一种冷却热耦合的煤提质方法
【专利摘要】本发明公开了一种冷却热耦合的煤提质方法，所述方法包括：将粉煤加热，同时去除煤中的煤尘；排出的气体经过除尘、降温分离获得煤尘、干燥水；将经过除尘后的干燥煤加热至500～700℃进行热解反应，生成提质煤和高温油气；将提质煤与冷却循环气逆流间接换热，将提质煤降温至180～280℃，再经钝化、冷却、喷水增湿，降至常温～50℃后得到提质煤产品；同时冷却循环气温度升至300?500℃，作为热源对所述粉煤进行加热。本发明的方法利用冷却循环气，通过间接换热回收提质煤高品位的热量，用作部分带除尘的粉煤干燥热源，此部分热量占粉煤干燥总热量的20～60％，可大大降低整个系统的热量消耗，提高整个系统的能效。
【专利说明】
一种冷却热耦合的煤提质方法
技术领域
[0001]本发明具体涉及一种冷却热耦合的煤提质方法，属于低阶粉煤热解领域。
【背景技术】
[0002]低阶煤热解提质技术是一种能够改变低阶煤的孔隙结构，降低其水分和挥发成分含量，提高其热值及热稳定性，且还能回收部分焦油和煤气的方法。此技术可以将低阶煤分级高效利用，不但可以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。
[0003]国内外对低阶煤热解提质技术的研究多集中于两点:I)如何降低煤焦油中的粉尘量;2)如何提高煤焦油的总回收率。但是对热解产物一高温提质煤冷却热量的回收利用、整个热解系统能效的提高缺少足够的研究和探索。中低温热解技术所产半焦的温度为550?650°C，其含热量占干燥和干馏总负荷的25?45%，此热量的回收利用，可以有效降低能耗。
[0004]传统的半焦冷却常采用两种方法:I)湿法熄焦，即采用直接喷水冷却，然后对成品进行烘烤去湿以满足用户需要。熄焦过程中，红焦的显热随蒸汽的排放而浪费掉，无法回收和利用;并且红焦与水接触产生大量的酚、氰和硫化合物等有害物质随产生的蒸汽自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气。2)干法熄焦，即采用惰性气体与赤热的红焦换热，将热量通过蒸汽锅炉等回收利用产生蒸汽，降温后的惰性气体返回冷却室，形成循环。此过程可回收利用红焦约83%的显热，但工艺过程复杂且设备要求较多，成本较高。
[0005]现有技术中，中国专利文献(CN101514291A)公开了一种煤内热低温干馏干熄焦的方法，该方法将干馏干熄焦产生的高温干馏煤气经洗涤、捕收焦油后制成冷煤气，冷煤气通过循环风机后，一部分引入燃烧器和高温废气合成符合煤低温干馏要求温度的高温混合气体，高温混合气体进入焦炉的干馏段，作为干馏热源；而经过循环风机的另一部分净煤气，通过加压风机引入干馏炉的熄焦冷却段，作为兰炭熄焦的惰性介质，经过干馏炉熄焦冷却段的冷煤气吸热后进一步经过焦炉的干馏段，和干馏热源一起对煤进行无氧化或弱氧化加热，实现无燃烧循环。中国专利文献(CN102643703 A)公开了一种新型外热式褐煤热解提质系统及工艺。所述工艺为:(I)湿褐煤输送至环管分体式过热蒸汽回转干燥机，干燥至要求的水分后，由环管分体式过热蒸汽回转干燥机尾部的出料口排出，与第一除尘装置的旋风除尘器I收集的干粉一起输送至内加热流化床热解炉进料口 ；干燥时析出的水分及部分物料由环管分体式过热蒸汽回转干燥机内的过热蒸汽携带，经第一除尘装置的旋风除尘器1、电除尘器I除尘后，一路返回环管分体式过热蒸汽回转干燥机循环利用，另一路进余热回收装置回收利用其热能;干燥机冷凝水和经余热回收装置加热的水一起进入废锅；(2)干燥后的褐煤进入内加热流化床热解炉内进行快速热解段，生成的半焦排出，与第二除尘装置的旋风除尘器II收集的干粉一起输送至半焦冷却室;冷却后的半焦一部分进入燃烧器燃烧，一部分输送至成品区外送；(3)褐煤析出的挥发份经第二除尘装置除尘后，冷凝析出焦油和酚类聚合物后，进入焦油收集、脱硫装置脱硫，脱硫后的煤气一部分进入半焦冷却室冷却，与高温半焦换热后，经高温煤气加压风机进入内加热流化床热解炉使褐煤维持流态化，另一部分进入气柜加压外送;脱硫后的焦油外送；(4)内加热流化床热解炉的内置换热器换热后的烟气一路与半焦燃烧后的烟气一起混合调节后，再返回内加热流化床热解炉内置换热器内加热褐煤，另一路进入废锅，产生的过热蒸汽作为干燥系统的热源和载气。
