一种煤热解系统及方法与流程

本发明涉及炼焦技术领域，尤其涉及一种煤热解系统及方法。

背景技术：

传统煤热解过程包含高温热解和热解所的高温物料的降温过程。炼焦结束时，物料的温度一般为950℃～1100℃，为了便于运输和贮存，需要将赤热的物料冷却至250℃以下，该过程称为熄焦。传统熄焦技术包含采用冷水喷淋方式降温的湿熄焦技术和采用循环气体作为热载体降温的干熄焦技术。其中，湿熄焦技术工艺简单、投资少，但不能回收物料显热，对环境污染较大；干熄焦技术因其能回收物料显热、改善物料质量、对环境污染少等优点应用十分广泛。

然而，现有熄焦技术采用的干熄焦装置，通常为立式熄焦装置，使上行的换热气与下行的高温物料在对接过程中转换热量。该换热方式的气体阻力较大，对高温物料要求较高，仅适用于熄焦强度好、粒度大、含粉量低的物料，即粒径＞25mm的颗粒的质量比重需大于95％。对于像兰炭这种中低温热解产生的熄焦强度较差、粒度较小、含粉量较高的物料，仍需使用传统湿熄焦技术进行熄焦。而湿熄焦不仅需要大量的水资源，还无法回收物料显热，造成极大的资源浪费。

因此，如何降低干熄焦装置对高温物料的要求，有效回收煤热解过程中的物料显热成为炼焦领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于交叉流动方向换热原理对物料进行冷却的煤热解方法，及该方法所使用的煤热解系统。

依据本发明的一种煤热解系统，包含热解单元、熄焦单元、余热回收单元、除尘净化装置、油气分离净化装置以及油水分离净化装置，其中，

热解单元、熄焦单元连接，余热回收单元、除尘净化装置对熄焦单元排出的高温载热气进行余热回收和除尘净化；

油气分离净化装置与热解单元和熄焦单元分别连接，用于对煤热解产生的荒煤气进行油气分离，并将分离出的热解气送入熄焦单元作为冷却气与高温物料进行换热；

油水分离净化装置与油气分离净化装置连接，用于将油水分离净化装置分离出的混合液体进行油水分离。

进一步地，油水分离净化装置包含喷淋装置，喷淋装置喷洒氨水使荒煤气气液分离。

进一步地，熄焦单元包含焦罐、错流熄焦装置以及连接焦罐和错流熄焦装置的上料口的提升机，其中，错流熄焦装置包含从上至下依次连接的入料机构、冷却机构和出料机构，冷却机构沿水平方向设置有依次连接的冷却气入口管道组、布气室、熄焦室、集气室以及高温载热气出口管道组。

进一步地，布气室与熄焦室之间由多个呈百叶扇形式分布的气体分布栅板分隔；集气室与熄焦室之间由多个呈百叶扇形式分布的气体收集栅板分隔。

进一步地，余热回收单元包含余热锅炉和水冷换热器，除尘净化装置包括旋风分离器和布袋除尘器，其中，旋风分离器、余热锅炉、布袋除尘器和水冷换热器依次相连，旋风分离器连接高温载热气出口管道组。

进一步地，煤热解系统包含链板输送机和气力输送设备，其中，链板输送机设置在错流熄焦装置的出料机构的正下方，用于将错流熄焦装置出来的低温物料送入物料储仓；气力输送设备的入口连接旋风分离器和布袋除尘器的焦粉出口，用于将焦粉送入焦粉仓。

一种使用上述煤热解系统的煤热解方法，包含以下步骤：

步骤1：将原料煤送入热解单元中进行热解；

步骤2：将热解后的高温物料在提升机的带动下，运输至错流熄焦装置顶部的入料机构；

步骤3：高温物料由入料机构进入错流熄焦装置内部并沿竖直方向掉落至出料机构，其中，高温物料掉落期间与水平方向流动的冷却气进行换热，得到200℃以下的低温物料与500℃-1000℃高温载热气；

