一种煤热解气化耦合工艺及装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106010607 A(43)申请公布日 2016.10.12

(21)申请号 2016104796.5(22)申请日 2016.06.27

(71)申请人 北京国电富通科技发展有限责任公

司

地址 100070 北京市丰台区南四环西路188

号总部基地六区14号楼(72)发明人 苗文华　陈家全　张旭辉　吴鹏　

屈万领　张云鹏　林红　(74)专利代理机构 北京三聚阳光知识产权代理

有限公司 11250

代理人 李敏(51)Int.Cl.

C10B 53/04(2006.01)C10B 57/00(2006.01)C10K 1/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

C10K 1/04(2006.01)C10B 57/18(2006.01)C10J 3/00(2006.01)

CN 106010607 A(54)发明名称

一种煤热解气化耦合工艺及装置(57)摘要

本发明提供了一种煤热解气化耦合工艺及装置，该工艺通过将煤气化所产生的热煤气与干燥煤直接接触，利用热煤气的高温显热将干燥煤干馏，使得本发明一方面能充分利用热煤气的高温显热，提高换热效率，从而大幅降低了整个工艺的能耗；另一方面由于气化热煤气中的氢气含量高、浓度大，这一富氢气氛可提高焦油的收率；再加之本发明只将大粒度原煤干馏，由此也提高了焦油的品质；并且，本发明的工艺通过对原料煤筛分以将其分为小粒径的粉煤和大粒径的原煤，再对上述粉煤和原煤分别进行气化和干馏处理，由此使得本发明的工艺能够处理全粒度范围的原料煤，实现了原料煤的全粒径进料。本发明所述的装置不必单独设置热煤气的净化装置，有利于降低系统能耗。

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权　利　要　求　书

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1.一种煤热解气化耦合工艺，包括如下步骤：(1)将原料煤筛分，得到粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的原煤；

所述热煤气经除尘后得到净化煤气；(2)将所述粒度<6mm的粉煤气化形成热煤气，

(3)对所述粒度≥6mm的原煤进行干燥处理得干燥煤，所述干燥煤与步骤(2)中的净化煤气直接接触以利用所述净化煤气对所述干燥煤进行干馏处理，产生半焦和热解气。

2.根据权利要求1所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，采用150～350℃的热烟气作为干燥环节的热源，干燥后的烟气经除尘降温处理，得到净化冷却烟气和煤尘；

步骤(2)在得到所述净化煤气的同时也获得了煤尘。3.根据权利要求2所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，将所述煤尘气化以产生热煤气，所述热煤气用作干馏环节的热源。

4.根据权利要求2或3所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，所述净化冷却烟气与步骤(3)中的半焦发生热交换，以将所述半焦的温度降低至100℃以下并得到热烟气，将所述热烟气循环至所述干燥环节中。

5.根据权利要求1-4任一项所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，对所述热解气进行冷却净化处理，得到焦油、冷煤气和粉焦。

6.根据权利要求5所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，所述冷煤气经燃烧产生的烟气与热交换环节中的热烟气混合后返回至所述干燥环节中。

7.根据权利要求5或6所述的煤热解气化耦合工艺，其特征在于，将所述粉焦气化以产生热煤气，作为所述干馏环节的热源。

8.一种煤热解气化耦合装置，包括：筛分装置(1)，其设置有第一出口和第二出口，所述第一出口用于排出粒度<6mm的粉煤，所述第二出口用于排出粒度≥6mm的原煤；

气化炉(2)，其进口与所述第一出口连接设置，所述气化炉(2)的出口与高温除尘装置(3)相连接；

固定床热解炉(4)，其内部设置有依次连通的干燥段(41)、干馏段(42)和冷却段(43)，所述干燥段(41)与所述第二出口连接设置，所述干馏段(42)与所述高温除尘装置(3)的气体出口相连通，在所述干馏段(42)还设置有热解气出口和半焦出口。

