热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统及方法与流程

本发明涉及热解煤气处理技术领域，尤其涉及一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统及方法。

背景技术：

煤炭是我国的主体能源和重要工业原料，近年来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量快速增长，生产力水平大幅提高，为经济社会健康发展做出了突出贡献，但煤炭利用方式粗放、能效低、污染重等问题没有得到根本解决。为了进一步提高煤炭清洁高效利用水平，有效缓解我国富煤贫油少气的状态，国内各大集团及科研院所正在以煤为原料，通过热解气化等工艺，制取油、气等化工产品。在热解气化过程中，产生的高温煤气通常经过“水洗”，将煤气中的含尘焦油混合冷却，剩余气体经过加工利用制取化工产品。该工艺未能将高温煤气所含的绝大多数热量进行梯级利用，能量损失较大，损失的热量以热量的形式散失到大气中，且未根据焦油品质在冷却过程中提前分质提取。

技术实现要素：

为解决现有高温煤气冷却过程中热量未有效回收、焦油未进行分质提取的的技术问题，本发明提供一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统，其包括高温过热器、第一截止阀、第一调节阀、煤气高温电除尘器、煤气余热回收装置、第二截止阀、第二排液管、煤气冷却器、第三截止阀、第三排液管、煤气低温冷却器、第四截止阀、第四排液管、第三调节阀、电捕焦油器、汽汽换热器、第五截止阀、第六截止阀、第四调节阀、第五调节阀、油水分离池、焦油搅拌罐和重油搅拌罐，其中：

所述高温过热器的煤气入口用于与高温煤气输送管道连接，高温过热器的气体入口用于与高温蒸汽输送管道连接，高温过热器的煤气出口通过输送管道与煤气高温电除尘器的煤气入口连接；所述煤气高温电除尘器的煤气出口通过输送管道与煤气余热回收装置的煤气入口连接，煤气余热回收装置的进水口与水源连接；所述煤气余热回收装置的煤气出口通过输送管道与煤气冷却器的煤气入口连接，煤气冷却器的进水口与水源连接；所述煤气冷却器的煤气出口通过输送管道与煤气低温冷却器的煤气入口连接，煤气低温冷却器的进水口与水源连接；所述煤气低温冷却器的煤气出口通过输送管道与电捕焦油器的煤气入口连接；所述汽汽换热器的气体入口用于与高温蒸汽输送管道连接，汽汽换热器的气体入口通过输送管道与高温过热器的气体出口连接；所述第一截止阀安装在高温过热器的煤气入口前的输送管道上；所述第一调节阀安装在煤气高温电除尘器的煤气入口前的输送管道上；所述第二截止阀安装在煤气余热回收装置的煤气入口前的输送管道上；所述第二排液管与煤气余热回收装置的冷凝液出口连接；所述第三截止阀安装在煤气冷却器的煤气入口前的输送管道上；所述第三排液管与煤气冷却器的冷凝液出口连接；所述第四截止阀安装在煤气低温冷却器的煤气入口前的输送管道上；所述第四排液管与煤气低温冷却器的冷凝液出口连接；所述第三调节阀安装在电捕焦油器的煤气入口前的输送管道上；所述第五截止阀安装在高温过热器的气体入口前的高温蒸汽输送管道上；所述第六截止阀安装在汽汽换热器的气体入口前的输送管道上；所述第四调节阀安装在高温过热器的气体出口后的输送管道上；所述第五调节阀安装在汽汽换热器的气体入口前的输送管道上；第二排液管、第三排液管和第四排液管均与油水分离池的进液口连接；电捕焦油器的焦油出口和油水分离池的焦油出口均与焦油搅拌罐的焦油入口连接；油水分离池的重油出口与重油搅拌罐的重油入口连接。

可选地，热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统还包括第二调节阀、煤气急冷塔和第一排液管，所述煤气急冷塔安装于煤气高温电除尘器与煤气余热回收装置之间，第二调节阀安装在煤气急冷塔的煤气入口前的输送管道上，第一排液管与煤气急冷塔的冷凝液出口连接，第一排液管还与油水分离池的进液口连接。

