一种煤炭分级分质处理的系统和方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种煤炭分级分质处理的系统和方法。

背景技术：

煤热解是在一定的温度、绝氧环境下对煤进行加热，从而使煤中的挥发份分解，产生热解固体、热解气和焦油的过程，是实现煤炭分质梯级利用的关键步骤。现有技术报道，粉状的中低阶煤与粉状生石灰混合压球后经旋转床热解可得高温活性球团，直接热送进电石炉进行电石生产，可极大的降低原料成本、提高系统的热效率、降低生产能耗。在该过程中，煤在旋转床中的热解属于无热载体热解，所得热解气品质高，尤其是其中的氢气含量高，达50v％以上；所得焦油基本属于重质焦油，若想重新利用必须先经过预处理后再进行加氢精制，但该过程比较复杂，且对催化剂和压力的要求较高，未能实现对焦油的高效利用。

与此同时，煤加氢气化是指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反应生成富含甲烷的气体以及轻质油品的过程。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。但是，氢气的价格昂贵，寻找氢气的可替代气氛成为许多研究者的关注点；同时，目前的加氢气化炉一般采用冷却水进行激冷，导致产生大量的废水。

技术实现要素：

本发明旨在将煤与钙基原料混合球团热解与煤加氢气化和电石生产工艺相耦合，将混合球团热解产生的热解气作为煤加氢气化的氢源，热解焦油作为煤加氢气化的激冷剂，在冷却气化合成气的同时，二次裂解为轻质焦油；热解固体直接高温热送至电石炉，产生电石，以确保中低阶煤炭热解产生的油、气、固体产品均得到高效利用，提高系统效率，以实现中低阶煤炭的分质梯级利用。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤炭分级分质处理的系统，包括热解单元、油气分离净化单元、加氢气化单元以及电石冶炼单元；其中，

所述热解单元包括煤粉与钙基原料混合型球入口、荒煤气出口和热解固体球团出口，所述热解单元用于煤粉与钙基原料混合型球的高温热解；

所述油气分离净化单元设有荒煤气入口、循环冷却水入口、循环冷却水出口、轻油出口、净煤气出口以及重质焦油出口，所述荒煤气入口和所述荒煤气出口相连，所述油气分离净化单元用于对荒煤气进行处理得到净煤气、重质焦油和轻质焦油；

所述加氢气化单元包括煤粉喷嘴、净煤气喷嘴、焦油喷嘴、焦渣出口以及油气出口，所述净煤气喷嘴和所述净煤气出口相连，所述焦油喷嘴与所述重质焦油出口相连；在所述加氢气化单元，所述重质焦油用作激冷剂，所述净煤气作为氢源与煤发生加氢气化反应；

所述电石冶炼单元包括高温固体球团入口、电石炉气出口和电石出口，所述高温固体球团入口和所述热解固体球团出口相连，所述电石冶炼单元用于对热解产生的高温固体球团进行冶炼。

进一步地，所述系统还包括煤粉与钙基原料预处理单元，所述煤粉与钙基原料预处理单元包括煤粉与钙基原料入口和煤粉与钙基原料混合型球出口，所述煤粉与钙基原料混合型球出口和所述煤粉与钙基原料混合型球入口相连，所述煤粉与钙基原料预处理单元用于将煤粉与钙基原料进行处理得到煤粉与钙基原料混合型球。

进一步地，所述热解单元使用的装置为无热载体蓄热式预热炉。

所述无热载体蓄热式预热炉中设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布。

所述加氢气化单元使用的装置是气化炉。

所述电石冶炼单元使用的装置为电石炉。

具体地，所述油气分离净化单元使用的装置为水喷淋装置。所述水喷淋装置内的冷却水入口管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴交错排列，所述冷却水入口管垂直方向上设有挡板，且所述挡板的低端位于所述净煤气出口的下方。

优选地，所述净煤气喷嘴个数为偶数个，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周。

进一步地，所述系统还包括保温输送装置，所述高温固体球团入口通过所述保温输送装置与所述热解固体球团出口相连；所述高温输送装置为保温桶或保温链板。

本发明还提供一种煤炭进行分级分质处理的方法，其特征在于，包括步骤：

A.热解：将所述煤粉与钙基原料混合型球送入所述热解单元进行高温热解，得到煤热解产物荒煤气及高温固体球团；

B.油气分离净化：将所述荒煤气送入所述油气分离净化单元进行水喷淋降温除尘处理，将得到的净化气体作为氢源输至所述加氢气化单元，得到的液体经油水分离后得到的所述重质焦油作为激冷剂喷入所述气化炉；

C.加氢气化：在所述加氢气化单元以所述净煤气作为氢源与煤发生加氢气化反应，得到富甲烷气和轻质焦油；以所述重质焦油作为煤加氢气化的激冷剂，在冷却气化合成气的同时进行二次裂解；

