专利名称：煤中低温干馏炉、基于该干馏炉的干馏装置及干馏方法
煤中低温干馏炉、基于该干馏炉的干馏装置及干馏方法技术领域：
本发明涉及一种干馏装置和干馏方法，特别涉及一种煤中低温干馏炉、基于该干馏炉的干馏的装置及干馏方法。背景技术：
煤炭占我国能源消费结构的70%左右。特别是我国低阶煤储量大，具有煤质好、低灰、低硫、低磷、高挥发分的特点，是干馏的理想原料。煤经中低温干馏得到焦油、煤气和半焦三种形态的产物。在采用较成熟先进技术的条件下，低阶煤中低温干馏至少可以从原煤中获得20%左右的油气和50%的产品半焦。按此计算，我国15亿吨左右燃料用煤，如果有 50%在燃烧之前进行中低温干馏，将生产油气1.5亿吨。可见，煤中低温干馏技术符合我国可持续发展战略，对我国能源安全的意义不言而喻。
目前应用最多的干馏炉是采用燃烧的烟气作为热载体的内热式直立干馏方炉。炉型具有操作简单、机械化程度高、布料和加热均匀、热效率高和生产能力大等优点，是一种优良的低温干馏炉型。主要问题是只能处理粒径20 80mm块煤、炉内加热不均匀导致传质传热慢、焦油产率低且焦油浙青质含量高、干馏煤气热值不高、半焦含水量高和品质低。
发明内容
本发明提供了一种煤中低温干馏炉、基于该干馏炉的干馏装置及干馏方法，本发明在提高干馏效率的同时提高焦油收率、改善焦油品质、提高煤气热值、降低半焦含水量、 改善半焦品质。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种煤中低温干馏炉，干馏炉自顶部向下依次包括第一腔体、第二腔体，以及冷却腔，其中，所述第一腔体和第二腔体通过中段下料通道连通，所述的第二腔体和冷却腔通过下段下料通道连通；所述第一腔体和第二腔体结构相同，在所述第一腔体和第二腔体的内部设置有多个换热管束，相邻换热管束之间设置有多个导料器；所述换热管束的放置方向与原料煤在腔体内的运动方向垂直；所述第一腔体和第二腔体侧壁设置多个蓄热管；所述第一腔体根据温度的不同分为干燥段和第一干馏段。
作为本发明的优选实施例，所述导料器与换热管束垂直布置。
作为本发明的优选实施例，在所述第一腔体和第二腔体的侧壁上设置有蓄热管， 所述相应蓄热管上设置有相应的烟气入口和冷烟气出口，所述冷烟气出口与冷却腔相连。
作为本发明的优选实施例，所述蓄热管可选用U型、P型或W型等，优选U型。蓄热管均匀设置在干馏炉内壁周围。
作为本发明的优选实施例，所述第一腔体和第二腔体的侧壁上进一步设置有第一耐火材料和第二耐火材料，所述第二耐火材料设置在第一耐火材料的外侧，且第一耐火材料的耐火温度大于第二耐火材料的耐火温度。
作为本发明的优选实 施例，在所述第一腔体和第二腔体的上部进一步设置有多个布料器以及集气阵伞，所述集气阵伞用于引出干馏煤气并通过上升管、桥管和与水封箱相连。
一种基于上述干馏炉的煤中低温干馏装置，所述干馏炉的第一腔体和第二腔体出口连接有冷凝回收净化系统，在第一腔体内形成的第一段干馏煤气和在第二腔体内形成的部分第二段干馏煤气经冷凝回收净化系统净化后，得到净化煤气，所述净化煤气和预热空气混合后，分路送入第一腔体和第二腔体的蓄热管的相应烟气入口，在第二腔体内形成的剩余第二段干馏煤气回到备煤系统，对原料进行预处理。
作为本发明的优选实施例，所述干馏炉的第一腔体干燥段入口连接有含H2储罐。
