一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法及干馏装置

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法及干馏装置。

背景技术

煤干馏是指将煤炭置于隔绝空气或者惰性气体环境中，连续加热到一定温度后发生一系列物理变化和化学变化，得到煤气(气态)、煤焦油(液态)和半焦(固体)的热加工处理技术。按加热终温的不同，可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏。煤料温度在100～200℃时，处于干燥阶段；在400～550℃时大部分煤气和焦油析出，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550℃时，半焦继续析出余下的挥发物(主要成分是氢气)。根据煤的干馏特性进行区别加工，可以生产出多种化工原料和各类精细化学品，实现煤炭的清洁高效利用。

煤干馏装置按炉型可分为移动床、流动床、回转炉、带式炉等多种，其中以高温气体为热载体、气固两相直接接触的内热式移动床具有结构相对简单、无动力部件、运行成本低等特点，工业应用最为广泛。其中，内燃内热式移动床干馏装置因设备结构简单、运行成本低，应用最为成熟。但现有的内燃内热式移动床热解得到的煤气品质差、焦油收率低，特别是处理粒度30mm以下混煤时，普遍存在气固换热不均匀、热利用效率低、焦油产率低、煤气品质低、半焦质量差等问题。因此，如何提高混煤热解装置的热效率、焦油产率、煤气品质和半焦质量具有重要的现实意义。

授权公告号为CN102424757B的中国发明专利公开了“一种气体热载体低温干馏炉及干熄焦方法”，采用气体横流及煤气干熄焦方法回收热半焦显热，然后该部分煤气与通入炉内的空气和煤气混合并燃烧，作为上部长焰煤干馏的热载体。其利用自产煤气熄焦，可有效提高整体热效率，使煤气质量更好。但是干馏后导出的荒煤气的热量并没有充分回收，并且由于采用空气燃烧，煤气品质依然不够高。

公开号为CN112625720A的中国专利申请公开了“一种错流式混煤热解方法及热解装置”，从上往下分干燥段、干馏段和冷却段，底部冷却段采用废烟气作为热半焦显热回收的载体，回收显热后的热废烟气从外部导入上部干燥段从而对原料进行干燥，中部干馏段采用高温煤气作为干馏热载体，热载体煤气与热解煤气从中部导出。该装置提升了煤气和焦油产品质量、有效回收了半焦显热。但是中部干馏段导出的荒煤气的热量并没有充分回收，并且由于上、中、下各段之间采用料封作为过渡段，各段之间气体难免存在窜漏，不仅得到的煤气品质会受窜漏烟气影响，排放烟气中也会有窜漏的煤气。

发明内容

本发明提供了一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法及干馏装置，立式干馏炉内设有干燥及低温干馏段、中温干馏段和冷却段，外部中温煤气进入中温干馏段将物料充分干馏，外部常温煤气进入冷却段将热半焦热量回收，利用中温干馏和回收半焦热量后的煤气以及物料热解产生的低温荒煤气作为干燥及低温干馏段的热源；不但实现了热量的充分利用，而且分品级将物料中的油、气充分析出，产出的煤气品质高，出油率高，半焦质量高。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法，在立式干馏炉内，物料依次经过干燥及低温干馏段、中温干馏段和冷却段进行处理，热解和冷却用的介质均采用煤气；其中，采用中温煤气实现物料热解，采用常温煤气对热解后的半焦进行熄焦冷却；同时利用低温干馏和中温干馏的余热以及物料热解后所生成煤气的显热实现物料的干燥及低温干馏。

进一步的，一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法，具体包括以下步骤：

(1)将物料输送入立式干馏炉炉体内，在干燥及低温干馏段与从中温干馏段顶部逆流向上的低温荒煤气换热，物料温度升高，外水被全部除去，实现低温干馏，生成的荒煤气、水蒸气经干燥及低温干馏段的气体导出集气阵伞导出炉外，经过冷却、净化后得到净煤气和焦油产品，一部分净煤气返回炉内作为常温煤气用于熄焦，其余外供；

(2)在重力作用下，物料从干燥及低温干馏段进入中温干馏段；外部的中温煤气通过多层布气结构导入中温干馏段，物料与中温煤气换热后温度进一步升高并发生完全热解反应生成热半焦，挥发分以气体形态析出；在中温干馏段与物料换热后的中温煤气、从物料中热解出的煤气和来自下部冷却段的熄焦煤气在中温干馏段的顶部混合为低温荒煤气，上行进入干燥及低温干馏段作为物料干燥及低温干馏的热源；

