專利名稱：一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤化工領(lǐng)域，具體涉及一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
我國富煤、貧油、少氣的化石能源稟賦條件和可再生能源技術(shù)突破的歷史進(jìn)程，決定了我國能源消費結(jié)構(gòu)必然以煤炭為主。目前對能源和有機原料的依賴，以及面臨的能源安全和碳減排壓力，都要求我們必須在煤炭綜合高效轉(zhuǎn)化利用理念和工藝技術(shù)上盡快取得突破。其中煤熱解是具有一定競爭力的煤利用途徑。根據(jù)煤粒徑的不同可以將煤分為粉煤(<6mm)、粒煤(6-20mm)和塊煤(>20mm)，目前國內(nèi)外對煤的熱解裝置進(jìn)行了廣泛的研究，其中工業(yè)應(yīng)用的主要為針對塊煤熱解的內(nèi)熱式直立方形爐，主要用于生產(chǎn)蘭炭，存在生產(chǎn)規(guī)模小、工藝技術(shù)落后、設(shè)備簡陋等問題，且由于熱解熱載體為高溫?zé)煔猓虼藷峤猱a(chǎn)生的荒煤氣中N2含量高，煤氣熱值低，品質(zhì)差，無法直接利用，主要通過燃燒排放，造成資源浪費且污染環(huán)境。同時，目前國內(nèi)單套熱解系統(tǒng)只能對單一煤粒徑煤種進(jìn)行加工，煤炭資源在同一系統(tǒng)內(nèi)不能得到全面、綜合利用。此外，由于現(xiàn)代機械開采得到的粉煤較多，約占80%，粉煤熱解產(chǎn)物粉焦的利用也成為粉煤熱解的一大問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種適用于多粒徑煤種的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)及方法，解決了目前單套煤熱解體統(tǒng)只能處理單一煤粒徑煤種的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，包括煤炭洗選篩分裝置，煤炭洗選篩分裝置分別與粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐連接，粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐的氣體出口分別連接有第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置和第三氣固分離裝置。所述粉煤熱解爐的固體出口分為兩路，一路作為粉焦出口，另一路與粉焦氣化爐入口相連通；粉焦氣化爐氣體出口分為兩路，一路作為氣化氣出口，另一路分別與粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐的熱載體氣體入口相連通。所述第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置和第三氣固分離裝置的氣體出口與氣體冷卻器連接，氣體冷卻器的液體出口連接有油水分離器。所述粉焦氣化爐的氣化氣出口連接有氣體洗滌凈化裝置。一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，包括以下步驟:(I)將原煤經(jīng)煤炭洗選篩分裝置被分為粉煤、粒煤和塊煤；(2)將經(jīng)煤炭洗 選篩分裝置分離出的粉煤、粒煤和塊煤分別被送入與煤炭洗選篩分裝置連接的粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐完成熱解；
(3)將粉煤熱解爐熱解產(chǎn)生的粉焦與粒煤熱解爐、塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的半焦作為產(chǎn)品排出，粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的荒煤氣，經(jīng)氣固分離裝置分為除塵煤氣和粉焦或半焦，粉焦或半焦作為產(chǎn)品排出。將步驟(3)中從氣固分離器排出的除塵煤氣經(jīng)氣體冷卻裝置分為凈化煤氣和焦油、水混合物，焦油、水混合物再經(jīng)油水分離器分為凈化焦油和水排出。將步驟(3)中粉煤熱解爐排出的粉焦一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分經(jīng)粉焦氣化爐生成氣化氣，氣化生成的氣化氣一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分氣化氣作為熱解熱載體分別送入粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，為熱解提供熱量和還原氣氛。粉煤、粒煤和塊煤分別在500-800°C熱解。粉焦在950-1400°C氣化。