一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法与流程

本发明涉及煤物质清洁预处理、综合利用、节能减排技术领域，尤其是涉及一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法。

背景技术：

根据国家能源局发布的《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》，将推动煤炭清洁高效利用机制，构建清洁、高效、低碳、可持续的煤炭清洁利用体系，鼓励低阶煤分级分质技术研发和示范。煤炭分级分质利用，今后主要方向是做清洁燃料和优质原料，既可独立产业化深加工，又可耦合煤化工改变传统路径。

目前煤的分质分级利用主要针对块煤，块煤利用存在用水量大、资源化效率低、二次污染严重等瓶颈。对粉煤的利用迄今未有成熟工业化生产项目，浙江大学循环流化床煤炭分级转化多联产技术、大连理工大学固体热载体(dg)工艺、神华模块化固体热载体技术等热载体均已完成中试，但工业化应用还未实现。实地考察国内已经建成的其他粉煤综合利用项目均存在油、气、尘无法在线分离而导致无法连续正常生产，油气泄漏导致的环保安全缺陷难以克服。究其核心原因还是各关键技术环节存在缺陷，特别是核心换热、温控、除尘及压力控制技术不过关，导致运行困难整改难度极大。因机械开采技术的普及，粉煤在煤炭中比例大幅提高，粉煤清洁高效利用成为行业重大瓶颈，一旦突破就是巨大产业机遇。主要煤种为1号长焰煤，灰分1.49％，固定碳77.53％，含油量10-20％左右，低灰、低硫、低磷。

因机械开采技术的普及，粉煤在煤炭中比例大幅提高，粉煤清洁高效利用成为行业重大瓶颈，一旦突破就是巨大产业机遇。

我国煤炭使用和储量以低阶煤居多，二氧化硫和氮氧化物等主要大气排放总量煤贡献占三分之二以上,将煤清洁高效利用已成国家战略和必然选择。清洁高效利用主要两个方向，一是末端治理，煤燃烧后超低排放，二是源头清洁利用。将煤清洁预处理后再做原料或优质燃料，改变传统利用路径，从经济和环保角度会大幅改变现有利用模式。

煤物质组成包含有机质(碳氢氧氮硫等)、无机质(水分和矿物质)两大类。其中，有机质燃烧所产生的热量是其能源价值所在，而水分在煤物质燃烧时吸热变成水蒸气，不仅影响煤物质发热量和市场价值，更带来炉压不稳定的潜藏安全隐患。

所以，水分的去除对于煤物质的综合利用具有不可小觑的意义。目前单台煤物质的烘干设备较多，但成套系统设备较少。公布号为cn107504789a的发明专利公开了一种洁净型煤烘干装置，包括烘干炉，烘干炉顶部设有进料口，底部设有出料口，烘干炉通过热风管道连接送风机，烘干炉内设有散热送风管，散热送风管呈螺旋上升状，散热送风管连通热风管道，散热送风管上开有若干通风孔；烘干炉上的进料口内设有伞状分料盘；烘干炉通过除尘管道连接吸风机，吸风机排风端连接回收装置。以上竖式烘干装置在一边生产，一边连续出料的同时无法保证煤炭分料均匀、介质交换充分、水分蒸发彻底，经过烘干的煤炭物质含水量往往不能达到预期标准。且竖式烘干装置前置传输系统斜度较大，设备能耗较高。

公布号为cn101985558公开了一种煤物质的分解设备，包括一个带有进料口和出料口的密闭窑体，所述窑体内设置焰气管道加热机构，所述焰气管道加热机构与窑体内壁之间形成的煤物质推进分解通道，所述窑体上设置与煤物质推进分解通道连通的煤分解气收集管。该设备能把粉粒煤分解成燃气、焦油气和热值较高的煤，但处理量小，很难工业化应用。

同时，粉粒煤提质能一边连续生产，一边高效除去高温粉尘，连续化大生产的集成装备国内几乎没有，有的也是半个月要停产灰尘处理。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法，为实现连续化大生产提供了充足的保障，提升产品价值，因此具有非常广阔的经济意义与社会意义。

本发明的目的通过以下措施来达到：

一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)末煤筒仓的粉煤通过仓底出料装置进入预脱水装置烘干，烘干后的粉煤经气化进料装置先后进入一级、二级气化还原装置；反应完全后由出料装置进入冷渣加湿系统，后进入提质煤筒仓得到固体产品。

2)一、二级气化还原产生的高温油气各自先后经过气固分离系统、油气冷却系统；冷却后的液体进入焦油除灰分离系统得到煤焦油、废水和灰渣，分别入罐；气体在罗茨风机作用下，先后进电捕焦油器、脱硫系统，再经富气压缩系统压缩(压力≤1.6mpa)，得到不可液化气，液化气和轻质油。

3)电捕焦油器捕捉的油泥，焦油除灰分离的油泥一起再经输送装置入二级还原气化装置反应；气固分离产生的灰渣经耐高温密封输送装置自动回炉反应。

4)在液化分离系统作用下，液化气入罐，不可液化气先后经一级，二级减压装置，减压罐缓冲入富气柜；富气气化供热反应系统，其余富气脱水后与余热烟气供热预脱水装置用于烘干物料。

5)预脱水装置产生的含尘、含水蒸气的废气在引风机动力作用下，先后通过布袋除尘和冷凝回收，余热利用，经脱硫脱硝处理后达标排放。

在步骤1)中，所述的末煤筒仓就是用来储存末煤的储罐。煤炭粒径在13mm以下的称为末煤，该工艺主要是烘干粉粒煤，而且新疆淖毛湖表面以末煤为主，所以叫末煤筒仓。所述的筒仓仓底结构既承受物料的重量又需具有卸料功能，因此通常采用漏斗形；平板仓底虽构造简单，但需填坡，既耗料又增重，只适用于小型筒仓。筒仓的体积根据生产能力而定，一般来说采用钢结构，可供2-3小时缓冲就可以。末煤筒仓根据需要分为双生产模块和单生产模块。

