一种低煤化度粉煤热解方法及采用该方法所得到的产品的制作方法

专利名称：一种低煤化度粉煤热解方法及采用该方法所得到的产品的制作方法
一种低煤化度粉煤热解方法及采用该方法所得到的产品
技术领域：
本发明涉及一种粉煤热处理技术领域，更具体地，本发明涉及一种低煤化度粉煤 热解方法，以及采用该方法得到的产品。
背景技术：
在我国的能源结构比例中，煤炭资源储量和消费量占到一次能源总量的70%以 上，随着石油、天然气等资源的进一步短缺，煤炭将在很长一段时间内成为我国能源结构的 主体。在我国的煤炭资源总量中，低煤化度煤(如褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤)探明储量 占到30%以上，主要分布在内蒙、陕西、云南等地，在开采和运输过程中会产生大量的粉煤， 这种粉煤资源存在着粒度小、易氧化自燃、含水量高、热利用效率低、不粘结或粘结性差等 缺陷。如何高效清洁地利用这类资源对提高我国煤炭资源利用效率、推动当地经济发展、实 现可持续发展具有非常重要的意义。煤的热解，作为整个煤化工的基础，是目前加工处理年轻煤资源的有效途径，也是 获取化工基本原料(如三苯，三酚、萘)等的主要途径。目前对低煤化度煤的热解技术按照 供热方式可分为内热式和外热式技术。内热式技术目前主要有陕北神木县三江煤化工有限公司的SJ低温干馏方炉 (ZL200610111733. 8)、鲁奇三段炉、基于螺旋式混合器(ZL94228582. 4)的DG新法干馏技 术、T0SC0AL干馏技术、鲁奇-鲁尔(L-R)干馏技术、以及基于循环流化床的干馏技术。内 热式干馏技术虽然具有传热效率高且加热速率快的优点，但存在的突出问题是产品质量低 下，例如煤气和焦油含尘量高、煤气中惰性组分含量高、半焦灰分大幅增加，从而导致难以 高附加值利用，尤其是气体内热式技术还增加了后续产品净化和分离系统的负荷。外热式技术目前主要有煤炭科学研究院的多级回转热解工艺(ZL92104624.3)，张 济宇等人开发的细粒弱粘煤低温干馏技术(ZL200610012400.X)等，但均存在传热速率和 综合热效率低、产品煤气和焦油产率和品质低下等问题，且在焦油回收和煤气降温、半焦冷 却以及气体除尘过程中，产生了大量含酚含尘废水和含尘废气，对环境造成了极大的污染。本发明是根据我国的能源结构比例状况，针对低煤化度粉煤高效利用难度大，传 统处理方法综合热效率低，煤气和焦油产率和品质低，且环境污染严重的问题，在进行大量 研究和试验的基础上提出的。通过粉煤预干燥、热解反应、煤气降温和焦油回收、半焦冷却 工序来达到高效利用低煤化度粉煤、提高煤气和焦油的产率和性质、提高热效率和降低环 境污染的目的。

发明内容[要解决技术问题]本发明的目的是提出一种低煤化度粉煤热解方法。本发明的目的是一种采用上述方法得到的产品。[技术方案]
本发明的目的是实现低煤化度粉煤资源的高效利用，首先低煤化度粉煤进行预干 燥处理，使原低煤化度粉煤中的水分含量降低到5.0重量％以下，避免了大量水分带入热 解炉导致热解炉热负荷增大的问题，同时有效利用了废热；干燥后的低煤化度粉煤在外热 式热解炉内进行热解反应，得到优质煤气和焦油产品，同时获得用途广泛的半焦产品，这种 产品可用于例如湿法气化、高炉喷吹，工业窑炉、生产碳化硅、冶金还原剂等技术领域。热解 产生的煤气、焦油和水通过间接冷却与直接激冷相结合的方式实现煤气降温和焦油回收， 在保证焦油高效回收和煤气有效降温的前提下大大减少了废水排放量；而热解产生的热半 焦与冷却介质进行间接换热达到半焦降温的目的，冷却介质可完全循环利用，不会对环境 造成污染。本发明是通过下述技术方案实现的。本发明涉及一种低煤化度粉煤热解方法。该方法包括下述步骤A、低煤化度粉煤的预干燥把所述的低煤化度粉煤通过管道12送到干燥炉1中，在干燥温度120-200°C下与 通过管道22输送到所述干燥炉1的干燥介质进行间接换热20-70分钟，从而所述粉煤的水 分含量达到5. 0重量％以下，干燥粉煤通过管道15从所述干燥炉1排出，干燥过程得到的 水蒸汽和已换热干燥介质分别通过管道13和14从所述干燥炉1排出；B、低煤化度粉煤的热解让上述步骤A得到的干燥粉煤通过管道15送到热解炉2在温度300°C _650°C进 行热解反应30-400分钟，得到含有煤气、水和焦油的热解气态产物以及半焦，所述的热解 气态产物通过管道16从所述热解炉2中排出，所述半焦通过管道17从所述热解炉2排出； 所述粉煤进行热解反应所需的热量是由管道39供给的空气与管道38供给的燃料在所述热 解反应炉2内燃烧产生的热量间接供给的；C、热解气态产物冷凝与焦油回收上述步骤B得到的含有煤气、水和焦油的热解气态产物通过管道16送到冷凝系统 4与其中的冷却介质进行逆流间接换热，使该热解气态产物的温度降低到低于180°C以下， 再通过管道27排出所述冷凝系统4 ；从所述冷凝系统4底部排出的是液态焦油产物，由管 道28排出。来自所述冷凝系统4的热解气态产物在气体洗涤器8中与来自氨水槽10的0. 2-5 重量％氨水直接进行接触，于是降低热解气态产物的温度，同时除去在上述热解气态产物 中夹带的焦油；从所述气体洗涤器8底部排出的含有焦油的水再通过管道29送到焦油澄清 槽9中，澄清后从所述焦油澄清槽9上部通过管道30排出物是含有水的焦油，从所述焦油 澄清槽9底部排出的水不含有焦油，这种水大部分通过管道32送入氨水槽10与来自管道 33的新鲜氨水混合后送到气体洗涤器8，剩余的水通过管道31外排； 从所述煤气洗涤器8排出的热解气态产物通过管道35送到微量焦油捕集器11，使 热解气态产物中的焦油含量降低到60mg/m3以下得到一种粗煤气，它从所述微量焦油捕集 器11上部排出，其中一部分粗煤气通过管道37排出外送，另一部分粗煤气再通过管道37、 38与通过管道39的空气一起送到所述热解炉2的外筒54或燃烧室(83)；从所述微量焦油 捕集器11底部排出的是含有微量焦油和冷凝水的液态混合物通过管道36排出；
