一种高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的方法
【专利摘要】本发明涉及煤高温裂解制备洁净可燃气体和活性焦粉的方法，包括：煤粉准备工序、高温裂解工序和分离回收工序。煤粉准备工序是将煤粉制成需要的细度；高温裂解工序是将由煤粉准备工序处理获得的煤粉送入高温裂解炉，在绝氧密闭环境下瞬间裂解产生活性焦粉和洁净可燃气体；分离回收工序，将活性焦粉和洁净可燃气体从高温裂解炉排出后回收利用。整个过程在密闭循环系统中瞬间完成，不消耗水，不存在煤的燃烧和损耗，也没有污染排放，实现了煤的高效清洁转化，提高了能源利用效率。
【专利说明】一种高温裂解制备可燃气体和活性焦粉的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤炭应用工业领域，具体涉及煤高温裂解制备洁净可燃气体和活性焦粉的方法。
【背景技术】
[0002]21世纪上半叶，多数发展中国家能源结构将主要依赖于煤炭、石油、天然气等常规能源。现有煤气化技术普遍存在能耗高、污染重、煤种要求苛刻和煤潜能不能被充分利用的问题。煤制气工艺是在一定温度、压力条件下利用气化剂(02、H2O或CO2)与特定煤种的煤炭反应生成合成气(C0、H2的混合物)，由于该工艺并不是在完全密闭的系统中进行的，过程还需要大量水，故不可避免的存在煤的燃烧、氧化和损耗。同时产生的气体成分复杂，不仅含有焦油、轻油、石脑油及酚类物质，还含有大量C02。因此，还需要对气体进行深度净化和回收处理，方可使用。
[0003]清华大学基于现有煤气化与甲烷化工艺，研发出电一替代天然气联产系统及工艺。该工艺首先使空气分离装置制得的氧气和煤粉或水煤浆进入煤气化设备，产生的粗气化煤气经显热回收后送入一氧化碳耐硫变换反应器调整氢碳比，再送入脱硫脱碳设备回收单质硫并富集一氧化碳，将净合成气送入甲烷化反应器生成替代天然气，部分作为民用燃气，部分送入燃气蒸汽联合循环装置，部分送入替代天然气储罐。其工艺将煤气化、甲烷化和燃气蒸汽联合循环整合在一起，比现有煤气化工艺具有技术优势，更有效的利用了煤的潜能，但仍然没有摆脱煤气化工艺的窠白，整个过程使用氧气，不可避免地存在煤炭的部分燃烧和损耗，得到低热值的焦炉气体因含有较多杂质，而不得不设以繁琐的净化装置。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供了一种煤高温裂解制备洁净可燃气体和活性焦粉的方法。该方法通过使煤粉在高温下发生瞬间裂解，能产生活性焦粉和洁净可燃气体。
[0005]本发明的技术方案具体为:
[0006]一种煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，包括:
[0007]煤粉准备工序，将煤粉提质干燥并磨碎至一定细度；
[0008]高温裂解工序，将由煤粉准备工序处理获得的煤粉送入高温裂解炉，在绝氧密闭环境下瞬间裂解产生活性焦粉和洁净可燃气体；
[0009]和分离回收工序，将活性焦粉和洁净可燃气体从高温裂解炉排出后回收利用。
[0010]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，煤粉准备工序中，煤粉经提质干燥粉碎处理，含水量降至10%以下，煤粉粒度细于40目。
[0011]在本发明所述的高温裂解制备活性焦和洁净可燃气体的方法中，利用煤粉准备工艺将煤粉处理成特定细度、特定含水量的细粉颗粒，可以确保在后续的高温裂解工序中被有效裂解，实现高效、连续的生产。
[0012]优选的是，根据煤原料的不同，煤粉粒度在60?270目时，可以获得最好的效果，既可以获得最优的投入产出比，也可以实现更好的焦粉和洁净燃气的分离和捕集。
[0013]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，煤粉准备工序获得的煤粉在正压条件下被送入高温裂解炉内，确保没有空气流入。
[0014]优选的是，煤粉准备工序获得的煤粉以比高温裂解工序中高50?10Pa的压力被送入高温裂解炉中。
[0015]在本发明的煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法中，煤粉通过带锁气装置的进料装置确保在正压条件下被送入高温裂解炉内，确保没有空气进入裂解工序，从而提高了活性焦粉和洁净可燃气体的产出率，同时也提高了生产过程的安全性。
