一種熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)及處理煤的方法與流程

本發(fā)明屬于煤炭分階梯級(jí)利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及針對(duì)長(zhǎng)焰煤、褐煤等中低階粉煤的一種熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)及處理煤的方法。

背景技術(shù)：

煤本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了低階煤揮發(fā)分高、活性強(qiáng)，由于水分和氧含量高而熱值低，直接利用(燃燒或氣化)效率低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)不如高階煤，因此，大規(guī)模開發(fā)利用的低階煤必須先對(duì)其進(jìn)行加工提質(zhì)才能用于生活生產(chǎn)。最為科學(xué)和常用的加工方法之一是熱解，也稱“干餾”或“熱分解”。熱解是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續(xù)加熱至較高溫度時(shí)，所發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)，在此過程中煤會(huì)發(fā)生交聯(lián)鍵斷裂、產(chǎn)物重組和二次反應(yīng)，最終得到氣體(煤氣)、液體(焦油)、及固體(半焦)等產(chǎn)物。焦油中含有目前尚無法人工合成的多種稠環(huán)芳香烴類化合物及雜環(huán)化合物。與直接燃燒相比，熱解實(shí)現(xiàn)了煤中不同成分的梯級(jí)轉(zhuǎn)化，是一種資源高效綜合利用方法，可減少燃煤造成的環(huán)境污染，提高低階煤資源綜合利用價(jià)值的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

我國(guó)是鋼鐵生產(chǎn)第一大國(guó)，目前廢鋼供應(yīng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了鋼鐵生產(chǎn)的需要。國(guó)內(nèi)廢鋼缺口得不到足夠補(bǔ)充，進(jìn)一步加劇了市場(chǎng)供應(yīng)的緊張局面。在這種情況下，適時(shí)發(fā)展直接還原技術(shù)是必要的。直接還原工藝不用焦炭和燒結(jié)礦，因而可適應(yīng)當(dāng)前越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求。目前，全世界有十幾種直接還原法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，包括Midrex、HyL-Ⅲ、煤基回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、流化床法等。只有氣基豎爐工藝Midrex和HyL-Ⅲ可以大型化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量高、投資低，能耗在現(xiàn)行直接還原生產(chǎn)方法中最低。但氣基豎爐對(duì)還原氣的凈化程度要求高。

然而，煤熱解產(chǎn)生的熱解油氣，成分復(fù)雜、重質(zhì)焦油組分多，粉塵含量大、粉塵形狀不規(guī)則，需要后續(xù)設(shè)置復(fù)雜的除塵系統(tǒng)處理熱解油氣才可得到煤制氣和高品質(zhì)焦油。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)及處理煤的方法，將其他設(shè)備難以處理的粉煤高溫?zé)峤夂螳@得熱解油氣，熱解油氣雜質(zhì)含量少，將凈化后的熱解氣直接送入氣基豎爐系統(tǒng)，降低廢鋼冶煉成本。

本發(fā)明的目的之一是提供一種熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)，包括：熱解爐、分離凈化系統(tǒng)、重整變換系統(tǒng)和氣基豎爐；

所述熱解爐包括：熱解爐本體和顆粒移動(dòng)床，所述顆粒移動(dòng)床包括：頂板、側(cè)面板、固定在所述熱解爐本體的側(cè)壁上的兩個(gè)壁板和可伸縮的閥門，由此所述頂板、所述側(cè)面板、所述兩個(gè)壁板和所述側(cè)壁圍成腔體，所述側(cè)面板為多孔板，所述閥門位于所述顆粒移動(dòng)床的底部，在所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口和催化劑入口；

所述熱解爐熱解油氣出口連接分離凈化系統(tǒng)熱解油氣入口，所述分離凈化系統(tǒng)氣體出口連接重整變換系統(tǒng)氣體入口，所述重整變換系統(tǒng)氣體出口連接氣基豎爐氣體入口。