D、热解产物半焦的冷却
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上述步骤B得到的半焦通过管道17或者送到冷却炉3中进行冷却降温，或者直接 外排，当送到所述冷却炉3进行降温冷却时，在其中与通过管道41进入所述冷却炉3的冷 却介质进行间接冷却30-90分钟，使半焦的温度降低到200°C以下从所述冷却炉3排出，换 热后的冷却介质通过管道42从所述冷却炉3排出。根据本发明的一种优选实施方式，所述的低煤化度煤选自褐煤、长焰煤、不粘煤或 弱粘煤；所述粉煤是最大颗粒直径小于15mm且平均粒径I-IOmm的粉状煤。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的干燥炉1是一种卧式套筒式结构，由 内筒46、外筒44和铰龙45三部分组成，所述煤粉进入所述干燥炉1的内筒46中，干燥介 质从所述干燥炉1上的入口 48进入所述干燥炉1外筒44中，干燥介质的热量通过所述内 筒46与外筒44之间的壁传递给在所述内筒46中的低煤化度粉煤，所述内筒46中的低煤 化度粉煤在所述铰龙45的带动下向出口方向移动，粉煤在移动过程中受热进行干燥脱水， 在干燥过程中产生的水蒸汽和已换热干燥介质分别从出口 49和50排出，干燥的低煤化度 粉煤从出口 51排出。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的干燥介质是从所述热解炉2出来的燃 烧废气或者是通过管道21补充的其它燃料燃烧产生的废热烟气或蒸汽。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的热解炉2是外热式反应器，它是一种 在其内部有传动件的卧式套筒式结构，由内筒53、外筒54、铰龙52三部分组成，所述的内筒 53是低煤化度粉煤的通道，所述的外筒54是燃料燃烧室，燃料与空气通过多个入口 56 —起 进入所述外筒燃烧室54进行燃烧放热，其热量通过所述内筒53与外筒54之间的壁传递给 所述内筒53中的粉煤，所述内筒53中有缓慢转动的铰龙52，粉煤在所述铰龙52的带动下 移动，在移动过程中粉煤发生热解反应；或者它是一种立式外热式热解炉，由热解反应室75、蓄热室76、冷却室77和燃烧室83 四个部分组成，所述的热解室75是低煤化度粉煤的热解反应室，所述的蓄热室76是空气和 燃料气的蓄热室，所述的冷却室77是热解生成热半焦的冷却室，所述热解室75的前后均有 燃烧室83向所述热解室75间接提供热量，干煤通过入口 80进入所述热解室75，热解产生 的气态产物通过多个出口 79排出，固体产物半焦被推焦机构送入冷却室77内，被来自入口 78的惰性气体将半焦冷却到温度低于200摄氏度后通过出口 82排出，冷却废气通过出口 81排出。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的燃料包括热解自产的粗煤气和来自管 道40的其它燃料，其它燃料选自天然气、液化石油气、城市煤气、工业合成气、工业尾气和 重油、渣油和其它废油的液态燃料。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的冷凝系统4由多个套管式间接冷凝器 5串联组成，所述冷凝器5的内管6为热解气态产物通道，外管7为冷却介质通道，热解气 态产物从所述间接冷凝器5的内管6进入，冷却介质从所述间接冷凝器5的外管7进入，热 解气态产物与冷却介质通过所述内管6的壁进行间接换热，使热解气态产物的温度降低到 180°C以下时通过管道27流出所述冷凝系统4，冷却下来的焦油通过管道28排出收集。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的冷却炉3为套筒式外热式结构，由内 筒64、外筒65和铰龙63三部分组成，所述内筒64为热解产物半焦通道，所述外筒65为冷 却介质的通道，所述冷却炉3的两端有冷却水系统71和73，所述铰龙63上有冷却水入口72和出口 74，所述铰龙63由电机带动在内筒中64缓慢转动，所述内筒64中的半焦在所述 铰龙63的带动下向半焦出口 70方向移动，在移动的过程中半焦与冷却介质通过所述内筒 64和外筒65之间的壁进行间接换热。根据本发明的另一种优选实施方式，所述冷却介质选自循环水、脱盐水、新鲜水、 空气或惰性气体。