[0016]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，高温裂解工序的环境温度为800?1000°C，绝氧密闭。
[0017]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，煤粉在高温裂解炉内的气化裂解时间为2?6秒。
[0018]在本发明的煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法中，通过对高温裂解工序的反应条件设计，可以实现连续生产，确保了工业化生产效率。
[0019]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，在分离回收工序中，裂解产品经气固分离装置分离后，活性焦粉经冷却后送入料仓回收利用，可燃气体经冷却后，少部分提供裂解炉必需的能量，其余回收利用。
[0020]所述煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，进一步地，经所述煤粉准备工序处理的煤粉以0.05?150吨/小时的速度被送入高温裂解炉中进行高温裂解处理。
[0021]有益效果
[0022]本发明所述的煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，整个生产过程在密闭绝氧的系统环境中瞬间完成，不消耗水，不存在煤的燃烧和损耗，也没有温室气体CO2等污染排放；
[0023]本发明所述的煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，经过煤粉准备工序处理的煤粉可连续投入高温裂解炉中，裂解产物可以连续从裂解炉排出而被回收，与传统的煤制气工艺相比，可以实现连续生产，生产效率更高。
[0024]本发明所述的煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法适用于任何煤种。所得到的产物——活性焦粉和洁净可燃气体均可回收利用。煤粉经进料装置进入高温裂解装置后，被瞬间加热至800?1000°C，进而裂解产生可燃气体，因为研究发现在该温度范围内，煤粉被迅速加热，煤内的挥发成分瞬间裂解为可燃气体。由于挥发份的裂解膨胀和逸出，剩余产物焦粉因此具有丰富的孔隙结构，不仅可以应用于钢铁冶金领域，还可用于制备如活性炭、活性焦等炭吸附材料。同时产生的洁净燃气主要成分为甲烷、乙烷的短链烷烃和氢气，含量分别为:甲烷35%?75%，乙烷2%?12%，氢气1%?8%，一氧化碳2%?16%，余量的为二氧化碳等气体。洁净燃气的热值约为5000?8500kcal/Nm3，而现有煤化工工艺得到的合成气成分以氢气、一氧化碳为主，氮气、二氧化碳等杂质气体较多，热值仅为 2000 ?3000 kcal/Nm3 左右。
[0025]从而实现了煤的高效清洁转化，能源利用效率大大提高，解决了现有煤气化技术存在的能耗高、污染重、煤种要求苛刻和煤潜能不能被充分利用的问题。
【具体实施方式】
[0026]以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0027]经过干燥的合适粒度的煤粉在隔绝空气、水汽的条件下通过带锁气装置的进料系统送入高温裂解炉。煤粉进料过程是在正压情况下进行的，从而确保没有任何空气流进入进料和裂解系统，只有出气，没有进气。
[0028]活性焦粉和洁净可燃气体从高温裂解炉底部排出并冷却，经过旋风分离器分离后，洁净可燃气体少部分提供裂解炉必需的能量，其余回收利用。活性焦粉经筛分，分级处理后用作后续生产。
[0029]实施例1
[0030]在山东即墨市工业园区建设50kg/h的煤高温裂解中间试验装置。
[0031]将大同气煤经煤粉准备工序，进一步粉碎干燥提质，获得细度为180?200目、水份含量为O?2%的煤粉，通过带有锁气装置的进料系统，在正压下隔绝空气送入高温裂解炉，送料速度为50kg/h，炉膛温度大约800?900°C，裂解炉裂解时间约2秒，经气固分离装置获得可燃气体和活性焦粉。
[0032]在该条件下，检测得到的气体组分为:
[0033]甲烷74.7%，乙烷9.8%，氢气1.5 %，一氧化碳2.7%，其余主要为二氧化碳，热值约为 8032kcal/Nm3。