步骤4：低温物料由出料机构落至链板输送机，传送至物料储仓；

步骤5：高温载热气经除尘、降温后得到洁净的冷却气，将冷却气循环至错流熄焦装置与高温物料进行换热。

进一步地，步骤5包含：

步骤5a：将高温载热气送入旋风分离机进行一次除尘，所得焦粉经气力输送设备传送至焦粉仓；

步骤5b：将一次除尘后的高温载热气送入余热锅炉进行一次换热，得到中、高温蒸汽和温度为150℃-200℃的低温载热气。

步骤5c：低温载热气送入布袋除尘器进行二次除尘，所得焦粉经气力输送设备传送至焦粉仓；

步骤5d：将二次除尘后的低温载热气由循环风机送入水冷换热器进行二次换热，得到温度低于120℃的冷却气。

进一步地，步骤1包含：将热解所得荒煤气送入油水分离净化装置进行油水分离。

进一步地，步骤5包含：冷却气一部分循环至错流熄焦装置与高温物料进行换热，另一部分储存于贮气柜内。

由于采用于上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的煤热解系统结构紧凑，占地面积小，单位面积上的熄焦处理量大。

(2)本发明的煤热解方法采用的熄焦装置为密闭错流熄焦装置，可采用惰性气体换热，节水效果好。

(3)错流熄焦装置换热气与物料为交叉流动方向换热，气体阻力小，换热效果好

，且对物料要求不苛刻，能够适用于熄焦强度较差、粒度较小、含粉量较高的物料。

(4)本发明的煤热解方法对高温载热气先后进行两次除尘、换热，极大程度收集物料显热，资源利用率高。

(5)油气分离后的初冷气无需进一步净化，直接通入熄焦单元与高温兰炭换热，同时，初冷气中的微量焦油和有机液体杂质，在高温环境下，进一步分解成小分子气体，缩短了气体净化流程，减少净化设备投资和难度。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得显而易见和容易理解，其中：

图1是依据本发明实施例的煤热解系统的示意图；

图2是图1所示煤热解系统的错流熄焦装置的示意图

图3是依据本发明的煤热解方法的一实施例的流程图。

附图标记说明：

1热解反应器，2焦罐，3提升机，4错流熄焦装置，41入料机构，42冷却机构，421冷却气入口管道组，422布气室，423气体分布栅板，424熄焦室，425气体收集栅板，426集气室，427高温载热气出口管道组，43出料机构，5旋风分离机，6余热锅炉，7布袋除尘器，8循环风机，9水冷换热器，10贮气柜，11油气分离净化装置，12油水分离净化装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

依据本发明的煤热解系统总体包含热解单元、熄焦单元、余热回收单元、除尘净化装置11以及油水分离净化装置12。如图1所示，热解单元主要包含热解反应器1。熄焦单元主要包含以焦罐2、提升机3和错流熄焦装置4。图2示出了错流熄焦装置4的具体结构，在本发明的实施例中，错流熄焦装置4包含从上到下依次连接的入料机构41、冷却机构42和出料机构43，冷却机构42沿水平方向设置有依次连接的冷却气入口管道组421、布气室422、气体分布栅板423、熄焦室424、气体收集栅板425、集气室426以及高温载热气出口管道组427。焦罐2通过提升机3与错流熄焦装置4的入料机构41相连，以便将焦罐2中的高温物料送入错流熄焦装置4进行冷却。熄焦单元还包含链板输送机，该链板输送机设置于出料机构43的正下方，用于将由错流熄焦装置4出来的低温物料送入物料储仓。该错流熄焦装置为立式结构，入料机构41位于冷却机构42的上方，出料机构43位于冷却机构42的下方，待冷却的高温物料从上之下经过错流熄焦装置。同时，冷却气体沿水平方向依次经过布气室422、熄焦室424、集气室426，与高温物料进行交叉换热。本发明的交叉流动方式换热与现有技术的对流换热方式相比，气体阻力小，不仅换热效果好，还能降低装置本身对物料的要求，能够适用于像兰炭这种中低温热解产生的熄焦强度较差、粒度较小、含粉量较高的物料，避免其采用湿熄焦的方式降温。