9.根据权利要求8所述的煤热解气化耦合装置，其特征在于，在所述干燥段(41)设置有烟气进口和烟气出口，与所述烟气出口连接设置有除尘降温装置(5)，所述除尘降温装置(5)的气体出口与所述冷却段(43)相连通；

所述冷却段(43)还设置有热烟气出口，所述热烟气出口与所述干燥段(41)的烟气进口相连接。

10.根据权利要求8或9所述的煤热解气化耦合装置，其特征在于，与所述热解气出口连通设置有冷却净化装置(6)，所述冷却净化装置(6)设置有焦油出口、冷煤气出口和粉焦出口；

所述粉焦出口、所述高温除尘装置(3)的煤尘出口及所述除尘降温装置(5)的煤尘出口分别与所述气化炉(2)的进口相连接；

与所述冷煤气出口连接设置有燃烧装置，所述燃烧装置的出气口与所述热烟气出口相连接。

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一种煤热解气化耦合工艺及装置

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技术领域

[0001]本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种煤热解与气化的耦合工艺及装置。背景技术

[0002]我国是一个缺油少气、煤炭资源相对丰富的国家，煤炭占据一次能源的65％以上，目前我国的煤炭产量和消费总量均列世界首位，且煤炭产量仍呈逐年上升趋势。然而，在我国现有的煤炭资源中有一半以上是低阶煤，由于低阶煤通常具有高氧含量、高水分、稳定性差及热值低等特点，因而难以作为大规模的工业气化原料，更多的是仅仅用作局部地区的动力燃料，但低阶煤燃烧所产生的大量污染物的排放，导致现阶段我国正面临着能源供应安全和环境保护的双重压力，因此，研究与开发洁净煤技术刻不容缓。[0003]迄今为止，低阶煤的高效洁净转化技术是洁净煤技术的核心，也必将是未来的发展方向。通过热解将低阶煤转化成高热值的半焦、同时获取热解煤气和焦油的煤热解提质工艺是实现低阶煤洁净转化的有效途径，但目前国内外对低阶煤热解提质技术的研究多数仍不够成熟，尚处于试验或示范阶段，例如中国专利文献CN104762097A公开了一种低阶粉煤热解提质方法，该方法将粒度≤30mm的原料粉煤送入带除尘功能的回转干燥炉中，在对原料粉煤加热干燥的同时一并除去粉煤中粒度＜0.5mm的煤尘，粒度为0.5-30mm的干燥煤在外热式回转热解炉中发生热解反应生成提质煤和高温油气，高温油气经油气回收系统处理后得热解煤气、热解水和煤焦油，其中热解煤气经加热至150-450℃后返回至回转热解炉中；回转干燥炉排出的干燥气经分离煤尘、降温回收干燥水等处理后、再经加压、升温而返回至回转干燥炉中；粒度＜0.5mm的煤尘补充粉煤后进入煤气发生系统而转化成燃料气，再经热风炉产生800-1000℃烟气，作为外热式回转热解炉的热源。[0004]上述技术通过采用带除尘功能的回转干燥炉，在对原料粉煤进行干燥的同时可除去粉煤中粒度＜0.5mm的煤尘，从而能够减少进入热解炉的煤尘的量，由此使得煤焦油产品中的煤尘含量少，提高了煤焦油的品质。但该技术仍然存在以下不足：其一，只能处理粒度≤30mm的粉煤，而无法实现原料煤的全粒径进料，使得上述提质方法具有很大的局限性；其二，对于粒度≤30mm的粉煤而言，粒度＜0.5mm的煤尘占3～15％，这些煤尘气化所产生的煤气的热量根本不足以使粒度为0.5-30mm的干燥煤热解，因而还需将气化煤气燃烧使其转化为高温烟气，再利用该高温烟气作为外热式热解炉的热源，可见上述技术不能直接利用气化煤气的高温显热，存在着换热效率差、能效低的缺陷；其三，由于热解煤气原本就是从热解炉排出的，因而再将热解煤气循环至热解炉的这过程并不会显著改变热解炉内的氢气浓度，所以上述方法的煤焦油收率很难提高。鉴于此，如何对现有的煤热解与气化的耦合工艺进行改进以克服上述不足，对于本领域技术人员而言依旧是一个亟待解决的技术难题。发明内容

