本發(fā)明屬于能源化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的方法及裝置，具體地涉及一種以混合粒度煤為原料利用干燥分級、粉煤氣化、塊煤熱解和移動顆粒層煤氣熱除塵的方式制備優(yōu)質(zhì)蘭炭，同時副產(chǎn)高品質(zhì)中低溫焦油和中熱值煤氣的方法，及實現(xiàn)該方法的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
蘭炭是通過中低溫干餾技術(shù)制備的具有固定碳高、比電阻高、化學(xué)活性高、低灰、低硫等特性的固體產(chǎn)物，主要作為電熱化學(xué)焦炭?，F(xiàn)行蘭炭生產(chǎn)普遍采用內(nèi)熱式直立爐干餾工藝，但該工藝存在以下問題：(1)原料利用率低——氣體作熱載體，為保證其通透性，入料煤一般為粒度20～80mm的塊煤，使機械化采煤中70～80％的粉煤資源無法得到合理有效利用；(2)氣體熱載體由部分干餾產(chǎn)品燃燒產(chǎn)生，且當(dāng)以空氣為助燃劑時帶入大量惰性氣體，導(dǎo)致出爐煤氣熱值低，影響其后續(xù)加工利用。
為解決上述問題，專利CN102010728B公開了一種由煤熱解制取半焦、焦油和煤氣的方法，其主要工藝是：將混合粒度的原料煤與循環(huán)固體熱載體混合后在熱解反應(yīng)器內(nèi)熱解，產(chǎn)生熱煤氣和半焦。熱煤氣冷凝凈化后獲得焦油和中熱值煤氣；半焦和固體熱載體通過固體分級分離器分為兩部分，其中大粒度的半焦顆粒經(jīng)冷卻后作為產(chǎn)品輸出，小粒度的半焦顆粒與固體熱載體一起進入提升管燃燒反應(yīng)器燃燒并提升，被加熱的固體顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器與燃燒煙氣分離后，作為固體熱載體收集在熱載體料倉中循環(huán)使用。該方法的不足在于：原料煤中大塊煤與固體熱載體的混合及傳熱效率低，使其熱解不充分，獲得的半焦產(chǎn)品質(zhì)量不均勻；熱解煤氣中粉塵含量高；另外，高溫半焦的分級分離，對設(shè)備的材質(zhì)和密封性要求高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有工藝的不足，提供了一種由煤中低溫?zé)峤庵迫√m炭并副產(chǎn)高品質(zhì)中低溫焦油和中熱值煤氣的方法和裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的方法，步驟如下：
A.原料煤的干燥分級
原料煤在干燥分級器中采用與干燥介質(zhì)逆流直接接觸的方式干燥并預(yù)熱，同時在干燥介質(zhì)的氣力攜帶或轉(zhuǎn)筒篩的機械篩分作用下分級為干燥的粉煤和干燥的塊煤；其中干燥介質(zhì)氧氣體積含量小于6％，干燥介質(zhì)的溫度為150～250℃，且該溫度低于原料煤的著火點；
B.粉煤的氣化
步驟A中得到的干燥粉煤經(jīng)進料器送入氣化反應(yīng)器與來自熱焦倉的高溫循環(huán)半焦快速混合后同氣化劑發(fā)生部分氣化反應(yīng)，產(chǎn)生氣化煤氣和半焦；氣化煤氣輸送至熱解反應(yīng)器，作為塊煤熱解的氣體熱載體；半焦輸送至提升管燃燒反應(yīng)器與熱空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)并提升，未燃燒的半焦被加熱經(jīng)一級氣固分離器與高溫燃燒煙氣分離后，作為固體熱載體收集在熱焦倉中循環(huán)使用；一級氣固分離器分離后的高溫燃燒煙氣經(jīng)二級氣固分離器脫除粉煤灰后，再依次經(jīng)過一級換熱器和二級換熱器分別與換熱介質(zhì)空氣、水逆流間接接觸換熱后作為原料煤的干燥介質(zhì)，其中換熱介質(zhì)走管程，高溫?zé)煔庾邭こ蹋?/p>
提升管燃燒反應(yīng)器的壓力為常壓，溫度控制在800～1100℃，且該溫度低于原料煤氣化半焦中灰分的熔融溫度；
粉煤的氣化溫度為700～900℃，粉煤的停留時間為1～60min，壓力為常壓，采用的氣化劑為氧氣和水蒸氣，且氧煤比為0.2～0.5，水煤比為0.1～0.6；其中水蒸氣可部分或全部來自二級換熱器產(chǎn)生的水蒸氣，溫度一般高于400℃；
