一種處理褐煤的系統及方法與流程

本發明屬于化工技術領域，尤其涉及一種處理褐煤的系統及方法。

背景技術：

褐煤是一種含氧高、含水高、易粉化、熱值低、穩定性差、易自燃且煤化程度低的劣質煤。傳統的褐煤利用方式主要是對其進行干燥后用于火力發電，未實現褐煤的分級分質利用。

目前，褐煤氣化制合成氣成為褐煤的一種利用方式，但由于褐煤的高含氧量和含水量特點，使得褐煤成漿性差、水煤漿濃度低、氣化效率差。

煤熱解被認為是最有前途的低階煤分級分質利用方式，熱解是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續加熱至較高溫度時，所發生的一系列物理變化和化學反應，在此過程中煤會發生交聯鍵斷裂、產物重組和二次反應，最終得到氣體(煤氣)、液體(焦油)、及固體(半焦)等產物。熱解實現了煤中不同成分的梯級轉化，是一種資源高效綜合利用方法，可減少燃煤造成的環境污染。

褐煤的熱解可將褐煤中的油氣組分提取出來，提高產品的附加值，但目前熱解半焦顯熱未得到充分利用；同時，熱解所得的廢水和重質焦油組分利用和處理難度大。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供一種處理褐煤的系統，包括：

熱解單元，設有粉料入口、凈煤氣入口、熱解油氣出口和半焦出口；

油氣分離單元，設有熱解油氣入口、注水口、凈煤氣出口、熱解油出口、焦水混合物出口和廢水出口，所述熱解單元的熱解油氣出口連接所述油氣分離單元的熱解油氣入口，所述油氣分離單元的凈煤氣出口連接所述熱解單元的凈煤氣入口；

間接冷卻機，設有半焦入口、中間半焦出口、冷卻介質入口和蒸汽出口，所述熱解單元的半焦出口連接所述間接冷卻機的半焦入口；

噴淋冷卻機，設有中間半焦入口、噴淋水入口和噴淋半焦出口，所述間接冷卻機的中間半焦出口連接所述噴淋冷卻機的中間半焦入口；

水焦漿制備單元，設有噴淋半焦入口、補水口和水焦漿出口，所述噴淋冷卻機的噴淋半焦出口連接所述水焦漿制備單元的噴淋半焦入口；

水焦漿氣化單元，設有水焦漿入口和合成氣出口，所述水焦漿制備單元的水焦漿出口連接所述水焦漿氣化單元的水焦漿入口。

作為本發明優選的方案，在所述熱解單元和油氣分離單元之間設有換熱器，所述換熱器包括高溫熱解油氣入口、低溫熱解油氣出口、低溫凈煤氣入口和高溫凈煤氣出口，所述熱解單元的熱解油氣出口連接所述換熱器的高溫熱解油氣入口，所述換熱器的低溫熱解油氣出口連接所述油氣分離單元的熱解油氣入口，所述油氣分離單元的凈煤氣出口連接所述換熱器的低溫凈煤氣入口，所述換熱器的高溫凈煤氣出口連接所述熱解單元的凈煤氣入口。

進一步的，本發明的所述油氣分離單元的廢水出口連接所述油氣分離單元的注水口。

作為優選的方案，所述油氣分離單元的廢水出口連接所述噴淋冷卻機的噴淋水入口。

作為本發明優選的方案，所述水焦漿制備單元還包括焦水混合物入口，所述油氣分離裝置的焦水混合物出口連接所述水焦漿制備單元的焦水混合物入口。

本發明的另一目的是提供一種利用上述的系統處理褐煤的方法，包括以下步驟：

a、將粉狀褐煤送入所述熱解單元，在750～900℃加熱，發生熱解反應，獲得高溫熱解油氣和半焦；

b、將所述高溫熱解油氣通入所述油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水；

c、將所述低溫凈煤氣通入所述熱解單元，與所述粉狀褐煤發生反應；

d、將所述半焦送入所述間接冷卻機，與冷卻介質進行間接換熱，獲得中間半焦和蒸汽，所述中間半焦的溫度為200～250℃；

e、將所述中間半焦送入所述噴淋冷卻機，進行噴淋冷卻，獲得噴淋半焦，所述噴淋半焦的溫度≤70℃；

f、將所述噴淋半焦送入所述水焦漿制備單元，與水混合，并添加分散劑，制得水焦漿；

g、將所述水焦漿送入所述水焦漿氣化單元，在1150～1350℃進行氣化，獲得合成氣。

優選的，本發明的方法還包括步驟：將所述高溫熱解油氣和低溫凈煤氣通入換熱器，獲得低溫熱解油氣和高溫凈煤氣；所述步驟b中，將所述低溫熱解油氣通入所述油氣分離單元；所述步驟c中，將所述高溫凈煤氣通入所述熱解單元。