末煤筒仓顶部安装有仓顶除尘器，仓顶除尘器是一种自动清灰结构的单体除尘设备，用于过滤气体中的细小的，非纤维性的干燥粉尘或在工艺流程中回收干燥粉料的一种除尘设备。仓顶除尘器除尘效率高达100％。

作为优选的，末煤筒仓可选用漏斗形圆柱形结构，煤粒径在10mm以下。

所述的仓底出料装置一般为螺旋结构，如果现场路程较远，可选用埋刮板输送与螺旋输送的组合方式。

作为优选的，为保证粉粒煤从进料口密封性，仓底出料装置可选用有轴螺旋，路程较远可选用埋刮板与有轴螺旋的结合。长度不能超过80米，设置检修廊道；

所述的预脱水装置包括余热烟气烘干或者蒸汽烘干等烘干方法，目的是保证粉煤在安全生产的情况下，烘干其物料。

余热烟气烘干可分为一级烘干和二级烘干，只要氧气含量控制在14％以下，可视为惰性气体，即不会发生闪爆，安全生产。所述的一级烘干和二级烘干装置一样，也可以串联和并联的混合，具体以现场煤的烘干程度而定。每级烘干装置可由带l型扬料板的滚筒，进料密封箱，出料密封箱，驱动机构等组成。

余热烟气烘干又可分间接烘干和直接烘干，直接热风与粉粒煤接触是烘干效率最高的。在滚筒两端分别设置一个热风进口和热风出口，用于传输热风，实现对粉粒煤的烘干干燥。

作为优选的，余热烟气烘干选用直接热风与粉粒煤接触烘干。

为保证滚筒两端与热风进口和热风出口的密封性，在滚筒两端分别设置进料密封箱和出料密封箱，且出料密封箱和进料密封箱分别与滚筒通过动静密封装置连接，防止出料密封箱和进料密封箱与滚筒的连接处出现漏风的现象，如有漏风现象，也易于堆积物料，蓄热，很容易自燃引起火灾等安全事故。一级烘干初始物料水分不超过24％，一级烘干出口物料水分不超过17％；二级烘干初始进料水分不超过17％，出口物料水分不超过6％。

作为优选的，一级烘干初始物料水分不超过22％，出口物料水分不超过15％；二级烘干初始进料水分不超过15％，出口物料水分不超过5％。

进料密封箱和出料密封箱的顶部或侧壁上部开有入口；出料密封箱内出料口处设有两块呈一定夹角布置的导向板，该导向板有利于滚筒内的物料进入第三输送装置内；进料密封箱和出料密封箱分别与滚筒密封配合，粉粒煤经进料密封箱的入口进入滚筒内，然后从出料密封箱底部的出口排出滚筒。

该工艺所提供的控制氧气浓度的方法，能够克服现有技术中热烟气的含湿度，和更低的氧含量，针对需要控制氧气浓度的末煤进行低湿度的烘干，从而实现了较高的热效率和烘干过程的本质安全。因煤粉的着火温度：500～530℃，自燃温度：140～350℃。氧气的浓度在15～17％以上，易引起燃爆，小于14％视为惰性气体。进滚筒内的烟气温度不大于400℃，如温度过高，可配风降低烟气温度，该配风可来自于达标排放的废气，因为该废气相对而言氧含量更低，同时冷却除湿，达到生产所需条件，配风后通过在线氧气含量浓度不超过14％(体积比)即可。出口烟气温度为避免结露需高于露点温度15～30℃，一般控制在70～85℃，但当利用窑尾烟气作烘干用时，因其水份含量有时高达6％，出口应高于露点温度30～35℃，一般控制在85～90℃。可见其出口烟气温度均在着火或自燃温度范围外。

作为优选的，余热烘干进烘干系统的烟气温度以100℃～250℃为宜，出烘干系统的烟气温度以70℃～100℃为宜，进气氧含量≤12％。

进一步优选的，余热烘干进烘干系统的烟气温度以140℃～180℃为宜，出烘干系统的烟气温度以80℃～90℃为宜，进气氧含量≤10％。

滚筒的驱动装置包括滚筒外周面齿环、与所述齿环啮合的托轮及用于驱动的电机。

作为优选的，为防止滚筒下滑，可在托轮处设置限位装置。本发明的限位装置可选择凸设在托轮两端的环形台阶、于托轮外周面设置与外环相配合的限位槽、于外环处设置凹槽、于托轮外周面设置与凹槽配合的限位凸起等形式。

为保证粉粒煤的烘干效果，可设立了多级烘干装置，在一级烘干装置效果较差的情况下，设立二级烘干装置，原理与一级烘干装置一样。如果二级烘干装置的效果还是达不到后续煤高温利用系统的要求，含水率较高，可设立三级烘干装置。且多级烘干装置之间相互独立，可单独运行，具体可视粉粒煤含水率，天气温度，湿度，四季气候而定。

作为优先的，蒸汽烘干机选用蒸汽压力为7～8kg，温度为140℃～170℃。烘干初始物料水分不超过24％，出口物料水分不超过6％，每级停留时间不低于60min，出口物料温度不低于70℃～90℃。一般要求煤外水烘干温度105℃±5℃，内水烘干温度150℃±10℃。

进一步优选的，如果以20～30t/h的粉煤计，考虑一级蒸汽烘干；如果以50～70t/h的粉煤计，考虑二级蒸汽烘干更经济合理些。

所述的气化进料装置包括进料装置和除尘装置，简单的说，即是物料的输送装置，也是气化还原时高温蒸汽的一级除尘装置，达到了充分的热量交换和初步除尘的效果。气化进料装置包括底部的筒体和上端的除尘装置等。