油气分离净化装置11与热解单元、熄焦单元和油水分离净化装置12分别连接，用于对煤热解产生的荒煤气进行油气分离。荒煤气又称焦炉煤气，为煤热解产生的气态产物，包含体积分数为25％-50％的h2、20％-45％的ch4、10％-25％的co2以及10％-30％的co，直接排入空中会对环境造成污染。在本发明的实施例中，油气分离净化装置11包含喷淋装置，该喷淋装置喷洒氨水使荒煤气气液分离，得到热解气和混合液体。其中，分离所得热解气温度约为80℃-150℃，可直接送入熄焦单元作为冷却气与高温物料进行换热；分离所得混合液体则可进入油水分离净化装置12进行油水分离，得到热解油和热解水。

具体地，熄焦室424总体呈长方体形状，布气室422和集气室426分别设置于熄焦室424沿长度方向的两个彼此相对的侧面上，即布气室422和集气室426之间的距离与熄焦室424水平方向的宽度相等。布气室422和集气室426之间的距离过小，会导致冷却气尚未与高温物料充分换热便被集气室收集，冷却气资源得不到充分利用；距离过大则易导致冷却气停留时间过长，熄焦室424内温度过高，使高温物料不能冷却到指定温度。在本发明中，熄焦室424的宽度可以设置成小于5m，优选1m-1.5m。熄焦室424的长度可以设置成大于熄焦室424的宽度，以便加大布气室422和集气室426的体积，相应地增大冷却气的流量，实现优异的降温效果。

在本发明中，冷却机构42可以包含多个布气室422和集气室426，优选为2-4个。在图1所示的实施例中，两个布气室沿竖直方向排布于熄焦室424的一侧。其中，两个布气室各自连接一套冷却气入口管道组421，以使冷却气均匀地分布于熄焦室424的不同位置。应当领会的是，操作者可以依据实际工况设置更多数量的布气室422。相应地，两个布气室集气室沿竖直方向排布于熄焦室424与布气室相对的一侧。其中，两个布气室集气室各自连接一套高温载热气出口管道组427，以便收集位于熄焦室424不同位置的高温载热气。

在本发明的实施例中，设置于布气室422与熄焦室424之间的气体分布栅板423可以呈百叶扇形式分布，其一方面分隔布气室422和熄焦室424，另一方面使布气室422内的冷却气更均匀的流向熄焦室424的不同位置。优选地，每个气体分布栅板423临近布气室422的边缘均高于临近熄焦室424的边缘，并且位于上方的气体分布栅板423的下边缘设置成低于下方相邻的气体分布栅板423的上边缘，但不低于下方相邻的气体分布栅板423的水平中线，以便于冷却气流动并防止细小的物料外溢。在本发明中，气体分布栅板423与竖直方向的夹角可以设置为20°-50°，优选30°-35°，以使其小于物料的安息角，即小于散物料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度，以便防止物料外泄。

同样地，设置于熄焦室424与集气室426之间的气体收集栅板425可以呈百叶扇形式分布，其一方面分隔熄焦室424和集气室426，另一方面便于将熄焦室424内不同位置的高温载热气收集于集气室426内。优选地，每个气体收集栅板425临近集气室426的边缘均高于临近熄焦室424的边缘，并且位于上方的气体收集栅板425的下边缘设置成低于下方相邻的气体收集栅板425的上边缘，但不低于下方相邻的气体收集栅板425的水平中线，以便于高温载热气流动并防止细小的物料外溢。在本发明中，气体收集栅板425与竖直方向的夹角可以设置为20°-50°，优选30°-35°，以使其小于物料的安息角，即小于散物料在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度，以便防止物料外泄。

