一种煤粉与液化残渣共热解除尘的系统和方法与流程

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种煤粉与液化残渣共热解除尘的系统和方法。

背景技术：

我国已探明的煤炭储量中，中低阶煤的占比达到全国保有资源量的55％以上，中低阶煤含有较高含量的水分和挥发分，具有易自燃、难分选的问题，使其综合利用受到很大限制；同时，随着现代化采煤综合技术的广泛使用，块煤产量下降，煤粉产量升高(80％-90％)，存在易扬尘、易燃等问题。因此，中低阶煤粉的综合利用具有重要的意义。

目前，通过煤热解技术将中低阶煤粉中的油气提取出来后，利用热解半焦耦合火力发电或化工路线，被认为是中低阶煤粉高效利用最有效的途径，是现代大型煤化工的主要方向。但是，由于煤粉的粒度较小，因此在分离后的油气产物中存在较高的粉尘含量，这样不仅会增大油气产品的后续利用，而且会造成大量固体煤粉或半焦的浪费。因此，必须寻找一种合适的方法，能降低油气产品中的粉尘量，并使其回收利用。

在煤直接液化生产过程中，液化残渣的量约为原煤质量的30％，产量巨大。液化残渣为一种高炭、高挥发分、含有液化催化剂的物质，其在一定温度下会发生软化，产生流动性，且具有很强的粘结性，若进一步升高温度，在绝氧环境下热解会产生大量的油气产品，因此液化残渣的利用研究具有很重要的意义。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种中低阶煤粉与液化残渣共热解的系统和方法，根据液化残渣的特性，以同时解决热解后粗煤气的除尘问题以及液化残渣的高效利用问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种煤粉与液化残渣共热解除尘的系统，包括共热解单元、液化残渣除尘单元和油气分离单元；其中，

所述共热解单元包括煤粉入口、液化残渣入口、粗煤气出口和热解半焦出口，所述共热解单元用于煤粉和液化残渣的热解反应；

所述液化残渣除尘单元设有粗煤气入口、除尘煤气出口以及含尘液化残渣出口；所述粗煤气入口与所述粗煤气出口相连；所述含尘液化残渣出口与所述液化残渣入口相连，所述液化残渣除尘单元用于对粗煤气处理得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；

所述油气分离单元设置有除尘煤气入口、循环冷却水入口、循环冷却水出口、轻油出口、净煤气出口以及重质焦油出口，所述除尘煤气入口与所述除尘煤气出口相连，所述油气分离单元用于对所述除尘煤气进行处理得到净煤气、重质焦油和轻质焦油。

具体地，所述共热解单元使用的装置是蓄热式无热载体下行床。

进一步地，所述蓄热式无热载体下行床上段为低温干馏段，下段为高温干馏段，其内部设置有多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕下行床四周平行且均匀分布，每个所述蓄热书辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行且沿所述下行床的本体高度方向上错开分布。

具体地，所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器。

所述油气分离单元使用的装置是水喷淋装置。

进一步地，所述水喷淋装置的冷却水入口管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴交错排列，所述冷却水入口管垂直方向上设有挡板，且所述挡板的低端位于所述净煤气出口的下方。

本发明还提供一种利用上述系统对煤粉与液化残渣进行共热解除尘的方法，其特征在于，包括步骤：

A.共热解：将所述煤粉和所述液化残渣分别通过所述煤粉入口和所述液化残渣入口喷入所述共热解单元，得到所述粗煤气；

B.液化残渣除尘：将所述粗煤气和液态液化残渣进行接触，得到所述除尘煤气以及所述含尘煤液化残渣油浆；

C.液化残渣处理：在所述含尘煤液化残渣油浆中，对含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用，含尘浓度≥50wt％的油浆排出至所述所述共热解单元；

D.油气分离：对所述除尘煤气经水喷淋降温进一步除尘，得到所述净煤气，喷淋后的液体经油水分离后，得到所述重质焦油和所述轻质焦油。

进一步地，将所述煤粉粒度控制为<6mm，所述液化残渣的温度控制在240-360℃。

具体地，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比控制在1:0.2-0.5，热解时间为1-12s，优选为6-12s。

作为优选的实施方案，将所述蓄热式无热载体下行床的所低温干馏段热解温度控制为550-700℃，所述高温干馏段热解温度为800-950℃。

具体地，将所述液态液化残渣的温度控制在300-420℃。

在本发明中，首先，利用液态液化残渣粘度高的特性，对热解粗煤气进行除尘。其次，当液化残渣中含尘量达到50％以上时，将其在高温下与煤粉一起加入热解炉，在不同的温度区间实现煤与液化残渣的热解，产生油气产品，实现了液化残渣高附加值利用。