[0005]本发明解决的技术问题在于克服现有的煤热解气化耦合工艺所存在的能耗高、煤焦油收率低且品质差、无法适用于全粒度原料煤的缺陷，进而提供一种能耗小、煤焦油收率

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高且品质好、可实现原料煤全粒径进料的煤热解气化耦合工艺及装置。[0006]为此，本发明实现上述目的的技术方案为：[0007]一种煤热解气化耦合工艺，包括如下步骤：[0008](1)将原料煤筛分，得到粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的原煤；[0009](2)将所述粒度<6mm的粉煤气化形成热煤气，所述热煤气经除尘后得到净化煤气；[0010](3)对所述粒度≥6mm的原煤进行干燥处理得干燥煤，所述干燥煤与步骤(2)中的净化煤气直接接触以利用所述净化煤气对所述干燥煤进行干馏处理，产生半焦和热解气。[0011]采用150～350℃的热烟气作为干燥环节的热源，干燥后的烟气经除尘降温处理，得到净化冷却烟气和煤尘；

[0012]步骤(2)在得到所述净化煤气的同时也获得了煤尘。[0013]将所述煤尘气化以产生热煤气，所述热煤气用作干馏环节的热源。[0014]所述净化冷却烟气与步骤(3)中的半焦发生热交换，以将所述半焦的温度降低至100℃以下并得到热烟气，将所述热烟气循环至所述干燥环节中。[0015]对所述热解气进行冷却净化处理，得到焦油、冷煤气和粉焦。

[0016]所述冷煤气经燃烧产生的烟气与热交换环节中的热烟气混合后返回至所述干燥环节中。

[0017]将所述粉焦气化以产生热煤气，作为所述干馏环节的热源。[0018]一种煤热解气化耦合装置，包括：[0019]筛分装置，其设置有第一出口和第二出口，所述第一出口用于排出粒度<6mm的粉煤，所述第二出口用于排出粒度≥6mm的原煤；[0020]气化炉，其进口与所述第一出口连接设置，所述气化炉的出口与高温除尘装置相连接；

[0021]固定床热解炉，其内部设置有依次连通的干燥段、干馏段和冷却段，所述干燥段与所述第二出口连接设置，所述干馏段与所述高温除尘装置的气体出口相连通，在所述干馏段还设置有热解气出口和半焦出口。

[0022]在所述干燥段设置有烟气进口和烟气出口，与所述烟气出口连接设置有除尘降温装置，所述除尘降温装置的气体出口与所述冷却段相连通；[0023]所述冷却段还设置有热烟气出口，所述热烟气出口与所述干燥段的烟气进口相连接。

[0024]与所述热解气出口连通设置有冷却净化装置，所述冷却净化装置设置有焦油出口、冷煤气出口和粉焦出口；[0025]所述粉焦出口、所述高温除尘装置的煤尘出口及所述除尘降温装置的煤尘出口分别与所述气化炉的进口相连接；

[0026]与所述冷煤气出口连接设置有燃烧装置，所述燃烧装置的出气口与所述热烟气出口相连接。

[0027]本发明的上述技术方案具有如下优点：[0028]1、本发明所述的煤热解气化耦合工艺，首创性地利用煤气化所产生的热煤气作为干馏环节的热源，通过将热煤气与干燥煤直接接触，以利用热煤气的高温显热对干燥煤进行干馏处理，使得干燥煤发生热解产生半焦和热解气。与现有技术将热煤气燃烧所产生的