(3)热半焦从中温干馏段下行至冷却段，与回炉净煤气逆流换热后温度降低；回炉净煤气的温度升高后上行至干燥及低温干馏段，作为物料干燥及低温干馏的热源；

(4)冷却后的半焦通过底部排焦机构排出至半焦仓，再经半焦仓进入汽提仓；在汽提仓内将半焦颗粒间夹带的煤气提出后返回炉内，经汽提后的半焦排出至运焦系统。

进一步的，所述汽提仓为蒸汽保压仓，汽提仓顶部的物料入口处设一次阀门，底部的物料出口处设二次阀门，汽提仓内设蒸汽分布盘，通过蒸汽分布盘、一次阀门及二次阀门的配合实现保压，具体操作过程包括以下步骤：

(1)二次阀门关闭、一次阀门打开时，维持汽提仓内蒸汽压力大于半焦仓内煤气压力，半焦仓将半焦排入汽提仓，同时半焦颗粒间煤气经汽提后返回半焦仓；

(2)一次阀门关闭、二次阀门打开时，维持汽提仓内蒸汽压力大于运焦系统的压力，汽提仓将半焦排入运焦系统；

(3)汽提仓排焦后关闭二次阀门；

(4)步骤(1)～步骤(3)循环操作。

进一步的，所述物料为包括长焰煤、褐煤在内的低阶煤或者油页岩颗粒；或者为粒径＜30mm的混煤；所述中温煤气的温度为800～1000℃。

一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏装置，包括立式干馏炉，立式干馏炉的顶部设物料入口，底部设物料出口；所述干馏装置还包括半焦仓及汽提仓；立式干馏炉炉体内自上而下依次设有干燥及低温干馏段、中温干馏段及冷却段；中温干馏段的干馏气体入口连接外部的中温煤气管道，冷却段的冷却气体入口连接外部的常温煤气管道；立式干馏炉炉体的下方依次设有半焦仓、汽提仓及运焦系统，立式干馏炉炉体与半焦仓之间设排焦机构，汽提升与半焦仓之间设给料阀；汽提仓顶部的物料入口处设一次阀门，底部的物料出口处设二次阀门，汽提仓内设蒸汽分布盘。

进一步的，所述干燥及低温干馏段为空腔结构，顶部设气体导出集气阵伞。

进一步的，所述中温干馏段为多室及外布气内导气一体墙组合结构，具体结构如下：

中温干馏段内并排设置N-1个外布气内导气一体墙，与两侧的外墙共同形成N个中温干馏腔室，N＝4～8；外布气内导气一体墙的上方一一对应地设置锥形分料结构，外布气内导气一体墙的底部由拱形结构支撑；外布气内导气一体墙内沿竖直方向设置低温荒煤气通道，锥形分料结构与对应的外布气内导气一体墙之间设水平通道使低温荒煤气通道与对应中温干馏腔室连通；外布气内导气一体墙内沿高向均匀设置若干条中温煤气布气通道，中温煤气布气通道水平设置并与外部的中温煤气管道相连；每条中温煤气布气通道均通过若干斜向下开口的气体喷口与对应中温干馏腔室连通。

进一步的，所述立式干馏炉炉体内设竖直的隔墙将炉体内部空间分隔为并排的m个干馏单元；每个干馏单元设1个中温干馏单元，即立式干馏炉炉体内具有m×N个中温干馏单元；单个中温干馏腔室的宽度为400～800mm。

进一步的，所述冷却段为空腔结构，冷却段的宽度与干燥及低温干馏段的宽度相同；冷却段下部设2～3层常温煤气布气阵伞；常温煤气布气伞与外部的常温煤气管道相连，常温煤气布气伞的底部开设布气孔；最上层常温煤气布气伞与中温干馏腔室一一对应设置且两者的中心位于同一竖直平面内；其余各层常温煤气布气伞沿水平方向交错设置。

进一步的，所述排焦机构为往复移动式推焦机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用上、中、下分为三个功能段的干馏装置，利用外部中温煤气在中温干馏段将物料充分干馏，利用外部常温煤气在冷却段将热半焦热量回收，利用中温干馏和回收半焦热量后的煤气以及物料热解产生的低温荒煤气作为干燥及低温干馏段的热源，极大地提高了干馏装置的热效率；