D.电石生产：在所述电石冶炼单元将热解产生的所述高温固体球团进行冶炼，得到液态电石及电石炉气。

进一步地，所述方法还包括预处理：在所述煤粉与钙基原料预处理单元将所述煤粉与所述钙基原料进行破碎筛分，然后与粘结剂混合并压制成型得到所述煤粉与钙基原料混合球团。

具体地，将所述热解单元的热解温度控制在750-950℃。热解时间为20-60min。

作为优选的实施方案，将所述煤粉与钙基原料混合型球中煤粉破碎粒度控制为<1mm。所述钙基原料破碎粒度控制为<3mm。所述粘结剂的加入量为混合物料的1.0wt％-10.0wt％。所述钙基原料与所述煤粉的加入质量比为0.8-1.2:1。

具体地，将所述加氢气化单元反应温度控制为800-1000℃。气化时间小于2s。

作为优选的实施方案，所述电石冶炼单元反应温度为1800-2200℃。

本发明利用煤与钙基原料混合球团在预热炉内共热解所得热解气品质高、含氢量高的优势，将其作为煤加氢气化的氢气来源，降低氢气来源的成本；热解产生的固体球团可直接热送进电石炉，降低电石生产的能耗；同时，直接利用热解产生的焦油作为加氢气化炉的激冷剂，减少废水产生的同时，将重质焦油再次裂解得轻质焦油。实现了热解产品的高效利用。

采用本发明的系统和方法，取得了以下效果：

(1)以钙基原料和煤粉混料球团为原料，热解后固体球团进行电石生产时可大大提高原料的接触面积，提高反应速率；同时，因为钙基原料的催化作用，可显著提高热解气中的氢气含量，有利于其作为加氢热解反应的氢源；

(2)采用无热载体蓄热式预热炉对钙基原料和煤粉混料球团进行热解，不仅可以提高热利用率，还可提高热解气体的品质；

(3)热解产生的荒煤气经净化后作为加氢热解单元的氢气来源，可显著降低加氢气化反应中氢源的成本；

(4)热解产生的焦油经冷却后无需预处理直接作为激冷剂喷入加氢气化反应炉，在降低气化反应产物温度的同时，发生加氢裂解反应，充分利用加氢气化反应产物的显热，并提高焦油的附加值；

(5)热解产生的高温固体球团经密闭保温输送装置，直接入电石炉，可充分利用热解固体的显热，进一步降低电石生产的能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的生产工艺流程图；

图2是本发明的生产系统示意图。

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。

本发明提出了一种实现煤炭分质梯级利用的方法，如图1，包括以下步骤：

第一步：煤粉与钙基原料混料球团热解：即将煤粉与钙基原料混合球团通过皮带输送机送入预热炉，高温热解得到煤热解产物荒煤气及高温固体球团；其中，热解反应器为蓄热式预热炉；热解温度为550-800℃，热解时间为30-60min；

所述煤粉与钙基原料混合型球的制备方法如下：首先将中低阶煤与钙基原料进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；钙基原料破碎至<3mm；然后将煤粉、钙基原料及粘结剂混合，并压制成型；粘结剂的加入量为混合物料1.0wt％-10.0wt％；钙基原料与煤粉的加入质量比为0.8-1.2:1；

第二步：油气分离净化：热解产生的荒煤气进入气体净化单元，经过水喷淋降温除尘后的气体被输送并喷入加氢气化炉内与煤粉混合，进行反应；喷淋后的液体经油水分离后，重质焦油被作为激冷剂喷入气化炉，水可循环利用；

第三步：煤加氢气化：以净化单元送来的净煤气作为氢源，与煤粉发生加氢气化反应，得到富甲烷气和轻质焦油。加氢气化的反应器为气化炉；气化温度为800-1000℃；气化时间小于2s；

第四步：电石生产：预热炉热解产生的高温固体球团经保温密闭输送装置送入电石炉，在电石炉内加热到1800-2200℃，冶炼制得液态电石及电石炉气。

本发明提出了一种实现煤炭分质梯级利用的系统，如图2：

本发明所描述的电石生产系统由预热炉热解单元1、油气分离净化单元2、煤加氢气化单元3以及电石冶炼单元4组成。

预热炉热解单元1的装置可以是无热载体蓄热式预热炉，包括煤粉与钙基原料混合型球入口11、荒煤气出口12和热解固体球团出口13；所述煤粉与钙基原料混合型球入口与型球输送皮带相连；所述型球输送皮带与成型机的出口相连。

所述预热炉中设置有上下两层蓄热式辐射管，分布在料层的上方和下方；每层所述蓄热式辐射管包括多个平行且均匀分布的蓄热式辐射管。

油气分离净化单元2的装置可以是水喷淋装置，设有荒煤气入口21、循环冷却水入口22、循环冷却水出口23、轻油出口25、净煤气出口26以及重质焦油出口27；

所述荒煤气入口21与预热炉热解单元1的荒煤气出口12相连；所述冷却水入口管上设置有多个喷嘴24；所述喷嘴的方向交错排列，以保证冷却水与荒煤气的充分接触；所述喷淋塔内与冷却水入口管垂直方向设置挡板，且挡板的低端位于净煤气出口26的下方，进一步保证冷却水与荒煤气的充分接触；

