一种流化床煤焦粉冷却方法与流程

本发明属于粉煤流化床热解干馏领域，特别涉及一种流化床煤焦粉冷却方法。

背景技术

煤炭干馏是在惰性气氛下，通过加热的方式将煤炭转化为半焦、煤焦油和煤气三态产品。根据加热温度的不同，煤炭干馏可分为低温干馏、中温干馏和高温干馏。加热温度在500～600℃为低温干馏，700～900℃为中温干馏，900～1100℃位高温干馏。目前，煤炭干馏技术较多，在加热温度和加热方式等方面存在较大差异。煤碳干馏产品主要由煤焦油和半焦。半焦是一种高固定碳、高发热量、低馏分、低挥发分的产品。粒度组成较复杂，10～8mm左右的粒煤，粒度较小的粉煤。干馏焦冷却也会因焦粉不同有不同的方法，粒度对粉煤冷却的影响主要通过传热和传质实现，煤粒大小直接影响煤的比表面积、密度、孔隙结构等，对煤粒的传热会产生很大的影响，因此流化床干馏仅适用于粒径较小的煤粉。但煤粉与大多数气固反应的催化剂颗粒相差甚远，这是因为无论是材料比重(密度)、颗粒形状，还是颗粒分布，和普通催化剂完全不一样，煤粉冷却不能按照常规的流态化进行。

煤热解之后的煤焦粉(也称粉焦)温度很高，低温干馏温度500～600℃，但是煤焦粉可直接装袋的要求温度小于50℃，对冷却系统的设计提出了较大的挑战。另外，干馏后的煤焦粉通常含有焦油，低温后煤焦粉容易接团，影响输送和换热。所以，煤焦粉的冷却无论是传热方面还是温度方面都比常规化工过程的换热困难的多。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种流化床煤焦粉冷却方法，使干馏后的煤焦粉冷却到安全的包装温度，并实现煤焦粉余热的利用。

本发明的目的在于提供一种流化床煤焦粉冷却方法，对煤焦粉采用温度分级冷却，煤焦粉首先进入一级冷却部分(又称一级冷却区)，加热循环水或流体冷却介质降低温度后靠重力流入二级冷却部分(又称二级冷却区)；煤焦粉冷却到要求的温度后，在二级冷却部分流出；一级冷却部分和二级冷却部分设置有循环水或流体冷却介质换热管，循环水或流体冷却介质在管内，煤焦粉在管外；一级冷却部分和二级冷却部分用气体流化介质使煤焦粉形成流态化条件控制煤焦粉的温度。

本发明，煤焦粉先进入一级冷却部分，一级冷却部分设置气体流化介质，煤焦粉由流化介质流化，与一级冷却部分的第一循环水或流体冷却介质换热管进行换热，加热循环水降低温度后，煤焦粉进入二级冷却部分，煤焦粉二级冷却部分设置第二流化介质，低温煤焦粉由第二流化介质流化，与二级冷却部分的第二循环水或流体冷却介质换热管内的循环水或流体冷却介质进行换热，继续降温，达到冷却要求后流出二级冷却部分。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，所述一级冷却部分和二级冷却部分一体设置，分成上下两区，所述二级冷却部分直接设在一级冷却部分下部，经一级冷却的煤焦粉直接沉降到二级冷却部分。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，优选地，在一级冷却部分和二级冷却部分之间设置多通道隔板，该通道隔板上设置一个或多个煤焦粉下降通道和多个流化介质上升通道，使一级冷却部分的煤焦粉通过该隔板的煤焦粉下降通道流到下方的二级冷却部分，二级冷却部分的流化介质通过该隔板的上升通道进入一级冷却部分。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，一级冷却部分的第一循环水或流体冷却介质换热管采用以下方式设置：

或者第一循环水或流体冷却介质换热管分组直接通过一级冷却部分壳体或顶部封头进出一级冷却部分；或者在一级冷却部分顶部设置一级管板或隔板，第一循环水或流体冷却介质换热管连接在该一级管板或隔板上，在一级管板或隔板上方的一级冷却部分壳体或顶部封头上设置循环水进出口；或者第一循环水或流体冷却介质换热管采用内外套管形式，在一级冷却部分顶部设置两个管板或隔板，分别为上管板或隔板和下管板或隔板，上管板或隔板以上的一级冷却部分壳体或顶部封头上设置循环水或冷却介质进口，上管板或隔板和下管板或隔板之间的一级冷却部分壳体上设置循环水或冷却介质出口，上管板或隔板安装内管，下管板或隔板安装外管，循环水或冷却介质在第一循环水或流体冷却介质换热管顶部进入内管，流动到底部转向进入内管和外管间的环隙，循环水或冷却介质在该环隙向上流动并被加热后流出。优选地，第一循环水或流体冷却介质换热管采用内外套管形式，在一级冷却部分顶部的上管板和下管板之间设置一级分区隔板，把第一循环水或流体冷却介质换热管分成1～6个区，在一级冷却部分壳体或顶部封头上设置1～6个进口和流出口。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，二级冷却部分的第二循环水或流体冷却介质换热管采用以下方式设置：

