一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，主體部分包括煤熱解單元、煤氣化單元和熱解半焦的碳化單元三個工藝單元，以及蒸汽發(fā)生器。所述煤氣化單元產(chǎn)生的高溫氣化氣依次作為熱解半焦的碳化單元、蒸汽發(fā)生器和煤熱解單元的熱源載體，實現(xiàn)了高溫氣化氣顯熱的梯級利用；所述熱解半焦的碳化單元就地將煤熱解單元產(chǎn)生的熱態(tài)半焦轉(zhuǎn)化為活性炭，利用了熱態(tài)半焦的顯熱；蒸汽發(fā)生器為煤氣化單元提供水蒸氣作為一種氣化劑或氧化劑。本實用新型實現(xiàn)了煤氣、焦油和活性炭多聯(lián)產(chǎn)的工藝技術(shù)路線，并且設計簡單、能源利用率高、實用性強，便于工業(yè)化應用。
【專利說明】一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于煤化工領域，具體涉及一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國“富煤、貧油、少氣”的能源狀況決定了我國在今后相當長的時間內(nèi)仍將以煤炭作為能源消費的主體。煤熱解技術(shù)可實現(xiàn)煤炭資源清潔、高效地轉(zhuǎn)化，能夠同時生產(chǎn)煤氣、焦油和半焦三種產(chǎn)品，是發(fā)展高附加值煤化工的有效途徑之一。
[0003]然而，煤熱解半焦還存在利用方面的問題，概括起來主要體現(xiàn)在以下幾個方面:①半焦灰分含量高、硬度大，無論制成水煤漿還是干粉氣化，都易堵塞氣化爐，且有效合成氣的氣化成本較高，這限制了煤熱解半焦用作氣化原料的發(fā)展路徑；②半焦已經(jīng)將揮發(fā)分脫除，揮發(fā)分低會導致反應活性下降，單獨燃燒不容易點燃半焦的市場需求有限:高爐噴吹、鐵合金、電石行業(yè)以及合成氨等領域?qū)Π虢沟男枨罅坑邢?，現(xiàn)有的粉煤鍋爐或循環(huán)流化床鍋爐多按照煙煤設計，如果使用半焦還需要對現(xiàn)有設備、控制程序進行改造、調(diào)整，這無疑會增加成本，再加上目前半焦市場價格高于煙煤，因此電廠使用的半焦也十分有限。綜上所述，煤熱解半焦自身的性質(zhì)使得其不利于氣化和燃燒等利用路徑，這一狀況嚴重制約著煤熱解工藝的快速發(fā)展。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，利用本實用新型可直接將熱解半焦就地轉(zhuǎn)化為活性炭，實現(xiàn)了煤氣、焦油和活性炭多聯(lián)產(chǎn)的工藝技術(shù)路線，并且設計簡單、能源利用率高、實用性強，便于工業(yè)化應用。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，包括備煤與供氣系統(tǒng)、活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)和熱煙氣分離系統(tǒng)，活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)包括煤熱解單元、煤氣化單元、熱解半焦的碳化單元和蒸汽發(fā)生器，備煤與供氣系統(tǒng)的氧氣出口與煤氣化單元的氧氣入口相連，備煤與供氣系統(tǒng)的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元和煤氣化單元的煤顆粒入口相連；
[0007]煤熱解單元的半焦出口和煤氣化單元的氣化氣出口分別與熱解半焦的碳化單元的半焦入口和氣化氣入口相連，熱解半焦的碳化單元的氣體出口與蒸汽發(fā)生器的氣體入口相連，熱解半焦的碳化單元上還設有活性炭出口和二氧化碳入口，蒸汽發(fā)生器的氣體出口和水蒸氣出口分別與煤熱解單元氣體入口和煤氣化單元的水蒸氣入口相連，蒸汽發(fā)生器上還設有進水口；
[0008]煤熱解單兀的熱煙氣出口與熱煙氣分尚系統(tǒng)的入口相連，熱煙氣分尚系統(tǒng)的粉焦出口與煤氣化單元的粉焦入口相連。
[0009]進一步地，蒸汽發(fā)生器的進水口通有水，熱解半焦的碳化單元的二氧化碳入口通有二氧化碳，所述二氧化碳為對熱解半焦的碳化單元產(chǎn)生的活性炭冷卻處理后的二氧化碳。