[0034]实施例2
[0035]在实施例1的基础上，原料采用内蒙古产褐煤，煤粉准备工序处理后的煤粉细度为140?170目，水分含量为I?5%，送料速度为120kg/h，炉膛温度约850?950°C，其他条件与实施例1相同。
[0036]在该条件下，检测得到的气体组分为:
[0037]甲烷56.3 %，乙烷8.5 %，氢气6.2 %，一氧化碳8.9%，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为6563kcal/Nm3。
[0038]实施例3
[0039]在黑龙江省大兴安岭地区建设7t/h的煤高温裂解工业化装置。
[0040]使用当地欧浦煤矿的褐煤。煤粉准备工序处理后的煤粉细度为细于60目、水份含量为O?6%，煤粉通过带有锁气装置的进料系统，在正压下隔绝空气送入高温裂解炉，送料速度约为5t/h ;炉膛温度大约850?980°C，裂解时间约为3秒，经气固分离装置获得可燃气体和活性焦粉。
[0041]在该条件下，检测得到的气体组分为:
[0042]甲烷36.8%，乙烷10.2%，氢气6.5%，一氧化碳9.2%，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为5172kcal/Nm3。
[0043]实施例4
[0044]在实施例3的基础上，煤粉准备工序处理后的煤粉细度为200?270目，水分含量为2?10%，送料速度为10t/h，炉膛温度约900?1000°C，裂解时间约为6秒，其他条件与实施例1相同。
[0045]在该条件下，获得的洁净可燃气体检测得到的组分为:
[0046]甲烷48.4 %，乙烷11.2 %，氢气7.3 %，一氧化碳14.2 %，其余主要为二氧化碳，洁净可燃气体的热值约为6489kcal/Nm3。
[0047]需要说明的是，上述具体实施方案仅是示例性的，并不应当被解释为可选择形式的描述。而且，应当注意，本文提供的各种实施方案的描述可以具有重叠的范围。本文论述的实施方案仅是描述性的并不是为了限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种煤高温裂解制备活性焦粉和洁净可燃气体的方法，包括: 煤粉准备工序，将煤粉提质干燥并磨碎至一定细度； 高温裂解工序，将由煤粉准备工序处理获得的煤粉送入高温裂解炉，在绝氧密闭环境下瞬间裂解产生活性焦粉和洁净可燃气体； 和分离回收工序，将活性焦粉和洁净可燃气体从高温裂解炉排出后回收利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:煤粉准备工序中，煤粉经提质干燥粉碎处理，含水量降至10%以下，煤粉粒度细于40目。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于:煤粉准备工序获得的煤粉在正压条件下被送入高温裂解炉内。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于:煤粉准备工序获得的煤粉以比高温裂解炉中高50?10Pa的压力被送入高温裂解炉中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于:高温裂解工序的环境温度为800?1000°C，绝氧密闭。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于:煤粉在高温裂解炉内的气化裂解时间为2?6秒。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于:在分离回收工序中，裂解产品经气固分离装置分离后，活性焦粉经冷却后送入料仓回收利用，可燃气体经冷却后，少部分提供裂解炉必需的能量，其余回收利用。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于:经所述煤粉准备工序处理的煤粉按照设备规模，以0.05?150吨/小时的速度被送入高温裂解炉中进行高温裂解处理。
【文档编号】C10L3/08GK104312605SQ201410495507
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】赵建勋, 隋志文, 王照辉, 张伟, 刘美慧 申请人:赵建勋