或者第二循环水或流体冷却介质换热管分组直接通过二级冷却部分壳体或底部封头进出二级冷却部分；或者在二级冷却部分底部设置二级管板或隔板，第二循环水或流体冷却介质换热管连接在二级管板或隔板上，在二级管板或隔板下方的二级冷却部分壳体或底部封头上设置循环水进出口；或者第二循环水或流体冷却介质换热管采用内外套管形式，在二级冷却部分底部设置两个管板或隔板，分别为上管板或隔板和下管板或隔板，下管板安装内管，上管板安装外管，循环水或流体冷却介质在第二循环水或流体冷却介质换热管底部进入外管和内管的环隙，在该环隙向上流动并被加热，在第二循环水或流体冷却介质换热管顶部转向进入内管向下流动，从内管底部流出。优选地，第二循环水或流体冷却介质换热管采用内外套管形式，在二级冷却部分底部的上管板和下管板之间，设置二级分区隔板，把第二循环水或流体冷却介质换热管分成1～6个区，在二级冷却部分壳体或底部封头上设置1～6个进口和流出口。

具体实施时，循环水或流体冷却介质的进出口可以设在顶部或底部封头上，也可以设在顶部或底部壳体侧壁上。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，二级冷却部分设置流化介质，该流化介质控制二级冷却部分煤焦粉的冷却温度；该流化介质向上流出二级冷却部分后进入一级冷却部分，进一步调节一级冷却部分的换热。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，采用蒸汽、氮气或含氧少于2％的烟气为流化介质。所述烟气为空气中的氧气燃烧反应后的气体，粉煤干馏过程焦粉燃烧形成的烟气或其他烟气。具体实施时，或者在一级冷却部分使用蒸汽或烟气作为流化介质，在二级冷却部分冷却后的煤焦粉流出口前采用氮气对煤焦粉进行流化；或者在一级冷却部分和二级冷却部分使用蒸汽或烟气作为流化介质，在二级冷却部分煤焦粉流出前用氮气作为流化介质，对煤焦粉携带的气体进行置换。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，二级冷却部分设在一级冷却部分外部，一级冷却部分降温后的煤焦粉通过输送管再进入二级冷却部分降温；二级冷却部分设置流化介质，该流化介质控制二级冷却部分煤焦粉的冷却温度。

上述的流化床煤焦粉冷却方法，进一步地，一级冷却部分和二级冷却部分所需的循环水或者串联使用，或者并联使用。

本发明有效地解决了煤干馏后煤焦粉流化和传热的问题，使干馏后的煤焦粉冷却到安全的包装温度，并实现煤焦粉余热的利用。

需要说明的是，上述进行冷却的煤焦粉可以是高温煤焦粉，也可以是低温煤焦粉。所述高温和低温并没有原则定义，可以根据具体产汽的温度要求调整，一般情况高温煤焦粉指温度高于200℃的情况，低温煤焦粉指温度低于150℃的情况。

附图说明

附图仅是对该方法的示意说明，具体实施不限于提供的附图。

图1是本发明的流化床煤焦粉冷却方法实施方式一示意图。

图2是本发明的流化床煤焦粉冷却方法实施方式二示意图。

图3是本发明的流化床煤焦粉冷却方法实施方式三示意图。

图中编号说明：1煤焦粉冷却器，11一级冷却部分，12二级冷却部分，13一级冷却部分壳体，13-1顶部封头；111煤焦粉进口管，112流化气体进入管，122第二流化气体进入管，113流化气体排出管，125第二流化气体排出管，114输送管，121煤焦粉出口管,123第二循环水进入管，131第一循环水进入管，124第二循环水出口管，132第一循环水出口管；4第一循环水或流体冷却介质换热管；41第二循环水或流体冷却介质换热管；5煤焦粉；6冷却后的煤焦粉；7流化气体；71流化介质；8温度计，81第二温度计；9调节阀，91第二调节阀；10流量计，101第二流量计；18二级冷却部分壳体；18-1底部封头；a循环水，b升温后的循环水，c第二升温循环水。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施方式一：

