一种富油沫煤热解制煤焦油的装置和方法与流程

本发明属于煤炭转化，特别涉及一种富油沫煤热解制煤焦油的装置和方法。

背景技术：

1、低阶煤在开采及加工过程中，会产生大量的低阶富油沫煤，沫煤粒径较小(0～13mm)，价格便宜，目前主要作为燃料用于发电、工业锅炉、烧制水泥石灰、制砖等，其油气属性突出的特点及作为化工原料的属性往往被忽略，无形中造成了资源的巨大浪费。

2、专利cn1640988a公开了一种煤炭热解制取煤焦油的方法，将粉煤置于内热式回转炉内，通入热气使其热解，用水喷淋洗涤从内热式回转炉中逸出的煤焦油和煤气，分离后得到煤焦油，该方法能处理较大粒径的煤粉，焦油收率较低、装置整体能效不高，同时回转炉结构相对复杂，加工制造难度较大。专利cn103387839a公开了一种含碳物料提取煤焦油与制合成气一体化的方法及装置，将热解气化装置进行耦合，装置对煤粉粒径要求严格，结构复杂，稳定操作不易。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种富油沫煤热解制煤焦油的装置和方法，以期提高焦油收率和能效水平，且对粒径要求宽泛，同时结构简单、操作方便、投资少，适用于低阶富油沫煤热解提取煤焦油。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种富油沫煤热解制煤焦油的装置，包括热解反应器，所述热解反应器的油气产物出口接多级气固分离器，各级气固分离器的固相出口均接半焦进料平衡器，所述半焦进料平衡器将各级气固分离器分离出的半焦颗粒分配后一部分进入预热气发生炉燃烧为热解供热，或同时为热解和原料预热供热，另一部分作为活性焦送出；最后一级气固分离器的气相出口接油气分离单元，所述油气分离单元将气相产物处理后得到煤气及焦油；

4、所述热解反应器包括燃烧腔、返料腔、热解腔、分离腔和储料腔；其中燃烧腔位于最底部，与热解腔直接相连；所述分离腔位于热解腔上部，将热解产物分离为油气与半焦；所述储料腔为热解腔与反应器外壁之间的环形区域，所述返料腔位于储料腔与燃烧腔之间，所得半焦经储料腔和返料腔回送至燃烧腔。

5、在一个实施例中，所述分离腔内置一个内循环分离器，所述内循环分离器为下端开放、顶端带有球形封闭的柱形结构，套在柱形的热解腔的顶部，并与热解腔具有轴向和径向的距离，内循环分离器的内壁与热解腔的外壁以螺旋状向下延伸的挡板相连，内循环分离器的外壁与反应器的内壁以螺旋状向上延伸的挡板相连。

6、在一个实施例中，所述返料腔内设置多组用于控制半焦回送的料位平衡装置，所述料位平衡装置包括控制器和平衡器，所述平衡器包括一个壳体和执行器，所述壳体内为腔体，所述腔体的上方有接入返料腔的半焦入口，下方有接入燃烧腔的半焦出口；所述执行器伸入所述腔体，在所述控制器的控制下，封堵或打开所述半焦入口，和/或，封堵或打开所述半焦出口，从而封闭或打开路线为返料腔-半焦入口-腔体-半焦出口-燃烧腔的返料通路。

7、在一个实施例中，所述控制器控制所述执行器对所述半焦入口和/或所述半焦出口的打开量。

8、在一个实施例中，所述料位平衡装置还包括料位计和静压计；所述料位计和静压计安装于所述储料腔，共同确定储料腔料位，所述控制器根据料位信号，控制所述执行器的封闭或打开动作。

9、在一个实施例中，所述执行器包括气动系统、柱状塞、滑轨及连杆；所述滑轨为长方体状，贴在所述半焦入口和/或所述半焦出口，所述滑轨上开有圆柱形的滑槽，滑槽的一侧开口，另一侧开有若干圆孔，所述气动系统通过所述连杆带动所述柱状塞在所述滑槽中滑动，不同的滑动位使得所述半焦入口和/或所述半焦出口通过不同数量的圆孔连通所述腔体。

10、在一个实施例中，所述半焦进料平衡器包括储料仓、导料仓和导料锥；所述储料仓在导料仓的上方且二者直接连通，所述储料仓内通过中下部带有通道的挡板隔成两部分，两部分分别连接有颗粒入口；所述导料锥设置在所述导料仓中，导料锥的横截面一侧为半椭圆，另一侧为半圆，或两侧为不对称的半椭圆，导料锥的纵截面为中间向两侧渐缩的形状；导料锥被配置为能够沿竖向轴转动，所述导料仓底部有颗粒出口。

11、在一个实施例中于，所述导料仓内对称设置两个沿仓壁上下方向的导料脊。

12、本发明还提供了一种利用所述富油沫煤热解制煤焦油的装置的富油沫煤热解制煤焦油的方法，包含以下步骤：

13、步骤1)，将沫煤加压至0.8～5.0mpa，预热后与开工炉或预热气发生炉来的高温烟气换热升温至100～150℃；其中开工阶段，由开工炉提供热量，正常运行后，由预热气发生炉提供热量；