作为本发明的优选实施例，所述干馏装置进一步包括有换热器和熄焦池，与所述净化煤气混合的预热空气是由干馏炉的冷却腔出来的热烟气与空气在换热器内完成热交换而得，热烟气与空气热交换后得到的烟气以冷烟气的形式回到干馏炉的冷却腔。
作为本发明的优选实施例，所述干馏炉的冷却腔出口连接有熄焦系统，所述熄焦系统利用惰性气体或冷空气进行干法熄焦。
一种基于上述干馏装置的干馏方法，原煤经备煤系统首先进入到干馏炉第一腔体内，在温度为150 300°C的条件下进行干燥，然后在温度为550 600°C的条件下进行第一段干馏，通过对流、传导和辐射传热完成原料的干燥和低温干馏，形成的第一段干馏煤气在冷凝回收净化系统中净化为净化煤气；经第一段干馏后的煤进入到第二腔体内进行第二段干馏，干馏温度为700 750°C，同理，通过对流、传导和辐射传热完成原料进一步干馏， 形成的第二段干馏煤气，一部分用于预热原煤，另一部分在冷凝回收净化系统中净化为净化煤气；从冷凝回收净化系统中出来的净化煤气与预热空气混合后分别进入第一腔体和第二腔体相应蓄热管的相应烟气入口 ；经第二段干馏后的半焦进入到冷却腔，由蓄热管的冷烟气和与空气换热的循环烟气回收半焦显热，得到的干馏半焦送入 熄焦系统，回收半焦显热后的烟气与空气换热，得到与净化煤气混合的预热空气。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1.原料煤可经破碎或成型，亦或与其他含氢物质(废塑料、生物质)混合，作为干馏原料。3 150mm粒径之间的原煤合理搭配入炉进行干懼,粒径小于6mm或大于80mm的煤不超过入炉干馏总量的5%。拓宽了原料利用范围。
2.采用蓄热辐射、换热管传导传热提供所需的干馏所需热量，在辐射传热、传导传热和对流传热共同作用下完成干馏。气固传热、传质快，焦油收率高，煤气中N2含量少、热值高。
3.在干馏炉干馏段进行加氢处理，实质是改变煤分子结构，提高煤含氢量、降低含氧量，有利于挥发分的逸出。
4.干馏段分成两段，最大限度提取干馏原料的挥发分，获得高产率的焦油，并且焦油中轻质组分含量多，焦油渣含量明显减少，提高了兰炭质量。
5.采用循环冷烟气对干馏半焦冷却，不会出现利用冷却水带来的水煤气反应，保证干馏反应的进行，也提高了煤气有效成分含量。
6.利用冷空气或其他惰性气体进行干法熄焦，提高兰炭品质、减低成本、节能环保。
图1为本发明煤中低温干馏的装置的结构示意图；图2为本发明煤中低温干馏的装置的内部结构示意图。图1中1.备煤系统；2.干懼原料；3.H2储罐；4.H2 ；5.干懼炉；6.第一段干懼煤气；
7.第二段干馏煤气；8.冷凝回收净化系统；9.净化煤气；10.鼓风机；11.净化焦油；12.干馏半焦；13.惰性气体储罐；14.惰性气体；15.熄焦池；16.半焦成品；17.空气；18.冷烟气；19.热烟气；20.预热空气；21.循环烟气；22.第一烟气；23.第二烟气；24.换热器；51.第一腔体；53.第二腔体；55.冷却腔图2中511.料斗；512.进料闸阀；513.辅助煤箱；514.布料器；515.第一耐火材料；516.第二耐火材料；517.蓄热管；518.异型砖；519.集气阵伞；52.中段下料通道；54.下段下料通道；15.熄焦池；5110.换热管束；5111.导料器5112.热烟气出口 ；5113.冷烟气入口