如图1所示，本发明的流化床煤焦粉冷却方法，对煤焦粉采用温度分级冷却，由一级冷却部分11、二级冷却部分12两部分组成，冷却在煤焦粉冷却器1中进行，煤焦粉冷却器1设有顶部封头13-1、一级冷却部分壳体13、二级冷却部分壳体18和底部封头18-1；煤焦粉5经煤焦粉进口管111先进入一级冷却部分11，由流化气体进入管112来的流化气体7流化，一级冷却区11内设置第一循环水或流体冷却介质换热管4，煤焦粉5通过第一循环水或流体冷却介质换热管4把热量传递给换热管4内的循环水a，加热循环水或流体冷却介质降低温度后煤焦粉进入二级冷却部分12；

本实施方式中，第一循环水或流体冷却介质换热管4分组直接通过顶部封头13-1进出一级冷却部分11，循环水a在一级冷却区11顶部进入，升温后的循环水b在顶部流出；

一级冷却部分11和二级冷却部分12一体设置，分成上下两区，二级冷却部分12直接设在一级冷却部分11下部，与一级冷却部分11串联一体，一级冷却部分11的煤焦粉向下沉降进入二级冷却区12，由第二流化气体进入管122来的流化介质71流化，二级冷却部分12设置第二循环水或流体冷却介质换热管41，煤焦粉通过第二循环水或流体冷却介质换热管41将热量传递给换热管41内的循环水a，降温后煤焦粉从煤焦粉出口管121流出；

本实施方式中，第二循环水或流体冷却介质换热管41分组直接通过底部封头18-1进出二级冷却部分12，循环水a在二级冷却区12底部进入，升温后的循环水b在底部流出；在流化气体进入管112设置调节阀9和流量计10，控制一级冷却区11内的煤焦粉温度，在第二流化气体进入管122上设置第二调节阀91和第二流量计101，控制煤焦粉冷却出口温度；流化介质71向上流出二级冷却部分12后，进入一级冷却部分11，与一级冷却部分11的流化气体7混合，控制一级冷却部分11的换热，然后从流化气体排出管113流出。

具体实施时，还可以在一级冷却部分11和二级冷却部分12之间设置多通道隔板，使一级冷却部分11的煤焦粉通过该通道隔板流到下方的二级冷却部分12，该通道隔板的具体结构设计，能够同时实现煤焦粉单向流动和第二流化介质进入二级冷却部分12，本领域技术人员能够完成，此处不再详述。

实施方式二：

如图2所示，煤焦粉冷却方法采用分级冷却，由一级冷却部分11、二级冷却部分12两部分组成；一级冷却部分11和二级冷却部分12串联使用循环水，循环水a自二级冷却部分12底部侧壁(即二级冷却部分壳体18下部)进入，升温后的循环水b在二级冷却部分12的底部封头18-1流出，然后自一级冷却部分11的顶部封头13-1进入一级冷却部分，第二升温循环水c在一级冷却部11顶部侧壁(即一级冷却部分壳体13上部)流出。

其他部分装置结构同实施方式一。

实施方式三：

如图3所示，煤焦粉冷却方法采用分级冷却，由一级冷却部分11、二级冷却部分12两部分组成；二级冷却部分12设在一级冷却部分11外部，一级冷却降温后的煤焦粉通过输送管114再进入二级冷却部分12降温；

一级冷却部分壳体13与二级冷却部分壳体18分体设置；二级冷却部分12另设置第二流化气体排出管125以引出流化介质71；

流化介质7控制一级冷却部分煤焦分的冷却温度，流化介质71控制二级冷却部分煤焦粉的冷却温度；

其他部分装置结构同实施方式一。

实施例1

如图1所示的某煤干馏后的煤焦粉冷却方法，煤焦粉入口温度250℃,流量60t/h，出口温度50℃，采用32℃的循环水，换热后温度为45℃。流化介质采用氮气；主壳体直径3200mm，总高度28m。

250℃的煤焦粉首先进入一级冷却部分，在氮气流化作用下，与第一循环水换热管中的循环水进行换热，降温后的煤焦粉进入二级冷却部分，在氮气流化作用下，继续与第二循环水换热管中的循环水进行换热，冷却后的煤焦粉出口温度大约为50℃。冷却部分氮气用量约为30nm³/min，一级冷却部分氮气用量约为18nm³/min，二级冷却部分氮气用量控制煤焦粉的温度，该部分氮气上行进入一级冷却部分，控制一级冷却区的传热。