可选地，所述电捕焦油器采用蜂窝式电捕焦油器。

可选地，所述输送管道为不锈钢管。

第二方面，提供一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法，所述热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法采用上述第一方面所述的热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统，其包括如下步骤：

s1，高温蒸汽与热解气化产生的高温煤气在高温过热器中进行初步换热，初步换热后的煤气进入煤气高温电除尘器中；

s2，煤气高温电除尘器对初步换热后的煤气进行除尘，除尘后的煤气进入煤气余热回收装置中；

s3，煤气余热回收装置对除尘后的煤气进行二次降温，使二次降温后的煤气温度降至80-90℃，二次降温后的煤气进入煤气冷却器中；

s4，煤气冷却器对二次降温后的煤气进行三次降温，使三次降温后的煤气温度降至60-70℃，三次降温后的煤气进入煤气低温冷却器中；

s5，煤气低温冷却器对三次降温后的煤气进行四次降温，使四次降温后的煤气温度降至30-40℃，四次降温后的煤气进入电捕焦油器中；

s6，对高温过热器、煤气余热回收装置、煤气冷却器和煤气低温冷却器在对煤气进行降温过程中收集的热量进行分级回收利用；

s7，电捕焦油器除去四次降温后的煤气中的轻油，并对轻油进行收集；

s8，煤气余热回收装置、煤气冷却器和煤气低温冷却器收集的冷凝液进入油水分离池进行分离，油水分离池上层分离出来的轻油及电捕焦油器底部收集的轻油分批次送至焦油搅拌罐进行焦油提取；

s9，油水分离池底部的重油送至重油搅拌罐，重油搅拌罐对重油进行提取。

可选地，热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法还包括：

s10，当初步换热后的煤气温度高于540℃时，开启煤气急冷塔的喷淋装置对初步换热后的煤气进行降温除尘，降温除尘后的煤气再进入煤气余热回收装置。

本发明的有益效果是：

通过设置高温过热器、煤气高温电除尘器、煤气余热回收装置、煤气冷却器和煤气低温冷却器等设备，使得高温煤气依次通过高温过热器、煤气余热回收装置、煤气冷却器和煤气低温冷却器，经不同温度区间换热，达到分级冷凝效果，从而提供了一种能够对热解过程中产生的高温煤气进行分级冷凝及热量梯级回收利用的系统。通过设置多个排液管、油水分离池、焦油搅拌罐和重油搅拌罐等设备，使得该系统还能对分级冷凝过程产生的焦油进行分质提取。因此，通过该系统能够显著提高高温煤气的热量回收利用率，实现了能量的梯级利用，并能够提高系统运行的经济性、环保性和安全性。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统，其包括高温过热器1、第一截止阀2、第一调节阀3、煤气高温电除尘器4、煤气余热回收装置8、第二截止阀9、第二排液管10、煤气冷却器11、第三截止阀12、第三排液管13、煤气低温冷却器14、第四截止阀15、第四排液管16、第三调节阀17、电捕焦油器18、汽汽换热器19、第五截止阀20、第六截止阀21、第四调节阀22、第五调节阀23、油水分离池24、焦油搅拌罐25和重油搅拌罐26，其中：所述高温过热器1的煤气入口用于与高温煤气输送管道连接，高温过热器1的气体入口c用于与高温蒸汽输送管道连接，高温过热器1的煤气出口b通过输送管道与煤气高温电除尘器4的煤气入口连接；所述煤气高温电除尘器4的煤气出口通过输送管道与煤气余热回收装置8的煤气入口f连接，煤气余热回收装置8的进水口h与水源连接；所述煤气余热回收装置8的煤气出口g通过输送管道与煤气冷却器11的煤气入口j连接，煤气冷却器11的进水口l与水源连接；所述煤气冷却器11的煤气出口k通过输送管道与煤气低温冷却器14的煤气入口n连接，煤气低温冷却器14的进水口p与水源连接；所述煤气低温冷却器14的煤气出口o通过输送管道与电捕焦油器18的煤气入口连接；所述汽汽换热器19的气体入口s用于与高温蒸汽输送管道连接，汽汽换热器19的气体入口t通过输送管道与高温过热器1的气体出口d连接；所述第一截止阀2安装在高温过热器1的煤气入口a前的输送管道上；所述第一调节阀3安装在煤气高温电除尘器4的煤气入口前的输送管道上；所述第二截止阀9安装在煤气余热回收装置8的煤气入口f前的输送管道上；所述第二排液管10与煤气余热回收装置8的冷凝液出口i连接；所述第三截止阀12安装在煤气冷却器11的煤气入口j前的输送管道上；所述第三排液管13与煤气冷却器11的冷凝液出口m连接；所述第四截止阀15安装在煤气低温冷却器14的煤气入口n前的输送管道上；所述第四排液管16与煤气低温冷却器14的冷凝液出口q连接；所述第三调节阀17安装在电捕焦油器18的煤气入口前的输送管道上；所述第五截止阀20安装在高温过热器1的气体入口c前的高温蒸汽输送管道上；所述第六截止阀21安装在汽汽换热器19的气体入口s前的输送管道上；所述第四调节阀22安装在高温过热器1的气体出口d后的输送管道上；所述第五调节阀23安装在汽汽换热器19的气体入口t前的输送管道上；第二排液管10、第三排液管13和第四排液管16均与油水分离池24的进液口连接；电捕焦油器18的焦油出口和油水分离池24的焦油出口均与焦油搅拌罐25的焦油入口连接；油水分离池24的重油出口与重油搅拌罐26的重油入口连接。