进料筒体的中部与一除灰装置的底部连通，所述进料筒体的末端通过金属补偿器、动静密封装置与反应釜连接。

进料筒体内部安装有无轴螺旋叶片，叶片的横截面不得大于筒体内径横截面的3/4，此处正是本发明的重要创新点，是在大量实验的基础上得出来的一个较合理的直径，进料筒体内部管道即是高温油气的出气路径，也是粉粒煤的进料路径，因此，内部的热交换程度的多少，也决定了反应釜能量的损耗。一般可取5～20米，同时进料筒体外侧可用保温棉保温，以使粉粒煤和高温油气充分的热交换。

输送螺旋可采用无轴螺旋和有轴螺旋，建议采用无轴螺旋，因为螺旋无轴，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以较低速度运转，平稳传动，降低能耗；输送量是相同直径传统有轴螺旋输送机的1.5倍；既可下方出料，又可端头出料；采用特制衬板，该机可在高温下工作。

作为优选的，进料筒体的无轴螺旋具有一定的长度，可取10～15米，太短不利于热交换和密封，太长在高温下输送容易变形，甚至断裂等问题。

进料筒体的内径、厚度和长度大小可根据实际反应釜的处理量决定；实际使用过程中，无轴螺旋与驱动电机相连。

本发明利用输送螺旋的上部与进料筒体内壁间的出气间隙，反应釜内高温油气从进料端排出，其优点在于能控制反应釜后端提质后粉粒煤的温度，达到产品所需，降低反应釜内的温度，实现连续化大生产，不用停釜作业。

除尘装置主要作用是反应釜出来的含灰尘高温油气在该装置作用下，把灰尘挡住或捕捉，高温油气通过进入下一冷却分离设备时，大大提高了后续设备的稳定性。除灰装置包括重力除尘，惯性除尘，旋风除尘，电除尘等。

作为优选的，一级气化还原装置的进料温度为80℃～120℃，出气温度为180℃～350℃，出料温度为350℃～500℃。

所述的二级气化还原装置为360°可旋转的反应釜，与一级气化还原装置类似，只是结构上比一级装置小，主要作用是把一起气化还原装置内的无法气化的固定物质(包括气化后的粉煤，固体杂质等)和一定量的无法在一定停留时间内气化的沥青等高沸点油状物。进入二级气化还原装置继续气化，这样可以成倍提高一级气化还原装置的产量。

两个气化还原装置通过密闭的耐高温的输送装置实现物料的输送，主要为多级螺旋结构实现，包括无轴螺旋与有轴螺旋。

作为优选的，二级气化还原装置的进料温度为350℃～500℃，出料温度为400℃～550℃，出气温度为350℃～500℃。

所述的冷渣加湿系统包括冷渣机，加湿器，输送设备等。

所述的二级气化还原装置出料端的提质煤温度为450℃～650℃，温度的高低直接影响后续冷渣机的产量和冷渣效果，所以一般保证提质煤在一定温度的区间范围，同时也得保证反应釜内一定的停留时间，停留时间太短，挥发分还未完全逸出气化，影响不凝气体产量的同时，更多的影响提质煤的质量，停留时间太长，虽然产品得到了保证，但产量跟不上，所以保持一个合理的二级气化还原反应停留时间是决定产品产量和质量的保证，具体根据物料煤的不同品种决定，由实验室数据测量决定，一般反应釜内一定的停留时间为2h～6h。

所述的冷渣机包括前托圈，后托圈，托轮，齿圈及其驱动该齿圈的驱动机构；该冷渣机后端还安装冷却水进口和冷却水出口的双向旋转接头，该双向旋转接头与冷却水管连接；冷渣机的进料温度≤1000℃，出料温度≤100℃；冷却方式为水冷却，冷却水压力0.6mpa，冷却水水质为除盐水或软化水，进水温度20℃～30℃，出水温度≤70℃～90℃，冷渣机的吞吐量为300～500t/d，冷轧量为15～25t/h。冷渣机的台数和容量具体由现场生产量，布局等因素决定。

作为优选的，冷渣机的进料温度500℃～600℃，出料温度≤90℃。

所述的加湿器主要作用一是降尘，二是加水，冷渣机出料的提质煤几乎不含水，这样是不能直接外售的，成品煤含水一般10％左右，加湿器的结构为连续进料，连续出料的长条形或圆柱体结构，内部顶端安装有数个雾化喷雾装置，一般为5～15个，内部安装有螺旋输送装置，一是推动作用，二是翻滚物料作用，使喷洒的物料含水均匀。可安装并列的螺旋输送装置2～10个。雾化喷雾器的数量，螺旋输送装置的数量具体由提质煤产量，输送装置的长度，吞吐量等因素决定。

所述加湿器所用的水可以来自自来水，也可以来自烘干后冷凝回收的废水，作为内陆地区，淡水稀缺，能废水再利用解决了废水达标排污问题，也节约了水资源。

作为优选的，加湿器的吞吐量为300～500t/d，加水量为20t/h～50t/h。首选水为烘干后冷凝回收的废水。

所述的输送设备包括螺旋输送，斗士提升机或mz型埋刮板等。高温物料用螺旋，常温产品煤提升进产品仓可考虑后者。

在步骤2)中，所述的气固分离系统包括除尘装置，油渣自动刮刀过滤装置。混合油气通过温度控制和油喷淋将油气中粉尘及重油冷却自动回炉；该工艺段油气温度控制在350℃左右。油气继续冷却至常温35℃，轻质油与不凝气体分离；轻质油进入储油罐，不凝气体进入压缩系统。