[0010]進一步地，備煤與供氣系統(tǒng)包括備煤裝置，備煤裝置的原煤入口通有原煤，備煤裝置的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元和煤氣化單元的煤顆粒入口相連。
[0011]進一步地，備煤與供氣系統(tǒng)還包括空分裝置，空分裝置的空氣入口通有空氣，空分裝置的氧氣出口與煤氣化單元的氧氣入口相連，空分裝置的氮氣出口與備煤裝置的氮氣入口相連。
[0012]進一步地，熱煙氣分離系統(tǒng)包括旋風分離器、冷卻裝置和電捕焦油器，煤熱解單元的熱煙氣出口與旋風分離器的入口相連，旋風分離器的粉焦出口與煤氣化單元的粉焦入口相連，旋風分離器的氣體出口與冷卻裝置的入口相連，冷卻裝置上設有煤氣出口，冷卻裝置的液體混合物出口與電捕焦油器的入口相連，電捕焦油器上設有焦油出口和水出口。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0014]1.本實用新型采用煤氣化產(chǎn)生的高溫氣化氣依次作為熱解半焦的碳化單元、蒸汽發(fā)生器和煤熱解單元反應的熱源載體，實現(xiàn)了高溫氣化氣顯熱的梯級利用，提高了系統(tǒng)熱能的利用率，同時，煤熱解單元以煤氣化單元產(chǎn)生的氣化氣作為熱載體，可充分利用氣化氣的富氫氣氛，從而提高煤焦油收率，實現(xiàn)煤焦油的輕質(zhì)化，進而提高經(jīng)濟效益。
[0015]2.本實用新型將熱態(tài)的熱解半焦就地轉(zhuǎn)化為活性炭，回避了常規(guī)操作中將熱解半焦冷卻后再加熱氣化或碳化的利用方式，有效地解決了熱解半焦的利用問題，減少了能量損失，提高了系統(tǒng)的能源利用率。
[0016]3.本實用新型整合了煤熱解、煤氣化和熱解半焦的碳化三個工藝單元，實現(xiàn)了煤氣、焦油和活性炭多聯(lián)產(chǎn)的工藝技術(shù)路線，可實現(xiàn)規(guī)模效益、降低成本。
[0017]4.本實用新型中煤氣化單元以溫室氣體0)2為活化劑，滿足環(huán)保和經(jīng)濟性的工業(yè)化要求；所述CO2活化劑在進入熱解半焦的碳化單元之前，作為熱態(tài)活性炭的冷卻氣體使用，可有效回收熱態(tài)活性炭產(chǎn)品攜帶的熱量，減少了系統(tǒng)熱量損失。
[0018]5.本實用新型中煤氣化單元可同時處理從煤熱解煙氣中分離出的粉焦，解決了煤熱解粉焦的利用問題。
[0019]6.本實用新型將顆粒尺寸>5mm的煤顆粒用于煤熱解單元，將< 5mm的煤顆粒進一步破碎后用于氣化，實現(xiàn)了原料煤的全粒徑使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的工藝流程示意圖。
[0021]其中，1.備煤裝置，2.空分裝置，3.煤熱解單元，4.煤氣化單元，5.蒸汽發(fā)生器，6.熱解半焦的碳化單元，7.旋風分離器，8.冷卻裝置，9.電捕焦油器。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0023]參見圖1，一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，包括備煤與供氣系統(tǒng)、活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)和熱煙氣分離系統(tǒng)，活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)包括煤熱解單元3、煤氣化單元4、熱解半焦的碳化單元6和蒸汽發(fā)生器5，備煤與供氣系統(tǒng)的氧氣出口與煤氣化單元4的氧氣入口相連，備煤與供氣系統(tǒng)的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元3和煤氣化單元4的煤顆粒入口相連；備煤與供氣系統(tǒng)包括備煤裝置I和空分裝置2，備煤裝置I的原煤入口通有原煤，備煤裝置I的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元3和煤氣化單元4的煤顆粒入口相連，空分裝置2的空氣入口通有空氣，空分裝置2的氧氣出口與煤氣化單元4的氧氣入口相連，空分裝置2的氮氣出口與備煤裝置I的氮氣入口相連。