根据本发明的另一种优选实施方式，采用本发明所述方法得到的产品，煤气热值 大于20MJ/m3，煤气中甲烷含量大于30体积％ ；产品焦油中小于350°C的馏分含量大于50重量％。下面将结合说明书附图更详细地描述本发明方法。附图1是本发明的技术线路示意图。A、低煤化度粉煤的预干燥把所述的低煤化度粉煤通过管道12送到干燥炉1，在干燥温度120-200°C下与通 过管道22输送到所述干燥炉1的干燥介质进行间接换热20-70分钟，从而所述粉煤的水分 含量达到5. 0重量％以下，干燥后的粉煤通过管道15从所述干燥炉1排出，干燥过程得到 的水蒸汽和已换热干燥介质分别通过管道13和管道14从所述干燥炉1排出；首先将最大粒度为15mm的低煤化度粉煤，如褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤通过 管道12送到已预热的干燥炉1，向所述干燥炉1提供热量的干燥介质通过管道22从不同 位置进入所述干燥炉1，与所述干燥炉1中的低煤化度粉煤进行间接换热，干燥介质的流量 可根据管道15中干燥后的低煤化度粉煤的温度和管道13中水蒸汽的温度来确定，经过干 燥使低煤化度粉煤的温度达到120-200°C，且水含量降低到5. 0重量％以下时，通过管道15 从所述干燥炉1的出口 51排出，干燥过程中得到的水蒸汽沿管道13从所述干燥炉1的出 口 49排出，经冷凝后再循环利用，已换热的干燥介质沿管道14从所述干燥炉1的出口 50 排出。在本发明中，所述的低煤化度粉煤应该理解是最大粒径小于15mm、平均粒径 I-IOmm的低煤化度煤，所述低煤化度煤是指褐煤、长焰煤、不粘煤以及弱粘煤。所述的干燥介质是从热解炉2出来的燃烧废气或者是通过管道(21)补充的其它 燃烧废烟气或蒸汽，优选地是从热解炉2出来的燃烧废气或蒸汽，更优选地是来自热解炉2 的燃烧烟气。本发明方法使用的干燥炉1的结构示意图如图2所示。总体结构形式为外热式卧 式干燥炉，由内筒46、外筒44和在所述内筒46中的铰龙45三部分组成，所述内筒46是低 煤化度粉煤的通道，外筒44是干燥介质的通道，所述铰龙45通过电机带动发生转动，47为 低煤化度粉煤的进口，干燥介质的入口 48在所述干燥炉1上设置为多个，49和50分别是干 燥过程中产生的水蒸汽和换热后干燥介质的出口，51为干燥后低煤化度粉煤的出口。干燥介质通过所述干燥炉1上多个干燥介质入口 48进入所述外筒44，并通过所述 内筒46和外筒44之间的壁向所述内筒46供热，而所述铰龙45在电机的带动下进行缓慢 转动，随后低煤化度粉煤通过粉煤入口 47进入所述内筒46中，并在所述铰龙45的带动下 向所述低煤化度粉煤出口 51方向移动，在移动过程中与所述外筒44中的干燥介质进行间 接换热，并进行脱水干燥，所产生的水蒸汽通过出口 49排出，已换热干燥介质通过出口 50 排出，干燥的低煤化度粉煤通过出口 51排出，低煤化度粉煤在所述干燥炉1内筒46中的停留时间是20-90分钟，具体是通过调节所述铰龙45的转速来调节的，所述铰龙45的转速为 0. 1-10转/分，优选地0. 2-6转/分，更优选地0. 2-2. 5转/分。B、低煤化度粉煤的热解让上述步骤A得到的干燥粉煤通过管道15送到热解炉2在温度300°C _650°C进 行热解反应30-400分钟，得到含有煤气、水和焦油的热解气态产物以及半焦，所述的热解 气态产物通过管道16从所述热解炉2中排出，所述的半焦通过管道17从所述热解炉排出； 所述粉煤进行热解反应所需的热量是由管道39供给的空气与由管道38的供给的燃料在所 述热解反应炉2内燃烧产生的热量间接供给的；经过干燥沿管道15排出的低煤化度粉煤依靠自身重力进入热解炉2，在该热解炉 2中进行热解反应。低煤化度粉煤在所述热解炉2内的反应温度可以由燃料和空气的加入 量进行确定，热解反应的气态产物是含有煤气、焦油和水的混合物，固态产物是半焦，所述 的气态产物通过管道16排出后送到后续工序进行处理，所述的固态产物通过管道17从所 述热解炉2排出，燃烧产生的废气通过管道18排出后，或者沿管道19返回到所述干燥炉1 干燥低煤化度粉煤，或者通过管道20送到产生蒸汽回收热量。在本发明中粉煤发生热解反应所需要的热量是由通过管道39送来的空气与通过 管道38提供的燃料在所述热解炉2内燃烧间接供给的，所述的燃料包括来自管道37的热 解粗煤气和来自管道40的其它燃料。所述的其它燃料应该理解是可燃性气体和可燃性液 态燃料，所述的可燃性气体例如是液化石油气、天然气、城市煤气或工业合成气，可燃性液 态燃料例如是重油、渣油或废油。所述的燃料优选地是热解煤气和可燃性气体，更优选地是热解煤气和天热气。本发明方法使用的热解炉2具有两种结构形式。第一种热解炉2示意图如图3所 示。总体结构为卧式外热式热解炉，它由内筒53，外筒54和在所述内筒53中的铰龙52三 部分组成，所述内筒53为干燥后低煤化度粉煤通道，所述外筒54为燃料与空气的燃烧通 道，55是干燥后低煤化度粉煤的入口，56是燃料与空气入口，57是热解气态产物出口，58是 燃烧废烟气出口，59是热解固态产物半焦出口。