重力除尘装置即为气化进料装置上端部分；原理为重力沉降原理、气体与尘埃在碰到物体时形成的不同线速度从而使灰尘自动积聚掉路，除尘率为80％；除尘装置由多层l型角钢组成，层数为6～20层，上下两层的间隔为10cm～50cm；每层的角钢数量为10～30根，间隔为5cm～25cm。除尘装置可分圆形结构或方形结构，圆形结构膨胀系数一致，不至于产生裂缝等，利于设备的整体性能；方形结构空间利用率高，利于设备的整体摆设，同时每根l型角钢长度相等，只要焊缝水平高，可客服膨胀时带来的伸缩力，具体可根据现场需求制作不同形状的装置。除尘装置的高度与大小具体与气流量、粉尘浓度等有关。

除尘装置的高温油气进气温度为150℃～350℃，出气温度为150℃～350℃，除尘装置可用保温棉保温，尽量使温度不至于下降的太快，这样，98％以上的油气得以进入下一设备，如果温度下降太快，柴油等形成液体，导致产量减少。

作为优选的，除尘装置的层数为10～16层，上下层间隔为20～40cm；每层的l型角钢数量为15～25根，间隔为10～20cm。除尘装置的高温油气进气温度为180℃～350℃，出气温度为180℃～350℃。

所述的油气冷却系统包括喷淋冷却塔，自动刮刀过滤器，板式换热器，喷淋循环泵，油水分离器等设备。

作为优先的，喷淋冷却管内的喷雾组件一般为5～10个。喷淋冷却管安装的多级喷雾上安装有远程控制和现场控制的压力表和温度表，当洗涤冷凝器下面的油水混合物温度上升时，加大喷淋冷气管上喷雾的压力，同时开启多个喷雾器，直到慢慢降低洗涤冷凝器油水混合物的温度；反之，当洗涤冷凝器下面的油水混合物温度过低时，可降低压力，关闭喷雾，减轻后面油水分离器的压力。

作为优选的，喷淋冷却管的出口温度控制在160℃～220℃。

所述的自动刮刀过滤器，洗涤冷凝器下部储存的含油废水用泵抽至自动过滤器，并同时通过泵前自动投加碱液自动调节废水的ph值，自动过滤器是液体全自动刮刀过滤器，液体从过滤器进口流入，自上向下流动，透过滤芯表面流向出口；当滤芯表面收集到一定量的杂质时，电机驱动装配校正器的刮刀紧贴滤芯表面转动，刮除杂质，杂质随下行液体聚集在收集室，当累积到一定量杂质时，自动排污阀打开收集室，将含高浓度杂质的液体排出，排出残液重新进入反应釜高温碳化处理。

作为优选的，板式换热器采用带密封垫片的板式换热器。板式换热器的出气温度控制在≤35℃，出油温度≤35℃。轻质油与不凝气体分离；轻质油进入储油罐，不凝气体进入后续转化系统。

作为优先的，高效聚结板材料采用dts聚结板填料(又名双锥平行板聚结填料)，融合了当今传统板式除油和粗粒化聚结技术，是一种高效液-液聚结分离填料，dts聚结板填料是由一系列连续的45°向上和向下双锥形板，按一定的间隙上下整齐平行排列而成的规整聚结填料，它具有将油滴的上浮时间和油泥、固体的下沉时间大大缩短的功能和特性。

作为优先的，得到的废水经隔油，气浮处理后转移至污水处理厂。

进一步优先的，得到的煤焦油主要为环烷烃和烷烃等，密度较大，经沉淀，过滤，分离后，通过油泵打入燃油燃烧装置，也可打入煤焦油罐外售。

作为优选的，列管式换热器内部为中低温(温度≤220℃)的煤焦油及油气混合物，外部介质为自来水或者余热烟气。热效率为92％以上，得到的热量可供应澡堂，也可供应烘干所需热量，包括余热烟气烘干或蒸汽烘干。

电捕焦油器主要包括同心圆电捕焦油器、管式电捕焦油器、蜂窝式电捕焦油器等三种结构，三种结构的电捕焦油器均由壳体、沉淀极、电晕极、上下吊架、气体再分布板、蒸汽吹洗管、绝缘箱和馈电箱等部件组成，其主要区别是沉淀极的形式、电晕极的排布方式、绝缘箱和馈电箱。捕焦油效率达99％，出口煤气中焦油雾含量可降至50mg/m3以下。生产运行时，与煤气接触的绝缘子的周围空间温度应保持稳定，要定期地擦拭绝缘子。清除其表面上的脏物。若在上述绝缘子的周围空间充氮气密封，则能延长设备的操作周期。

作为优选的，电捕焦油器在条件允许的情况下，可优选选择蜂窝式电捕焦油器。

所述的焦油除灰分离系统主要包括分离装置，油泥灰渣装置及辅助设备组成。分离装置可以是精馏塔、蒸馏釜、离心机或板框压滤等一个或几个组成。

所述的精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，常用的设备有板式精馏塔和填料精馏塔。本发明所述精馏塔要求较低，主要把轻馏分油和重馏分油分开，剩余部分为油泥或焦质，可二次回炉反应。

所述的蒸馏釜，其原理是根据馏分沸点的不同，通过加热时所要的馏分汽化，再通过冷凝收集，即可完成蒸馏。蒸馏釜主要是为解决现有的蒸馏釜在生产过程中当物料中含有固状物及高沸点物时需间断检修清理的问题而设计的。本发明所述蒸馏釜为卧室旋转结构，低温蒸馏，温度为350℃以下。

所述的离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。沉降式离心机是通过转子高速旋转产生的强大的离心力，加快混合液中不同比重成分的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。优点是：连续工作，没有滤布滤网，永远不要中途停机更换过滤介质；生产效率高；操作简单方便，油与渣分别自动排除，无需人工费力等。