煤加氢气化单元3的装置可以是气化炉，包括反应室3-1和激冷室3-2。设有煤粉喷嘴31、净煤气喷嘴32、焦油喷嘴33、油气出口34以及焦渣出口35；所述净煤气喷嘴32与油气分离净化单元2的净煤气出口26相连；所述焦油喷嘴33与所述油气分离净化单元2的重质焦油出口27相连；所述净煤气喷嘴32的个数为偶数，对称排列在煤粉喷嘴31的四周，便于净煤气与煤粉进行充分的混合；所述焦油喷嘴33的个数为偶数，对称排列在气化炉四周；

电石冶炼单元4的装置可以是密闭式电石炉，设有高温固体球团入口41、电石炉气出口42和电石出口43；所述高温固体球团入口41通过保温输送装置与预热炉热解单元1的热解球团出口13相连；所述高温输送装置可以是保温桶或保温链板中的一种。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

利用本发明的系统，先将中低阶煤与石灰石进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；石灰石破碎至<2mm；然后将煤粉、石灰石及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与石灰石混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料1.0wt％，石灰石与煤粉的加入质量比为0.8:1。

然后将煤粉与石灰石混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内950℃下热解30min，获得荒煤气和高温固体球团；出炉荒煤气在水喷淋塔内进行除尘、净化、分离，获取净煤气、轻质焦油以及重质焦油；其中的净煤气通过喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在1000℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；重质焦油通过喷嘴喷入气化炉，作为加氢气化反应的激冷剂，对反应产生的富甲烷气及半焦进行降温，降温后温度在500-650℃左右，同时重质焦油发生加氢裂解反应，产生热解气和轻质焦油，与加氢热解反应的油气产品混合处理；轻质焦油输出后直接净化储存；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备(热送温度为热解固体出炉温度)送入电石冶炼装置，在2200℃下冶炼得到电石。

实施例2

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将中低阶煤与生石灰进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；电石渣破碎至<3mm；然后将煤粉、生石灰及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与生石灰混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料10.0wt％，生石灰与煤粉的加入质量比为1.2:1。

然后将煤粉与生石灰混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内750℃下热解60min，获得荒煤气和高温固体球团；出炉荒煤气在水喷淋塔内进行除尘、净化、分离，获取净煤气、轻质焦油以及重质焦油；其中的净煤气通过喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在900℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；重质焦油通过喷嘴喷入气化炉，作为加氢气化反应的激冷剂，对反应产生的富甲烷气及半焦进行降温，降温后温度在500-650℃左右，同时重质焦油发生加氢裂解反应，产生热解气和轻质焦油，与加氢热解反应的油气产品混合处理；轻质焦油输出后直接净化储存；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备(热送温度为热解固体出炉温度)送入电石冶炼装置，在2100℃下冶炼得到电石。

实施例3

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将中低阶煤与电石渣进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；电石渣破碎至<3mm；然后将煤粉、电石渣及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与电石渣混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料4.0wt％，电石渣与煤粉的加入质量比为1:1。

然后将煤粉与电石渣混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内850℃下热解40min，获得荒煤气和高温固体球团；出炉荒煤气在水喷淋塔内进行除尘、净化、分离，获取净煤气、轻质焦油以及重质焦油；其中的净煤气通过喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在850℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；重质焦油通过喷嘴喷入气化炉，作为加氢气化反应的激冷剂，对反应产生的富甲烷气及半焦进行降温，降温后温度在500-650℃左右，同时重质焦油发生加氢裂解反应，产生热解气和轻质焦油，与加氢热解反应的油气产品混合处理；轻质焦油输出后直接净化储存；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备(热送温度为热解固体出炉温度)送入电石冶炼装置，在2000℃下冶炼得到电石。

实施例4

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将中低阶煤与石灰进行破碎筛分，将中低阶煤破碎至<1mm；石灰破碎至<3mm；然后将煤粉、石灰及粘结剂混合，并压制成型，得到煤粉与石灰混合型球；其中，粘结剂的加入量为混合物料8.0wt％，石灰与煤粉的加入质量比为1.2:1。

然后将煤粉与石灰混合型球用皮带输送机送入预热炉热解单元。混合球团在预热炉内800℃下热解45min，获得荒煤气和高温固体球团；出炉荒煤气在水喷淋塔内进行除尘、净化、分离，获取净煤气、轻质焦油以及重质焦油；其中的净煤气通过喷嘴喷入加氢气化炉，与煤粉喷嘴喷入的煤粉进行充分混合，并在800℃下进行加氢气化反应，获取富甲烷气和轻质焦油，净化分离后做进一步利用；重质焦油通过喷嘴喷入气化炉，作为加氢气化反应的激冷剂，对反应产生的富甲烷气及半焦进行降温，降温后温度在500-650℃左右，同时重质焦油发生加氢裂解反应，产生热解气和轻质焦油，与加氢热解反应的油气产品混合处理；轻质焦油输出后直接净化储存；预热炉热解单元获取的高温固体球团经密闭保温输送设备(热送温度为热解固体出炉温度)送入电石冶炼装置，在1800℃下冶炼得到电石。