[0006]上述两种方法提出了采用热解产生的冷煤气或循环冷烟气作为冷焦介质的方法，不同程度上回收了红焦的热量，并应用于原料煤的预热，提高了系统的能量利用效率。但是若采用烟气、煤气作为直接冷焦介质，烟气中的水蒸汽、二氧化碳与高温红焦直接接触会发生化学反应，生成部分的⑶和出等可燃气体，煤气的主要成分为0)、014、出等，混入氧气则很容易发生爆炸，存在着安全隐患。
[0007]中国专利文献(CN101691493A)公布了一种外燃内热式煤干馏炉。所述干馏炉设置有预热、干燥、干馏及冷却四段结构，并且将经过冷却段的热烟气对预热段中的原料煤块进行预热处理，在冷却半焦的同时去除了烟气中大量的硫，实现了洁能环保。虽然上述采用循环烟气作为冷焦介质，但烟气中的水蒸汽、二氧化碳在550?650°C高温下与提质煤直接接触会发生化学反应，生成部分的一氧化碳和氢气等可燃气体，同样存在着安全隐患。
【发明内容】
[0008]因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺少安全、高效、经济回收利用煤热解提质过程中高温提质煤(或半焦)冷却释放的高品质热量，并提高整个热解系统的能效的方法的缺陷，从而提供安全、高效的回收提质煤冷却释放的高品质热量，作为煤干燥热源的一种冷却热耦合煤提质的方法。
[0009]—种冷却热耦合的煤提质方法，包含如下步骤:
[0010](I)干燥除尘，将<30mm的粉煤加热至110?280°C，同时去除煤中粒度<0.5mm的煤尘，控制所述粒度的煤尘去除率在85%以上;排出的带有水蒸汽、煤尘的气体经过除尘、降温分离获得煤尘、干燥水；
[0011 ] (2)煤热解，将经过步骤(I)除尘后粒度为0.5?30mm的干燥煤加热至500?700°C进行热解反应，生成提质煤和高温油气；
[0012](3)提质煤冷却，将步骤(2)中生成的提质煤与冷却循环气逆流间接换热，将所述提质煤降温至180?280°C，再经钝化、冷却、喷水增湿，降至常温?50°C后得到提质煤产品；同时冷却循环气温度升至300-500°C，送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤进行加热；
[0013](4)将步骤(2)中生成的高温油气进行油气回收，分离得到热解煤气、煤焦油以及热解水。
[0014]上述煤提质方法中，步骤(I)中作为热源对所述粉煤进行加热的为冷却循环气，所述冷却循环气的循环方式为:
[0015](A)在所述步骤(3)中，冷却循环气与提质煤间接换热升温至300?500°C后，与400?600°C高温补充气体混合，然后送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤加热后，排出的气体经除尘冷却分离出煤尘、干燥水，降温至40?60°C，重新返回所述步骤(3)中与所述提质煤进行换热;或，
[0016](B)在所述步骤(3)中，冷却循环气与提质煤间接换热升温至300?500°C后，送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤间接加热，完成间接加热后的气体温度为150?3000C，重新返回所述步骤(3)中与所述提质煤进行换热；
[0017]在所述步骤(B)中，对所述粉煤进行间接加热的同时，还包括采用110°C?280°C烟气或惰性气体对所述粉煤进行直接加热和除尘的过程，完成直接加热和除尘后的气体经除尘冷却分离出煤尘、干燥水，降温至40?60°C，补充部分高温气体或加热后，送回干燥除尘段形成闭路循环。
[0018]上述煤提质方法中，所述冷却循环气与提质煤间接换热获得的热量占粉煤干燥除尘段中干燥所需总热量的20?60%。
[0019]上述煤提质方法中，所述冷却循环气为氧含量<5%的烟气或惰性气体。
[0020]上述煤提质方法中，所述高温气体为氧含量<5%的烟气或惰性气体。
[0021]上述煤提质方法中，所述干燥除尘段采用的装置为回转干燥炉。
[0022]上述煤提质方法中，所述回转干燥炉内置渐变式组合分布器；
[0023]所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成；
[0024]所述筒壁围成锥形或其他渐变曲线形；
[0025]所述螺旋板以所述筒壁轴向为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述螺旋板之间形成条状凹陷；