为了对所述热解炉2的密封件进行降温，在 所述热解炉2的两端设有冷却系统60 ；为延长所述铰龙52的使用寿命，在所述铰龙52的 端头设有循环冷却介质进口 61和出口 62。燃料与空气通过所述第一种热解炉2的多个入口 56进入所述热解炉2的外筒54， 燃料与空气在外筒54内进行燃烧，所产生的热量通过所述内筒53和外筒54之间的壁传向 内筒53，所述铰龙52在电机带动下在所述内筒53中进行缓慢转动，经干燥的低煤化度粉 煤由入口 55进入预热到一定温度的内筒53中，并在不断转动的铰龙52的带动下向半焦出 口 59方向移动，低煤化度粉煤在移动过程中通过所述的壁吸收燃料燃烧放出的热量，达到 热解温度时发生热解反应，热解产生的气态产物从多个气体出口 57排出，而固体产物半焦 通过出口 59从所述内筒53中排出，燃料在所述外筒54中燃烧后产生的废烟气通过出口 58排出，回收热量。经干燥的低煤化度粉煤在所述热解炉2的停留时间为30-150分钟，具 体地可以通过所述铰龙52的转速进行调节，所述铰龙52的转速是0. 1-8转/分，优选地是 0. 1-5转/分，更优选地是0. 1-2. 5转/分。为了提高第一种热解炉2的能量综合利用效率和提高低煤化度粉煤的热解速率， 其内筒53壁面采用导热性和耐磨性良好的材料，如碳化硅、321不锈钢等制成；外筒54壁面采用保温性能良好的材料，例如(粘土砖等)制成；所述铰龙52采用在700°C时有较高 抗拉强度的材料，例如430、431、436L等铁素体钢制成；为避免热解生成的焦油发生二次反 应，在所述热解炉2上可以设置多个气态产物出口 57，例如2-6个。本发明方法使用的第二种热解炉2示意图如图4所示。总体是立式热解炉，主要 包括热解室75、蓄热室76、冷却室77和燃烧室83四部分，所述热解室75为干煤发生热解 反应，所述蓄热室76是对燃料气和空气预热，所述冷却室77是对热半焦进行降温冷却，所 述燃烧室83是燃料与空气燃烧放热向热解室75间接供热，78是冷却半焦用的惰性气体入 口，80是干煤进入所述热解室75的入口，79是热解气态产物的多个出口，81是排出所述冷 却室77的废气出口，82是冷却后半焦出口，在所述热解室75的两侧均有燃烧室83，燃料在 燃烧室中燃烧后热量通过所述热解室75的两侧壁面传递给煤料。燃料与空气经过蓄热室76预热后进入所述热解炉2的热解室75两侧的燃烧室83 内进行燃烧放热，产生的热量通过热解室与两侧燃烧室之间的壁面传向所述热解室75，随 后经过干燥的干煤料通过入口 80进入热解室75内发生热解反应，采用在燃烧室两侧沿纵 向不同位置喷入空气的方法来改善煤料的传热效果，热解过程中产生的气态产物通过所述 热解室75上部的多个出口 79排出，热解产生的半焦被所述热解室75侧面的推焦机构送入 半焦冷却室77中，在所述冷却室77中，热半焦被来自入口 78的惰性气体直接接触冷却，使 热半焦的温度降低到200°C以下时通过出口 82排出，换热后的冷却废气通过出口 81排出后 经过降温处理后可循环利用。为了提高第二种热解炉2的能量综合利用效率和提高低煤化度粉煤的热解速率， 所述第二种热解炉2的热解室75壁面采用导热性良好的材料，例如(碳化硅)制成；燃烧 室83外壁面采用保温性能良好的材料，例如(粘土砖、断热砖)制成；蓄热室76采用导热 性能良好的的材料，例如(硅砖)制成；为避免热解生成的焦油发生二次反应，在所述热解 炉(2)上可以设置多个气态产物出口 79，例如2-6个。热解反应所生成的气态产物含有不凝性煤气，可凝性焦油和热解水。为了回收高 附加值焦油产品且获得优质的煤气，需要将热解气态产物中的可凝性物质进行冷凝分离。 所述热解气态产物通过管道16进入冷凝系统4进行降温冷却。让冷却介质与所述气态产 物进行间接逆流换热，当所述气态产物的温度降低到180°C以下时，通过管道27排出所述 冷却系统4，并进入气体洗涤器8，从所述冷凝系统4排出的液态冷凝物为焦油。从所述冷凝系统4排出的热解气态产物温度在180°C以下时含有大量的轻质焦油 组分和酸性气体，需要进行回收处理。所述的热解气态产物通过管道27进入气体洗涤器 8，与来自管道34的0. 2-5重量％氨水直接接触进行传质传热，一方面降低该热解气态产物 的温度，它再通过气体洗涤器8的管道35排出，另一方面含有轻质焦油的水从所述气体洗 涤器8底部排出，除去该热解气态产物中绝大部分焦油。含有轻质焦油的水通过管道29进 入焦油澄清槽9中进行澄清分离。澄清后，含水轻质焦油从所述焦油澄清槽9的上部通过 管道30排出，以便进行焦油与水的进一步分离，从所述焦油澄清槽9底部排出的水中几乎 不含有焦油，其中大部分水通过管道32送入氨水槽10中与来自管道33的补充新鲜氨水混 合，再通过管道34送到所述气体洗涤器8，剩余的水通过管道31外排。从所述气体洗涤器8的管道35排出的热解气态产物中还含有少量的焦油和热解 水，为进一步回收高附加值焦油产品，将它送到微量焦油捕集器11中，在所述微量焦油捕