作为优选的，可选用沉降式离心机，具体型号可根据固体颗粒的大小和浓度、固体与液体的密度差、液体粘度、滤渣的特性等决定。

所述的板框压滤是一种间歇性固液分离设备，是由滤板、滤框排列构成滤室，在输料泵的压力作用下，将料液送进各滤室，通过过滤介质将固体和液体分离。具有分离效果好、适用范围广、操作简单、投资少等优点，特别是对黏细物料的分离，有着不可比拟的优越性。

以上几种设备都是本发明的工艺保护范围。

作为优选的，可选离心机或板框压滤，具有能耗小，操作简单，投资少等优点。

所述的油泥灰渣装置，主要用来临时贮存其他设备产生的油泥，灰渣等。气固分离装置产生的灰渣含油量少，出口温度高达200℃以上，但灰渣量多，占据所有高温油气带出来的灰渣90％以上，主要通过螺旋输送装置直接输送至二级气化还原装置；油泥冷却和电捕焦油器产生的油泥含油量较高，达到80％以上，常温下具有一定的流动性，通过泵或螺旋输送至油泥罐，待积聚一定数量再一同输送至二级气化还原装置，油泥入二级气化还原反应釜内部的输送装置通过二级密封来实现，防止反应釜内高温油气因压力差逸出，此处有专门的专利保护。

所述的脱硫系统，即冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ada、改良ada和栲胶法颇具代表性。在发生炉煤气的湿法脱硫技术中，应用较为广泛的是栲胶脱硫法。它是以纯碱作为吸收剂，以栲胶为载氧体，以navo2为氧化剂。湿式栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不需要设置备用脱硫塔；煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控制，净化后煤气中h2s含量稳定。缺点是设备较多，工艺操作也较复杂，设备投资较大。

作为优选的，该发明采用湿式栲胶法脱硫，包括湿法脱硫塔，贫液槽，再生塔，泵及控制系统等。

所述的富气压缩系统包括罗茨风机，压缩前缓冲罐，压缩机，高压液化罐，lpg储罐，低压管，富气罐，控制阀组等装置组成。

整个装置分常压区、中压区、高压区，将常压区瞬间的压力变化变成高压区的压力微弱变化，从而保证整个反应系统的压力恒定。要保持整个装置的压力和能量平衡，油气自动转化是关键系统，既承担压力的传导，能量的平衡，关键要对不凝气体中的c5、c6进行分离，排除压力干扰因素，建立储备能源。不凝气体在该工艺段进行了油洗、碱洗、精过滤等过程，成为清洁能源。分离c5、c6并净化后的不凝气体其主要成分为天然气、液化气和干气，热值接近天然气。建立能量中心调节全厂能量供给，通过对压力和温度变化的控制自动调节能源中心的能量储备。

所述的罗茨风机利用两个或者三个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。这种鼓风机结构简单，制造方便，适用于低压力场合的气体输送和加压。鼓风机的使用要求是，输送的进气介质温度不得高于40℃；当输送空气沼气天然气等介质，其含尘量一般不应超过100mg/m³；微粒的最大尺寸应在0.1mm以下。使用升压时，不得超过鼓风机铭牌上所规定的额定升压值，由于罗茨鼓风机结构特殊，因此在运转要求上同其它的风机有许多不同之处，必须注意。

作为优选的，进气温度为≤35℃；气量根据生产量决定；保持罗茨风机前端压力≤8kpa，当前端压力超过8kpa时，通过变频，加大抽风量，当前端压力低于8kpa时，通过变频，减少抽风量，当压力≤1kpa时，此时稳压系统启动，后面压缩的气体再回流到前端，使其≮0kpa，以免外界空气进入形成爆炸。罗茨风机后端出气压力一般为15kpa～50kpa。

所述的压缩机为液化石油气压缩机，也叫煤气压缩机，最大输出压力为1.6mpa。焦炉煤气主要由氢气和甲烷构成，分别占56％和27％，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他烃类；尚含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃。通过压缩机压缩，压力≯1.6mpa，可把c5，c6液化并进行能源储备，其他不易压缩的低热值可燃气体接近天然气，进行下一循环作为热源燃烧。

在步骤3)中，电捕焦油器捕捉的油泥，焦油除灰分离的油泥一起再经输送装置入二级还原气化装置反应；气固分离产生的灰渣经耐高温密封输送装置自动回炉反应。

两个地方的油泥主要贮存在油泥罐，再经螺旋输送至二级气化还原装置内部。气固分离装置产生的灰渣含油量少，出口温度高达200℃以上，但灰渣量多，占据所有高温油气带出来的灰渣90％以上，主要通过螺旋输送装置直接输送至二级气化还原装置；油泥冷却和电捕焦油器产生的油泥含油量较高，达到80％以上，常温下具有一定的流动性，通过泵或螺旋输送至油泥罐，待积聚一定数量再一同输送至二级气化还原装置，油泥入二级气化还原反应釜内部的输送装置通过二级密封来实现，防止反应釜内高温油气因压力差逸出，此处有专门的专利保护。

在步骤4)中，所述的液化气分离系统主要是气液分离罐，过滤器，高压阀等设备组成，压力与液化气罐压力同级。气液分离罐数量为2～5个，在过滤器的作用下，气液分离更彻底，未被液化的气体夹带的小液滴较少，通过气液分离，液化的气体进入液化气罐，主要成分为丙烷，丁烷，戊烷，己烷及同分异构体等碳氢化合物。

所述的一级减压装置与二级减压装置是通过减压阀来实现的，减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。