[0026]所述横抄板沿所述筒壁前端至后端方向设置，在所述筒壁的圆周均匀分布多块所述横抄板，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
[0027]所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转炉尾端。
[0028]上述煤提质方法中，步骤(2)中的热解反应在热解装置中进行，采用外热式加热，或内热式加热，或内热与外热结合加热方式。
[0029]上述煤提质方法中，在提质煤冷却段，所述提质煤与冷却循环气在热回收器中间接换热;所述热回收器的型式为回转式或滚筒式动设备或者立式管壳式静设备。
[0030]上述煤提质方法中，原料粉煤的粒度为O?30_，包含O?6mm的末煤。
[0031]本发明技术方案，具有如下优点:
[0032]本发明提供的冷却热耦合的煤提质方法，将煤中<0.5mm煤尘去除，降低了进入下游热解装置的粉煤尘含量，提高了煤焦油产品的收率;利用冷却循环气体回收提质煤冷却释放的高位热量，并且用于低阶粉煤的干燥，可节约干燥热量的50?70%，大大降低了整个系统的热量消耗，提高了整个系统的能效；以冷却循环气体作为高温提质煤的冷却介质，安全环保，无额外工艺冷却水消耗;采用惰性气体冷却提质煤，提高了提质煤的品质。
【附图说明】
[0033]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。
[0034]图1为实施例1所述的本发明的冷却热耦合煤提质的方法工艺流程示意图。
[0035]图2为实施例2所述的本发明的冷却热耦合煤提质的方法工艺流程示意图。
[0036]图3为实施例3所述的本发明的冷却热耦合煤提质的方法工艺流程示意图。
[0037]图4为渐变式组合分布器结构示意图；(a)为渐变式组合分布器侧视示意图，(b)为渐变式组合分布器A向侧视示意图；(c)渐变式组合分布器筒壁展开示意图。
【具体实施方式】
[0038]实施例1
[0039]本发明的冷却热耦合的煤提质方法的工艺流程如图1所示，将5吨神府煤(O?30mm)连续送至内热式回转干燥炉中，内通450°C氮气作为干燥热源及除尘气体，将煤加热至200°C，水含量0.0lwt %;同时煤中85%以上的、粒度<0.2mm煤尘被除去。除尘后0.2?30mm的干燥煤送至下游回转热解炉发生热解，产生提质煤和高温油气:提质煤进入回转冷却炉与冷却循环烟气间接换热冷却至180°C后，喷水冷却、增湿，增湿后的提质煤H2O含量5wt%、温度?50°C，作为固体产品。高温油气则进入油气回收单元，进行降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水。
[0040]回转干燥炉出口气体温度220°C，夹带<0.2mm的煤尘，进入两级旋风分离器除掉煤尘、洗涤塔降温回收干燥水，经循环风机加压并补充部分高温气体后，返回至内热式回转干燥炉完成循环。
[0041]回收的提质煤高品位热量占粉煤干燥所需总热量的50%。
[0042]所述回转干燥炉内置换热管;所述回转干燥炉设置渐变式组合分布器，
[0043 ]所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成，如图4所示。
[0044]所述筒壁围成锥形，如图4(a)方案B所示；
[0045]所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
[0046]若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
[0047]当粉煤输送到所述渐变式组合分布器时能够停留在所述小室中，并随着所述渐变式组合分布器的旋转带动停留在所述小室中的粉煤被带抄起到一定高度后呈幕帘状下落；
[0048]所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。当粉煤移动到回转干燥炉中安装有所述渐变式组合分布器的位置时，除尘气与粉煤充分接触并对下落的粉煤进行吹扫，将粉煤中煤尘除去。
[0049]实施例2
[0050]本发明的冷却热耦合的煤提质方法的工艺流程如图2所示，将8吨神府煤(O?30mm)连续送至带除尘的外热式回转干燥炉中，夹套内通500°C冷却循环烟气作为热源，将煤加热干燥至190°C，同时炉内通入2000C的烟气作为除尘气体，将煤中85%以上的、粒度<