進一步的，本發明的方法還包括步驟：將所述油氣分離單元的廢水通入所述油氣分離單元的注水口。

另一種優選的方案為：將所述油氣分離單元的廢水送入所述噴淋冷卻機，對所述中間半焦進行冷卻。

作為優選的方案，本發明還包括步驟：將所述油氣分離單元的焦水混合物送入所述水焦漿制備單元，與所述噴淋半焦和水混合，制備水焦漿。

本發明提供的處理褐煤的系統及方法，通過間接冷卻機回收半焦的熱量，制備蒸汽，提高系統的能源利用率；利用換熱器實現荒煤氣和凈煤氣的熱量交換，充分利用荒煤氣顯熱，避免了荒煤氣直接回用帶來的管路堵塞問題；廢水用于冷卻半焦，避免了廢水的排放；焦水混合物用于制備水焦漿，實現了焦油的再利用；凈煤氣進入熱解單元，為褐煤的熱解提供氫源，可提高熱解油氣的品質。

附圖說明

圖1是本發明實施例的系統結構圖。

圖2是本發明實施例的方法流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

本發明中所述的“連接”，除非另有明確的規定或限定，應作廣義理解，可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連。

如圖1所示，本發明實施例提供一種處理褐煤的系統，包括：熱解單元1、換熱器2、油氣分離單元3、間接冷卻機4、噴淋冷卻機5、水焦漿制備單元6和水焦漿氣化單元7。通過褐煤的分級利用，提高了能源利用效率。

熱解單元1為粉狀褐煤的熱解裝置，設有粉料入口11、凈煤氣入口12、熱解油氣出口13和半焦出口14。經過干燥的粉狀褐煤由粉料入口11進入熱解單元1，在蓄熱式輻射管的加熱下，發生熱解反應，產生熱解油氣和半焦。優選的，粉狀褐煤的粒度≤1mm，熱解單元內的溫度為750～900℃，熱解時間為6～12s。凈煤氣由凈煤氣入口12進入熱解單元1，凈煤氣為褐煤的熱解提供氫源，提高焦油的產量和品質。在粉料入口11處設有圓盤式固體分布器，便于粉狀褐煤在熱解單元內均勻分布，以及與凈煤氣充分接觸。

換熱器2用于回收熱解單元1產生的高溫熱解油氣的熱量，換熱器2設置在熱解單元1和油氣分離單元3之間。換熱器包括高溫熱解油氣入口21、低溫熱解油氣出口22、低溫凈煤氣入口23和高溫凈煤氣出口24。

油氣分離單元3為熱解油氣的冷卻設備，本實施例中，油氣分離單元3為水噴淋裝置，可對熱解油氣進行冷卻除塵。油氣分離單元3設有熱解油氣入口31、注水口32、凈煤氣出口33、熱解油出口34、焦水混合物出口35和廢水出口36。

熱解單元的熱解油氣出口13連接換熱器的高溫熱解油氣入口21，換熱器的低溫熱解油氣出口22連接油氣分離單元的熱解油氣入口31，油氣分離單元的凈煤氣出口33連接換熱器的低溫凈煤氣入口23，換熱器的高溫凈煤氣出口24連接熱解單元的凈煤氣入口12。

熱解單元1產生的高溫熱解油氣進入換熱器2與油氣分離單元產生的低溫凈煤氣進行換熱，高溫熱解油氣降溫至300～400℃，變為低溫熱解油氣。低溫熱解油氣進入油氣分離單元2，通過注水口32向油氣分離單元2通入冷卻水。在油氣分離單元2內設有多個噴嘴，相鄰噴嘴的方向交錯排列，保證冷卻水與熱解油氣的充分接觸。低溫熱解油氣在油氣分離單元2中冷卻除塵，生成低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物(焦油與水的混合物)、和廢水。

低溫凈煤氣進入換熱器2，與高溫熱解油氣進行換熱，升溫變為高溫凈煤氣，高溫凈煤氣進入熱解單元1，作為氫源與褐煤反應。

本實施例的油氣分離單元3中，在凈煤氣出口33一側設有擋板(圖中未示出)，擋板的底端位于凈煤氣出口33的下方，使得進入油氣分離單元3的氣體需繞過擋板才能從凈煤氣出口33排出，從而進一步保證熱解油氣與冷卻水的充分接觸。