9集器11中，可将其中焦油含量降低到60mg/Nm3以下，作为粗煤气通过管道37从所述微量 焦油捕集器11中排出，其中一部分经过管道38送到所述热解炉2，剩余的粗煤气作为产品 外供，在微量焦油捕集器11中捕获的微量焦油和热解水通过管道36送去进行焦油与水的 进一步沉降分离。所述的冷凝系统4为间接冷凝系统，它由多个串联的间接冷凝器5组成，优选地是 1-5个间接冷凝器5，更优选地是1-3个间接冷凝器5。所述间接冷凝器5为套管式间接冷 凝器，由内管6和外管7构成，所述内管6是热解气态产物的通道，所述外管7是冷却介质 的通道。冷却介质通过管道23从所述冷凝器5的下端进入所述外管7，热解气态产物从所 述冷凝器5的上端进入所述内管6，热解气态产物与冷却介质通过所述内管6的壁进行逆流 间接换热，经过冷却的热解气态产物从所述内管6通过管道25排出到后一个冷凝器中，经 过换热的冷却介质从所述外管7通过管道24排出经冷却后循环使用。所述的微量焦油捕集器11是本技术领域常用的微量焦油捕集器，例如襄樊九鼎 昊天环保设备有限公司以商品名电捕焦油器、湖北珠峰亚太净化设备有限公司以商品名电 除焦油(尘)器、鞍山市东辉环保设备有限公司以商品名蜂窝电捕焦油器销售的微量焦油 捕集器。D、热解产物半焦的冷却上述步骤B得到的半焦通过管道17或者送到冷却炉3进行降温冷却，或者直接外 排，当送到所述冷却炉进行降温冷却时，热半焦与通过管道41进入所述冷却炉3的冷却介 质进行间接冷却30-90分钟，使半焦的温度降低到200°C以下，再通过管道43从所述冷却炉 3排出；换热后的冷却介质通过管道42从所述冷却炉3排出。图5是所述冷却炉3的结构示意图，所述冷却炉3为卧式外热式冷却炉，由内筒 64、外筒65和铰龙63组成，所述内筒64是半焦的通道，所述外筒65是冷却介质的通道，所 述铰龙63在电机的带动下在所述内筒64中缓慢转动，66是热半焦入口，67是在半焦中夹 带气体排出口，68是所述外筒65冷却介质出口，69是冷却介质入口，70是冷却半焦排出口， 71和73是所述冷却炉3两端的冷却水系统，用于对密封元件降温；在所述铰龙63上设有 冷却水入口 72和冷却水出口 74，用以延长所述铰龙63的使用寿命，同时起到冷却所述内筒 64中热半焦的作用。冷却介质通过所述冷却炉3的冷却介质入口 69进入所述外筒65中，所述内筒64 中的铰龙63在电机带动下发生缓慢转动，随后来自所述热解炉2的热半焦通过半焦入口 66 进入所述内筒64中，半焦在所属铰龙63的带动下向冷却半焦出口 70出口方向移动，热半 焦在移动过程中与所述外筒65中的冷却介质通过所述内筒64的壁进行逆流间接换热，冷 却的半焦从所述半焦出口 70作为产品半焦排出，所述外筒65中经过换热的冷却介质通过 出口 68排出后经冷却后循环使用，所述外筒65中的冷却介质流量是根据所述冷却炉3的 冷却半焦出口 70的出口半焦温度来确定的。半焦在所述冷却炉3中的停留时间是通过所 述内筒64中的铰龙63的转速来调节的，所述铰龙的转速为0. 1-12转/分，优选地，该转速 是0. 1-10转/分，更优选地，该转速是0. 2-7转/分。在本发明的意义上，所述冷却介质应该理解为循环水、脱盐水、新鲜水、空气或惰 性气体，优选地是循环水和脱盐水，更优选地是循环水。
本发明还涉及采用本发明方法生产的产品，例如采用本发明生产的产品粗煤气热 值大于20MJ/m3，粗煤气中甲烷含量大于30体积％ ；产品焦油中小于350°C的馏分含量大于
50重量％。煤气热值是根据GB/T 12206-2006进行测定的。甲烷含量是根据GB/T 8984. 1-1997进行测定的。[有益效果]本发明具有下述的积极效果。1.本发明所提出的方法是以低煤化度粉煤为原料，对缓解目前采煤过程尤其是低 煤化度煤开采过程中产生的粉煤高效利用难度大的问题具有重要作用。2.本发明采用了两种不同结构形式的热解炉，相比传统内热式热解技术，有效降 低了煤气中惰性组分含量和焦油含尘量；相比传统外热式热解技术，有效提高了传热效率 和热解反应速率，缓解了高附加值焦油由于不能及时排出反应器导致发生二次热解的问 题。3.本发明采用了低煤化度粉煤预干燥工序，采用了外热式卧式干燥炉，相比传统 直接热解技术，大大减少了入热解炉粉煤的含水量，减轻了入热解炉粉煤携带大量水分对 热解炉内壁材料的侵蚀作用，同时大大减轻了后续冷凝系统的处理量；相比现有的预干燥 技术，提高了能量的综合利用效率和低煤化度粉煤的干燥速率。4.本发明提出了独特的煤气净化和焦油回收工艺，在保证高附加值焦油产品高效 回收的基础上，大大减少传统焦油回收工艺的污水排放量，相比传统直接激冷的焦油回收 方法，污水排放量可减少50%以上。5.本发明提出了对热解半焦进行间接冷却的方法，采用卧式外热式冷却炉3，与 现有技术相比，冷却介质可实现完全循环利用，不会产生大量含尘废水。总之，本发明的方法是对低煤化度粉煤资源的综合高效利用，即利用大量廉价处 理难度大的低煤化度粉煤为原料来制取高附加值的产品，对提高我国的煤炭资源利用率， 减轻传统处理方法能耗大，环境污染严重的问题具有重要意义。