C.塊煤的熱解
步驟A中得到的干燥塊煤經(jīng)進料器送入熱解反應(yīng)器被來自氣化反應(yīng)器的氣化煤氣直接接觸加熱進行熱解，同時利用塊煤及其半焦形成的移動顆粒層捕集粉煤氣化煤氣中攜帶的粉塵；熱解產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)冷卻器洗滌冷卻后獲得煤氣和液體，冷卻后的液體再經(jīng)過分離器進行油水分離處理后獲得焦油和水；熱解產(chǎn)生的半焦通過熄焦器與熄焦介質(zhì)逆流直接接觸冷卻至溫度低于100～180℃后輸出，經(jīng)進一步篩分除塵后作為蘭炭產(chǎn)品；其中熄焦介質(zhì)可以采用水或常壓水蒸氣或低壓水蒸氣；
氣化煤氣與塊煤的進料量之比為2～12Nm3/kg；在選擇的進料比值下，氣化煤氣攜帶的熱量滿足塊煤熱解的溫度需求，同時使塊煤及其半焦形成的一定粒度的移動顆粒層能保持相對較高的除塵效率和較低的床層阻力；
塊煤的熱解溫度為500～700℃，塊煤的停留時間為15～60min，壓力為常壓。
所述的原料煤干燥分級的粒度界限的上限不超過13mm，粒度界限的下限不低于6mm，界限以下的作為粉煤，界限及其以上的作為塊煤；原料煤干燥分級的粒度界限，能保證粉煤氣化產(chǎn)生的半焦的在提升管燃燒反應(yīng)器內(nèi)可以被氣流提升，又能保持塊煤熱解時料層的透氣性，同時還能使塊煤及其熱解半焦形成的移動顆粒層對氣化煤氣中攜帶的粉塵具有較高的除塵效率。
所述的原料煤為褐煤、長焰煤、不黏煤或弱黏煤等低階煤，其粒度不大于80mm。
所述的氣化反應(yīng)器內(nèi)高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比不超過40，進一步的優(yōu)選為1～10；
所述的進入提升管燃燒反應(yīng)器內(nèi)的熱空氣溫度不低于400℃，使其在提升半焦顆粒的過程中，與半焦顆粒發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥糜诳諝忸A(yù)熱、水氣化和原料煤干燥，燃燒釋放的熱量加熱未反應(yīng)半焦，該高溫半焦作為循環(huán)固體熱載體用于粉煤氣化；其可以使用一級換熱器產(chǎn)生的熱空氣，也可以將該熱空氣進一步過熱后使用。
所述的熱解反應(yīng)器內(nèi)塊煤與氣化煤氣的接觸方式采用逆流或錯流。
一種由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的裝置，包括干燥分級系統(tǒng)、粉煤氣化系統(tǒng)和塊煤熱解系統(tǒng)；
干燥分級系統(tǒng)包括干燥分級器1、粉煤煤倉2、塊煤煤倉3、二級氣固分離器8、一級換熱器9和二級換熱器10；二級氣固分離器8、一級換熱器9和二級換熱器10與干燥分級器1依次連接，粉煤煤倉2和塊煤煤倉3分別與干燥分級器1密封連接；干燥分級器1設(shè)置原料煤入口和廢煙氣出口，二級氣固分離器8設(shè)置粉煤灰出口，一級換熱器9設(shè)置空氣入口和熱空氣出口，二級換熱器10設(shè)置水入口和水蒸氣出口；
粉煤氣化系統(tǒng)包括氣化反應(yīng)器4、提升管燃燒反應(yīng)器5、一級氣固分離器6和熱焦倉7；氣化反應(yīng)器4的上端連接熱焦倉7和粉煤煤倉2，氣化反應(yīng)器4上部的氣化煤氣出口與熱解反應(yīng)器11的氣化煤氣入口相連，氣化反應(yīng)器4下部的半焦出口與提升管燃燒反應(yīng)器5下部相連，氣化反應(yīng)器4下部設(shè)置氣化劑入口；提升管燃燒反應(yīng)器5底部設(shè)置熱空氣入口；一級氣固分離器6的高溫半焦出口與熱焦倉7相連，一級氣固分離器6的高溫燃燒煙氣出口與二級氣固分離器8相連；
塊煤熱解系統(tǒng)包括熱解反應(yīng)器11、冷卻器12、分離器13和熄焦器14；熱解反應(yīng)器11上部的原料煤入口與塊煤煤倉3相連，熱解反應(yīng)器11的熱解煤氣出口與冷卻器12相連，熱解反應(yīng)器11下部的熱解半焦出口與逆流移動床熄焦器14上部的熱半焦入口相連；冷卻器12的液體出口與分離器13相連；冷卻器12設(shè)置煤氣出口；分離器13設(shè)置焦油出口和水出口；熄焦器14下部設(shè)置熄焦介質(zhì)入口和冷卻半焦出口，上部設(shè)置熄焦介質(zhì)出口。