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烟气用作外热式热解炉的热源相比，本发明的工艺采用热煤气与干燥煤直接接触的方式，一方面可充分利用热煤气的高温显热，同时也有利于提高换热效率，从而大幅降低了整个工艺的能耗，本发明所述工艺的能耗与现有技术相比可下降10％；另一方面由于气化热煤气中的氢气含量高、浓度大，这一富氢气氛有利于促进焦油在干馏过程中的释放，从而可显著提高焦油的收率，与现有技术相比，本发明的工艺中焦油的产率增加了10％左右。再加之本发明只对粒度≥6mm的原煤进行干馏处理，因而减少了原煤中的煤粉含量，使得干馏产品中的粉尘量锐减，由此也提高了焦油的品质。[0029]并且，本发明的工艺通过对原料煤筛分以将其分为粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的原煤，再对上述粉煤和原煤分别进行气化和干馏处理，由此使得本发明的工艺能够处理全粒度范围的原料煤，与现有技术只能处理粒度在30mm以下的粉煤相比，本发明的工艺实现了原料煤的全粒径进料，因而非常适于大规模推广与应用。[0030]2、本发明所述的煤热解气化耦合工艺，对粒度≥6mm的原煤进行干燥处理时所采

由此获得的热用的热烟气外排后经除尘降温处理所形成的净化冷却烟气可用于冷却半焦，

烟气可返回至干燥环节作为干燥的热源，使得本发明的工艺能够实现干燥、冷却环节的烟气循环利用，从而进一步降低了整个工艺的系统能耗。[0031]3、本发明所述的煤热解气化耦合工艺，还可对除尘环节所分离出的煤尘、及热解气净化环节所分离出的粉焦进行气化处理，以将工艺本身所产生的废弃物再利用而转化为热煤气，不仅解决了煤尘和粉焦难以利用的问题，更重要的是最大程度地降低了系统能耗，使得本发明的工艺能效达到最高。[0032]4、本发明所述的煤热解气化耦合装置，通过将气化炉的出口与高温除尘装置相连接，再将高温除尘装置的气体出口与干馏段连接设置，这样来自气化炉的热煤气经除尘后便可直接进入干馏段，并最终与热解气一起进入冷却净化装置，由此使得本发明的耦合装置不必单独设置热煤气的净化装置，因而节省了设备投资及占地面积，降低了系统能耗。附图说明

[0033]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034]图1为本发明所述的煤热解气化耦合工艺的工艺流程图；[0035]图2为本发明所述煤热解气化耦合装置的结构示意图；[0036]其中，附图标记如下：[0037]1-筛分装置；2-气化炉；3-高温除尘装置；4-固定床热解炉；41-干燥段；42-干馏段；43-冷却段；5-除尘降温装置；6-冷却净化装置。具体实施方式

[0038]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理

解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，或通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。[0040]实施例1

[0041]如图1所示，本实施例所述的煤热解气化耦合工艺，包括如下步骤：[0042]对原料煤进行筛分，将其分成粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的原煤；其中：[0043]所述粒度<6mm的粉煤进入气化炉中在气化剂的作用下发生气化，得到热煤气，所述热煤气经除尘后得到净化煤气，在本实施例中，所述气化炉为循环流化床气化炉，所用的气化剂为空气，当然在其它实施例中也可根据需要选择使用富氧气体、氧气或氧气与水蒸气的混合气作为气化剂；

[0044]所述粒度≥6mm的原煤进入固定床热解炉中，在固定床热解炉的干燥段，采用150～350℃的热烟气对所述原煤进行干燥处理，得到干燥煤和含有水蒸汽及少量煤尘的干燥后的烟气；干燥后的烟气经除尘降温处理，分离得到净化冷却烟气和煤尘；而所述干燥煤则进入固定床热解炉的干馏段，与来自气化炉的净化煤气直接接触，利用净化煤气的高温显热对所述干燥煤进行干馏处理以使干燥煤发生热解，产生半焦和热解气，所述热解气经冷却净化处理得到焦油、冷煤气和粉焦，所述半焦与来自干燥段的所述净化冷却烟气发生热交换，以将所述半焦的温度降低至100℃以下作为半焦产品排出热解炉，同时还得到了250℃左右的热烟气。

