一种中低温热解煤气热量回收利用装置的制作方法

本实用新型属于能源技术领域，尤其涉及中低温热解煤气余热回收利用技术领域。

背景技术：

褐煤和低变质程度的烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤等），由于成煤年代短，通常称为低阶煤或年青煤，资源量丰富，是我国动力用煤的主要煤种。相较于其它煤种，低阶煤大分子结构中富含高价值的挥发性成分，作为动力用煤直接燃烧容易造成资源的浪费，并且可能由于燃烧不充分等原因带来一定的环境污染问题。对低阶煤因材制宜，先通过中低温热解（500-800℃）获取其中的高附加值挥发性成分，再将残留的高含碳固体进行燃烧、气化或制备碳材料等，可以实现低阶煤的分级分质转化，将低阶煤由单一燃料转化为化工原料和清洁燃料并重。

采用中低温热解方法从煤中提取油气和化学品将大幅度提高煤炭的资源化利用水平和综合利用价值，缓解我国油气供应不足并有利于大气质量改善，是煤炭高值化清洁利用的主要发展方向之一，受到国内外广泛关注。除传统直立炉热解外，新型热解技术至今仍未实现商业化成熟运行。究其原因，除焦油粉尘分离困难、单体装置大型化受阻等技术本身原因外，热解全流程能效也是制约其大规模推广的关键因素。热解装备出口荒煤气温度可达600℃~700℃，有的甚至更高，高温含焦油热解煤气携带大量显热与潜热，现有直接喷淋冷凝焦油工艺不仅产生大量含酚及氨氮等有害物质的废水，更无法高效回收荒煤气中所蕴含的大量热能，该部分热量的科学回收与利用对于煤热解系统整体能效和经济性提升至关重要。

综上所述，面对全球资源能源日益紧张的严峻形势，低阶煤热解技术不仅要进一步发挥好煤炭资源分级分质利用的独特优势，更要充分重视能源转化过程中系统能效的提升。高效回收利用热解过程中的余热资源将是资源节约、环境友好热解产业发展的主要方向和潜力所在。

气体热量回收利用一般须通过间接换热方式实现。经测算，300℃以下煤气热量占热解煤气总热量的一半以上，但由于热源温度低、传热温差小，常规换热介质对300℃以下低品位热量回收难度大，难以实现对该部分煤气热量的高效回收利用，故低温低压煤气热量捕捉与高效利用成为中低温热解煤气热量利用过程的技术难点。

目前，中低温热解煤气的冷却主要有两种方式：一是激冷工艺，即对高温煤气直接喷淋氨水等液体进行冷却；二是煤气经过废热锅炉换热生产蒸汽。其中，煤气激冷工艺的缺点是本身不节能并造成能源的浪费，不仅难以实现热解煤气热量高效回收利用，由于洗涤水和煤气是直接接触产生洗涤污水并且处理困难，又带来严重的环境污染，而且不利于焦油产品的在线分质回收，极大制约了低阶煤热解系统整体能效的提升及产品的高值化利用。在煤气出口管道上增设废热锅炉的冷却方式主要以高温过热蒸汽或高温导热油作为冷却介质，在换热器里与荒煤气间接换热，加热后的水在汽包里闪蒸生产低压饱和蒸汽，可回收荒煤气显热达35%；但在煤气中焦油和粉尘的影响下，该种方式存在换热效率急剧下降的问题，导致后续系统运行安全性降低。此外，以高温过热蒸汽为工作介质需要外来热源或外来高温蒸汽，增加了系统复杂性和外部条件要求；而以高温导热油为冷却介质的方法则大幅度增加了系统复杂性、成本与安全防范要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所解决的技术问题即在于：中低温热解煤不同组分焦油按馏程冷凝、不同品位热量的分质回收，以及二者之间的匹配调控。

为了达到上述目的，本发明人提出了中低温热解煤气分级冷凝与相变换热相耦合的能量梯级回收利用一体化技术，本实用新型所采用的技术手段如下所述。

一种中低温热解煤气热量回收利用装置包括：一级相变换热器，所述一级相变换热器的荒煤气入口连接于热解炉的荒煤气出口处，一级相变换热器内含有第一相变换热介质；第一蒸汽发生器a，该第一蒸汽发生器连接所述一级相变换热器，该第一蒸汽发生器的蒸汽出口连接回热解煤工艺系统中；二级相变换热器，所述二级相变换热器的荒煤气入口连接所述一级相变换热器的荒煤气出口，所述二级相变换热器内含有第二相变换热介质；除尘及轻质焦油捕集系统，所述除尘及轻质焦油捕集系统连接于所述二级相变换热器的荒煤气出口；其中，所述第一相变换热介质所吸收热源的温度高于第二相变换热介质所吸收热源的温度。

所述二级相变换热器连接有第二蒸汽发生器b，该第二蒸汽发生器的蒸汽出口处连接有低温余热发电装置。

所述热解煤工艺系统产生低温蒸汽的出口连接至所述低温余热发电装置的蒸汽进入段，该低温蒸汽的温度为80℃以下。

所述低温余热发电装置还与第一蒸汽发生器a相连。

所述第一相变换热介质采用mgcl2与石蜡复合制备而成，所述第二相变换热介质采用koh与石蜡复合制备而成。

本实用新型中低温热解煤气热量回收利用装置的工艺流程为：热解炉出口流出的600℃的荒煤气由一级相变换热器的荒煤气入口进入，通过一级相变换热器内的第一相变换热介质进行相变换热后，50%以上的焦油冷凝成具有流动性的液相，降温至350℃以下的荒煤气经过一级相变换热器的荒煤气出口流出，继续流入二级相变换热器的荒煤气入口，通过二级相变换热器内的第二相变换热介质进行相变换热后，降温至80℃以下的荒煤气以及冷凝后的焦油水通过荒煤气出口流出，后进入除尘及轻质焦油捕集系统中进行除尘及除焦油，得到冷却至30℃以下的净煤气；一级相变换热器产生的热量经过第一蒸汽发生器a后，将水转化为高品位蒸汽，该高品位蒸汽重新回到热解煤工艺系统中，用于热解煤工艺系统的干燥、热解、燃烧或其它需要高品位蒸汽的工艺中。