其中，第五截止阀20和第六截止阀21的开启与否与高温蒸汽的温度是否满足高温过热器1换热条件温度而定的。当高温蒸汽的温度为高于320℃时，满足高温过热器1换热条件温度，此时，第五截止阀20打开，第六截止阀21关闭。当高温蒸汽的温度低于320℃时，则不满足高温过热器1换热条件温度时，此时，打开第六截止阀21，关闭第五截止阀20，先由汽汽换热器19对高温蒸汽进行，待高温蒸汽的温度满足高温过热器1的换热条件温度后，通过汽汽换热器19的气体出口u将高温蒸汽输至高温过热器1中。另外，汽汽换热器19工作时，需要调整第四调节阀22和第五调节阀23的开度进行蒸汽换热。

可选地，热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统还包括第二调节阀5、煤气急冷塔6和第一排液管7，所述煤气急冷塔6安装于煤气高温电除尘器4与煤气余热回收装置8之间，第二调节阀5安装在煤气急冷塔6的煤气入口前的输送管道上，第一排液管7与煤气急冷塔6的冷凝液出口w连接，第一排液管7还与油水分离池24的进液口连接。具体地，当热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统还包括煤气急冷塔6时，煤气高温电除尘器4的煤气出口通过输送管道与煤气急冷塔6的煤气入口连接，煤气急冷塔6的煤气出口e通过输送管道与煤气余热回收装置8的煤气入口f连接。

可选地，所述电捕焦油器18采用蜂窝式电捕焦油器。电捕焦油器18为一直立圆筒设备，壳体顶盖和底部分别为椭圆形、球形或锥形结构，顶盖设有绝缘箱和馈电箱，并设有加热装置；电捕焦油器18的沉淀极是用不锈钢板制成，六边型蜂窝状，具有处理大，除焦油效率高的特点，除焦油效率可达99％。

可选地，所述输送管道为不锈钢管。为避免焦油冷凝堵塞管道，输送管道尽量减少拐弯而使用直管道。

本发明实施例还提供一种热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法，所述热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法采用上述实施例所述的热解煤气分级冷凝且热量梯级利用系统，其包括如下步骤：

s1，高温蒸汽与热解气化产生的高温煤气在高温过热器1中进行初步换热，初步换热后的煤气进入煤气高温电除尘器4中。

其中，高温蒸汽是指温度为320-330℃的蒸汽。经过初步换热，可以使高温煤气的温度降至540℃左右。该步骤s1中，高温过热器1将高温蒸汽加热成过热蒸汽，在该阶段收集的热量可以作为设备工艺用密封气，也可用于满足热解炉及辅助设施单元内返料器所需的驱动蒸汽、管道和设备的伴热、设备吹灰所用蒸汽等。