[0045]本实施例所述的煤热解气化耦合工艺，首创性地利用煤气化所产生的热煤气作为干馏环节的热源，通过将热煤气与干燥煤直接接触，以利用热煤气的高温显热对干燥煤进行干馏处理，使得干燥煤发生热解产生半焦和热解气。与现有技术将热煤气燃烧所产生的烟气用作外热式热解炉的热源相比，本实施例的工艺采用热煤气与干燥煤直接接触的方式，一方面可充分利用热煤气的高温显热，同时也有利于提高换热效率，从而大幅降低了整个工艺的能耗，本实施例所述工艺的能耗与现有技术相比可下降10％；另一方面由于气化热煤气中的氢气含量高、浓度大，这一富氢气氛有利于促进焦油在干馏过程中的释放，从而可显著提高焦油的收率，与现有技术相比，本实施例的工艺中焦油的产率增加了10％左右。再加之本实施例只对粒度≥6mm的原煤进行干馏处理，因而减少了原煤中的煤粉含量，使得干馏产品中的粉尘量锐减，由此也提高了焦油的品质。并且，本实施例的工艺通过对原料煤筛分以将其分为粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的原煤，再对上述粉煤和原煤分别进行气化和干馏处理，由此使得本实施例的工艺能够处理全粒度范围的原料煤，与现有技术只能处理粒度在30mm以下的粉煤相比，本实施例的工艺实现了原料煤的全粒径进料，因而非常适于大规模推广与应用。

[0046]为尽可能地降低整个工艺的系统能耗，作为优选的实施方式，可将固定床热解炉的冷却段产生的热烟气送入至干燥段，也可将上述冷煤气燃烧以产生高温烟气，再将其与热烟气混合至350℃后进入干燥段作为干燥环节的循环热源；与此同时，还可将除尘环节所分离出的煤尘、及热解气净化环节所分离出的粉焦送入气化炉中进行气化处理，以将工艺本身所产生的废弃物再利用而转化为热煤气，不仅解决了煤尘和粉焦难以利用的问题，更

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重要的是最大程度地降低了系统能耗，使得本发明的工艺能效达到最高。[0047]实施例2

[0048]如图2所示，本实施例所述的煤热解气化耦合装置包括：[0049]筛分装置1，其设置有第一出口和第二出口，所述第一出口用于排出粒度<6mm的粉煤，所述第二出口用于排出粒度≥6mm的原煤；[0050]气化炉2，其进口与所述第一出口连接设置，所述气化炉2的出口与高温除尘装置3相连接；

[0051]固定床热解炉4，其内部设置有依次连通的干燥段41、干馏段42和冷却段43，所述干燥段41与所述第二出口连接设置，所述干馏段42与所述高温除尘装置3的气体出口相连通，在所述干馏段42还设置有热解气出口和半焦出口。[0052]本实施例所述的煤热解气化耦合装置，通过将气化炉的出口与高温除尘装置相连接，再将高温除尘装置的气体出口与干馏段连接设置，这样来自气化炉的热煤气经除尘后便可直接进入干馏段，并最终与热解气一起进入冷却净化装置，由此使得本实施例中的耦合装置不必单独设置热煤气的净化装置，因而节省了设备投资及占地面积，降低了系统能耗。

[0053]作为可选择的实施方式，为尽可能地降低整个装置的系统能耗，在本实施例中，所述干燥段41设置有烟气进口和烟气出口，与所述烟气出口连接设置有除尘降温装置5，所述除尘降温装置5的气体出口与所述冷却段43相连通；所述冷却段43还设置有热烟气出口，所述热烟气出口与所述干燥段41的烟气进口相连接；与所述热解气出口连通设置有冷却净化装置6，所述冷却净化装置6设置有焦油出口、冷煤气出口和粉焦出口；所述粉焦出口、所述高温除尘装置3的煤尘出口及所述除尘降温装置5的煤尘出口分别与所述气化炉2的进口相连接；与所述冷煤气出口连接设置有燃烧装置(图2中未示出)，所述燃烧装置的出气口与所述热烟气出口相连接。[0054]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

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图1

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