在熱解油氣出口處設(shè)置顆粒移動(dòng)床，可有效降低熱解油氣中的含塵量。顆粒移動(dòng)床的床料采用具有熱解催化效果的氧化鈣，將氧化鈣破碎至1mm以下，通過催化劑入口進(jìn)入顆粒移動(dòng)床，通過控制顆粒移動(dòng)床底部閥門的開度控制顆粒的移動(dòng)速率，優(yōu)選的移動(dòng)速率為0.1～2m/s。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)還包括焦油精制系統(tǒng)，所述焦油精制系統(tǒng)包括熱解油入口和焦油出口，所述分離凈化系統(tǒng)包括液體出口；所述分離凈化系統(tǒng)液體出口連接所述焦油精制系統(tǒng)熱解油入口。

作為優(yōu)選的方案，所述顆粒移動(dòng)床的閥門是插板閥，其中所述插板閥的手輪由所述熱解爐本體外部穿過內(nèi)壁，由此使所述插板閥的閘板作為所述顆粒移動(dòng)床的底部。通過控制閥門的開度，可以控制顆粒移動(dòng)床內(nèi)床料的移動(dòng)速度。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述顆粒移動(dòng)床進(jìn)一步包括濾板，所述濾板布置在所述兩個(gè)壁板之間并且與所述熱解油氣出口相對(duì)，由此在所述濾板、所述兩個(gè)壁板和所述壁板的固定部位之間的側(cè)壁之間限定出氣室，所述濾板為多孔板。熱解油氣由顆粒移動(dòng)床的腔體進(jìn)入氣室時(shí)，濾板的全部都參與工作，避免濾板因僅對(duì)應(yīng)熱解油氣出口的部分通氣，使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報(bào)廢，延長(zhǎng)了濾板的使用壽命，減小了停工更換濾板的頻率，提高了生產(chǎn)效率。

進(jìn)一步的，所述熱解爐進(jìn)一步包括燃?xì)馊肟?，所述熱解爐燃?xì)馊肟谶B接所述分離凈化系統(tǒng)氣體出口。分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的部分熱解氣可作為燃料進(jìn)入熱解爐，為熱解反應(yīng)提供能量。

本發(fā)明中，所述分離凈化系統(tǒng)包括：旋風(fēng)分離器、初冷塔、鼓風(fēng)機(jī)、電捕焦油器、脫硫塔、脫氨塔、洗苯塔和氣柜；所述旋風(fēng)分離器氣體入口連接熱解爐熱解油氣出口，所述旋風(fēng)分離器氣體出口連接初冷塔氣體入口，所述初冷塔氣體出口連接鼓風(fēng)機(jī)氣體入口，所述鼓風(fēng)機(jī)氣體出口連接電捕焦油器氣體入口，所述電捕焦油器氣體出口連接脫硫塔氣體入口，所述脫硫塔氣體出口連接脫氨塔氣體入口，所述脫氨塔氣體出口連接洗苯塔氣體入口，所述洗苯塔氣體出口連接氣柜氣體入口。熱解爐產(chǎn)生的高品質(zhì)熱解油氣進(jìn)入分離凈化系統(tǒng)，經(jīng)油氣分離，產(chǎn)生的氣體經(jīng)脫硫、脫氨等工序獲得熱解氣。

本發(fā)明中，所述重整變換系統(tǒng)包括：精細(xì)脫硫塔、重整塔、變換塔和脫碳裝置；所述精細(xì)脫硫塔氣體入口連接分離凈化系統(tǒng)氣體出口，所述精細(xì)脫硫塔氣體出口連接重整塔氣體入口，所述重整塔氣體出口連接變換塔氣體入口，所述變換塔氣體出口連接脫碳裝置氣體入口，所述脫碳裝置氣體出口連接所述氣基豎爐氣體入口。分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入重整變換系統(tǒng)，通過進(jìn)一步的精細(xì)脫硫、重整和變換，將熱解氣中的氣體轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳，得到合適比例的還原氣，還原氣直接進(jìn)氣基豎爐。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述系統(tǒng)處理煤的方法，包括如下步驟：