具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述。请参阅图1所示，本发明所述装置主要由备煤系统1、干馏系统、冷凝回收净化系统8、熄焦系统和余热回收系统组成。备煤系统I主要是原料的接收、筛分、成型或配煤(与废塑料、生物质等混合)，通过给料机进料，提供工艺需要的6 80mm干懼原料2, 3 150mm粒径之间的原煤合理搭配入炉进行干馏，粒径小于6mm或大于80mm的煤不超过入炉干馏总量的5%，保证干馏的连续进行。干馏系统包括核心装置干馏炉5、上升管、桥管和水封箱等。冷凝回收净化系统8主要包括文氏管塔、旋流板塔、油水分离器和电捕捕油器等。熄焦系统采用惰性气体干法熄焦工艺，包括惰性气体储罐13和熄焦池15。余热回收系统用于原煤加热和热烟气热量的回收。 请继续参阅图1所示，所述干馏炉5自顶部向下依次为第一腔体51、第二腔体53以及冷却腔55。备煤系统I的出口连接于干馏炉5的进料口，H2储罐3的出口连接于干馏炉5的第一腔体51的干燥段，干馏炉的第一腔体51的第一干馏煤气6和第二腔体53的部分第二干馏煤气7连接于冷凝回收净化系统8的入口 ；冷凝回收净化系统8得到的净化煤气9的出口部分和经与热烟气19换热后的预热空气以不同比例混合后进入第一腔体和第二腔体的蓄热管517燃烧，冷却腔55的热烟气出口与换热器24入口相连，空气通过鼓风机24送入换热器24预热。冷却腔的半焦出口连接于熄焦系统的熄焦池15 ;所述干馏炉的第二腔体53的出口部分与备煤系统I相连，惰性气体储罐13的出口与熄焦池15的入口相连。本发明所述干馏炉的第一腔体分为干燥段和第一干馏段，所述第二腔体作为第二干馏段，温度为150 300°C时，对原料进行干燥，温度为550 300°C时，所述第一腔体作为第一干馏段；所述第二腔体的温度为700 750°C，作为第二干馏段。下面，请参阅图2所示，所述干馏炉的内部结构为:所述干馏炉5的第一腔体51内部结构与第二腔体53内部结构相同，且第一腔体51与第二腔体53通过设置于二者中间的多个中段下料通道52连接，第二腔体53与冷却腔55通过设置于二者中间的多个下段下料通道54连接；所述干馏炉5在第一腔体51的上方进一步设置有料斗511和辅助煤箱513，所述料斗511和辅助煤箱513通过进料闸阀512连通；在所述第一腔体51的侧壁自内向外依次设置有第二耐火材料516和第一耐火材料515,其中，蓄热管517设置在第二耐火材料的内壁，且第二耐火材料的耐热温度大于第一耐火材料的耐热温度；在所述第一腔体51第一干馏段设置有多个换热管束5110，相邻两个换热管束5110之间设置有多个导料器5111，其中，所述导料器5111与换热管束5110垂直布置；在所述第一腔体51的上部进一步设置有多个布料器514，引出干馏煤气的集气阵伞与干馏炉的水封箱相连；所述第一腔体的底部为异型砖518。冷却腔55内置多个布料器,加强气固间换热。请继续参阅图2所述，原煤在备煤系统I得到合格的干馏原料2，在料斗511中经进料闸阀512下降到辅助煤箱513后进入干馏炉5内，经布料器514均匀布料后进入干馏炉的第一腔体，通过对流、传导和辐射传热完成原料的干燥和低温干馏阶段，在干燥段引入H2，对干馏原料进行加氢处理。经过低温干馏后的干馏煤通过中段下料通道52进入第二腔体，通过对流、传导和辐射传热完成原料的进一步干馏，之后通过下段下料管道54进入冷却腔55，与冷烟气换热，回收半焦显热，完成整个干馏过程。干馏产生的干馏油气通过集气阵伞514排出炉外。在第一腔体和第二腔体内的换热管束5110和导料器5111垂直放置，使物料均匀下降和受热。