所述的干燥分級器1采用氣力分級干燥機或轉(zhuǎn)筒篩分干燥機，使其原料煤的干燥和分級同步進行。
所述的氣化反應(yīng)器4為上部內(nèi)置有混合分布器的移動床反應(yīng)器或鼓泡流化床反應(yīng)器。
所述的熱解反應(yīng)器11為逆流移動床反應(yīng)器或錯流移動床反應(yīng)器，同時作為移動顆粒層過濾除塵器；當(dāng)采用逆流移動床反應(yīng)器時，氣化煤氣入口位于該逆流移動床反應(yīng)器下部，熱解煤氣出口位于該逆流移動床反應(yīng)器上部；當(dāng)采用錯流移動床反應(yīng)器時，可采用氣化煤氣入口和熱解煤氣出口分別位于移動顆粒床層的兩側(cè)，呈水平布置或入口低、出口高布置的形式；也可采用徑向錯流形式，此時來自氣化反應(yīng)器4的氣化煤氣由徑向移動床反應(yīng)器的環(huán)形移動床層內(nèi)側(cè)中心通道引入，其熱解煤氣在徑向移動床反應(yīng)器的環(huán)形移動床層外側(cè)環(huán)隙匯集后引出。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明利用混合粒度煤為原料，通過粒度分級、粉煤氣化和塊煤熱解的方法解決了制約蘭炭生產(chǎn)的粉煤資源利用率低，煤氣含塵量高和熱解煤氣熱值低的關(guān)鍵問題；
(2)本發(fā)明塊煤的熱解用粉煤氣化產(chǎn)生的煤氣作熱載體，熱載體中有效組分含量高，可提高熱解煤氣的品質(zhì)，有利于后續(xù)的加工利用，且料層的透氣性好，傳熱均勻，制備的蘭炭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、品質(zhì)高；
(3)本發(fā)明采用塊煤熱解反應(yīng)器兼作移動顆粒層過濾除塵器，利用塊煤及其熱解半焦形成的移動顆粒層捕集粉煤氣化煤氣中攜帶的粉塵，熱態(tài)除塵、壓降小、除塵效率高，不但防止了焦油和粉塵堵塞管道，實現(xiàn)裝置的長期穩(wěn)定運行，而且可獲得高質(zhì)量焦油和煤氣；
(4)本發(fā)明將粉煤氣化產(chǎn)生的半焦經(jīng)提升管燃燒反應(yīng)器燃燒并提升，以提供空氣預(yù)熱、水氣化、原料煤干燥及粉煤氣化所需熱量，同時將氣化產(chǎn)生的煤氣作塊煤熱解的熱載體，充分有效地利用氣化半焦的熱值和氣化煤氣的熱量，系統(tǒng)的整體效能高，節(jié)能環(huán)保。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所提供的由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的方法及裝置的示意圖。
圖中：1干燥分級器；2粉煤煤倉；3塊煤煤倉；4氣化反應(yīng)器；
5提升管燃燒反應(yīng)器；6一級氣固分離器；7熱焦倉；8二級氣固分離器；
9一級換熱器；10二級換熱器；11熱解反應(yīng)器；12冷卻器；13分離器；
14熄焦器。
具體實施方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但并非用來限制本發(fā)明的范圍。
實施例1
本實施例用于說明本發(fā)明由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的方法。
如附圖所示，將原料煤輸送至干燥分級器1中，與來自二級換熱器10的溫度為150～250℃，氧氣體積含量小于6％的熱煙氣逆流直接接觸進行干燥并預(yù)熱，同時在熱煙氣的氣力攜帶下分級為干燥的粉煤和干燥的塊煤；水分含量≤8％的粉煤進入粉煤煤倉2，水分含量≤6％的塊煤進入塊煤煤倉3；
