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热载体干馏法

/carbonization technology of heat carrier/
条目作者马宝岐

马宝岐

最后更新 2024-12-04
浏览 144
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以高温气体(高温烟气、高温煤气等)或高温固体(高温半焦、高温热灰、氧化铝陶瓷球等)为热载体加热煤受热分解的过程。

英文名称
carbonization technology of heat carrier
所属学科
化工

按干馏炉的加热方式不同,煤低温干馏技术分为内热式、外热式和内热外热混合式。按炉型不同,分为固定床、移动床、流化床、气流床、旋转床、回转床、带式床等。

中国采用内热式直立炉、外燃内热式直立炉和转盘炉实现气体热载体煤低温干馏工业化的工艺过程。在年产100万吨的半焦(需用原料煤150万吨/年)生产工艺过程中,需10台气体热载体内热式直立炉,单台炉的生产能力为10万吨/年半焦。其生产工艺过程是:①备煤系统。原煤经筛分(20~80毫米),由皮带运输机送至煤仓,再由煤仓下的可逆皮带分别送至各干馏炉的中间煤仓,然后通过液压阀定期送入干馏炉内进行低温热解。②干馏和排焦系统。原煤送至干馏炉内经过干燥、干馏、干熄焦和排焦等过程。干馏热源由返回的部分煤气配空气〔煤气与空气体积比为(1.7~1.8)∶1〕在水平火道进行不完全燃烧,由此产生的高温热烟气即为气体热载体,高温烟气进入炉内干馏段对煤进行加热,干馏温度为600~650℃,干馏产生的荒煤气经炉顶集气罩进入煤气净化系统,产物半焦由炉下部经余热回收器、干熄焦和排焦系统送出炉外。③煤气净化系统由集气罩输出的荒煤气约80℃,经上升管、气液分离器、文氏-旋流板一体塔的循环氨水喷淋,煤气温度降至40℃左右,再进入电捕焦油器,脱除焦油雾滴的煤气经加压,部分作为回炉煤气,剩余煤气送出它用。焦油氨水均送入焦油氨水分离池,经分离后的煤焦油泵送至焦油罐,氨水泵送至氨水池,再经泵送至文氏-旋流板一体塔喷淋荒煤气,剩余氨水进入污水处理系统。

为了充分合理利用价廉的长焰煤小粒煤(6~28毫米),陕西方圆工程设计有限责任公司对现行内热式直立干馏炉的内部结构和气体分布装置进行了改造,使其适用于小粒煤的干馏生产。该小粒煤干馏炉已得到推广应用,并获得了良好的综合效益。

中国以长焰煤块煤为原料进行低温干馏的生产工艺过程,普遍采用气体热载体内热式直立炉。为了促进中国低阶煤产业的发展,提高干馏炉单炉产能,逐步实现大型化。北京国电富通科技发展有限公司等单位共同研发了以气体热载体外燃内热式直立干馏炉为核心设备的低阶煤干馏技术,已实现工业化生产,单台国富炉加工能力为50万吨/年(按煤计)。国富炉主要由预热段、干燥段、干馏段、冷却段四部分组成。原煤经筛分后,粒度不大于150毫米的原煤经皮带机送至国富炉顶部的煤斗,在煤斗上部有布料刮板机进行均匀布料。原煤在重力作用下进入炉体最上部的预热段,预热段采用来自冷却段的惰性烟气对原煤进行预热,在预热段脱除煤中10%左右的水分,同时原煤温度升至70℃左右。原煤继续下行进入干燥段,在干燥段几乎脱除全部水分,原煤被加热到150~170℃,进入干馏段。在干燥段产生的带有大量水气的烟气进入水膜除尘器进行除尘脱硫降温。干燥后的原煤在干馏段用800℃的高温烟气进行加热,在此阶段发生热解反应,生成煤气、焦油气、热解水组成的混合气(荒煤气)及产物半焦。荒煤气进入煤气净化系统进行除尘、降温及煤气、焦油、水的分离,净化后的部分煤气回到燃烧系统进行燃烧供热。而高温半焦进入冷却段,与除尘、脱硫、降温、脱水后的冷烟气进行换热降温,最后采用喷淋水喷淋降温至60℃以下,由埋刮板输送机送入储焦仓。干馏过程产生的150~250℃荒煤气进入旋风除尘器,气体中90%以上的粉尘被沉降下来,除尘后的荒煤气进入直冷塔,将煤气冷却降温到80℃左右,由直冷塔排出的煤气进入横管间冷器进行冷却,将煤气冷却至23℃左右,由横管间冷器排出的煤气进入捕雾器,脱除部分焦油和水分的煤气从捕雾器送出,然后进入电捕焦油器捕集煤气中夹带的焦油,最后将部分煤气经加压后送往国富炉回用,剩余煤气送出它用。从直冷塔、横管间冷器、捕雾器、电捕焦油器、煤气加压机冷凝下来的油水混合物进入油水分离槽,分离出的污水进入污水处理系统,焦油用焦油泵打入成品焦油槽。