(2)干馏装置内无焦油燃烧；干馏装置内通入中温煤气和常温煤气，同时自产热解后的低温荒煤气，煤气品质高，无焦油燃烧；

(3)中温干馏段采用多室及外布气内导气一体墙组合结构，回收半焦显热后温度达到550℃左右的常温煤气通过常温煤气通道进入干燥及低温干馏段，外部中温煤气经过中温干馏换热降温至550℃左右后也进入干燥及低温干馏段，实现分品级利用中温煤气、常温煤气分别实现中温干馏、低温干馏，中温煤气对热解进行有效活化，提高了焦油产率；

(4)中温干馏段采用多室干馏、多层布气的结构，保证干馏均匀、彻底，提高了半焦品质；

(5)干馏装置处理的物料可包括长焰煤、褐煤在内的低阶煤或者油页岩颗粒，或者为粒径＜30mm的混煤，实现了低品位固体化工燃料的充分利用。

附图说明

图1是本发明所述中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏工艺流程图。

图2是本发明所述干馏装置的内部结构示意图一(以1个干馏单元为例)。

图3是本发明所述干馏装置的内部结构示意图二(以2个干馏单元为例)。

图4是本发明所述多室及外布气内导气一体墙组合结构和常温煤气布气阵伞的结构示意图。

图5是本发明所述汽提仓的结构示意图。

图中：1.立式干馏炉炉体 2.气体导出集气阵伞 3.干燥及低温干馏段 4.中温干馏段 41.锥形分料结构 42.外布气内导气一体墙 43.中温煤气布气通道 44.低温荒煤气通道 45.拱形结构 46.外墙 5.冷却段 51.常温煤气布气阵伞 6.排焦机构 7.半焦仓 8.汽提仓 81.检修闸门 82.给料阀 83.一次阀门 84.汽提仓本体 85.蒸汽分布盘86.二次阀门9.运焦系统10.煤仓11.带式输送机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法，在立式干馏炉内，物料依次经过干燥及低温干馏段3、中温干馏段4和冷却段5进行处理，热解和冷却用的介质均采用煤气；其中，采用中温煤气实现物料热解，采用常温煤气对热解后的半焦进行熄焦冷却；同时利用低温干馏和中温干馏的余热以及物料热解后所生成煤气的显热实现物料的干燥及低温干馏。

进一步的，本发明所述一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏方法，具体包括以下步骤：

(1)将物料输送入立式干馏炉炉体1内，在干燥及低温干馏段3与从中温干馏段4顶部逆流向上的低温荒煤气换热，物料温度升高，外水被全部除去，实现低温干馏，生成的荒煤气、水蒸气经干燥及低温干馏段3的气体导出集气阵伞2导出炉外，经过冷却、净化后得到净煤气和焦油产品，一部分净煤气返回炉内作为常温煤气用于熄焦，其余外供；

(2)在重力作用下，物料从干燥及低温干馏段3进入中温干馏段4；外部的中温煤气通过多层布气结构导入中温干馏段4，物料与中温煤气换热后温度进一步升高并发生完全热解反应生成热半焦，挥发分以气体形态析出；在中温干馏段4与物料换热后的中温煤气、从物料中热解出的煤气和来自下部冷却段5的熄焦煤气在中温干馏段4的顶部混合为低温荒煤气，上行进入干燥及低温干馏段3作为物料干燥及低温干馏的热源；

(3)热半焦从中温干馏段4下行至冷却段5，与回炉净煤气逆流换热后温度降低；回炉净煤气的温度升高后上行至干燥及低温干馏段3，作为物料干燥及低温干馏的热源；

(4)冷却后的半焦通过底部排焦机构6排出至半焦仓7，再经半焦仓7进入汽提仓8；在汽提仓8内将半焦颗粒间夹带的煤气提出后返回炉内，经汽提后的半焦排出至运焦系统9。

进一步的，所述汽提仓8为蒸汽保压仓，汽提仓8顶部的物料入口处设一次阀门83，底部的物料出口处设二次阀门86，汽提仓8内设蒸汽分布盘85，通过蒸汽分布盘85、一次阀门83及二次阀门86的配合实现保压，具体操作过程包括以下步骤：