粉煤煤倉2中的干燥粉煤經(jīng)進料器送入鼓泡流化床氣化反應(yīng)器4與來自熱焦倉7的高溫循環(huán)半焦在氣化反應(yīng)器4上端快速均勻混合后，同氣化反應(yīng)器4下部通入的水蒸氣和氧氣發(fā)生部分氣化反應(yīng)，產(chǎn)生半焦和氣化煤氣，其中水蒸氣來自二級換熱器10，溫度高于400℃；氣化煤氣輸送至熱解反應(yīng)器11，作塊煤熱解的氣體熱載體；半焦輸送至提升管燃燒反應(yīng)器5與熱空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)并提升，其中熱空氣為一級換熱器9產(chǎn)生的溫度不低于400℃的預(yù)熱空氣；未燃燒的半焦被加熱經(jīng)一級氣固分離器6與高溫燃燒煙氣分離后，作為固體熱載體收集在熱焦倉7中循環(huán)使用；一級氣固分離器6分離后的高溫燃燒煙氣經(jīng)二級氣固分離器8脫除粉煤灰后，再依次經(jīng)過一級換熱器9和二級換熱器10分別與空氣和水逆流間接接觸換熱后進入干燥分級器1干燥原煤，其中換熱介質(zhì)(空氣和水)走管程，高溫?zé)煔庾邭こ蹋?/p>
塊煤煤倉3的干燥塊煤經(jīng)進料器送入熱解反應(yīng)器11被來自氣化反應(yīng)器4的氣化煤氣直接接觸加熱后進行熱解，同時利用塊煤及其半焦形成的移動顆粒層捕集粉煤氣化煤氣中攜帶的粉塵，熱解產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)冷卻器12洗滌冷卻與液體分離后獲得煤氣，冷卻后的液體經(jīng)過分離器13進行油水分離處理后獲得焦油和水；熱解產(chǎn)生的半焦送入熄焦器14與來自二級換熱器10的水蒸氣逆流直接接觸進行熄焦處理，獲得的溫度低于100～180℃的冷卻半焦經(jīng)進一步篩分除塵后作為蘭炭產(chǎn)品，產(chǎn)生的水蒸氣處理后排放。
實施例2
按照附圖所示，在常壓裝置中，以粒度≤80mm的陜西神木煤(其工業(yè)分析和元素分析見表1)為原料，干燥分級為粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的塊煤；控制高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比為7；控制提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為900℃；粉煤氣化條件為：氣化溫度700℃，粉煤的停留時間5min，氧煤比為0.4，水煤比為0.4；塊煤熱解條件為：氣化煤氣與塊煤逆流接觸，進料量之比為3Nm3/kg，熱解溫度500℃，熱解時間30min。
實施例3
按照附圖所示，在常壓裝置中，以粒度≤50mm的陜西神木煤(同上)為原料，干燥分級為粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的塊煤；控制高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比為9；控制提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為1000℃；粉煤氣化條件為：氣化溫度900℃，粉煤的停留時間為4min，氧煤比為0.5，水煤比為0.4；塊煤熱解條件為：氣化煤氣與塊煤徑向錯流接觸，進料量之比為6Nm3/kg，熱解溫度700℃，熱解時間30min。
實施例4
按照附圖所示，在常壓裝置中，以粒度≤80mm的陜西神木煤(同上)為原料，干燥分級為粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的塊煤；控制高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比為9；控制提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為1000℃；粉煤氣化條件為：氣化溫度900℃，粉煤的停留時間為5min，氧煤比為0.5，水煤比為0.4；塊煤熱解條件為：氣化煤氣與塊煤徑向錯流接觸，進料量之比為4Nm3/kg，熱解溫度650℃，熱解時間45min。
實施例5
按照附圖所示，在常壓裝置中，以粒度≤50mm的陜西神木煤(同上)為原料，干燥分級為粒度<13mm的粉煤和粒度≥13mm的塊煤；控制高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比為4；控制提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為1000℃；粉煤氣化條件為：氣化溫度850℃，粉煤的停留時間為5min，氧煤比為0.5，水煤比為0.3；塊煤熱解條件為：氣化煤氣與塊煤徑向錯流接觸，進料量之比為5Nm3/kg，熱解溫度650℃，熱解時間45min。
實施例6