大唐华银电力股份有限公司于2011年在内蒙古东乌旗额吉淖尔镇,建成30万吨/年褐煤提质工业示范装置。该装置采用的褐煤粒度为5~70毫米,热载体为高温烟气,其主要工艺设备有干燥炉、干馏炉、激冷盘和激冷塔等。干燥炉和干馏炉的结构相似,主体为设有气密防护罩的水平旋转盘式结构。原料煤从旋转盘的外侧送入,随着炉体的旋转被固定耙齿逐渐推送至盘的中心下料口。加热的高温烟气从盘下方引入,通过盘上的开孔穿过煤层,然后从顶部的气室中排出。通过调节煤层厚度和旋转盘转速可控制原煤在炉内的停留时间。该生产工艺过程的特点是:①干燥炉脱水效果良好,在干燥过程中可使褐煤中的微粒被高温烟气带出。②干燥和干馏的加热载体为高温烟气,干燥温度为300℃以下,干馏温度为500~600℃。③在干燥炉和干馏炉内均采用犁式机械导流均布器,使煤料铺成薄层,以保证较高的热交换效率。④产物半焦进入激冷盘用喷水降温可终止热解反应,并使其钝化。⑤含水、含煤尘和焦尘的热解气进入旋风除尘器,除去大部分煤尘和焦尘,然后进入激冷塔,在塔中用产物焦油对热解气进行冷却,热解气的冷却温度设定较高,仅使热解气中的焦油成分被冷凝成液体,该液体进入冷却器内进一步冷却为煤焦油。脱除焦油后的热解气进入静电捕集器中进一步脱除焦油,然后进入热风炉中烧去可燃成分生成惰性烟气作为褐煤的加热载体。

大连理工大学研发的煤固体热载体干馏技术是采用长焰煤(或褐煤)粉煤(不大于6毫米)为原料,以高温半焦为热载体,已在陕西煤业化工集团神木富油能源科技有限公司建成年加工煤60万吨工业生产示范装置。

煤固体热载体法干馏生产工艺过程由煤粉碎、干燥及干馏,荒煤气回收焦油及净化系统组成。原料煤经破碎过筛后,在干燥提升管中,用460~490℃将不大于6毫米的粉煤废烟气加热干燥,使粉煤的含水量由高于12%降到低于2%,然后将温度为120℃的粉煤经旋风分离器分离出烟气后送入粉煤槽。粉煤由螺旋输送器送入静态混合器。在静态混合器中干燥粉煤与温度为750~800℃的高温半焦按质量比为1∶(2.5~3.5)均匀混合后,送入干馏反应器进行热解,热解温度为510~530℃,压力为常压。干馏反应器中生成的半焦一部分经半焦槽和半焦冷却器降温至低于70℃后作为半焦产品送至半焦库;另一部分半焦进入加热提升管中。在高温烟气的作用下,进行部分燃烧(燃烧约2%的半焦)温度升至750~800℃,高温半焦经旋风分离器分离出高温烟气后进入静态混合器与粉煤混合。由旋风分离器分离出的高温烟气经高温气体换热器降温至460~490℃后,作为废烟气送至干燥提升管去干燥提升原料粉煤。

热解反应生成的荒煤气经旋风分离器脱除焦粉后,先用循环氨水喷洒将500~510℃的荒煤气冷却至80~85℃,然后在气液分离器中使煤气与焦油、氨水等分离,分离出的荒煤气在初冷器中将煤焦油冷凝冷却回收后,再送入电捕焦油器脱除煤气中的焦油雾滴,经电捕后的煤气送往洗脱苯塔回收粗苯。由气液分离器分离出来的焦油、氨水送入澄清槽将焦油和氨水分离,分离出的煤焦油送入煤焦油储槽。分离出的氨水经蒸氨后循环用于喷洒荒煤气。由电捕焦油器回收的煤焦油,经电捕水封槽也送入澄清分离槽。煤气脱除掉粗苯后送去脱硫,脱硫后的煤气送往煤气柜。

北京蓝天新源科技有限公司和内蒙古赤峰富龙热力有限公司联合研发的循环灰热载体煤干馏工艺,于2001年建成年处理褐煤5万吨工业试验装置。采用≤8毫米的褐煤粉煤为原料,干馏温度为650~750℃、压力为常压,以850℃高温热灰为热载体,灰煤质量比为10∶1。该装置的生产工艺过程是:先将褐煤粉煤送入干馏炉,采用循环流化床锅炉的循环热灰作为固体热载体,与煤在干馏炉内均匀混合并进行热解反应,获得煤气、焦油等。干馏炉床层采用流化(鼓泡)床+移动床的形式,即在内料层的中部采用了独特的煤气流化装置,用经过降温和粗净化后的少量煤气回送过来作为流化介质。

除上述外,中国科学院工程热物理研究所、清华大学和浙江大学等单位对固体热载体煤干馏工艺也进行了一系列研究和工业性试验。

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