[0024]煤熱解單元3的半焦出口和煤氣化單元4的氣化氣出口分別與熱解半焦的碳化單元6的半焦入口和氣化氣入口相連，熱解半焦的碳化單元6的氣體出口與蒸汽發(fā)生器5的氣體入口相連，熱解半焦的碳化單元6上還設有活性炭出口和二氧化碳入口，蒸汽發(fā)生器5的氣體出口和水蒸氣出口分別與煤熱解單元3氣體入口和煤氣化單元4的水蒸氣入口相連，蒸汽發(fā)生器5上還設有進水口，蒸汽發(fā)生器5的進水口通有水，熱解半焦的碳化單元6的二氧化碳入口通有二氧化碳，所述二氧化碳為對熱解半焦的碳化單元6產(chǎn)生的活性炭冷卻處理后的二氧化碳。
[0025]煤熱解單兀3的熱煙氣出口與熱煙氣分尚系統(tǒng)的入口相連，熱煙氣分尚系統(tǒng)的粉焦出口與煤氣化單元4的粉焦入口相連，熱煙氣分離系統(tǒng)包括旋風分離器7、冷卻裝置8和電捕焦油器9，煤熱解單元3的熱煙氣出口與旋風分離器7的入口相連，旋風分離器7的粉焦出口與煤氣化單元4的粉焦入口相連，旋風分離器7的氣體出口與冷卻裝置8的入口相連，冷卻裝置8上設有煤氣出口，冷卻裝置8的液體混合物出口與電捕焦油器9的入口相連，電捕焦油器9上設有焦油出口和水出口。
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體工藝路線作進一步說明:
[0027]本實用新型一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，采用煤氣化單元4產(chǎn)生的高溫氣化氣依次作為熱解半焦的碳化單元6、蒸汽發(fā)生器5和煤熱解單元3反應的熱源載體，就地將熱態(tài)的熱解半焦轉(zhuǎn)化為活性炭；其特征主要體現(xiàn)在工藝裝置的有機組合上，同時包括煤熱解單元3、煤氣化單元4和熱解半焦的碳化單元6三個工藝單元，提供了一種煤氣、焦油和活性炭多聯(lián)產(chǎn)的工藝生產(chǎn)路線。
[0028]備煤裝置I將原煤破碎、篩分成兩部分，顆粒尺寸>5mm的煤顆粒用于熱解，輸送到煤熱解單元3 ;而顆粒尺寸< 5_的煤顆粒進一步破碎，通常達到0.1mm以下后用于氣化，輸送到煤氣化單元4，這樣即實現(xiàn)了原料煤的全粒徑使用?？辗盅b置2將空氣的各組分分離，為備煤裝置I提供氮氣保護氣；并為煤氣化單元4提供氧氣，以作為煤氣化的氣化劑或氧化劑。
[0029]煤熱解單元3以備煤裝置I提供的顆粒尺寸>5mm的煤顆粒為原料，采用經(jīng)蒸汽發(fā)生器5換熱后的氣體作為熱載體，在常壓、溫度區(qū)間為450?700°C的條件下進行熱解反應。煤熱解單元3產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)旋風分離器7分離成粉焦和氣體；煤熱解單元3產(chǎn)生的熱解半焦直接以熱態(tài)形式輸送到熱解半焦的碳化單元6進行碳化和活化反應，用于制備活性炭。
[0030]煤氣化單元4采用空分裝置2提供的氧氣和蒸汽發(fā)生器5提供的水蒸氣作為氣化劑或氧化劑，將顆粒尺寸<5mm的煤顆粒進一步破碎達到0.1mm以下氣化，產(chǎn)生1000°C以上的高溫氣化氣。煤氣化單元4產(chǎn)出的高溫氣化氣直接作為熱解半焦的碳化單元6的熱源，經(jīng)過熱量交換及與新生或引進的氣體混合后，變成溫度為850°C左右的氣體。煤氣化單元4同時用于氣化和處理旋風分離器7從煤熱解單元3產(chǎn)生的熱煙氣中分離出的粉焦。
[0031]蒸汽發(fā)生器5以熱解半焦的碳化單元6產(chǎn)生的氣體為熱源，將原料水轉(zhuǎn)換為水蒸氣，而熱解半焦的碳化單元6產(chǎn)生的氣體經(jīng)換熱、降溫后轉(zhuǎn)變?yōu)?00°C左右的氣體。蒸汽發(fā)生器5產(chǎn)生的水蒸氣作為煤氣化單元4的氣化劑或氧化劑使用，而經(jīng)蒸汽發(fā)生器5換熱后700°C左右的氣體作為煤熱解單元3的熱載體使用。
[0032]熱解半焦的碳化單元6以煤熱解單元3產(chǎn)生的熱態(tài)半焦為原料，以CO2為活化劑，以煤氣化單元4產(chǎn)生的高溫氣化氣為熱源載體，生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品。CO2活化劑在進入熱解半焦的碳化單元6之前，作為熱態(tài)活性炭的冷卻氣體，即CO2活化劑經(jīng)過與熱態(tài)活性炭充分換熱后進入熱解半焦的碳化單元6。