本發(fā)明的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，煤炭洗選篩分裝置連接有粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，可以同時處理粉煤、粒煤和塊煤，解決目前不同粒徑的煤需要通過不同的系統(tǒng)才能進(jìn)行利用的問題，降低生產(chǎn)成本，同時在處理原煤時針對不同粒徑的原煤，可以分別選擇打開或關(guān)閉粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，針對單一粒徑原煤進(jìn)行處理，使用靈活、方便，實用性更強。進(jìn)一步，本發(fā)明將粉煤熱解爐排出的部分粉焦送入粉焦氣化爐進(jìn)行氣化，氣化產(chǎn)生的氣化氣送入熱解爐作為熱載體，通過熱解與氣化裝置耦合，能量得到優(yōu)化，熱效率高，節(jié)約資源、降低成本，同時解決了部分粉焦的利用問題。進(jìn)一步，熱解產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)氣固分離后被送入氣體冷卻器分離出焦油，再經(jīng)油水分離器分離出焦油中的水，可以用于氣化工藝中備煤、灰渣處理等工段，減少能耗，節(jié)約資源，減少 廢水排放。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中各標(biāo)記的含義如下:1-煤炭洗選篩分裝置；2_粉煤熱解爐；3_粒煤熱解爐；4_塊煤熱解爐；5_粉焦氣化爐；6_氣體洗滌凈化裝置；7_第一氣固分離裝置；8_第二氣固分離裝置；9_第三氣固分離裝置；10_氣體冷卻器；11_油水分離器；12-〈6mm的粉煤；13_6 20mm的粒煤；14-20 80mm的塊煤。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)進(jìn)行詳細(xì)描述:參照圖1，本發(fā)明包括煤炭洗選篩分裝置1，粉煤熱解爐2，粒煤熱解爐3，塊煤熱解爐4，粉焦氣化爐5，氣體洗滌凈化裝置6，第一氣固分離裝置7，第二氣固分離裝置8，第三氣固分離裝置9，氣體冷卻器10和油水分離器11。煤炭洗選篩分裝置I出口輸出3種不同粒徑的煤，分為3路通過輸送管線分別與粉煤熱解爐2，粒煤熱解爐3和塊煤熱解爐4的原料煤入口相連接。粉煤熱解爐2頂部氣體出口與第一氣固分離裝置7的入口相連通，第一氣固分離裝置7為高效氣固分離裝置，用于將煤氣中的粉塵與煤氣分離，粉煤熱解爐2底部粉焦出口分為兩路，一路與粉焦氣化爐5的入口相連接，另一路粉焦作為產(chǎn)品直接排出。粉焦氣化爐5頂部氣體出口分為兩路，一路作為熱解熱載體，又分為3路分別與粉煤熱解爐2，粒煤熱解爐3，塊煤熱解爐4下部熱載體氣體入口相連接；另一路作為氣化氣，與氣體洗滌凈化裝置6的入口相連通，氣體洗滌凈化裝置6的頂部設(shè)有氣化氣出口。粉焦熱解爐5的底部設(shè)有排渣口用于排出灰渣，側(cè)邊有氧氣和水蒸氣輸入口。粒煤熱解爐3底部設(shè)有半焦排出口，頂部氣體出口與第二氣固分離裝置8入口相連通。塊煤熱解爐4底部設(shè)有半焦出口，頂部氣體出口與第三氣固分離裝置9入口相連通。本發(fā)明采用粉煤熱解爐，粒煤熱解爐和塊煤熱解爐3個熱解爐，可以根據(jù)煤粒徑和煤種類選擇與之匹配的熱解裝置，可以解決所有煤種，全粒徑煤的利用問題，結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，提高了能源利用效率節(jié)約成本。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，粉煤熱解爐連接有粉焦氣化爐，熱解生成的部分粉焦被送入粉焦氣化爐中，利用粉焦氣化產(chǎn)生氣化氣作為熱解的熱載體，分三路送入3個熱解爐中為熱解爐提供熱量，通過熱解裝置與氣化裝置耦合，充分利用熱量，實現(xiàn)能量上的優(yōu)化。熱解爐通過與氣化爐耦合，用粉焦氣化氣為熱解提供熱量，解決了目前塊煤、粒煤熱解煤氣熱值低、焦油和半焦品質(zhì)差、焦油收率低、粉煤熱解困難和部分粉焦利用問題，提高了能源利用效率，節(jié)約了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。第一氣固分離裝置7，第二氣固分離裝置8，第三氣固分離裝置9頂部氣體出口與氣體冷卻器10入口相連接，且第一氣固分離裝置7底部設(shè)有粉焦出口，第二氣固分離裝置8和第三氣固分離裝置9底部設(shè)有半焦排出口。氣體冷卻器10頂 部設(shè)有煤氣出口，底部出口與油水分離器11入口相連通。焦油中的水被分離出來，可以用于備煤或煤渣處理等，減少廢水排放，節(jié)省資源。工作時，將原煤送入煤炭洗選篩分裝置1，經(jīng)洗選篩分裝置I洗選篩分后將煤分為粒徑為<6mm的粉煤12，6-20mm的粒煤13和20 80mm的塊煤14，將粉煤12、粒煤13、塊煤14分別送入粉煤熱解爐2，粒煤熱解爐3和塊煤熱解爐4，分別在500-800°C下熱解。粉煤熱解爐2內(nèi)反應(yīng)生成荒煤氣和粉焦，粉焦從粉煤熱解爐2的底部排出分為兩路，一路作為產(chǎn)品外排，一路送入粉焦氣化爐5入口，在950-1400°C的狀態(tài)下氣化，生成氣化氣和灰渣，其中灰渣從粉焦氣化爐5的底部排渣口排出，氣化氣由頂端排出分為兩路，一路作為熱解熱載體分為3路分別送入熱解爐粉煤熱解爐2，粒煤熱解爐3和塊煤熱解爐4的熱載體氣體入口，為熱解提供熱量；另一路作為氣化氣送入氣體洗滌凈化裝置6，經(jīng)洗滌后從洗滌凈化裝置6的頂端排出，作為產(chǎn)品外排。