化炉，设有水焦浆入口71和合成气出口73，水焦浆制备单元的水焦浆出口64连接水焦浆气化单元的水焦浆入口71。制备好的水焦浆输入水焦浆气化单元内气化，获得合成气，气化温度为1150-1350℃，气化压力为2.5-10mpa。在进行水焦浆气化时，需由富氧气体喷嘴72通入富氧气体，同时需添加激冷剂。富氧气体喷嘴72设在水焦浆气化单元7的顶部，便于水焦浆与富氧气体的充分混合。在水焦浆气化单元7的底部设有焦渣出口74，在水焦浆气化单元7内设有焦渣挡板75，便于焦渣出料，焦渣挡板75与水平夹角为30-75°。

如图2所示，本发明实施例的另一目的是提供一种利用上述的系统处理褐煤的方法，包括以下步骤：

1、将粉状褐煤送入热解单元，在750～900℃加热，发生热解反应，热解时间6～12s(秒)，获得高温热解油气和半焦。

2、将高温热解油气通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

3、将低温净煤气通入热解单元，作为氢源与粉状褐煤发生反应。

4、将半焦送入间接冷却机，与冷却介质进行间接换热，获得中间半焦和蒸汽，中间半焦的温度为200～250℃。

5、将中间半焦送入喷淋冷却机，进行喷淋冷却，获得喷淋半焦，喷淋半焦的温度≤70℃；步骤2中废水，部分作为油气分离单元的冷却水，部分作为喷淋冷却机的冷却水。

6、将喷淋半焦送入水焦浆制备单元与水混合，将油气分离单元的焦水混合物通入水焦浆制备单元，并添加分散剂，制得水焦浆，分散剂的添加量为喷淋半焦、水和焦水混合物总质量的0.1％-1.0％。

7、将水焦浆送入水焦浆气化单元，在1150～1350℃进行气化，气化压力2.5～10mpa，获得合成气。

优选的，本实施例的方法中，将高温热解油气和低温净煤气通入换热器，获得低温热解油气和高温净煤气；步骤2变为将低温热解油气通入油气分离单元；步骤3变为将高温净煤气通入热解单元。利用换热器实现热解油气和净煤气的热量交换，充分利用高温热解油气的显热，避免了高温热解油气直接回用带来的管路堵塞问题。

实施例1

1、将褐煤进行干燥并破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解单元，在750℃加热，发生热解反应，热解时间12s，获得高温热解油气和半焦。

2、将高温热解油气通过换热器后通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

3、将低温净煤气通入换热器，与高温热解油气进行换热，获得低温热解油气和高温净煤气；将低温热解油气通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

4、将高温净煤气通入热解单元，作为氢源与粉状褐煤发生反应。

5、将半焦送入间接冷却机，与冷却介质进行间接换热，获得中间半焦和蒸汽，中间半焦的温度为200℃。

6、将中间半焦送入喷淋冷却机，进行喷淋冷却，获得喷淋半焦，喷淋半焦的温度70℃；步骤2和3中的废水，部分作为油气分离单元的冷却水，部分作为喷淋冷却机的冷却水。

7、将喷淋半焦送入水焦浆制备单元与水混合，将油气分离单元的焦水混合物通入水焦浆制备单元，并添加分散剂，制得水焦浆，分散剂的添加量为喷淋半焦、水和焦水混合物总质量的1.0％。

8、将水焦浆送入水焦浆气化单元，在1150℃进行气化，气化压力10mpa，获得合成气。

实施例2

1、将褐煤进行干燥并破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解单元，在850℃加热，发生热解反应，热解时间10s，获得高温热解油气和半焦。

2、将高温热解油气通过换热器后通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

3、将低温净煤气通入换热器，与高温热解油气进行换热，获得低温热解油气和高温净煤气；低温热解油气的温度为500℃左右，高温净煤气的温度为380℃，将低温热解油气通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

4、将高温净煤气通入热解单元，作为氢源与粉状褐煤发生反应。

5、将半焦送入间接冷却机，与冷却介质进行间接换热，获得中间半焦和蒸汽，中间半焦的温度为200℃。

6、将中间半焦送入喷淋冷却机，进行喷淋冷却，获得喷淋半焦，喷淋半焦的温度60℃；步骤2和3中的废水，部分作为油气分离单元的冷却水，部分作为喷淋冷却机的冷却水。

7、将喷淋半焦送入水焦浆制备单元与水混合，将油气分离单元的焦水混合物通入水焦浆制备单元，并添加分散剂，制得浓度为60％水焦浆，分散剂的添加量为喷淋半焦、水和焦水混合物总质量的0.5％。

8、将水焦浆送入水焦浆气化单元，在1200℃进行气化，气化压力3mpa，获得合成气。

实施例3

1、将褐煤进行干燥并破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解单元，在900℃加热，发生热解反应，热解时间6s，获得高温热解油气和半焦。

2、将高温热解油气通过换热器后通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

3、将低温净煤气通入换热器，与高温热解油气进行换热，获得低温热解油气和高温净煤气；将低温热解油气通入油气分离单元，进行冷却除尘，获得低温净煤气、热解油、焦水混合物和废水。

4、将高温净煤气通入热解单元，作为氢源与粉状褐煤发生反应。

5、将半焦送入间接冷却机，与冷却介质进行间接换热，获得中间半焦和蒸汽，中间半焦的温度为250℃。

6、将中间半焦送入喷淋冷却机，进行喷淋冷却，获得喷淋半焦，喷淋半焦的温度550℃；步骤2和3中的废水，部分作为油气分离单元的冷却水，部分作为喷淋冷却机的冷却水。

7、将喷淋半焦送入水焦浆制备单元与水混合，将油气分离单元的焦水混合物通入水焦浆制备单元，并添加分散剂，制得水焦浆，分散剂的添加量为喷淋半焦、水和焦水混合物总质量的0.1％。

8、将水焦浆送入水焦浆气化单元，在1350℃进行气化，气化压力2.5mpa，获得合成气。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。