0.5mm煤尘去除。除尘后0.5?30mm的干燥煤送至下游热解装置发生热解，产生提质煤和高温油气:提质煤进入回转冷却炉与冷却循环烟气间接换热冷却至250°C后，喷水冷却、增湿，增湿后的提质煤H2O含量7wt%、温度为常温，作为固体产品外送。高温油气则进入油气回收单元，进行降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水。
[0051]回收的提质煤高品位热量占粉煤干燥所需总热量的60%。
[0052]回转干燥炉出口干燥气温度1900C，且夹带部分煤尘，进入旋风分离器除掉煤尘、洗涤塔降温回收干燥水，经干燥风机加压并补充部分600°C高温气体后，返回至回转干燥炉;夹套出口的循环烟气则经循环风机加压，返回至回转冷却炉，形成单独的闭路循环。
[0053]所述回转干燥炉设置外夹套，为外热式;所述回转干燥炉设置渐变式组合分布器，
[0054]所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成，如图4所示。
[0055]所述筒壁围成由窄变宽渐变曲线形，如图4(a)方案A所示；
[0056]所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
[0057]若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
[0058]当粉煤输送到所述渐变式组合分布器时能够停留在所述小室中，并随着所述渐变式组合分布器的旋转带动停留在所述小室中的粉煤被带抄起到一定高度后呈幕帘状下落；
[0059]所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。当粉煤移动到回转干燥炉中安装有所述渐变式组合分布器的位置时，除尘气与粉煤充分接触并对下落的粉煤进行吹扫，将粉煤中煤尘除去。
[0060]实施例3
[0061]本发明的冷却热耦合的煤提质方法的工艺流程如图3所示，将3吨神府煤(O?30mm)连续送至带除尘的回转干燥炉中，夹套内通400°C冷却循环烟气作为热源，将煤加热干燥至160°C，同时炉内通入2000C的烟气作为除尘气体，将煤中85%以上的、粒度<0.5mm煤尘去除。除尘后0.5?30mm的干燥煤送至下游热解装置发生热解，产生提质煤和高温油气:提质煤进入回转冷却炉与冷却循环烟气间接换热冷却至250°C后，喷水冷却、增湿，增湿后的提质煤H2O含量7wt%、温度为常温，作为固体产品外送。高温油气则进入油气回收单元，进行降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水。
[0062]回转干燥炉出口干燥气温度1800C，且夹带部分煤尘，进入旋风分离器除掉煤尘、洗涤塔降温回收干燥水，经干燥风机加压并加热至400°C后，返回至回转干燥炉;夹套出口的循环烟气则经循环风机加压，返回至回转冷却炉，形成单独的闭路循环。
[0063]回收的提质煤高品位热量占粉煤干燥所需总热量的40%。
[0064]所述回转干燥炉设置外夹套，为外热式;所述回转干燥炉设置渐变式组合分布器，
[0065]所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成，如图4所示。
[0066]所述筒壁围成由窄变宽渐变曲线形，如图4(a)方案A所示；
[0067]所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
[0068]若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
[0069]当粉煤输送到所述渐变式组合分布器时能够停留在所述小室中，并随着所述渐变式组合分布器的旋转带动停留在所述小室中的粉煤被带抄起到一定高度后呈幕帘状下落；
[0070]所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。当粉煤移动到回转干燥炉中安装有所述渐变式组合分布器的位置时，除尘气与粉煤充分接触并对下落的粉煤进行吹扫，将粉煤中煤尘除去。
[0071]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。而由此所引伸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。
【主权项】
