一种分步处理褐煤的系统及方法与流程

本发明属于化工技术领域，具体的涉及一种分步处理褐煤的系统及方法。

背景技术：

褐煤是一种含氧高、含水高、易粉化、热值低、稳定性差、易自燃且煤化程度低的劣质煤。传统的褐煤利用方式主要是对其进行干燥后用于火力发电，未实现褐煤的分级分质利用。目前，褐煤气化制合成气成为褐煤的主要利用方式之一，但由于褐煤的高含氧量和含水量特点，使得褐煤成浆性差、水煤浆浓度低、气化效率差。

煤热解被认为是最有前途的低阶煤分级分质利用方式，可将褐煤中的油气组分提取出来，提高产品的附加值，但目前热解所得的废水处理难度大；同时，热解焦油的轻质组分含量低，利用困难。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种褐煤分步处理的系统及方法，集褐煤热解、焦油催化裂解、热解油气过滤、产品分离于一体，并将制备的水焦浆气化获得合成气，实现了褐煤的分级综合利用。

本发明的目的之一是提供一种分步处理褐煤的系统，包括热解炉、气液分离装置、水焦浆制备装置、水焦浆气化装置；

所述热解炉的腔内设有内筒，所述内筒与热解炉的炉壁之间形成集气腔，所述热解炉的粉煤入口位于所述内筒的上方，所述内筒的侧壁下部设有滤孔，所述集气腔内设有挡板，所述挡板的上方为催化层，所述集气腔的顶部设有热解油气出口，所述内筒的底部设有第一半焦出口，所述集气腔的底部设有第二半焦出口；

气液分离装置包括热解油气入口、冷却水入口、热解气出口和油水混合物出口，所述热解炉的热解油气出口连接所述气液分离装置的热解油气入口；

水焦浆制备装置包括半焦入口、油水混合物入口、分散剂入口和水焦浆出口，所述热解炉的第一半焦出口和第二半焦出口连接所述水焦浆制备装置的半焦入口，所述气液分离装置的油水混合物出口连接所述水焦浆制备装置的油水混合物入口；

水焦浆气化装置包括水焦浆入口、合成气出口和焦渣出口，所述水焦浆制备装置的水焦浆出口连接所述水焦浆气化装置的水焦浆入口。

作为本发明优选的方案，所述热解炉的集气腔内设有过滤层，所述过滤层位于所述催化层的上方。

作为本发明优选的方案，在所述热解炉的集气腔的底部设有倾斜的导流板，所述导流板位于所述第二半焦出口与热解炉的炉壁之间。

作为本发明优选的方案，所述气液分离装置还包括废水出口，所述废水出口连接所述气液分离装置的冷却水入口。

作为本发明优选的方案，所述水焦浆气化装置的内腔底部设有焦渣挡板。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理褐煤的方法，包括以下步骤：

a、将粉状褐煤送入热解炉的内筒，发生热解反应，热解温度750～800℃，生成荒煤气和半焦，所述荒煤气携带部分半焦通过滤孔进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出；

b、所述荒煤气和携带的半焦进入所述集气腔后上升，部分所述携带的半焦与挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；所述荒煤气通过催化层，进行焦油的催化裂解，获得热解油气，所述热解油气由热解油气出口排出；

c、将所述热解油气通入气液分离装置后，通入冷却水对所述热解油气进行冷却除尘，获得热解气和油水混合物；

d、将所述第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷却后送入水焦浆制备装置，将所述油水混合物送入所述水焦浆制备装置，与分散剂混合，制得水焦浆；

e、将所述水焦浆送入水焦浆气化装置，在1150～1350℃进行气化，获得合成气和焦渣。

优选的，所述步骤b中，焦油的催化裂解温度为850～900℃。

进一步的，所述步骤b中的热解油气通过过滤层，过滤后排出所述热解炉。

作为本发明优选的方案，所述步骤c还产生废水，将所述废水作为冷却水，通入所述气液分离装置的冷却水入口。

优选的，所述步骤a中的粉状褐煤的粒度≤1mm。

本发明提供的分级处理褐煤的系统及方法，热解炉集褐煤热解、气固分离、焦油催化裂解、热解油气过滤于一体，提高原料的利用率；通过焦油催化裂解，将荒煤气中的焦油转化为热解气，充分利用荒煤气余热，提高产品附加值；通过油水混合物制备水焦浆，并进行水焦浆气化，避免了废水的排放，进一步将其中的焦油及含尘转化为高附加值的气体，实现含尘焦油的再利用；通过煤热解与水焦浆气化的耦合，实现了热解半焦的高效利用，最终实现了褐煤的分级分质利用。

附图说明

图1是本发明实施例系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的热解炉的结构图。

图3是本发明实施例方法的流程图。

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。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种分步处理褐煤的系统，包括热解炉1、气液分离装置2、水焦浆制备装置3和水焦浆气化装置4。本实施例的系统可在热解炉1内对焦油催化裂解，半焦和油水混合物用于制备水焦浆，避免了污水的排放，实现了焦油的再利用。