油氣分離單元的的廢水出口36可連接油氣分離單元的注水口32，廢水可作為冷卻水循環利用，節約生產成本。

為了回收熱解單元1產生的半焦的熱量，本實施例設置了間接冷卻機4，間接冷卻機4包括多管回轉式冷卻器和閃蒸塔。多管回轉式冷卻器設有半焦入口41、中間半焦出口42、冷卻介質入口43和高溫冷卻介質出口(圖中未示出)。閃蒸塔設有高溫冷卻介質入口和蒸汽出口44。熱解單元的半焦出口14連接間接冷卻機的半焦入口41。半焦進入多管回轉式冷卻器后，通入冷卻介質，冷卻介質與半焦進行間接換熱，降溫后的中間半焦的溫度為200～250℃。高溫冷卻介質進入閃蒸塔，進行閃蒸，獲得蒸汽，蒸汽可用于其他工業生產。本實施例的冷卻介質為冷卻水或冷卻鹽水。

噴淋冷卻機5為中間半焦進一步進行冷卻。噴淋冷卻機5設有中間半焦入口51、噴淋水入口52和噴淋半焦出口53，間接冷卻機的中間半焦出口42連接噴淋冷卻機的中間半焦入口51。間接冷卻機產生的中間半焦進入噴淋冷卻機5后，通過噴水進行冷卻。在噴淋冷卻機5內，多個噴嘴沿水平方向排列，使得中間半焦可降溫均勻，獲得噴淋半焦，噴淋半焦的溫度≤70℃。

油氣分離單元的廢水出口36連接噴淋冷卻機的噴淋水入口52，廢水可作為中間半焦的冷卻水使用，提高系統的原料利用率。

水焦漿制備單元6用于水焦漿的制備，設有噴淋半焦入口61、補水口62、焦水混合物入口63和水焦漿出口64。噴淋冷卻機的噴淋半焦出口53連接水焦漿制備單元的噴淋半焦入口61，噴淋半焦與水混合可制備水焦漿。油氣分離裝置的焦水混合物出口35連接水焦漿制備單元的焦水混合物入口63，焦水混合物可作為制備水焦漿的原料，與噴淋半焦和水混合攪拌。在制備水焦漿時，需添加分散劑，分散劑可以是腐殖酸，也可以是其他復配型的分散劑。分散劑的添加量為噴淋半焦、水、焦水混合物總質量的0.1％～1.0％，所制得的水焦漿的濃度為60％～70％。

水焦漿氣化單元7為氣化爐，設有水焦漿入口71和合成氣出口73，水焦漿制備單元的水焦漿出口64連接水焦漿氣化單元的水焦漿入口71。制備好的水焦漿輸入水焦漿氣化單元內氣化，獲得合成氣，氣化溫度為1150-1350℃，氣化壓力為2.5-10mpa。在進行水焦漿氣化時，需由富氧氣體噴嘴72通入富氧氣體，同時需添加激冷劑。富氧氣體噴嘴72設在水焦漿氣化單元7的頂部，便于水焦漿與富氧氣體的充分混合。在水焦漿氣化單元7的底部設有焦渣出口74，在水焦漿氣化單元7內設有焦渣擋板75，便于焦渣出料，焦渣擋板75與水平夾角為30-75°。

如圖2所示，本發明實施例的另一目的是提供一種利用上述的系統處理褐煤的方法，包括以下步驟：

1、將粉狀褐煤送入熱解單元，在750～900℃加熱，發生熱解反應，熱解時間6～12s(秒)，獲得高溫熱解油氣和半焦。

2、將高溫熱解油氣通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

3、將低溫凈煤氣通入熱解單元，作為氫源與粉狀褐煤發生反應。

4、將半焦送入間接冷卻機，與冷卻介質進行間接換熱，獲得中間半焦和蒸汽，中間半焦的溫度為200～250℃。

5、將中間半焦送入噴淋冷卻機，進行噴淋冷卻，獲得噴淋半焦，噴淋半焦的溫度≤70℃；步驟2中廢水，部分作為油氣分離單元的冷卻水，部分作為噴淋冷卻機的冷卻水。

6、將噴淋半焦送入水焦漿制備單元與水混合，將油氣分離單元的焦水混合物通入水焦漿制備單元，并添加分散劑，制得水焦漿，分散劑的添加量為噴淋半焦、水和焦水混合物總質量的0.1％-1.0％。