按照附圖所示，在常壓裝置中，以粒度≤50mm的陜西神木煤(同上)為原料，干燥分級為粒度<6mm的粉煤和粒度≥6mm的塊煤；控制高溫循環(huán)半焦與粉煤的質(zhì)量比為20；控制提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為1000℃；粉煤氣化條件為：氣化溫度900℃，粉煤的停留時間為5min，氧煤比為0.3，水煤比為0.4；塊煤熱解條件為：氣化煤氣與塊煤錯流接觸，氣化煤氣入口與熱解煤氣出口平行設(shè)置于移動顆粒層的兩側(cè)，進料量之比為8Nm3/kg，熱解溫度700℃，熱解時間30min。
上述實例所獲得的熱解產(chǎn)物的主要性質(zhì)見表2，從表中可以看出本發(fā)明制備的蘭炭產(chǎn)品性能優(yōu)異，符合蘭炭產(chǎn)品技術(shù)條件，且獲得的煤氣和焦油含塵量低。實施例7
如附圖所示，本發(fā)明提供的一種由煤制備蘭炭、焦油和煤氣的裝置，包括干燥分級系統(tǒng)、粉煤氣化系統(tǒng)和塊煤熱解系統(tǒng)；
干燥分級系統(tǒng)包括干燥分級器1、粉煤煤倉2、塊煤煤倉3、二級氣固分離器8、一級換熱器9和二級換熱器10；二級氣固分離器8、一級換熱器9和二級換熱器10與干燥分級器1依次連接，粉煤煤倉2和塊煤煤倉3分別與干燥分級器1密封連接；干燥分級器1設(shè)置原料煤入口和廢煙氣出口，二級氣固分離器8設(shè)置粉煤灰出口，一級換熱器9設(shè)置空氣入口和熱空氣出口，二級換熱器10設(shè)置水入口和水蒸氣出口；
粉煤氣化系統(tǒng)包括氣化反應(yīng)器4、提升管燃燒反應(yīng)器5、一級氣固分離器6和熱焦倉7；氣化反應(yīng)器4的上端連接熱焦倉7和粉煤煤倉2，氣化反應(yīng)器4上部的氣化煤氣出口與熱解反應(yīng)器11的氣化煤氣入口相連，氣化反應(yīng)器4下部的半焦出口與提升管燃燒反應(yīng)器5下部相連，氣化反應(yīng)器4下部設(shè)置氣化劑入口；提升管燃燒反應(yīng)器5底部設(shè)置熱空氣入口；一級氣固分離器6的高溫半焦出口與熱焦倉7相連，一級氣固分離器6的高溫燃燒煙氣出口與二級氣固分離器8相連；
塊煤熱解系統(tǒng)包括熱解反應(yīng)器11、冷卻器12、分離器13和熄焦器14；熱解反應(yīng)器11上部的原料煤入口與塊煤煤倉3相連，熱解反應(yīng)器11的熱解煤氣出口與冷卻器12相連，熱解反應(yīng)器11下部的熱解半焦出口與逆流移動床熄焦器14上部的熱半焦入口相連；冷卻器12的液體出口與分離器13相連；冷卻器12設(shè)置煤氣出口，分離器13設(shè)置焦油出口和水出口；熄焦器14下部設(shè)置熄焦介質(zhì)入口和冷卻半焦出口，上部設(shè)置熄焦介質(zhì)出口。
本發(fā)明提供的干燥分級器1采用氣力分級干燥機或轉(zhuǎn)筒篩分干燥機。
本發(fā)明提供的氣化反應(yīng)器4為內(nèi)置有混合分布器的移動床反應(yīng)器或鼓泡流化床反應(yīng)器。
本發(fā)明提供的一級氣固分離器6和二級氣固分離器8為常規(guī)的高溫氣固分離設(shè)備，例如旋風(fēng)分離器、慣性分離器。
本發(fā)明提供的一級換熱器9和二級換熱器10為常規(guī)的換熱設(shè)備，例如列管式換熱器、盤管式換熱器。
本發(fā)明提供的熱解反應(yīng)器11為逆流移動床反應(yīng)器或錯流移動床反應(yīng)器，同時作為移動顆粒層過濾除塵器；當(dāng)采用逆流移動床反應(yīng)器時，氣化煤氣入口位于該逆流移動床反應(yīng)器下部，熱解煤氣出口位于該逆流移動床反應(yīng)器上部；當(dāng)采用錯流移動床反應(yīng)器時，可采用氣化煤氣入口和熱解煤氣出口分別位于移動顆粒床層的兩側(cè)，呈水平布置或入口低、出口高布置的形式；也可采用徑向錯流形式，此時來自氣化反應(yīng)器4的氣化煤氣由徑向移動床反應(yīng)器的環(huán)形移動床層內(nèi)側(cè)中心通道引入，其熱解煤氣在徑向移動床反應(yīng)器的環(huán)形移動床層外側(cè)環(huán)隙匯集后引出。
本發(fā)明提供的熄焦器14為本行業(yè)常規(guī)的濕法熄焦裝置。
表1
*bydifference
表2