作为优选的，一级减压装置前端压力为≤1.6mpa，减压后压力为100kpa左右，二级减压装置减压后压力为6kpa～15kpa。

所述的减压罐为压力容积，主要储存液化后的富气，即接近天然气热值的煤气，压力要求较低，一般为≤0.4mpa。

作为优先的，主要储存液化后的富气，即接近天然气热值的煤气，压力要求较低，一般为≤50kpa。富气柜可采用常压缓冲控制的湿式气柜，容积为3～6t/h的供应量。

所述的油罐包括轻质油罐，煤焦油罐。因地处内陆，昼夜温差较大，冬季时间长，温度低，建议选用地下油罐，地下油罐罐内最高油面液位低于相邻区域的最低标高0.2m，且罐顶上覆土厚度不小于0.5m的油罐。这类油罐损耗低，着火的危险性小。油罐区由多个油罐组成。每个油罐区一般储存一种油品。油罐区要有消防、防雷及防静电等设施。同时油罐外侧做好防护漆，储油罐主要有有油罐基础、底板、壁板、顶板和油罐附件组成。为了保证储罐的安全使用，储罐上还安装有以下一些附件，人孔：人孔是储罐底板上方的一个开孔，用于进行安装维修和清洗时的人员进出；透光孔：安装于罐顶用于清扫时采光和通风；量油孔：罐顶处用于计量的装置；保险活门，进出油的安全防护装置；呼吸阀，用于油品因昼夜温差产生的呼吸作用而保护油罐的安全装置；梯子和栏杆，工作人员上下油罐的装置等等。同时煤焦油罐内部安装蒸汽伴热管，供油转移用。轻质油罐因凝固点低，可不用安装蒸汽伴热。

所述的火炬燃烧即为安全放空设施，要求在正常生产或事故状态时可燃气能够及时、安全、可靠的通过放空火炬排放燃烧，并满足健康、安全与环境的要求，保证在运行过程中实现低噪音无烟燃烧。同时通过热量回收余热烟气烘干，或通过加热蒸汽供热间接烘干，需由设计院设计。

所述的脱水供热为富气经过脱水设备脱水后，进入气体燃烧器燃烧产生的高温空气与低温烟气一并进入预脱水装置。

富气脱水的目的是为了防止气体在输送，加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可以防止水合物、冰生产堵塞管线和设备。脱水一般包括低温脱水，溶剂吸收法脱水，固体吸附法脱水等。其中固体吸附法脱水可将水脱至0.1ppm或露点达到-100℃。这些固体吸附剂被水饱和后，易于再生。常见的吸附剂有硅胶，活性氧化铝和分子筛。分子筛脱水是最广泛，技术最成熟的方法之一。

在步骤5)中，所述的除尘器为袋式除尘器。在各个冒灰的地方设置吸尘罩，通过管道气路将含尘气体输送到除尘装置中，在其中进行气固分离后，将粉尘收集于该除尘装置内，而清洁的气体被引入总管或直接排入大气的整套设备，即是除尘系统，而除尘器是该系统中的重要组部分。从通风除尘的角度看，粉尘就是能够较长时间呈浮游状态存在于空气中的一切固体小颗粒，是一种分散体系，叫做气溶胶，其中空气为分散介质，固体颗粒为分散相。除尘器就是把这种固体小颗粒从气溶胶中分离出来的设备。

袋式除尘器的应用已有百余年的历史，其最大的优点是除尘效率高，达99.99％以上，排放浓度可达到10mg/m³以下，且分级效率也很高，对2.5μm以下的微细颗粒物也有很好的捕集效率，因此得到广泛的应用。

作为优选的，本发明的除尘器可选用袋式除尘器。

所述的引风机是通过叶轮转动产生负压，进而从系统抽取空气的一种设备，一般安装在系统的尾端，用于抽取设备内的热烟气。本发明安装在除尘器的后端，把滚筒内的热烟气和除尘器内的气体靠引风机负压带动。引风机的型号及风机选型需根据滚筒内的煤烘干能力而定。

作为优选的，引风机可选用市售常规引风机，符合生产能力即可。

所述的冷凝回收可分为接触冷凝(直接冷却)和表面冷凝(间接冷却)两类。接触冷凝是冷却介质与废气直接接触进行热交换，优点是冷却效果好，设备简单，但要求废气中的组分不会与冷却介质发生化学反应，也不能互溶，否则难以分离回收。直接冷凝设备有喷射式接触冷凝器、喷淋塔或气液接触塔，接触塔可以是填料塔、筛板塔等。

作为优选的，冷凝回收可选用接触冷凝，设备可选用气液接触塔。

所述的处理排放，其废气来源：一是烟气进烘干系统后，再进除尘器的气体；二是活性炭活化炉活化气燃烧供热余热锅炉产生的气体。处理排放主要包括脱硝、除尘、脱硫等工艺，达标后排放。

所述的回用水池是用来暂时蓄存回用水的构筑物，有调节水量的作用。回用水也称再利用水，指污水经适当处理后，用于同一用水系统内容或外部的其他生产过程。

所述的水泵、增压泵、计量泵和罗茨风机等前后都安装有金属软连接，金属软连接作为一种柔性耐压管件，用以补偿管道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点，为设备在震动，腐蚀性环境下能更好的运行。

为检修方便，可在各设备根据需要设置检修口，检修口处密封配合有检修门，当装置出现故障时，现场操作人员可通过检修口对装置内的部件进行维修，维修完成后将检修门关闭；检修口设置的位置可根据实际场合确定。

本发明的有益效果体现在：

(1)气固分离装置底部安装的螺旋输送直接输送灰渣至二级气化还原装置；a)、全密封输送，大大减少了灰渣的产生量；b)、同时内部高温密封输送，无热量损耗；c)、灰渣的及时输送，避免了管道、设备的堵塞，保证了连续化大生产的运行。