7、將水焦漿送入水焦漿氣化單元，在1150～1350℃進行氣化，氣化壓力2.5～10mpa，獲得合成氣。

優選的，本實施例的方法中，將高溫熱解油氣和低溫凈煤氣通入換熱器，獲得低溫熱解油氣和高溫凈煤氣；步驟2變為將低溫熱解油氣通入油氣分離單元；步驟3變為將高溫凈煤氣通入熱解單元。利用換熱器實現熱解油氣和凈煤氣的熱量交換，充分利用高溫熱解油氣的顯熱，避免了高溫熱解油氣直接回用帶來的管路堵塞問題。

實施例1

1、將褐煤進行干燥并破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解單元，在750℃加熱，發生熱解反應，熱解時間12s，獲得高溫熱解油氣和半焦。

2、將高溫熱解油氣通過換熱器后通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

3、將低溫凈煤氣通入換熱器，與高溫熱解油氣進行換熱，獲得低溫熱解油氣和高溫凈煤氣；將低溫熱解油氣通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

4、將高溫凈煤氣通入熱解單元，作為氫源與粉狀褐煤發生反應。

5、將半焦送入間接冷卻機，與冷卻介質進行間接換熱，獲得中間半焦和蒸汽，中間半焦的溫度為200℃。

6、將中間半焦送入噴淋冷卻機，進行噴淋冷卻，獲得噴淋半焦，噴淋半焦的溫度70℃；步驟2和3中的廢水，部分作為油氣分離單元的冷卻水，部分作為噴淋冷卻機的冷卻水。

7、將噴淋半焦送入水焦漿制備單元與水混合，將油氣分離單元的焦水混合物通入水焦漿制備單元，并添加分散劑，制得水焦漿，分散劑的添加量為噴淋半焦、水和焦水混合物總質量的1.0％。

8、將水焦漿送入水焦漿氣化單元，在1150℃進行氣化，氣化壓力10mpa，獲得合成氣。

實施例2

1、將褐煤進行干燥并破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解單元，在850℃加熱，發生熱解反應，熱解時間10s，獲得高溫熱解油氣和半焦。

2、將高溫熱解油氣通過換熱器后通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

3、將低溫凈煤氣通入換熱器，與高溫熱解油氣進行換熱，獲得低溫熱解油氣和高溫凈煤氣；低溫熱解油氣的溫度為500℃左右，高溫凈煤氣的溫度為380℃，將低溫熱解油氣通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

4、將高溫凈煤氣通入熱解單元，作為氫源與粉狀褐煤發生反應。

5、將半焦送入間接冷卻機，與冷卻介質進行間接換熱，獲得中間半焦和蒸汽，中間半焦的溫度為200℃。

6、將中間半焦送入噴淋冷卻機，進行噴淋冷卻，獲得噴淋半焦，噴淋半焦的溫度60℃；步驟2和3中的廢水，部分作為油氣分離單元的冷卻水，部分作為噴淋冷卻機的冷卻水。

7、將噴淋半焦送入水焦漿制備單元與水混合，將油氣分離單元的焦水混合物通入水焦漿制備單元，并添加分散劑，制得濃度為60％水焦漿，分散劑的添加量為噴淋半焦、水和焦水混合物總質量的0.5％。

8、將水焦漿送入水焦漿氣化單元，在1200℃進行氣化，氣化壓力3mpa，獲得合成氣。

實施例3

1、將褐煤進行干燥并破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解單元，在900℃加熱，發生熱解反應，熱解時間6s，獲得高溫熱解油氣和半焦。

2、將高溫熱解油氣通過換熱器后通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

3、將低溫凈煤氣通入換熱器，與高溫熱解油氣進行換熱，獲得低溫熱解油氣和高溫凈煤氣；將低溫熱解油氣通入油氣分離單元，進行冷卻除塵，獲得低溫凈煤氣、熱解油、焦水混合物和廢水。

4、將高溫凈煤氣通入熱解單元，作為氫源與粉狀褐煤發生反應。

5、將半焦送入間接冷卻機，與冷卻介質進行間接換熱，獲得中間半焦和蒸汽，中間半焦的溫度為250℃。

6、將中間半焦送入噴淋冷卻機，進行噴淋冷卻，獲得噴淋半焦，噴淋半焦的溫度550℃；步驟2和3中的廢水，部分作為油氣分離單元的冷卻水，部分作為噴淋冷卻機的冷卻水。

7、將噴淋半焦送入水焦漿制備單元與水混合，將油氣分離單元的焦水混合物通入水焦漿制備單元，并添加分散劑，制得水焦漿，分散劑的添加量為噴淋半焦、水和焦水混合物總質量的0.1％。

8、將水焦漿送入水焦漿氣化單元，在1350℃進行氣化，氣化壓力2.5mpa，獲得合成氣。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除上下文另有所指外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。