熱解爐2產(chǎn)生的荒煤氣從熱解爐2的頂部排出送入第一氣固分離裝置7的入口，經(jīng)分離后其中攜帶的粉焦從第一氣固分離裝置7的底部排出，除塵煤氣從頂部排出進(jìn)入氣體冷卻器10。粒煤熱解爐3內(nèi)反應(yīng)生成荒煤氣和半焦，其中半焦從粒煤熱解爐3的底部排出，作為產(chǎn)品外排，荒煤氣從頂部送入第二氣固分離裝置8的入口，經(jīng)分離后攜帶的半焦從第二氣固分離裝置8的底部排出，除塵煤氣由第二氣固分離裝置8的頂端送入氣體冷卻器10。塊煤熱解爐4內(nèi)反應(yīng)生成荒煤氣和半焦，其中半焦從塊煤熱解爐4的底部排出，作為產(chǎn)品外排，荒煤氣從頂部送入第三氣固分離裝置9的入口，經(jīng)分離后攜帶的半焦從第三氣固分離裝置9的底部排出，除塵煤氣從第三氣固分離裝置9的頂端送入氣體冷卻器10。氣體冷卻器10內(nèi)氣體經(jīng)冷卻后，分為凈化煤氣和焦油、水液體混合物，凈化煤氣從頂端排出，冷卻下的焦油、水混合物進(jìn)入油水分離器11進(jìn)一步分離出焦油中的水。本發(fā)明還提供了一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，包括以下步驟:(I)將原煤經(jīng)煤炭洗選篩分裝置被分為粉煤、粒煤和塊煤；(2)將經(jīng)煤炭洗選篩分裝置分離出的粉煤、粒煤和塊煤分別被送入與煤炭洗選篩分裝置連接的粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐分別在500-800°C完成熱解；(3)將粉煤熱解爐熱解產(chǎn)生的粉焦與粒煤熱解爐、塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的半焦作為產(chǎn)品排出，粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的荒煤氣，經(jīng)氣固分離裝置分為除塵煤氣和粉焦或半焦作為產(chǎn)品排出。作為本方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，將步驟(3)中從氣固分離器排出的除塵煤氣經(jīng)氣體冷卻裝置分為·凈化煤氣和焦油、水混合物，焦油、水混合物再經(jīng)油水分離器分為凈化焦油和水排出。作為本方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，將步驟(3)中粉煤熱解爐排出的粉焦一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分經(jīng)粉焦氣化爐在950-1400°C氣化生成氣化氣，氣化生成的氣化氣一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分氣化氣作為熱解熱載體分別送入粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，為熱解提供熱量和還原氣氛。本發(fā)明將原煤篩選后，分別送入粉煤熱解爐，粒煤熱解爐和塊煤熱解爐同時進(jìn)行熱解，實現(xiàn)同時處理全粒徑范圍的所有煤種的目的；同時，將粉煤熱解產(chǎn)物粉焦部分送入粉焦氣化爐氣化生成氣化氣，氣化氣作為熱解熱載體再次送入熱解爐中，解決了部分粉焦的利用問題，而且以氣化氣作為熱解熱載體，產(chǎn)生煤氣無N2等廢氣混入，煤氣品質(zhì)好，可以作為產(chǎn)品進(jìn)一步利用，實現(xiàn)了能量優(yōu)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。相比現(xiàn)有熱解系統(tǒng)和方法，本發(fā)明還具有以下有益效果:(I)本發(fā)明在一個系統(tǒng)內(nèi)可以解決所有粒徑煤利用問題，煤種適用范圍廣，可適用褐煤、長焰煤等低階煤。(2)本發(fā)明可以3種不同粒徑煤同時進(jìn)料，提高了系統(tǒng)原煤處理能力。(3)本發(fā)明通過熱解-氣化耦合，實現(xiàn)了煤炭資源的分級利用，提高了系統(tǒng)能源利用效率。(4)本發(fā)明以粉焦氣化氣作為煤熱解的熱載體，氣化氣中N2等無效氣體含量少，同時其中H2，CH4等氣體有效促進(jìn)了煤熱解過程，提高了熱解油、氣產(chǎn)率和產(chǎn)品品質(zhì)，解決了部分粉焦利用問題。(5)本發(fā)明以氣化氣為熱解熱載體，產(chǎn)生的熱解氣品質(zhì)好可以直接加工利用，此夕卜，熱解水可回收利用用于氣化爐備煤或灰渣處理，系統(tǒng)基本實現(xiàn)了廢氣、廢水的零排放，節(jié)能環(huán)保。(6)本發(fā)明可根據(jù)原料和市場需求選擇打開或關(guān)閉粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，使用靈活、方便，實用性強。(7)本發(fā)明將3種不同粒徑煤熱解裝置和氣化裝置在同一系統(tǒng)中集成，裝置緊湊，節(jié)約成本。