(2)本发明的预脱水装置分为余热烟气烘干或蒸汽烘干，烘干分为一级和二级烘干，可以串联、并联，也可以串联和并联的结合，具体以烘干效果与现场布置而定。余热烘干：进烘干系统的烟气温度以100℃～250℃为宜，出烘干系统的烟气温度以70℃～100℃为宜，进气氧含量≤14％。是在大量中试装置的基础上得出的安全结论，同时在安全的基础上，得到最佳的烘干效率。蒸汽烘干选用蒸汽压力为7～8kg，温度为140℃～170℃，每级停留时间不低于60min，出口物料温度不低于70℃～90℃。从安全性的角度考虑蒸汽烘干更为安全；从热转换效率角度考虑，余热烟气烘干更好。

(3)本发明采用一级，二级气化还原装置来实现化学反应，一级气化还原装置物料停留时间在2h左右，接近完成90％的气化还原反应，两个气化还原装置通过密闭的耐高温的输送装置实现物料的输送，主要为多级螺旋结构实现，包括无轴螺旋与有轴螺旋。再进入二级气化还原装置，剩余固体物料内部的挥发分充分气化还原，大大提高了反应效率，成倍提高了产量。

(4)气化进料装置实现了三个功能，第一，底部的筒体实现了连续自动进料，同时连续出气的一体式体现，利用输送螺旋的上部与进料筒体内壁间的出气间隙。反应釜内高温油气从进料端排出，其优点在于能控制反应釜后端提质后粉粒煤的温度，达到产品所需，降低反应釜内的温度，实现连续化大生产，不用停釜作业。第二，连续进料，自动出料在同一筒体内实现，通过相对运动，加热了进料的温度，实现了能量交换，同时含尘高温油气的部分灰尘被挡住，具有一定除尘作用。第三，气化进料装置的上端安装有一体式除尘装置，主要作用是反应釜出来的含灰尘高温油气在该装置作用下，把灰尘挡住或捕捉，高温油气通过进入下一冷却分离设备时，大大提高了后续设备的稳定性。

(5)富气压缩系统的利用，整个装置分常压区、中压区、高压区，将常压区瞬间的压力变化变成高压区的压力微弱变化，从而保证整个反应系统的压力恒定。不凝气体在该工艺段进行了油洗、碱洗、精过滤等过程，成为清洁能源。分离c5、c6并净化后的不凝气体其主要成分为天然气、液化气和干气，热值接近天然气。建立能量中心调节全厂能量供给，通过对压力和温度变化的控制自动调节能源中心的能量储备。

(6)列管式换热器的能量回收，大大减少了热量的损耗，可供应余热锅炉，或余热烟气给物料加热；油灰分离装置设置，进一步降低了煤焦油的含尘量，降低了煤焦油的粘度，提高了产品质量和价值。

附图说明

图1为本发明的粉煤烘干和气化还原及三相分离的工艺流程图。

图2为本发明的粉煤气化还原的工艺流程总图。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种粉煤烘干和气化还原及三相分离的方法，包括以下几个步骤：

(1)末煤筒仓的粉煤通过仓底出料装置进入预脱水装置烘干，烘干后的粉煤经气化进料装置先后进入一级、二级气化还原装置；反应完全后由出料装置进入冷渣加湿系统，后进入提质煤筒仓得到固体产品。

贮存在末煤筒仓的煤易扬尘，所以在顶部安装有仓底除尘器，目的是防止灰尘逸出，末煤筒仓储存容量为1500t/天，物料通过仓底埋刮板和螺旋输送等结合的出料装置出料，采取单生产模块30t/h，在进料密封箱作用下进入预脱水装置。a)利用余热烟气烘干技术，一级烘干，二级烘干，一级烘干初始物料水分不超过22％，出口物料水分不超过15％；二级烘干初始进料水分不超过15％，出口物料水分不超过5％。进烘干系统的烟气温度以140℃～180℃为宜，出烘干系统的烟气温度以80℃～90℃为宜，进气氧含量≤6％。烘干装置安装有l型扬料板，在驱动机构作用下，卧室360°旋转，在扬料板和3％倾斜度影响下，物料向前推送，最后进入还原气化系统。b)利用蒸汽烘干技术，蒸汽烘干机选用蒸汽压力为7～8kg，温度为140℃～170℃。烘干初始物料水分不超过24％，出口物料水分不超过6％，每级停留时间不低于60min，出口物料温度不低于70℃～90℃。以30t/h的粉煤计，考虑一级蒸汽烘干。

气化进料装置包括底部的筒体和上端的除尘装置等。进料筒体的末端通过金属补偿器、动静密封装置与反应釜连接。进料筒体长度取7米，筒体外侧可用保温棉保温，以使粉粒煤和高温油气充分的热交换。输送螺旋采用无轴螺旋，长度与筒体配合。

一级，二级气化还原装置为360°可旋转的卧室反应釜，反应釜外设有加热箱；

一级气化还原装置的进料温度为80℃～120℃，出气温度为180℃～350℃，出料温度为350℃～500℃。

两个气化还原装置通过密闭的耐高温的输送装置实现物料的输送，主要为多级螺旋结构实现，包括无轴螺旋与有轴螺旋。

二级气化还原装置的进料温度为350℃～500℃，出料温度为400℃～550℃，出气温度为350℃～500℃。

冷渣加湿系统包括冷渣机，加湿器，输送设备等。冷渣机的进料温度≤1000℃，出料温度≤100℃；冷却方式为水冷却，冷却水压力0.6mpa，冷却水水质为除盐水或软化水，进水温度20℃～30℃，出水温度≤70℃～90℃，冷渣机的吞吐量为300～500t/d，冷轧量为15～25t/h。冷渣机的台数和容量具体由现场生产量，布局等因素决定。