继续参照图1，余热回收单元包含余热锅炉6和水冷换热器9，除尘净化装置包括旋风分离器5和布袋除尘器7。其中，旋风分离机5、余热锅炉6、布袋除尘器7、循环风机8和水冷换热器9依次连接构成高温载热气处理单元，错流熄焦装置4的温度为500℃-1000℃的高温载热气出口管道组427与旋风分离机5相连，水冷换热器9错流熄焦装置4的冷却气入口管道组421相连。基于上述设置，错流熄焦装置4排出的高温载热气经该高温载热气处理单元冷却、净化后循环至错流熄焦装置作为冷却气与高温物料进行换热。熄焦系统还包含气力输送设备，该气力输送设备的进口连接旋风分离机5和布袋除尘器7，出口连通至焦粉仓。其中，旋风分离机5用于对高温载热气进行一次除尘，所得焦粉经气力输送设备送入焦粉仓；余热锅炉6用于对高温载热气进行一次降温，得到中、高温蒸汽和温度为150℃-200℃的低温载热气；布袋除尘器7用于对低温载热气进行二次除尘，所得焦粉经气力输送设备送入焦粉仓；水冷换热器9用于对低温载热气进行二次降温，得到温度低于120℃的冷却气。循环风机8作为动力源为气体提供循环流动的动力。优选地，净化后的冷却气一部分回流至熄焦单元，另一部分储存于贮气柜10内，作为燃气或者化工原料气产品。

使用本发明的熄焦装置进行煤热解的方法包含以下步骤：

步骤1：将原料煤送入热解反应器1中进行热解，其中，燃烧室内的低温烟气直接输送至熄焦单元作为熄焦气体载体，即冷却气；热解所得荒煤气送入油气分离净化装置11进行油气分离，分离所得热解气温度约为80℃-150℃，可直接送入熄焦单元作为冷却气与高温物料进行换热；分离所得混合液体则可进入油水分离净化装置12进行油水分离，得到热解油和热解水。

步骤2：将热解后的高温物料由焦罐2在提升机3的带动下，运输至错流熄焦装置4顶部的入料机构41。

步骤3：高温物料由入料机构41进入错流熄焦装置4内部的冷却机构42内并沿竖直方向掉落至出料机构43，其中，高温物料掉落期间与水平方向流动的冷却气进行换热，得到200℃以下的低温物料与500℃-1000℃高温载热气，在本发明的实施例中，采用例如氮气这样的惰性气体作为冷却气体。

步骤4：低温物料由出料机构43落至链板输送机，传送至物料储仓。

步骤5：高温载热气经除尘、降温后得到洁净的冷却气，将冷却气一部分循环至错流熄焦装置4与高温物料进行换热，另一部分储存于贮气柜内。

其中，步骤5进一步包含：

步骤5a：将高温载热气送入旋风分离机5进行一次除尘，所得焦粉经气力输送设备11传送至焦粉仓。

步骤5b：将一次除尘后的高温载热气送入余热锅炉6进行一次换热，得到中、高温蒸汽和温度为150℃-200℃的低温载热气。

步骤5c：第二年高温载热气送入布袋除尘器7进行二次除尘，所得焦粉经气力输送设备11传送至焦粉仓。

步骤5d：将二次除尘后的低温载热气由循环风机8送入水冷换热器9进行二次换热，得到温度低于120℃的冷却气。

本发明的煤热解系统基于交叉流动方向换热原理对物料进行冷却，有效降低了换热过程中气体的阻力；煤热解方法对高温载热气先后进行两次除尘、换热，极大程度收集物料显热，资源利用率高；油气分离后的初冷气无需进一步净化，直接通入熄焦单元与高温兰炭换热，同时，初冷气中的微量焦油和有机液体杂质，在高温环境下，进一步分解成小分子气体，缩短了气体净化流程，减少净化设备投资和难度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。