[0033]旋風分離器7將煤熱解單元3產(chǎn)生的熱煙氣分離成粉焦和氣體，所分離出的粉焦作為煤氣化單元4的部分原料使用，而分離出的氣體經(jīng)冷卻裝置8冷卻后形成煤氣和液體混合物。冷卻裝置8分離出的液體混合物經(jīng)電捕焦油器9進一步分離成焦油和水。
[0034]本實用新型采用煤氣化產(chǎn)生的高溫氣化氣依次作為熱解半焦的碳化單元6、蒸汽發(fā)生器5和煤熱解單元3反應的熱源載體，通過將熱態(tài)的熱解半焦就地轉(zhuǎn)化為活性炭，整合了煤熱解單元3、煤氣化單元4和熱解半焦的碳化單元6三個工藝單元，實現(xiàn)了煤氣、焦油和活性炭多聯(lián)產(chǎn)的工藝生產(chǎn)路線。本實用新型設計簡單、能源利用率高、實用性強，便于工業(yè)化應用。
【權(quán)利要求】
1.一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，包括備煤與供氣系統(tǒng)、活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)和熱煙氣分離系統(tǒng)，活性炭生產(chǎn)系統(tǒng)包括煤熱解單元(3^煤氣化單元(4)、熱解半焦的碳化單元(6)和蒸汽發(fā)生器(5),備煤與供氣系統(tǒng)的氧氣出口與煤氣化單元(4)的氧氣入口相連，備煤與供氣系統(tǒng)的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元(3)和煤氣化單元(4)的煤顆粒入口相連； 煤熱解單元(3)的半焦出口和煤氣化單元(4)的氣化氣出口分別與熱解半焦的碳化單元(6)的半焦入口和氣化氣入口相連，熱解半焦的碳化單元￠)的氣體出口與蒸汽發(fā)生器(5)的氣體入口相連，熱解半焦的碳化單元(6)上還設有活性炭出口和二氧化碳入口，蒸汽發(fā)生器(5)的氣體出口和水蒸氣出口分別與煤熱解單元(3)氣體入口和煤氣化單元(4)的水蒸氣入口相連，蒸汽發(fā)生器(5)上還設有進水口 ； 煤熱解單兀(3)的熱煙氣出口與熱煙氣分尚系統(tǒng)的入口相連，熱煙氣分尚系統(tǒng)的粉焦出口與煤氣化單元(4)的粉焦入口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，蒸汽發(fā)生器(5)的進水口通有水，熱解半焦的碳化單元￠)的二氧化碳入口通有二氧化碳，所述二氧化碳為對熱解半焦的碳化單元(6)產(chǎn)生的活性炭冷卻處理后的二氧化碳。
3.如權(quán)利要求1所述的一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，備煤與供氣系統(tǒng)包括備煤裝置(1),備煤裝置(1)的原煤入口通有原煤，備煤裝置(1)的兩個煤顆粒出口分別與煤熱解單元⑶和煤氣化單元⑷的煤顆粒入口相連。
4.如權(quán)利要求3所述的一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，備煤與供氣系統(tǒng)還包括空分裝置(2),空分裝置(2)的空氣入口通有空氣，空分裝置(2)的氧氣出口與煤氣化單元(4)的氧氣入口相連，空分裝置(2)的氮氣出口與備煤裝置(1)的氮氣入口相連。
5.如權(quán)利要求1所述的一種煤熱解聯(lián)合生產(chǎn)活性炭的系統(tǒng)，其特征在于，熱煙氣分離系統(tǒng)包括旋風分離器(7)、冷卻裝置(8)和電捕焦油器(9),煤熱解單元(3)的熱煙氣出口與旋風分離器(7)的入口相連，旋風分離器(7)的粉焦出口與煤氣化單元(4)的粉焦入口相連，旋風分離器⑵的氣體出口與冷卻裝置⑶的入口相連，冷卻裝置⑶上設有煤氣出口，冷卻裝置⑶的液體混合物出口與電捕焦油器⑶的入口相連，電捕焦油器(9)上設有焦油出口和水出口。
【文檔編號】C01B31/10GK204211493SQ201420665167
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】張建波, 鄭化安, 張生軍, 李學強, 陳靜升, 苗青, 趙鶴翔, 李鑫 申請人:陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責任公司