如图2所示，热解炉1为褐煤的热解装置，可将粉状褐煤热解为固体、液体和气体产物。热解炉1由炉壁11围成一个封闭的腔，热解炉1的顶部和底部为锥形，中部为圆柱形。在热解炉的腔内设有内筒12，内筒12将热解炉内分隔为两个腔，内筒12内的腔为热解腔，内筒12与热解炉的炉壁11之间形成集气腔。

在热解炉的内筒12的上方炉顶上设有粉煤入口101，粉状褐煤由粉煤入口101进入热解炉内。粉煤入口101连接有圆盘式固体分布器18，便于粉煤的均匀分布。内筒12内腔的温度为750～800℃，褐煤在内筒12内受热，发生热解反应，热解时间6～9s(秒)，生成半焦和荒煤气，荒煤气为气体和焦油的混合物。

在内筒12的侧壁下部设有滤孔105，内筒12内的荒煤气通过滤孔105进入集气腔，滤孔105的大小为100目～200目。在内筒12的炉体底部设有第一半焦出口103，内筒的绝大部分半焦通过第一半焦出口103排出热解炉1。少部分的小颗粒半焦随荒煤气通过滤孔105进入集气腔。

集气腔的顶部设有热解油气出口102，荒煤气进入集气腔后上升。在集气腔内设有挡板13，挡板13固定在炉壁11的内侧或内筒12的外侧，位于滤孔105的上方。随着荒煤气的上升，其携带的半焦颗粒与挡板13发生碰撞，半焦颗粒下落到炉底。在集气腔的底部设有第二半焦出口104，集气腔内下落的半焦由第二半焦出口104排出。在第二半焦出口104与炉壁11之间设有导流板16，导流板16倾斜设置，下落的半焦落在导流板16上，沿着导流板16可直接滑动到第二半焦出口104附近。

在集气腔内，挡板13的上方设有催化层14，在催化层14包含块状焦油裂解催化剂(所述催化剂为活性炭、生石灰、白云石中的一种)，促进焦油的催化裂解。上升的荒煤气通过挡板13后进入催化层14，荒煤气中的焦油在850～900℃发生裂解，获得热解油气。

热解炉的集气腔内还设有过滤层15，过滤层15位于催化层14的上方。过滤层15的材质为蜂窝状陶瓷过滤材料，热解油气通过过滤层15，可进一步过滤其中的固体颗粒。过滤后的热解油气通过热解油气出口102排出热解炉。

在热解炉的内筒12和集气腔内均安装有加热器17，为热解和焦油的裂解提供热能。本实施例的加热器17为蓄热式辐射管，可更好的为热解炉提供能量。

本实施例的热解炉集褐煤热解、气固分离、焦油催化裂解、热解油气过滤于一体，提高原料的利用率。通过焦油催化裂解，将荒煤气中的焦油转化为热解气，充分利用荒煤气余热，提高产品附加值。

气液分离装置2为水喷淋装置，用于热解油气的冷却除尘。气液分离装置2包括热解油气入口21、冷却水入口22、热解气出口23和油水混合物出口24和废水出口25。热解炉的热解油气出口102连接气液分离装置的热解油气入口21。热解油气由热解油气入口21进入气液分离装置2，由冷却水入口22向气液分离装置2内注入冷却水。冷却水入口22位于气液分离装置2的顶部，热解油气进入气液分离装置2后，与冷却水接触。其中的粉尘和焦油随冷却水落下，获得的热解气由热解气出口23排出，将热解气送入储藏装置进行储藏。落下的油水混合物由油水混合物出口24排出。

优选的，本实施例的废水出口25连接气液分离装置的冷却水入口22。排出气液分离装置2的废水，可作为冷却水再次进入气液分离装置2，实现水的循环利用，调节气液分离装置2内的水位。

水焦浆制备装置3为机械搅拌混合装置，用于水焦浆的制备，包括半焦入口31、油水混合物入口32、分散剂入口33和水焦浆出口34。热解炉的第一半焦出口103和第二半焦出口104连接水焦浆制备装置的半焦入口31，气液分离装置的油水混合物出口24连接水焦浆制备装置的油水混合物入口32。热解炉1产生的半焦经冷却后进入水焦浆制备装置3，向水焦浆制备装置3内添加分散剂，气液分离装置2产生的油水混合物进入水焦浆制备装置3，与半焦和分散剂混合，制得水焦浆。分散剂的添加量为半焦质量的0.1％-1.0％，制得的水焦浆的浓度为60-70％。

水焦浆气化装置4为水焦浆气化炉，用于利用水焦浆制备合成气。水焦浆气化装置包括水焦浆入口41、富氧气体入口42、合成气出口43、激冷剂入口44和焦渣出口47。水焦浆入口41和富氧气体入口42设置在水焦浆气化装置4的顶部，以便水焦浆与富氧气体的充分混合。水焦浆制备装置的水焦浆出口34连接水焦浆气化装置的水焦浆入口41。水焦浆在水焦浆气化装置4内气化，气化温度1150～1350℃，气化压力2.5～10mpa。获得的合成气由合成气出口43进行收集，焦渣由焦渣出口47排出。