(1)二次阀门86关闭、一次阀门83打开时，维持汽提仓8内蒸汽压力大于半焦仓7内煤气压力，半焦仓7将半焦排入汽提仓8，同时半焦颗粒间煤气经汽提后返回半焦仓7；

(2)一次阀门83关闭、二次阀门86打开时，维持汽提仓8内蒸汽压力大于运焦系统9的压力，汽提仓8将半焦排入运焦系统9；

(3)汽提仓8排焦后关闭二次阀门86；

(4)步骤(1)～步骤(3)循环操作。

进一步的，所述物料为包括长焰煤、褐煤在内的低阶煤或者油页岩颗粒；或者为粒径＜30mm的混煤；所述中温煤气的温度为800～1000℃。

如图2、图4所示，本发明所述一种中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏装置，包括立式干馏炉，立式干馏炉的顶部设物料入口，底部设物料出口；所述干馏装置还包括半焦仓7及汽提仓8；立式干馏炉炉体1内自上而下依次设有干燥及低温干馏段3、中温干馏段4及冷却段5；中温干馏段4的干馏气体入口连接外部的中温煤气管道，冷却段5的冷却气体入口连接外部的常温煤气管道；立式干馏炉炉体1的下方依次设有半焦仓7、汽提仓8及运焦系统9，立式干馏炉炉体1与半焦仓7之间设排焦机构6，汽提升8与半焦仓7之间设给料阀82；如图5所示，汽提仓8顶部的物料入口处设一次阀门83，底部的物料出口处设二次阀门86，汽提仓8内设蒸汽分布盘85。

进一步的，所述干燥及低温干馏段3为空腔结构，顶部设气体导出集气阵伞2。

进一步的，所述中温干馏段4为多室及外布气内导气一体墙组合结构，具体结构如下：

如图2所示，中温干馏段4内并排设置N-1个外布气内导气一体墙42，与两侧的外墙46共同形成N个中温干馏腔室，N＝4～8；外布气内导气一体墙42的上方一一对应地设置锥形分料结构41，外布气内导气一体墙42的底部由拱形结构45支撑；外布气内导气一体墙42内沿竖直方向设置低温荒煤气通道44，锥形分料结构41与对应的外布气内导气一体墙42之间设水平通道使低温荒煤气通道44与对应中温干馏腔室连通；外布气内导气一体墙42内沿高向均匀设置若干条中温煤气布气通道43，中温煤气布气通道43水平设置并与外部的中温煤气管道相连；每条中温煤气布气通道43均通过若干斜向下开口的气体喷口与对应中温干馏腔室连通。

进一步的，如图3所示，所述立式干馏炉炉体1内设竖直的隔墙将炉体内部空间分隔为并排的m个干馏单元；每个干馏单元设1个中温干馏单元，即立式干馏炉炉体1内具有m×N个中温干馏单元；单个中温干馏腔室的宽度为400～800mm。

进一步的，如图4所示，所述冷却段5为空腔结构，冷却段5的宽度与干燥及低温干馏段3的宽度相同；冷却段5下部设2～3层常温煤气布气阵伞51；常温煤气布气伞51与外部的常温煤气管道相连，常温煤气布气伞51的底部开设布气孔；最上层常温煤气布气伞与中温干馏腔室一一对应设置且两者的中心位于同一竖直平面内；其余各层常温煤气布气伞沿水平方向交错设置。

进一步的，所述排焦机构6为往复移动式推焦机。

本发明所述中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏装置(以下简称干馏装置)中，立式干馏炉炉体1内的干燥及低温干馏段3、中温干馏段4及冷却段5之间互相连通，立式干馏炉炉体1的顶部开口为物料入口和气体导出口，立式干馏炉炉体1的底部设排焦机构6，下方设半焦仓7和汽提仓8。

本发明所述常温煤气的温度为室温，中温煤气的温度为800～1000℃，炉内混合后的低温荒煤气温度为600～700℃。

本发明所述干馏装置能够处理的物料包括长焰煤、褐煤等在内的低阶煤，或者油页岩等含油颗粒状物料，也可以直接处理粒径＜30mm的混煤。

所述干燥及低温干馏段3为空腔结构，顶部设气体导出集气阵伞2用于将干馏装置顶部的干馏气体导出。

所述中温干馏段4为多室及外布气内导气一体墙组合结构。

所述冷却段5为空腔结构，设有多层常温煤气布气伞51。

所述汽提仓8为蒸汽保压仓，通过蒸汽分布盘85及设于上部的一次阀门83、设于下部的二次阀门86配合进行保压；一次阀门83与半焦仓7之间还设有检修阀门81及给料阀8(优选格式阀)。

本发明所述干馏装置干馏后产生的荒煤气逃逸速度低，粉尘夹带少，经油洗、冷却、电捕等工序后得到煤气和焦油产品，煤气完全由干馏过程产生，有效组分占比高、热值高，一部分煤气作为产品煤气，可以作为合成气或用于制备LNG。另一部分煤气回炉作为冷却熄焦煤气，用于回收半焦显热。