第一腔体出来的第一段干馏煤气6和第二腔体出来的部分第二段干馏煤气7经上升管、桥管后进入水封箱后进入图1中的冷凝回收净化系统8，完成油气的净化和余热的利用，净化后的净化煤气可根据需要进入下游加工处理，剩余部分与预热空气混合送入蓄热管517燃烧，提供干馏需要的热量，所述预热空气由冷却腔出来的热烟气与空气在换热器内实现换热而得到，蓄热管最后产生的冷烟气回到冷却腔。第二腔体出来的第二段干馏煤气7的剩余部分经上升管、桥管后进入水封箱后部分送入备煤系统。在冷却腔冷却后的半焦经半焦出料口 5114导入熄焦池15进行熄焦，得到半焦成品16。需要说明的是，从冷凝回收净化系统出来的净化煤气除外排利用外，分为两路，预热空气分别以不同比例与该两路净化煤气混合，以满足第一干馏阶段和第二干馏阶段温度的要求。本发明在干馏段将 成熟的蓄热燃烧技术蓄热管应用在干馏炉的燃烧供热系统中，通过与物料换热完成干馏过程。与传统干馏工艺的主要区别是:(1)传统的内热式直立干馏方炉干馏工艺是完全靠热载体(高温烟气)与物料进行热交换，而本发明干馏工艺所需的热量由蓄热辐射、传导传热提供。(2)在干馏炉干馏段内部设置蓄热管，节省设备投资，减少热量损失，提高热效率。(3)本发明干馏工艺不仅依靠物料间的对流和传导传热完成，还包括蓄热管向物料的辐射传热、传导传热。(4)本发明干馏工艺干馏冷却段改传统的冷却水冷却为冷煤气冷却，熄焦方式改传统的“水涝出焦”为干法熄焦。(5)本发明热烟气用于预热空气，回收热量，有效提高了系统能量。本发明装置中，燃烧系统采用蓄热式燃烧技术蓄热管加热，在干馏炉两侧采用蓄热式燃烧技术获得高温烟气。高温烟气进入干馏炉第一腔体和第二腔体的蓄热管后对干馏原料辐射传热。干馏原料在进入干馏炉之前进行初步干燥排出部分烟气和粉尘，减少干馏煤气中粉尘的含量，提高干馏焦油和煤气品质。本发明干馏炉冷却腔由一定量的循环冷烟气用于半焦显热回收，吸收半焦显热的热烟气通入干馏炉，和来自鼓风机的空气换热，对空气预热，冷烟气循环，送入冷却腔，对半焦冷却。为了防止干馏炉发生进料堵塞，在干馏炉内设置导料器，有利于维持物料在干馏炉内向下移动运动和物料温度均匀。为了利于半焦和冷烟气的充分换热，在冷却腔布置多个布料器，烟气充分回收半焦显热。经冷却的半焦，采用冷空气或惰性气体进行熄焦，提高半焦品质的同时节能减排。本发明的工艺流程:原料煤经备煤系统I得到6 80_的合格干馏原料2，小于6mm的粉煤作为动力煤。3 150mm粒径之间的原煤合理搭配入炉进行干馏，粒径小于6mm或大于80_的煤不超过入炉干馏总量的5%。入炉的干馏原料2送入干馏炉5中进行干馏，依次进入第一腔体、第二腔体和冷却腔，即经过干燥段、第一干馏段、第二干馏段和冷却段，完成干馏过程。炉顶压力控制在-100 Opa，炉顶保持微负压可以防止干馏煤气从炉顶溢出，但负压也不能过大，防止造成干馏气中氧含量超标。干燥段温度150 300°C之间，物料与一定量H2混合，降低煤分子中氧含量。经干燥后的物料进入第一干馏段，温度550 600°C，利用煤气和空气产生的高温烟气辐射传热和与导热管束传导传热，完成原料的低温干馏。干馏煤气经冷凝回收净化系统8后，得到净化焦油11和净化煤气9。焦油收率10% 25%。净化煤气的热值在4000Kcal/Nm3以上。经第一干馏段后进入第二干馏段，第二干馏段温度700 750°C，利用煤气和空气产生的高温烟气辐射传热和与导热管束传导传热，完成原料的进一步干馏。