图1是低煤化度粉煤热解技术的工艺流程示意2是低煤化度粉煤干燥炉结构示意3是第一种低煤化度粉煤热解炉示意4是第二种低煤化度粉煤热解炉示意5是热解半焦的冷却炉结构示意图其中，1、干燥炉；2、热解炉；3、冷却炉；4、冷凝系统；5、冷凝器；6、内管；7、外管； 8、气体洗涤器；8煤气洗涤器；9、焦油澄清槽；10、氨水槽；11、微量焦油捕集器；12、管道； 13、管道；14、管道；15管道；16、管道；17、管道；18、管道；19、管道；20、管道；21、管道；22、 管道；23、管道；24、管道；25、管道；27、管道；28、管道；29、管道；30、管道；31、管道；32、管 道；33、管道；34、管道；35、管道；36、管道；37、管道；38、管道；39、管道；40、管道；41、管道； 42、管道；43、管道；44、外筒；45、铰龙；46、内筒；47、进口 ；48、入口 ；49、出口 ；50、出口 ；51、 出口 ；52、铰龙；53、内筒；54、外筒；55、入口 ；56、入口 ；57、出口 ；58、出口 ；59、出口 ；60、冷
11却系统；61、进口 ；62、出口 ；63、铰龙；64、内筒；65、夕卜筒；66、入口 ；67、出口 ；68、出口 ；69、 入口 ；70、出口 ；71、冷却水系统；72、入口 ；73、冷却水系统；74、出口 ；75、热解室；76、蓄热 室；77、冷却室；78、入口 ；79、出口 ；80、入口 ；81、出口 ；82、出口 ；83、燃烧室。
具体实施方式实施例1 使用陕北低煤化度粉煤实施本发明方法。原料粉煤的最大粒径为12mm，平均粒度为8mm。主要煤质分析结果如下表所述表1 煤质分析结果 具体操作条件如下热解炉2采用结构形式一，将陕北低煤化度粉煤通过管道12 加入到干燥炉1的内筒46中，通过调节外筒44中所述热解炉2出来的燃烧废气的流量使 内筒46中的粉煤加热到190°C，通过调节内筒中铰龙45的转速使低煤化度粉煤在干燥炉内 的停留时间达到30分钟。干燥后的粉煤通过管道15以1000kg/h的流量流出干燥炉1并进入热解炉2的 内筒53，把来自管道38的热解粗煤气和来自管道39的空气送入热解炉2的外筒54中进 行燃烧，控制热解粗煤气量流量使内筒53中低煤化度粉煤的温度达到反应温度600°C， 控制铰龙52的转速使低煤化度粉煤在内筒53中的停留时间达到80分钟，热解过程中产 生的粗煤气、轻质焦油、热解水和部分夹带细灰通过多个出口 57汇集到管道16，以流量 352. 71kg/h送到气态产物降温与焦油回收工序，具体物流组成见表2，得到的固体产物半 焦以649. 19kg/h的流量依靠重力从热解炉的出口 59排出。表2 所述粉煤热解后排出热解炉2产物组成 从热解炉2排出的气态产物和夹带细灰通过管道16进入冷凝系统4，冷凝系统4 由三个夹套式间接冷凝器5串联组成，分别控制流入各级间接冷凝器的冷却水量，使通过 管道27流出的冷凝后气态产物温度降低到150°C，流量为274. 80kg/h。通过管道28排出冷 凝系统4的流出物为焦油、水和少量焦粉，总流量为75. 20kg/h。从冷凝系统4排出的气态产 物进入气体洗涤器8中，与来自管道34的浓度为8%、流量为3050kg/h的稀氨水直接接触 激冷，在激冷的过程中气态产物中绝大部分焦油以液态的形式从气体洗涤器8底部排出， 从气体洗涤器8顶部通过管道35排出的气体产物的温度为70°C，气体流量为252. 79kg/h， 将其气体产物送到襄樊九鼎昊天环保设备有限公司以商品名电捕焦油器销售的微量焦油 捕集器11中。在该微量焦油捕集器中，通过调节微量焦油捕集器11的电压，使通过管道37 排出微量焦油捕集器11的粗煤气中焦油含量降低到60mg/Nm3以下，其中一部分通过管道 38返回热解炉2的外筒54燃烧，其余外送。从气体洗涤器8底部排出的液态冷凝物的流量为3072. 00kg/h，其中含轻质焦油， 将该冷凝物流通过管道29通入焦油澄清槽9中，在焦油澄清槽9中轻质焦油与水经过一定 时间的重力分离，从焦油澄清槽9的上部通过管道30溢流流出。焦油澄清槽9的底部排出 物为洗涤水和少量焦粉，其中大部分通过管道32返回到氨水槽10，返回量为2500kg/h，并 与来自管道33的新鲜氨水混合后送到气体洗涤器8，为维持体系的离子平衡，另一少部分 作为废水通过管道31外排。从热解炉2底部出口 59排出的热解产物半焦温度为600°C，通过管道17依重力排 入冷却炉3的内筒64中，常温循环冷却水通过管道41进入冷却炉的外筒65中，控制内筒 64中铰龙63的转速使热半焦在冷却炉中的停留时间为80分钟，半焦从冷却炉3的出口 70 排出的温度为180°C。采用上述方法得到的产品有粗煤气和焦油。采用本说明书说明的方法测定，该粗 煤气热值24MJ/m3，粗煤气中甲烷含量36体积％ ；产品焦油中小于350°C的馏分含量为51重量％。实施例2 以内蒙古褐煤粉为原料实施本发明方法，原料的最大粒径为10mm，平均 粒径为3mm，主要的煤质分析数据如表3所述。表3 内蒙古褐煤煤质分析数据 具体操作条件如下该实施例的方法与实施例1的过程相同，只是热解炉2采用结 构形式二，干燥炉1和热解炉2的操作工艺条件不同，除去半焦冷却炉3，使用的原料煤种不 同。内蒙古褐煤粉通过管道12进入干燥炉1的内筒46中，通过调节外筒44中干燥介质的 流量使内筒46中的粉煤加热到140°C，通过调节内筒中铰龙45的转速使低煤化度粉煤在干 燥炉内的停留时间为85分钟。