權(quán)利要求
1.一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，其特征在于:包括煤炭洗選篩分裝置(I )，煤炭洗選篩分裝置(I)分別與粉煤熱解爐(2)、粒煤熱解爐(3)和塊煤熱解爐(4)連接，粉煤熱解爐(2)、粒煤熱解爐(3)和塊煤熱解爐(4)的氣體出口分別連接有第一氣固分離裝置(7)、第二氣固分離裝置(8)和第三氣固分離裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，其特征在于:所述粉煤熱解爐(2)的固體出口分為兩路，一路作為粉焦出口，另一路與粉焦氣化爐(5)入口相連通；粉焦氣化爐(5)氣體出口分為兩路，一路作為氣化氣出口，另一路分別與粉煤熱解爐(2)、粒煤熱解爐(3)和塊煤熱解爐(4)的熱載體氣體入口相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，其特征在于:所述第一氣固分離裝置(7)、第二氣固分離裝置(8)和第三氣固分離裝置(9)的氣體出口與氣體冷卻器(IO )連接，氣體冷卻器(IO )的液體出口連接有油水分離器(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)，其特征在于:所述粉焦氣化爐(5 )的氣化氣出口連接有氣體洗滌凈化裝置(6 )。
5.一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將原煤經(jīng)煤炭洗選篩分裝置被分為粉煤、粒煤和塊煤； (2)將經(jīng)煤炭洗選篩分裝置分離出的粉煤、粒煤和塊煤分別被送入與煤炭洗選篩分裝置連接的粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐完成熱解； (3)將粉煤熱解爐熱解產(chǎn)生的粉焦與粒煤熱解爐、塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的半焦作為產(chǎn)品排出，粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐熱解產(chǎn)生的荒煤氣，經(jīng)氣固分離裝置分為除塵煤氣和粉焦或半焦，粉焦或半焦作為產(chǎn)品排出。
6.根據(jù)權(quán) 利要求5所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，其特征在于:將步驟(3)中從氣固分離器排出的除塵煤氣經(jīng)氣體冷卻裝置分為凈化煤氣和焦油、水混合物，焦油、水混合物再經(jīng)油水分離器分為凈化焦油和水排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，其特征在于:將步驟(3)中粉煤熱解爐排出的粉焦一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分經(jīng)粉焦氣化爐生成氣化氣，氣化生成的氣化氣一部分作為產(chǎn)品排出，另一部分氣化氣作為熱解熱載體分別送入粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，為熱解提供熱量和還原氣氛。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，其特征在于:粉煤、粒煤和塊煤分別在500-800 V熱解。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的原煤多粒徑分級熱解氣化一體化方法，其特征在于:粉焦在950-1400°C 氣化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種原煤多粒徑分級熱解氣化一體化系統(tǒng)及方法，包括煤炭洗選篩分裝置，煤炭洗選篩分裝置出口分別與粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐連接，粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐的氣體出口分別連接有第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置和第三氣固分離裝置；可以同時處理粉煤、粒煤和塊煤，解決了目前不同粒徑的煤需要通過不同的系統(tǒng)才能進(jìn)行利用的問題，降低了生產(chǎn)成本，同時在處理原煤時針對不同粒徑的原煤，可以分別選擇打開或關(guān)閉粉煤熱解爐、粒煤熱解爐和塊煤熱解爐，針對單一粒徑原煤進(jìn)行處理，使用靈活、方便，實用性更強。
文檔編號C10J3/82GK103160324SQ20131010944
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者苗青, 張志剛, 樊英杰, 冉偉利, 陳靜升, 尚建選, 閔小建, 鄭化安 申請人:陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司