將破碎后的原料加入所述熱解爐中，使原料發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解反應(yīng)產(chǎn)生熱解油氣和熱解半焦；

將所述熱解油氣送入所述顆粒移動(dòng)床，催化劑經(jīng)所述催化劑入口進(jìn)入所述顆粒移動(dòng)床，對(duì)所述熱解油氣進(jìn)行除塵、降溫，所述熱解油氣在所述催化劑作用下繼續(xù)裂解，熱解油氣中的大分子組分分解成小分子氣體，獲得高品質(zhì)熱解油氣；

將所述高品質(zhì)熱解油氣經(jīng)熱解油氣出口送入所述分離凈化系統(tǒng)，獲得熱解氣和熱解油，然后將所述熱解氣送入所述重整變換系統(tǒng)處理，獲得還原氣；

將所述還原氣送入所述氣基豎爐。

作為優(yōu)選的方案，將所述分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的熱解油送入所述焦油精制系統(tǒng)，獲得高品質(zhì)油品。

本發(fā)明中，將所述分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的部分熱解氣作為燃料送入所述熱解爐。

本發(fā)明的熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)及處理煤的方法，將顆粒移動(dòng)床內(nèi)置在熱解爐內(nèi)，有效降低了熱解油氣中的含塵量，降低了后續(xù)焦油預(yù)處理成本，同時(shí)通過除塵系統(tǒng)降低了熱解油氣溫度；采用熱解催化劑作為顆粒移動(dòng)床的床料，進(jìn)一步提高熱解氣有效氣體組分含量；熱解氣經(jīng)重整變換處理后，所得還原氣直接進(jìn)入氣基豎爐，成本低，單位產(chǎn)品能耗低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)中顆粒移動(dòng)床的主視示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)中顆粒移動(dòng)床的俯視示意圖；

圖4是利用本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)處理煤的方法的流程圖。

圖中：

100-熱解爐；

1-熱解爐本體；11-熱解油氣出口；12-催化劑入口；

2-顆粒移動(dòng)床；21-頂板；22-側(cè)面板；23-壁板；24-閥門；25-濾板；26-氣室；

3-蓄熱式輻射管；

200-分離凈化系統(tǒng)；

201-旋風(fēng)分離器；202-初冷塔；203-鼓風(fēng)機(jī)；204-電捕焦油器；205-脫硫塔；206-脫氨塔；207-洗苯塔；208-氣柜；

300-重裝變換系統(tǒng)；

301-精細(xì)脫硫塔；302-重整塔；303-變換塔；304-脫碳裝置；

400-氣基豎爐；

500-焦油精制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)，包括：熱解爐100、分離凈化系統(tǒng)200、重整變換系統(tǒng)300、氣基豎爐400和焦油精制系統(tǒng)500。

熱解爐1包括：熱解爐本體1、顆粒移動(dòng)床2和蓄熱式輻射管3。

熱解爐本體1為熱解反應(yīng)容器。一般在熱解反應(yīng)容器的頂部開設(shè)原料入口，在側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口，在熱解反應(yīng)容器的底部設(shè)置半焦出口。

顆粒移動(dòng)床2固定熱解爐本體1的側(cè)壁上，并將熱解油氣出口101罩住，本發(fā)明所述的罩住，是指顆粒移動(dòng)床2將熱解油氣出口與熱解爐內(nèi)腔隔離。熱解油氣經(jīng)顆粒移動(dòng)床除塵后，由熱解油氣出口101排出熱解爐本體外。

如圖2和圖3所示，顆粒移動(dòng)床2包括：頂板21、側(cè)面板22、固定在熱解爐本體的側(cè)壁上的兩個(gè)壁板23和可伸縮的閥門24。由此頂板21、側(cè)面板22、兩個(gè)壁板23和側(cè)壁圍成腔體，側(cè)面板22為多孔板，閥門24位于顆粒移動(dòng)床的底部，在壁板的固定部位之間的側(cè)壁上設(shè)置有熱解油氣出口101和催化劑入口102。