所述二级相变换热器产生的热量经过第二蒸汽发生器b后，将水转化为0.2~0.3mpa的低压蒸汽，该低压蒸汽进入低温余热发电装置中进行发电。

所述低温余热发电装置发电后产生的湿蒸汽进入第一蒸汽发生器a中进行再次加热，产生的高品位蒸汽再用于热解煤工艺系统中。

所述热解煤工艺系统产生的低温蒸汽再补充至低温余热发电装置中进行发电，该低温蒸汽的温度为80℃以下。

本实用新型所产生的技术效果如下:以焦油蒸汽不同组分露点差异与析出特性为基础，形成基于温度梯度的热解煤气分级冷凝工艺技术，逐级回收热解煤气所含热量，并实现不同馏程焦油产物在线分质回收；同时耦合复合相变换热技术，换热介质与热解煤气分级逆流换热，针对性回收热解煤气显热及低品位热解煤气潜热，实现含油热解煤气分级冷凝与热量梯级回收利用一体化，从而达到提升热解系统热效率与产品品质的双重效果。

附图说明

图1为本实用新型中低温热解煤气热量回收利用装置的一种较优实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型中低温热解煤气热量回收利用装置的一种较优实施例的结构示意图，该装置主要包括：一级相变换热器1，二级相变换热器2，低温余热发电装置3，除尘及轻质焦油捕集系统4以及第一蒸汽发生器a、第二蒸汽发生器b。

其中，一级相变换热器1的荒煤气入口11连接于热解炉的荒煤气出口处，一级相变换热器1内含有第一相变换热介质，其可为由mgcl2与石蜡采用常规方法复合制备而成的高温相变换热介质，主要是针对性回收高品位热源的热量。

一级相变换热器1还连接着第一蒸汽发生器a，主要用于将一级相变换热器1中置换下来的热量转化为蒸汽。如图所示，第一蒸汽发生器a的蒸汽出口又可以连接回热解煤工艺系统5中，重新用于整个热解煤工艺系统的干燥、热解、燃烧等过程中。

一级相变换热器1的荒煤气出口12连接着二级相变换热器2的荒煤气入口21，二级相变换热器2内含有第二相变换热介质，其可为由koh与石蜡采用常规方法复合制备而成的低温相变换热介质，主要是针对性回收300℃以下热源的热量。如图所示，二级相变换热器2的荒煤气出口22连接于除尘及轻质焦油捕集系统4，其主要用于荒煤气的除尘及除焦油。

二级相变换热器2还连接着第二蒸汽发生器b，主要用于将二级相变换热器2中置换下来的热量转化为蒸汽，第二蒸汽发生器b的蒸汽出口连接低温余热发电装置3，由此便可利用第二蒸汽发生器b中流出的低压蒸汽进行发电。

低温余热发电装置3又连接着第一蒸汽发生器a，用于将发电后产生的湿蒸汽进行再次加热。同时，热解煤工艺系统5中产生80℃以下的低温蒸汽的出口连接至低温余热发电装置3的蒸汽进入段，将系统产生的低温蒸汽补充至低温余热发电装置3中进行发电。

依据本实施例中的中低温热解煤气热量回收利用装置，可实现如下的工艺流程：热解炉出口流出的600℃的荒煤气由一级相变换热器1的荒煤气入口11进入，通过一级相变换热器1内的第一相变换热介质进行相变换热后，50%以上的焦油冷凝成流动性较好的液相，可通过收集系统收集后再利用；而降温至350℃以下的荒煤气经过一级相变换热器1的荒煤气出口12流出，继续流入二级相变换热器2的荒煤气入口21，通过二级相变换热器2内的第二相变换热介质进行相变换热后，降温至80℃以下的荒煤气以及冷凝后的焦油水通过荒煤气出口22流出；后进入除尘及轻质焦油捕集系统4中进行除尘及除焦油，最终得到冷却至30℃以下的净煤气产品。

此外，一级相变换热器1产生的热量经过第一蒸汽发生器a后，将水转化为高品位蒸汽，该高品位蒸汽重新回到热解煤工艺系统5中，可用于热解煤工艺系统5的干燥、热解、燃烧或其它任何需要高品位蒸汽的工艺中。

二级相变换热器2产生的热量经过第二蒸汽发生器b后，将水转化为0.2~0.3mpa的低压蒸汽，该低压蒸汽进入低温余热发电装置3中进行发电。而低温余热发电装置3发电后产生的湿蒸汽可以进入第一蒸汽发生器a中进行再次加热，产生的高品位蒸汽再去到热解煤工艺系统5中需要高品位蒸汽的工段而被有效利用。同时，热解煤工艺系统5产生的低温蒸汽还可以补充至低温余热发电装置3中进行发电，该低温蒸汽的温度通常为80℃以下。

综上，通过本实用新型的中低温热解煤气热量回收利用装置，可以实现高温蒸汽—低温蒸汽—发电—再热—高温蒸汽的热能循环利用，提高整体热解系统的热量利用效率，同时提升热解煤气产品的品质。