该发明具有以下有益效果：

(1)充分利用煤液化残渣的特性，作为粗煤气的除尘剂，并在吸收饱和后与煤粉发生共热解，产生油气产品，实现液化残渣高附加值利用，变废为宝；

(2)液化残渣的粘度大，且粉尘与液体煤液化残渣介质的相溶性好，易于捕集粉尘，对粗煤气的除尘效率高；

(3)高温除尘过程中，煤液化残渣中的催化剂，对于煤气中的重质组分具有很好的催化裂解作用，提高焦油轻质组分质量；

(4)高含尘煤液化残渣在高温下直接加入快速热解炉与煤粉发生共热解，可以充分利用液态液化残渣的显热，降低热解能耗，提高了原料利用率，且在整个过程中不产生污染排放；

(5)利用蓄热式无热载体下行床作为共热解装置，利用辐射管加热，无需热载体，使得热解油气的品质较高；且可灵活控制不同热解段的温度，热效率高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的生产工艺流程图；

图2是本发明的生产系统示意图。

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。

本发明提出了一种中低阶粉煤与液化残渣共热解除尘的方法，如图1，包括以下步骤：

第一步：煤粉与液化残渣共热解：将热解煤粉和液化残渣分别通过煤粉喷嘴和液化残渣喷嘴喷入快速热解炉，在重力的作用下向下运行，并在运行的过程中发生热解反应，产生半焦和油气产品；

所述快速热解炉可以是蓄热式无热载体下行床；

所述煤粉的粒度为0-6mm；所述液化残渣为液态，温度为260-360℃；

所述煤粉与液化残渣的质量比为1:0.1-0.5；

所述快速热解炉上段为低温干馏段，热解温度为550-700℃；下段为高温干馏段，热解温度为800-950℃；

热解时间为1-12s，优选为6-12s；

第二步：液化残渣除尘：由快速热解炉排出的粗煤气进入液态液化残渣容器，与液态的液化残渣进行直接接触后，得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；

所述液态液化残渣的温度为300-420℃；

第三步：油气分离：经液化残渣除尘后的除尘煤气进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；

第四步：含尘液化残渣油浆处理：所述接触洗涤后得到的含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆，通过密闭保温罐直接输送至快速热解炉，与煤粉发生共热解，产生油气产品。

本发明还提出了一种中低阶煤粉与液化残渣共热解除尘的系统，如图2：

本发明所描述的系统由共热解单元1、液化残渣除尘单元2、油气分离单元3组成。

煤与液化残渣共热解单元1的装置可以是蓄热式无热载体下行床；包括煤粉入口11、液化残渣入口12、粗煤气出口13和热解半焦出口14；所述液化残渣入口12与液化残渣除尘单元2的含尘液化残渣出口23相连；

所述无热载体蓄热式下行床内部设置多层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕下行床四周平行且均匀分布，每个所述蓄热书辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行且沿所述下行床的本体高度方向上错开分布。

所述下行床低温干馏段和高温干馏段的温度通过辐射管内燃气流量或开启辐射管的数量来控制，并在不同段设置热电偶实时监测；

液化残渣除尘单元2的装置可以是高温密闭保温容器，设有粗煤气入口21、除尘煤气出口22以及含尘液化残渣出口23；所述粗煤气入口21与共热解单元1的粗煤气出口13相连；

油气分离单元3的装置可以是水喷淋装置，设有除尘煤气入口31、循环冷却水入口32、循环冷却水出口33、净煤气出口36、轻油出口37、以及重质焦油出口38；所述除尘煤气入口31与液化残渣除尘单元2的除尘煤气出口22相连；所述冷却水入口管上设置有多个喷嘴34；所述喷嘴的方向交错排列，以保证冷却水与除尘煤气的充分接触；所述喷淋塔内与冷却水入口管垂直方向设置挡板35，且挡板的低端位于净煤气出口36的下方，进一步保证冷却水与荒煤气的充分接触。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

利用本发明的系统，将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的290℃的液化残渣分别通过煤粉入口11和液化残渣入口12喷入快速热解炉内，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.3，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为550-600℃，高温干馏段的温度为870-900℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与340℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例2

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的360℃的液化残渣分别通过煤粉入口11和液化残渣入口12喷入快速热解炉内，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.5，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为650-700℃，高温干馏段的温度为900-950℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与380℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例3

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的240℃的液化残渣分别通过煤粉入口11和液化残渣入口12喷入快速热解炉内，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.4，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为550-580℃，高温干馏段的温度为800-850℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与420℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。

实施例4

本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于6mm的煤粉与液化残渣除尘单元送来的320℃的液化残渣分别通过煤粉入口11和液化残渣入口12喷入快速热解炉内，将所述煤粉与所述液化残渣反应的质量比为1:0.2，混合物料依靠重力的作用依次经过快速热解炉的低温干馏段和高温干馏段；其中，低温干馏段的温度为600-650℃，高温干馏段的温度为880-950℃；在低温干馏段，液化残渣基本热解完全，而煤粉在此段发生温和热解，产品以轻质焦油为主；在高温干馏段，煤粉热解完全，产生大量的油气产品，与低温干馏段产生的油气产品混合，共同从粗煤气出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；

粗煤气进入液态液化残渣容器，与300℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆通过高温密闭装置直接输送至快速热解炉热解，使液化残渣与所含的粉尘连同加入的煤粉共同热解，进一步获取油气资源。。