s2，煤气高温电除尘器4对初步换热后的煤气进行除尘，除尘后的煤气进入煤气余热回收装置8中。

煤气高温电除尘器4可以除去初步换热后的煤气中所携带的细灰颗粒，从而降低煤气及焦油产品含灰量，它的除尘效率达到95％以上，经过除尘确保后续可以得到高品质的煤气和焦油产品。

s3，煤气余热回收装置8对除尘后的煤气进行二次降温，使二次降温后的煤气温度降至80-90℃，二次降温后的煤气进入煤气冷却器11中。

s4，煤气冷却器11对二次降温后的煤气进行三次降温，使三次降温后的煤气温度降至60-70℃，三次降温后的煤气进入煤气低温冷却器14中。

s5，煤气低温冷却器14对三次降温后的煤气进行四次降温，使四次降温后的煤气温度降至30-40℃，四次降温后的煤气进入电捕焦油器18中。

s6，对高温过热器1、煤气余热回收装置8、煤气冷却器11和煤气低温冷却器14在对煤气进行降温过程中收集的热量进行分级回收利用。

需要说明的是，该步骤s6与步骤s1、s3、s4和s5并无明确的先后关系，步骤s1、s3、s4和s5对煤气进行降温后，可以根据需要选择合适时机回收利用高温过热器1、煤气余热回收装置8、煤气冷却器11和煤气低温冷却器14各自对煤气降温过程中收集的热量。

其中，煤气余热回收装置8、煤气冷却器11和煤气低温冷却器14在工作时所连接的水源可以为废水源，即这些设备可以采用废水对煤气进行降温，只有开车(系统启动阶段)时使用新鲜水，从而实现对废水资源的循环利用，以降低生产成本、资源消耗和污染排放。

通过上述步骤s1至s6，实现了对热解气化过程中产生的高温煤气的分级冷凝效果，并确保可以将冷凝过程产生的热量进行梯级的回收利用，提高了高温煤气的能量利用水平。

s7，电捕焦油器18除去四次降温后的煤气中的轻油，并对轻油进行收集。

s8，煤气余热回收装置8、煤气冷却器11和煤气低温冷却器14收集的冷凝液进入油水分离池24进行分离，油水分离池24上层分离出来的轻油及电捕焦油器18底部收集的轻油分批次送至焦油搅拌罐25进行焦油提取。

系统工作过程中，需不定时释放第二排液管10、第三排液管13和第四排液管16中冷凝的焦油，以防止焦油堵塞管道。

经焦油搅拌罐25搅拌静置分层后，上层轻油相再进行二次脱水加压形成含轻质组分、饱和烃、芳香烃、非烃等的轻油产品，可用于重整制备化工原料，提取高附加值产品或改性变成高品位合成油。

s9，油水分离池24底部的重油送至重油搅拌罐26，重油搅拌罐26对重油进行提取。

经重油搅拌罐26搅拌静置脱水形成含沥青质、非烃等的重油产品，可用做燃料油、长链烃裂解制备柴油或煤油。

经过上述步骤s8和s9，使得本发明实施例除了实现了热解煤气热量的分级利用，还实现了焦油的分质提取。

可选地，热解煤气分级冷凝且热量梯级利用方法还包括：s10，当初步换热后的煤气温度高于540℃时，开启煤气急冷塔6的喷淋装置对初步换热后的煤气进行降温除尘，降温除尘后的煤气再进入煤气余热回收装置8。

煤气急冷塔6在正常情况下即整个系统的正常运行阶段，只作为高温煤气的通道，只有当进入煤气急冷塔6的煤气温度过高时，如煤气温度超过540℃时作为降温装置，由其喷淋装置给煤气降温除尘。其中，在系统的启动阶段或者当系统中煤气高温电除尘器4故障时，可能会出现初步换热后的煤气温度高于540℃的情况，这些情况时煤气急冷塔6投入使用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。