外部导入干馏装置的中温煤气可以是粉煤气化产生的中温煤气与常温煤气混配后得到，也可以是其他煤气经过加热得到。本发明中，中温煤气不仅作为气体热载体，而且也是煤热解反应促进焦油生成的活化因子，从而提高了焦油产率。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例1】

本实施例以长焰煤热解为例，如图1所示，物料通过带式输送机11输送，通过设于炉顶的煤仓10进入立式干馏炉炉体1内。在干燥及低温干馏段3与低温荒煤气换热，进行干燥和低温干馏，物料温度由常温升至约550℃。

在重力作用下，物料经过锥形分料结构41进入各中温干馏腔室，物料温度逐步升高至650℃并完成全部热解。完成中温干馏后的物料(热半焦)继续下移经过冷却段5，与外部导入的常温煤气换热后温度降至约100℃。

中温干馏段4采用多室及外布气内导气一体墙组合结构，约800℃的中温煤气通过多层布气结构(由多条中温煤气布气通道及对应气体喷口组成)分层导入中温干馏腔室，与物料逆流换热，中温煤气上行至中温干馏段4顶部时降温至约550℃。

经常温煤气布气阵伞51通入冷却段5的常温煤气回收半焦显热后升温至约550℃，通过外布气内导气一体墙42中的低温荒煤气通道44直接进入干燥及低温干馏段3。中温干馏段4内物料热解后生成的煤气与换热后的中温煤气一起作为低温荒煤气上行至干燥与低温干馏段3；对物料进行低温干馏后的低温荒煤气通过气体导出集气阵伞2导出炉外，低温荒煤气的出口温度约为80℃。

【实施例2】

本实施例中，如图2所示，中温煤气热解常温煤气熄焦的干馏装置包括立式干馏炉炉体1，立式干馏炉炉体1内设有置于上部的干燥及低温干馏段3、设于中部的中温干馏段4和设于下部的冷却段5，以及设于底部的排焦机构6，另外干馏装置还包括半焦仓7和汽提仓8。立式干馏炉炉体1的物料入口上方设煤仓10。

本实施例中，干燥及低温干馏段3为空腔结构，顶部设气体导出集气阵伞2。

本实施例中，中温干馏段4为多室及外布气内导气一体墙组合结构，具体结构如下：

中温干馏段4内并排设置7个外布气内导气一体墙42(其中2个为半墙)，与两侧的外墙46共同形成6个中温干馏腔室；外布气内导气一体墙42的上方一一对应地设置锥形分料结构41，外布气内导气一体墙42的底部由拱形结构45支撑；外布气内导气一体墙42的中心部位沿竖直方向设置低温荒煤气通道44，锥形分料结构41与对应的外布气内导气一体墙42之间设水平通道使低温荒煤气通道44与对应中温干馏腔室连通；外布气内导气一体墙42的两侧(半墙为内侧)沿高向均匀设置5条中温煤气布气通道43，中温煤气布气通道43水平设置并与外部的中温煤气管道相连；每条中温煤气布气通道43均通过若干斜向下开口的气体喷口与对应中温干馏腔室连通。

本实施例中，所述冷却段5为空腔结构，冷却段5的宽度与干燥及低温干馏段3的宽度相同；冷却段5下部设3层常温煤气布气阵伞51；常温煤气布气阵伞51与外部的常温煤气管道相连，常温煤气布气阵伞51的底部开设布气孔；本实施例中，上层常温煤气布气伞为6个，与中温干馏腔室一一对应设置，且两者的中心位于同一竖直平面内；中间一层常温煤气布气伞的数量为12个，在对应上层常温煤气布气伞的两侧各设一个；下层常温煤气布气伞的数量为6个，与上层常温煤气布气伞对应设置。

对于干馏装置来说，安全排焦是关键。本实施例中，汽提仓8为蒸汽保压仓，通过蒸汽分布盘85及一次阀门83和二次阀门86配合实现进料、汽提及排料过程的保压。具体操作步骤如下：

(1)二次阀门86关闭、一次阀门83打开时，维持汽提仓本体84内蒸汽压力略大于半焦仓7内的煤气压力，然后进行半焦仓7排焦，将半焦排入汽提仓本体84并实现颗粒间煤气汽提回半焦仓7；

(2)一次阀门83关闭、二次阀门86打开时，维持汽提仓本体84内蒸汽压力略大于下部运焦设备9的压力，然后进行汽提仓本体84排焦，将半焦排入运焦系统9；

(3)汽提仓84排焦后关闭二次阀门86；

(4)步骤(1)-步骤(3)循环操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。