在第二干馏段半焦中的挥发分最大限度的逸出，挥发分以煤气为主，获得的第二段干馏煤气7部分送入备煤系统，对原料进行初步预热。在冷却腔，由循环的冷烟气18回收半焦显热，得到干馏半焦12，干馏半焦温度低于300°C。回收半焦显热后的热烟气19与空气17在换热器24中换热，循环烟气21和冷烟气18，作为吸收半焦显热的循环烟气。干馏半焦12送入熄焦池15，用来自惰性气体罐13的惰性气体14向熄焦池15喷射进行干法熄焦，获得半焦成品16。以IOOOkg原料煤为基准，炉顶温度控制在90 150°C，压力控制在_100 Opa。实施例1:`
上述的煤中低温干馏方法，当采用粒径6-80mm的原煤为干馏原料。操作条件:干燥段温度200-250 °C，第一干馏段温度550-600 °C，第二干馏段温度700-750°C。经冷凝回收净化系统后的净化煤气组成(体积分率)=H2:46-48%,CO: 10-13%, CO2:10-12%, CH4:20-23%,低位发热值:4100Kcal/Nm3，焦油收率 16.8%,半焦产
率 55%。实施例2:上述的煤中低温干馏方法，当采用粒径6-80mm的原煤，并添加一定量废塑料为干馏原料。操作条件:干燥段温度200_25(TC，第一干馏段温度550_60(TC，第二干馏段温度700-750°C。经冷凝回收净化系统后的净化煤气组成(体积分率):H2:48-50%，C0:9-11%，CO2:9-13%，CH4:23-24%，平均低位发热值:4500Kcal/Nm3。焦油收率18.2%，半焦产率58%。实施例3:上述的煤中低温干馏方法，当采用粒径6-80mm的原煤，并添加一定量生物质为干馏原料。操作条件:干燥段温度200_25(TC，第一干馏段温度550-60(TC，第二干馏段温度700-750°C。经冷凝回收净化系统后的净化煤气组成(体积分率):H2:47-49%，CO:8-12%，CO2:12-13%，CH4:24-2 5%，平均低位发热值:4400Kcal/Nm3。焦油收率18.7%，半焦产率56%。
权利要求
1.一种煤中低温干馏炉(5)，其特征在于，所述干馏炉自顶部向下依次包括第一腔体(51)、第二腔体(53)，以及冷却腔(55)，其中，所述第一腔体(51)和第二腔体(53)通过中段下料通道(52)连通，所述的第二腔体(53)和冷却腔(55)通过下段下料通道(54)连通；所述第一腔体和第二腔体结构相同，在所述第一腔体和第二腔体的内部设置有多个换热管束 (5110)，相邻换热管束(5110)之间设置有多个导料器(5111);所述换热管束的放置方向与原料煤在腔体内的运动方向垂直；所述第一腔体和第二腔体侧壁设置多个蓄热管(517);所述第一腔体根据温度的不同分为干燥段和第一干馏段。
2.根据权利要求1所述的一种煤中低温干馏炉，其特征在于:所述导料器(5111)与换热管束(5110)垂直布置。
3.根据权利要求1所述的一种煤中低温干馏炉，其特征在于:在所述第一腔体和第二腔体的侧壁上设置有蓄热管(517)，所述相应蓄热管上设置有相应的烟气入口(22、23)和冷烟气出口(18)，所述冷烟气出口(18)与冷却腔相连。
4.根据权利要求3所述的一种煤中低温干馏炉，其特征在于:所述第一腔体和第二腔体的侧壁上进一步设置有第一耐火材料(516)和第二耐火材料(515)，所述第二耐火材料设置在第一耐火材料的外侧，且第一耐火材料的耐火温度大于第二耐火材料的耐火温度。