优选的，在水焦浆气化装置4内腔的底部设有焦渣挡板45和焦渣刮板46。焦渣挡板45倾斜设置，焦渣挡板45与水平夹角为30-75°，可将焦渣导流至焦渣出口47。焦渣刮板46位于焦渣挡板45上方，设置在焦渣挡板45与水焦浆气化装置4的侧壁的连接处，可进行旋转刮除焦渣挡板45上残留的焦渣。

本实施例通过油水混合物制备水焦浆，并进行水焦浆气化，避免了废水的排放，进一步将其中的焦油及含尘转化为高附加值的气体，实现含尘焦油的再利用；通过煤热解与水焦浆气化的耦合，实现了热解半焦的高效利用，最终实现了褐煤的分级分质利用。

如图3所示，另一方面，本实施例提供一种利用上述系统处理褐煤的方法，包括以下步骤：

1、将粒度≤1mm的粉状褐煤送入热解炉的内筒，发生热解反应，热解温度750～800℃，时长6～9s，生成荒煤气和半焦，荒煤气携带部分半焦通过滤孔进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤气通过催化层，进行焦油的催化裂解，催化裂解温度为850～900℃，获得热解油气，热解油气通过过滤层进一步过滤，之后由热解油气出口排出。

3、将热解油气通入气液分离装置后，通入冷却水对热解油气进行冷却除尘，获得热解气、油水混合物和废水。

4、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷却后送入水焦浆制备装置，将油水混合物送入水焦浆制备装置，与分散剂混合，制得水焦浆；分散剂的添加量为半焦质量的0.1～1％。

5、将水焦浆送入水焦浆气化装置，在1150～1350℃进行气化，气化压力2.5～10mpa，获得合成气和焦渣。

优选的，在步骤3中，将废水作为冷却水，通入气液分离装置的冷却水入口。

实施例1

1、将褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解炉的内筒，发生热解反应，热解温度750℃，时长9s，生成荒煤气和半焦，荒煤气携带部分半焦通过滤孔进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤气通过催化层，进行焦油的催化裂解，催化裂解温度为900℃，获得热解油气，热解油气通过过滤层进一步过滤，之后由热解油气出口排出。

3、将热解油气通入气液分离装置后，通入冷却水对热解油气进行冷却除尘，获得热解气、油水混合物和废水；将废水作为冷却水，通入气液分离装置的冷却水入口。

4、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷却后送入水焦浆制备装置，将油水混合物送入水焦浆制备装置，与分散剂混合，制得水焦浆；分散剂的添加量为半焦质量的0.5％，制得水焦浆的浓度为63％。

5、将水焦浆送入水焦浆气化装置，在1200℃进行气化，气化压力3mpa，获得合成气和焦渣。

实施例2

1、将褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解炉的内筒，发生热解反应，热解温度800℃，时长6s，生成荒煤气和半焦，荒煤气携带部分半焦通过滤孔进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤气通过催化层，进行焦油的催化裂解，催化裂解温度为850℃，获得热解油气，热解油气通过过滤层进一步过滤，之后由热解油气出口排出。

3、将热解油气通入气液分离装置后，通入冷却水对热解油气进行冷却除尘，获得热解气、油水混合物和废水；将废水作为冷却水，通入气液分离装置的冷却水入口。

4、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷却后送入水焦浆制备装置，将油水混合物送入水焦浆制备装置，与分散剂混合，制得水焦浆；分散剂的添加量为半焦质量的0.1％，制得水焦浆的浓度为60％。

5、将水焦浆送入水焦浆气化装置，在1150℃进行气化，气化压力2.5mpa，获得合成气和焦渣。

实施例3

1、将褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，将粉状褐煤送入热解炉的内筒，发生热解反应，热解温度780℃，时长8s，生成荒煤气和半焦，荒煤气携带部分半焦通过滤孔进入集气腔，另一部分半焦通过第一半焦出口排出。

2、荒煤气和携带的半焦进入集气腔后上升，部分携带的半焦与挡板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤气通过催化层，进行焦油的催化裂解，催化裂解温度为870℃，获得热解油气，热解油气通过过滤层进一步过滤，之后由热解油气出口排出。

3、将热解油气通入气液分离装置后，通入冷却水对热解油气进行冷却除尘，获得热解气、油水混合物和废水；将废水作为冷却水，通入气液分离装置的冷却水入口。

4、将第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷却后送入水焦浆制备装置，将油水混合物送入水焦浆制备装置，与分散剂混合，制得水焦浆；分散剂的添加量为半焦质量的1％，制得水焦浆的浓度为70％。

5、将水焦浆送入水焦浆气化装置，在1350℃进行气化，气化压力10mpa，获得合成气和焦渣。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。