干燥后的粉煤通过管道15以500kg/h的流量流出干燥炉1并进入基于结构形式 二的热解炉2的热解室75中，把来自管道39的空气和来自管道40的天然气分别经过蓄 热室76预热后进入热解室75两侧的燃烧室83内燃烧放热，将热解室75中的粉煤加热到 400°C时发生热解反应，使内蒙古褐煤粉在热解炉2内的停留时间为320分钟，热解产生的 煤气、焦油和水以及微量粉尘通过管道16以120. 42kg/h的流量去气态产物降温与焦油回 收工序，具体物流组成见表5。产生的固体产物热半焦用推焦机构推入半焦冷却室77中，惰 性气体CO2通过入口 78进入所述冷却室77中对热半焦进行直接接触冷却，使半焦的温度 降低到120°C作为产品通过出口 82排出，吸收热量的惰性气体通过出口 82排出热解炉去回 收热量循环利用。表4 所述粉煤热解后排出热解炉产物组成 从第二种热解炉2排出的气态产物和夹带微量细灰通过管道16进入冷凝系统4， 冷凝系统4由一个夹套式间接冷凝器5组成，使气态产物温度降低到120°C通过管道27以 99. 92kg/h的流量流出所述冷凝系统，通过管道28排出冷凝系统4的流出物为焦油、水和少 量焦粉，流量为20. 23kg/h。排出冷凝系统4的气态产物进入气体洗涤器8中与来自管道34 的浓度为0. 4%、流量为800kg/h的稀氨水直接接触激冷，从气体洗涤器8顶部沿管道35排 出的气体温度为70°C，气体流量为71kg/h，其中焦油含量为9. 42g/Nm3，通过微量焦油捕集 器11对气体的进一步除焦油，使出微量焦油捕集器11的气体中焦油含量降低到60mg/Nm3 时作为粗煤气全部外送。从气体洗涤器8底部排出的液态冷凝物的流量是828. 71kg/h，其中含轻质焦油， 经过重力沉降分离，轻质焦油从通过管道30从焦油澄清槽的上端排出；澄清槽底部排出物 为洗涤水，其中大部分通过通过管道32返回氨水槽10，其余通过管道31作为废水外排。采用上述方法得到的产品有粗煤气和焦油。采用本说明书说明的方法测定，该粗 煤气热值20MJ/m3，粗煤气中甲烷含量30体积％ ；产品焦油中小于350°C的馏分含量58重 量％。
权利要求
一种低煤化度粉煤热解方法，其特征在于该方法包括下述步骤A、低煤化度粉煤的预干燥把所述的低煤化度粉煤通过管道(12)送到干燥炉(1)，在干燥温度120-200℃下与通过管道(22)输送到所述干燥炉(1)的干燥介质进行间接换热20-70分钟，从而所述粉煤的水分含量达到5.0重量％以下，干燥粉煤通过管道(15)从所述干燥炉(1)排出，干燥过程得到的水蒸汽和已换热干燥介质分别通过管道(13)和管道(14)从所述干燥炉(1)排出；B、低煤化度粉煤的热解让上述步骤A得到的干燥粉煤通过管道(15)送到热解炉(2)在温度300℃-650℃进行热解反应30-400分钟，得到含有煤气、水和焦油的热解气态产物以及半焦，所述的热解气态产物通过管道(16)从所述热解炉(2)中排出，所述的半焦通过管道(17)从所述热解炉排出；所述粉煤进行热解反应所需的热量是由管道(39)供给的空气与由管道(38)的供给的燃料在所述热解反应炉(2)内燃烧产生的热量间接供给的；C、热解气态产物冷凝与焦油回收上述步骤B得到的含有煤气、水和焦油的热解气态产物由管道(16)送到冷凝系统(4)与其中的冷却介质进行逆流间接换热，使该热解气态产物的温度降低到低于180℃，再通过管道(27)排出所述冷凝系统(4)；从所述冷凝系统(4)底部排出的是液态焦油产物，由管道(28)排出；来自所述管道(27)的热解气态产物在气体洗涤器(8)中与来自氨水槽(10)的0.2-5重量％氨水直接进行接触，降低热解气态产物的温度，同时除去在上述热解气态产物中夹带的焦油；从所述气体洗涤器(8)底部排出的含有焦油的水再通过管道(29)送到焦油澄清槽(9)中，澄清后从所述焦油澄清槽(9)上部通过管道(30)排出含有水的焦油，从所述焦油澄清槽(9)底部排出的水不含有焦油，这种水通过管道(32)送入氨水槽(10)与来自管道(33)的新鲜氨水混合后送到气体洗涤器(8)，剩余的水通过管道(31)外排；从所述煤气洗涤器(8)排出的热解气态产物通过管道(35)送到微量焦油捕集器(11)，使热解气态产物中的焦油含量降低到60mg/m3以下得到一种粗煤气，它从所述微量焦油捕集器(11)上部排出，其中一部分粗煤气通过管道(37)排出外送，另一部分粗煤气再通过管道(37)、(38)与通过管道(39)的空气一起送到所述热解炉(2)的外筒(54)；从所述微量焦油捕集器(11)底部排出的含有微量焦油和冷凝水的混合物通过管道(36)排出收集；D、热解产物半焦的冷却上述步骤B得到的半焦通过管道(17)或者送到冷却炉(3)进行降温冷却，或者直接外排，当送到所述冷却炉(3)进行降温冷却时，在其中与通过管道(41)进入所述冷却炉(3)的冷却介质进行间接冷却30-90分钟，使半焦的温度降低到200℃以下，再通过管道(43)从所述冷却炉(3)排出；换热后的冷却介质通过管道(42)从所述冷却炉(3)排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的低煤化度煤选自褐煤、长焰煤、不粘 煤或弱粘煤；所述粉煤是最大颗粒直径小于15mm且平均粒径I-IOmm的粉状煤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的干燥炉(1)是一种卧式套筒式结构， 由内筒(46)、外筒(44)和铰龙(45)三部分组成，所述煤粉进入所述干燥炉(1)的内筒(46) 中，干燥介质从所述干燥炉(1)上的入口(48)进入所述外筒(44)中，干燥介质的热量通过 所述内筒(46)与外筒(44)之间的壁传递给在所述内筒(46)中的低煤化度粉煤，所述内筒(46)中的低煤化度粉煤在所述铰龙(45)的带动下向出口方向移动，粉煤在移动过程中受 热进行干燥脱水，在干燥过程中产生的水蒸汽和已换热干燥介质分别从出口(49)和(50) 排出，干燥的低煤化度粉煤从出口(51)排出。