5.根据权利要求1所述的一种煤中低温干馏炉，其特征在于:在所述第一腔体(51)和第二腔体(53)的上部进一步设置有多个布料器(514)以及集气阵伞(519)，所述集气阵伞用于引出干馏煤气并通过上升管、桥管和与水封箱相连。
6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述干馏炉的煤中低温干馏装置，其特征在于: 所述干馏炉的第一腔体和第二腔体出口连接有冷凝回收净化系统(8)，在第一腔体内形成的第一段干馏煤气和在第二腔体内形成的部分第二段干馏煤气经冷凝回收净化系统(8)净化后，得到净化煤气，所述净化煤气和预热空气混合后，分路送入第一腔体(51)和第二腔体 (53)的蓄热管(517)的相应烟气入口，在第二腔体内形成的剩余第二段干馏煤气回到备煤系统，对原料进行预处理。
7.根据权利要求6所述的一种煤中低温干馏装置，其特征在于:所述干馏炉(5)的第一腔体(51)干燥段入口连接有含H2储罐。
8.如权利要求6所述的一种煤中低温干馏装置，其特征在于:所述干馏装置进一步包括有换热器(24)和熄焦池(15)，与所述净化煤气混合的预热空气是由干馏炉的冷却腔出来的热烟气与空气在换热器内完成热交换而得，热烟气与空气热交换后得到的烟气以冷烟气的形式回到干馏炉的冷却腔。
9.根据权利要求6所述的一种煤中低温干馏装置，其特征在于:所述干馏炉的冷却腔出口连接有熄焦系统，所述熄焦系统利用惰性气体或冷空气进行干法熄焦。
10.一种基于权利要求6所述的干馏装置的干馏方法，其特征在于:原煤经备煤系统首先进入到干馏炉第一腔体内，在温度为150 300°C的条件下进行干燥，然后在温度为 550 600°C的条件下进行第一段干馏，通过对流、传导和辐射传热完成原料的干燥和低温干馏，形成的第一段干馏煤气在冷凝回收净化系统中净化为净化煤气；经第一段干馏后的煤进入到第二腔体内进行第二段干馏，干馏温度为700 750°C，同理，通过对流、传导和辐射传热完成原料进一步干馏，形成的第二段干馏煤气，一部分用于预热原煤，另一部分在冷凝回收净化系统中净化为净化煤气；从冷凝回收净化系统中出来的净化煤气与预热空气混.合后分别进入第一腔体和第二腔体相应蓄热管的相应烟气入口 ；经第二段干馏后的半焦进入到冷却腔，由蓄热管的冷烟气和与空气换热的循环烟气回收半焦显热，得到的干馏半焦送入熄焦系统，回收半焦显热后的烟气与空气换热，得到与净化煤气混合的预热空气。
全文摘要
本发明公开了一种煤中低温干馏炉、基于该干馏炉的干馏装置及干馏方法，所述干馏炉自顶部向下依次包括第一腔体、第二腔体以及冷却腔，其中，所述第一腔体、第二腔体及冷却腔依次通过下料通道连通；所述第一腔体和第二腔体结构相同，在所述第一腔体和第二腔体的内部设置有多个换热管束，相邻换热管束之间设置有多个导料器，所述换热管束的放置方向与原料煤在腔体内的运动方向垂直；所述第一腔体和第二腔体侧壁设置多个蓄热管；所述第一腔体根据温度的不同分为干燥段和第一干馏段。
文档编号C10B57/14GK103205267SQ201310136688
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者尚建选, 闵小建, 郑化安, 张志刚, 冉伟利, 樊英杰, 苗青, 陈静升, 张生军, 马勇, 贾培军 申请人:陕西煤业化工技术研究院有限责任公司