1.一种冷却热耦合的煤提质方法，其特征在于，包含如下步骤: (1)干燥除尘，将<30mm的粉煤加热至110?280 °C，同时去除煤中粒度< 0.5mm的煤尘，控制所述粒度的煤尘去除率在85%以上;排出的带有水蒸汽、煤尘的气体经过除尘、降温分离获得煤尘、干燥水； (2)煤热解，将经过步骤(I)除尘后粒度为0.5?30mm的干燥煤加热至500?700°C进行热解反应，生成提质煤和高温油气； (3)提质煤冷却，将步骤(2)中生成的提质煤与冷却循环气逆流间接换热，将所述提质煤降温至180?280°C，再经钝化、冷却、喷水增湿，降至常温?50°C后得到提质煤产品；同时冷却循环气温度升至300-500°C，送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤进行加热； (4)将步骤(2)中生成的高温油气进行油气回收，分离得到热解煤气、煤焦油以及热解水。2.根据权利要求1所述的煤提质方法，其特征在于，步骤(I)中作为热源对所述粉煤进行加热的为冷却循环气，所述冷却循环气的循环方式为: (A)在所述步骤(3)中，冷却循环气与提质煤间接换热升温至300?500°C后，与400?600°C高温补充气体混合，然后送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤加热后，排出的气体经除尘冷却分离出煤尘、干燥水，降温至40?60°C，重新返回所述步骤(3)中与所述提质煤进行换热;或， (B)在所述步骤(3)中，冷却循环气与提质煤间接换热升温至300?500°C后，送至所述步骤(I)中作为热源对所述粉煤间接加热，完成间接加热后的气体温度为150?300°C，重新返回所述步骤(3)中与所述提质煤进行换热； 在所述步骤(B)中，对所述粉煤进行间接加热的同时，还包括采用110°C?280°C烟气或惰性气体对所述粉煤进行直接加热和除尘的过程，完成直接加热和除尘后的气体经除尘冷却分离出煤尘、干燥水，降温至40?60°C，补充部分高温气体或加热后，送回干燥除尘段形成闭路循环。3.根据权利要求1或2所述的煤提质方法，其特征在于，所述冷却循环气与提质煤间接换热获得的热量占粉煤干燥除尘段中干燥所需总热量的20?60%。4.根据权利要求1-3任一项所述的煤提质方法，其特征在于，所述冷却循环气为氧含量<5%的烟气或惰性气体。5.根据权利要求2-4任一项所述的煤提质方法，其特征在于，所述高温气体为氧含量<5%的烟气或惰性气体。6.根据权利要求1-5任一项所述的煤提质方法，其特征在于，所述干燥除尘段采用的装置为回转干燥炉。7.根据权利要求6所述的煤提质方法，其特征在于，所述回转干燥炉内置渐变式组合分布器； 所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成； 所述筒壁围成锥形或其他渐变曲线形； 所述螺旋板以所述筒壁轴向为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述螺旋板之间形成条状凹陷； 所述横抄板沿所述筒壁前端至后端方向设置，在所述筒壁的圆周均匀分布多块所述横抄板，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室； 所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转炉尾端。8.根据权利要求1-7任一项所述的煤提质方法，其特征在于，步骤(2)中的热解反应在热解装置中进行，采用外热式加热，或内热式加热，或内热与外热结合加热方式。9.根据权利要求1-8任一项所述的煤提质方法，其特征在于，在提质煤冷却段，所述提质煤与冷却循环气在热回收器中间接换热;所述热回收器的型式为回转式或滚筒式动设备或者立式管壳式静设备。10.根据权利要求1-9任一项所述的煤提质方法，其特征在于，原料粉煤的粒度为O?30mm，包含O?6mm的末煤。
【文档编号】C10L9/08GK105861103SQ201610195069
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】贺鑫平, 王守峰, 山秀丽, 毛世强, 王淑岩, 李万善, 陈萍, 陈一萍
【申请人】陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司, 华陆工程科技有限责任公司