側(cè)面板22為多孔板，熱解油氣經(jīng)側(cè)面板22進(jìn)入顆粒移動(dòng)床的腔體內(nèi)，經(jīng)其內(nèi)的催化劑過濾后由熱解油氣出口101排出熱解爐本體1外。

為了方便說明，特指位于兩個(gè)壁板23的在側(cè)壁的固定位置之間的側(cè)壁稱之為“部分側(cè)壁”。熱解油氣出口101和催化劑入口102設(shè)置在該“部分側(cè)壁”上，熱解油氣出口101位于催化劑入口102下方。

在熱解油氣出口101處設(shè)置顆粒移動(dòng)床2，可有效降低熱解油氣中的含塵量。顆粒移動(dòng)床2的床料采用具有熱解催化效果的氧化鈣，將氧化鈣破碎至1mm以下，通過催化劑入口101進(jìn)入顆粒移動(dòng)床。

作為優(yōu)選的方案，顆粒移動(dòng)床的閥門24是插板閥，其中插板閥的手輪由熱解爐本體1外部穿過內(nèi)壁，由此使插板閥的閘板作為顆粒移動(dòng)床的底部。向熱解爐本體1外的方向拉閥門，可加快顆粒移動(dòng)床腔體內(nèi)的催化劑下落速度；向熱解爐本體1內(nèi)的方向推閥門，可減緩顆粒移動(dòng)床腔體內(nèi)的催化劑下落速度。操作人員可依據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行自主操作，優(yōu)選的催化劑移動(dòng)速率為0.1～2m/s。

本發(fā)明實(shí)施例中，顆粒移動(dòng)床2進(jìn)一步包括濾板25，濾板25為多孔板。濾板25布置在兩個(gè)壁板23之間并且與熱解油氣出口101相對(duì)。由此在濾板25、兩個(gè)壁板23和壁板的固定部位之間的側(cè)壁之間限定出氣室26。熱解油氣由顆粒移動(dòng)床的腔體進(jìn)入氣室26時(shí)，濾板25的全部都參與工作，避免濾板因僅對(duì)應(yīng)熱解油氣出口的部分通氣，使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報(bào)廢，延長(zhǎng)了濾板的使用壽命，減小了停工更換濾板的頻率，提高了生產(chǎn)效率。

蓄熱式輻射管3設(shè)置在熱解爐本體1內(nèi)，蓄熱式輻射管3沿?zé)峤鉅t本體1的高度方向多層布置，每層布置多根在水平方向彼此平行的蓄熱式輻射管3，有利于爐內(nèi)原料(粉煤)的均勻受熱。

本發(fā)明實(shí)施例中，分離凈化系統(tǒng)200包括：旋風(fēng)分離器201、初冷塔202、鼓風(fēng)機(jī)203、電捕焦油器204、脫硫塔205、脫氨塔206、洗苯塔207和氣柜208。旋風(fēng)分離器201氣體入口連接熱解爐熱解油氣出口11，旋風(fēng)分離器201氣體出口連接初冷塔202氣體入口，初冷塔202氣體出口連接鼓風(fēng)機(jī)203氣體入口，鼓風(fēng)機(jī)203氣體出口連接電捕焦油器204氣體入口，電捕焦油器204氣體出口連接脫硫塔205氣體入口，脫硫塔205氣體出口連接脫氨塔206氣體入口，脫氨塔206氣體出口連接洗苯塔207氣體入口，洗苯塔207氣體出口連接氣柜208氣體入口。熱解爐100產(chǎn)生的高品質(zhì)熱解油氣進(jìn)入分離凈化系統(tǒng)200，經(jīng)油氣分離，產(chǎn)生的氣體經(jīng)脫硫、脫氨等工序獲得熱解氣。

進(jìn)一步的，熱解爐還包括燃?xì)馊肟?，熱解爐燃?xì)馊肟谶B接分離凈化系統(tǒng)氣體出口。分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的部分熱解氣可作為燃料進(jìn)入熱解爐，為熱解反應(yīng)提供能量。