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述的干燥介质是从所述热解炉(2) 出来的燃烧废气或者是通过管道(21)补充的其它燃料燃烧产生的废热烟气或蒸汽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的热解炉(2)为外热式反应器，它是一 种在其内部有传动件的卧式套筒式热解炉，由内筒(53)、外筒(54)、铰龙(52)三部分组成， 所述的内筒(53)是低煤化度粉煤的通道，所述的外筒(54)是燃料通道，燃料与空气通过入 口(56)进入所述外筒(54)进行燃烧放热，其热量通过所述内筒(53)与外筒(54)之间的 壁传递给所述内筒(53)中的粉煤，所述内筒(53)中有缓慢转动的铰龙(52)，粉煤在所述铰 龙(52)的带动下移动，在移动过程中粉煤发生热解反应；或者它是一种立式外热式热解炉，由热解室(75)、蓄热室(76)、冷却室(77)和燃烧室(83) 四部分组成，所述的热解室(75)是低煤化度粉煤的热解反应室，所述的蓄热室(76)是空气 和燃料气的蓄热室，所述的冷却室(77)是热解生成热半焦的冷却室，所述热解室(75)的前 后均有燃烧室(83)向所述热解室(75)间接提供热量，干煤通过入口(80)进入所述热解室 (75)，热解产生的气态产物通过多个出口(79)排出，固体产物半焦被推焦机构送入冷却室 (77)内，被来自入口(78)的惰性气体将半焦冷却到温度低于200摄氏度后通过出口(82) 排出，冷却废气通过出口(81)排出。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的燃料包括来自管道(37)的热解 粗煤气和来自管道(40)的其它燃料，其它燃料选自天然气、液化石油气、城市煤气、工业合 成气、工业尾气和重油、渣油和其它废油的液态燃料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冷凝系统(4)由多个间接冷凝器 (5)串联组成，所述冷凝器(5)的内管(6)为热解气态产物通道，外管(7)为冷却介质通道， 热解气态产物从所述间接冷凝器(5)的内管(6)进入，冷却介质从所述间接冷凝器(5)的 外管(7)进入，热解气态产物与冷却介质通过所述内管(6)的壁进行间接换热，使热解气态 产物的温度降低到180°C以下时通过管道(27)流出所述冷凝系统(4)，冷却下来的焦油通 过管道(28)排出收集。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的冷却炉(3)为套筒式结构，由内筒(64)、外筒(65)和铰龙(63)三部分组成，所述内筒(64)为热解产物半焦通道，所述外筒(65)为冷却介质的通道，所述冷却炉(3)的两端有冷却水系统(71)和(73)，所述铰龙(63) 上有冷却水入口(72)和出口(74)，所述铰龙(63)由电机带动在内筒中缓慢转动，所述内 筒(64)中的半焦在所述铰龙(63)的带动下向半焦出口方向移动，在移动的过程中半焦与 冷却介质通过所述内筒(64)和外筒(65)之间的壁进行间接换热。
9.根据权利要求1、6、7或8所述的方法，其特征在于所述冷却介质选自循环水、脱盐 水、新鲜水、空气或惰性气体。
10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述方法得到的产品，其特征在于所述的产 品是粗煤气和焦油，粗煤气热值大于20MJ/m3，粗煤气中甲烷含量大于30体积％ ；产品焦油 中小于350°C的馏分含量大于50重量％。
全文摘要
本发明涉及一种低煤化度粉煤热解方法及采用该方法所得到的产品。该方法包括低煤化度粉煤的预干燥、低煤化度粉煤的热解反应、煤气降温和焦油回收、热半焦的冷却四个部分。该方法适合于对低煤化度的粉煤资源进行热处理，以获取优质的热解煤气和焦油产品，其中煤气中惰性组分含量低，焦油中轻组分含量高且含尘量小，并获得用途广泛的半焦产品。本工艺方法在提高原料利用效率的同时具有能量综合利用率高、物料处理量大、装置投资少、易实现产业化、环境友好等特点。
文档编号C10K1/00GK101880540SQ201010215349
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者张勇, 徐宏伟, 徐红东, 樊义龙, 王锦, 罗进成, 葛宁, 贺根良, 门长贵, 韦孙昌 申请人:西北化工研究院