作为优选的，冷渣机的进料温度500℃～600℃，出料温度≤90℃。

作为优选的，加湿器的吞吐量为300～500t/d，加水量为20t/h～50t/h。首选水为烘干后冷凝回收的废水。

高温物料用螺旋，常温产品煤提升进产品仓可考虑后者。

提质煤筒仓，须加助卸装置。圆形筒仓的仓壁受力合理，用料经济，可选用，同时可布置成群仓。

(2)一、二级气化还原产生的高温油气各自先后经过气固分离系统、油气冷却系统；冷却后的液体进入焦油除灰分离系统得到煤焦油、废水和灰渣，分别入罐；气体在罗茨风机作用下，先后进电捕焦油器、脱硫系统，再经富气压缩系统压缩(压力≤1.6mpa)，得到不可液化气，液化气和轻质油。

气固分离系统包括除尘装置，油渣自动刮刀过滤装置。

除尘装置的高温油气进气温度为150℃～350℃，出气温度为150℃～350℃，除尘装置可用保温棉保温，尽量使温度不至于下降的太快，这样，98％以上的油气得以进入下一设备，如果温度下降太快，柴油等形成液体，导致产量减少。除尘装置的层数为10～16层，上下层间隔为20～40cm；每层的l型角钢数量为15～25根，间隔为10～20cm。除尘装置的高温油气进气温度为180℃～350℃，出气温度为180℃～350℃。

旋风油气冷却系统包括喷淋冷却塔，自动刮刀过滤器，板式换热器，喷淋循环泵，油水分离器等。

喷淋冷却管内的喷雾组件可选6个，喷淋冷却管的出口温度控制在160℃～220℃。

板式换热器采用带密封垫片的板式换热器。板式换热器的出气温度控制在≤35℃，出油温度≤35℃。轻质油与不凝气体分离；轻质油进入储油罐，不凝气体进入后续转化系统。

油水分离器中的高效聚结板材料采用dts聚结板填料，融合了当今传统板式除油和粗粒化聚结技术，分离效率可达99％；得到的废水经隔油，气浮处理后转移至污水处理厂。煤焦油经沉淀，过滤，分离后，通过油泵打入燃油燃烧装置，也可打入煤焦油罐外售。

列管式换热器可采用u型列管式换热器，内部为中低温(温度≤220℃)的煤焦油及油气混合物，外部介质为自来水，热效率为93％，得到的热量可供应澡堂，也可供应烘干所需热量，包括余热烟气烘干或蒸汽烘干。

电捕焦油器可优选选择蜂窝式电捕焦油器。除尘效率99％以上。

罗茨风机进气温度为≤35℃；气量根据生产量决定；保持罗茨风机前端压力≤8kpa，罗茨风机后端出气压力一般为15kpa～50kpa。

压缩机为液化石油气压缩机，最大输出压力为1.6mpa。通过压缩机压缩，压力≯1.6mpa，可把c5，c6液化并进行能源储备，其他不易压缩的低热值可燃气体接近天然气，进行下一循环作为热源燃烧。

液化气主要为丙烷，丁烷，戊烷，己烷及同分异构体等碳氢化合物，主要为c5，c6等烷烃类化合物；不可液化气主要为氢气和甲烷构成，分别占56％和27％，并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他烃类；主要由甲烷；轻质油为淡黄色液体，主要成分是c5～c8烃类的混合物，并含有少量的大于c8的烃类。

(3)电捕焦油器捕捉的油泥，焦油除灰分离的油泥一起再经输送装置入二级还原气化装置反应；气固分离产生的灰渣经耐高温密封输送装置自动回炉反应。

气固分离装置产生的灰渣含油量少，出口温度高达200℃以上，但灰渣量多，占据所有高温油气带出来的灰渣90％以上，直接高温密封输送至反应釜；油泥冷却和电捕焦油器产生的油泥含油量较高，达到80％以上，通过泵或螺旋输送至油泥罐，再输送至反应釜。

(4)在液化分离系统作用下，液化气入罐，不可液化气先后经一级，二级减压装置，减压罐缓冲入富气柜；富气气化供热反应系统，其余富气脱水后与余热烟气供热预脱水装置用于烘干物料。

一级减压装置前端压力为≤1.6mpa，减压后压力为100kpa左右，二级减压装置减压后压力为6kpa～15kpa。

减压罐为压力容积，主要储存液化后的富气，即接近天然气热值的煤气，压力要求较低，一般为≤0.4mpa。

富气柜，储存液化后的富气，即接近天然气热值的煤气，压力要求较低，一般为≤50kpa。富气柜可采用常压缓冲控制的湿式气柜，容积为3～6t/h的供应量。

火炬燃烧即为安全放空设施，保证在运行过程中实现低噪音无烟燃烧。同时通过热量回收余热烟气烘干，或通过加热蒸汽供热间接烘干，需由设计院设计。

脱水供热为富气经过脱水设备脱水后，进入气体燃烧器燃烧产生的高温空气与低温烟气一并进入预脱水装置。

富气脱水的目的是为了防止气体在输送，加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀问题，同时也可以防止水合物、冰生产堵塞管线和设备。

(5)预脱水装置产生的含尘、含水蒸气的烟气在引风机动力作用下，先后通过布袋除尘和冷凝回收，余热利用，与活化炉产生的废气经脱硫脱硝处理后达标排放。

除尘器可选用袋式除尘器。在各个冒灰的地方设置吸尘罩，通过管道气路将含尘气体输送到除尘装置中。

引风机是通过叶轮转动产生负压，进而从系统抽取空气的一种设备，引风机可选用市售常规引风机，符合生产能力即可。

冷凝回收可选用接触冷凝，设备可选用气液接触塔。

处理排放，其废气来源，一是烟气进烘干系统后，再进除尘器的气体；二是活性炭活化炉活化气燃烧供热余热锅炉产生的气体。处理排放主要包括脱硝、除尘、脱硫等工艺，符合国家标准排放。