本發(fā)明實(shí)施例中，重整變換系統(tǒng)300包括：精細(xì)脫硫塔301、重整塔302、變換塔303和脫碳裝置304。精細(xì)脫硫塔301氣體入口連接分離凈化系統(tǒng)200氣體出口，精細(xì)脫硫塔301氣體出口連接重整塔302氣體入口，重整塔302氣體出口連接變換塔303氣體入口，變換塔303氣體出口連接脫碳裝置304氣體入口，脫碳裝置304氣體出口連接氣基豎爐400氣體入口。分離凈化系統(tǒng)200產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入重整變換系統(tǒng)300，通過進(jìn)一步的精細(xì)脫硫、重整和變換，將熱解氣中的氣體轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳，得到合適比例的還原氣，還原氣直接進(jìn)氣基豎爐400。

氣基豎爐400是直接生產(chǎn)還原鐵的反應(yīng)器，重整變換系統(tǒng)300產(chǎn)生的還原氣輸送到氣基豎爐400，用于還原反應(yīng)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例的焦油精制系統(tǒng)500包括熱解油入口和焦油出口，分離凈化系統(tǒng)200包括液體出口；分離凈化系統(tǒng)200液體出口連接焦油精制系統(tǒng)500熱解油入口。分離凈化系統(tǒng)200分離出的熱解油經(jīng)分離凈化系統(tǒng)液體出口進(jìn)入焦油精制系統(tǒng)500，經(jīng)加氫精制可得高品質(zhì)油品。

如圖4所示，另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用上述系統(tǒng)處理煤的方法，包括如下步驟：

1、將破碎后的原料加入熱解爐中，使原料發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解反應(yīng)產(chǎn)生熱解油氣和熱解半焦；

2、將熱解油氣送入顆粒移動(dòng)床，催化劑經(jīng)催化劑入口進(jìn)入顆粒移動(dòng)床，對(duì)熱解油氣進(jìn)行除塵、降溫，熱解油氣在催化劑作用下繼續(xù)裂解，熱解油氣中的大分子組分分解成小分子氣體，獲得高品質(zhì)熱解油氣；

3、將高品質(zhì)熱解油氣經(jīng)熱解油氣出口送入分離凈化系統(tǒng)，獲得熱解氣和熱解油，然后將熱解氣送入重整變換系統(tǒng)處理，獲得還原氣；

4、將還原氣送入氣基豎爐；

5、將分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的熱解油送入焦油精制系統(tǒng)，獲得高品質(zhì)油品；

6、將分離凈化系統(tǒng)產(chǎn)生的部分熱解氣作為燃料送入熱解爐。

實(shí)施例

將原料煤粉碎到粒徑3mm以下，送入熱解爐與氣基豎爐聯(lián)用系統(tǒng)，控制熱解爐內(nèi)溫度900℃，熱解爐內(nèi)設(shè)置了多層加熱輻射管和顆粒移動(dòng)床除塵系統(tǒng)。熱解油氣在顆粒移動(dòng)床內(nèi)，經(jīng)催化劑作用繼續(xù)裂解，獲得高品質(zhì)熱解油氣。熱解爐產(chǎn)生的高品質(zhì)熱解油氣經(jīng)分離凈化系統(tǒng)焦油精制系統(tǒng)后，可得熱解氣和高品質(zhì)油品。熱解氣經(jīng)重整變換系統(tǒng)處理后獲得還原氣，還原氣直接進(jìn)入氣基豎爐進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)分離凈化系統(tǒng)后的熱解氣中組成如表1所示。

表1熱解氣組成成分

經(jīng)重整變換脫碳后的還原氣H₂和CO的總量為90.8％，H₂/CO體積比為4.3：1。與高爐冶煉系統(tǒng)和焦?fàn)t煤氣-氣基豎爐冶煉系統(tǒng)相比，熱解爐-氣基豎爐具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。和焦?fàn)t煤氣-氣基豎爐冶煉系統(tǒng)相比，熱解爐-氣基豎爐單元產(chǎn)品的能耗降低6.1％，單位產(chǎn)品成本平均降低50～80元/噸。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。