14、步骤2)，经预热的沫煤进入热解腔，与来自燃烧腔的高温烟气及半焦颗粒混合换热后升温至500～650℃，在热解腔向上运动的过程中完成热解反应；

15、步骤3)，完成热解反应后，半焦及油气先后经过分离腔和多级气固分离器进行分离，分离出的气相再经油气分离单元处理后得到煤气及焦油；经分离腔分离出的半焦进入储料腔，再经返料腔进入燃烧腔，与氧气及预热气发生炉输送的高温烟尘混合，燃烧换热后继续进入热解腔，完成内循环过程；经多级气固分离器分离出的半焦颗粒则进入半焦进料平衡器；

16、步骤4)，半焦颗粒经半焦进料平衡器分配后，一部分进入预热气发生炉燃烧为热解供热，或同时为热解和原料预热供热，另一部分作为活性焦送出。

17、在一个实施例中，所述步骤3)，利用料位平衡装置通过料位计、静压计共同确定储料腔料位，达到阈值后，控制器控制执行器的气动系统拉动连杆及柱状塞，将储料腔与燃烧腔联通；半焦于燃烧腔内燃烧时，实时监测反应器油气出口氧浓度及分离腔出口温度，并控制氧气输入量，当储料腔料位低于阈值，料位平衡装置执行相反操作，将储料腔与燃烧腔隔绝；

18、所述步骤4)，半焦进料平衡器受进料控制器控制，正常工况下，不同级的气固分离器分离出的细颗粒半焦送入预热气发生炉内燃烧，粗颗粒半焦送出装置进一步加工利用；工况发生变化时，进料控制器根据预热气发生炉内氧气输入量、半焦输入量、燃烧温度、烟气出口温度、烟气含尘量计算出半焦进料的增减量，需要增加进料量时，进料控制器控制转动导料锥调节导料仓内不同区域的颗粒流通面积，将更多半焦送入预热气发生炉用于为热解系统供能，反之，则将更多半焦送出热解装置。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明以粒径较小的低阶富油沫煤为原料，在热解反应器中进行快速高效的热解反应，粒径较小的沫煤比表面积大，传质传热速率高，有利于提高煤焦油收率；装置设置多级气固分离器，将不同粒径的半焦颗粒进行区分，细颗粒半焦用于燃烧为热解反应供能，中等粒径半焦送出装置用于气化、发电、制备碳材料等，粗颗粒半焦用于补充供热或作为热载体进行内循环，不仅可以实现反应系统内颗粒粒径的有效调控和不同粒径半焦的充分利用，提高了能量利用效率，也有利于煤焦油产品品质的提升。

技术特征：

1.一种富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，包括热解反应器(6)，所述热解反应器(6)的油气产物出口接多级气固分离器，各级气固分离器的固相出口均接半焦进料平衡器(10)，所述半焦进料平衡器(10)将各级气固分离器分离出的半焦颗粒分配后一部分进入预热气发生炉(11)燃烧为热解供热，或同时为热解和原料预热供热，另一部分作为活性焦送出；最后一级气固分离器的气相出口接油气分离单元(9)，所述油气分离单元(9)将气相产物处理后得到煤气及焦油；

2.根据权利要求1所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述分离腔(16)内置一个内循环分离器(16-1)，所述内循环分离器(16-1)为下端开放、顶端带有球形封闭的柱形结构，套在柱形的热解腔(15)的顶部，并与热解腔(15)具有轴向和径向的距离，内循环分离器(16-1)的内壁与热解腔(15)的外壁以螺旋状向下延伸的挡板相连，内循环分离器(16-1)的外壁与反应器(6)的内壁以螺旋状向上延伸的挡板(16-2)相连。

3.根据权利要求1所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述返料腔(14)内设置多组用于控制半焦回送的料位平衡装置(18)，所述料位平衡装置(18)包括控制器(21)和平衡器(22)，所述平衡器(22)包括一个壳体(22-3)和执行器(22-6)，所述壳体(22-3)内为腔体(22-5)，所述腔体(22-5)的上方有接入返料腔(14)的半焦入口(22-1)，下方有接入燃烧腔(13)的半焦出口(22-2)；所述执行器(22-6)伸入所述腔体(22-5)，在所述控制器(21)的控制下，封堵或打开所述半焦入口(22-1)，和/或，封堵或打开所述半焦出口(22-2)，从而封闭或打开路线为返料腔(14)-半焦入口(22-1)-腔体(22-5)-半焦出口(22-2)-燃烧腔(13)的返料通路。

4.根据权利要求3所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述控制器(21)控制所述执行器(22-6)对所述半焦入口(22-1)和/或所述半焦出口(22-2)的打开量。

5.根据权利要求3所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述料位平衡装置(18)还包括料位计(19)和静压计(20)；所述料位计(19)和静压计(20)安装于所述储料腔(17)，共同确定储料腔(17)料位，所述控制器(21)根据料位信号，控制所述执行器(22-6)的封闭或打开动作。

6.根据权利要求3或4或5所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述执行器(22-6)包括气动系统(22-6-1)、柱状塞(22-6-2)、滑轨(22-6-3)及连杆(22-6-4)；所述滑轨(22-6-3)为长方体状，贴在所述半焦入口(22-1)和/或所述半焦出口(22-2)，所述滑轨(22-6-3)上开有圆柱形的滑槽，滑槽的一侧开口，另一侧开有若干圆孔(22-6-5)，所述气动系统(22-6-1)通过所述连杆(22-6-4)带动所述柱状塞(22-6-2)在所述滑槽中滑动，不同的滑动位使得所述半焦入口(22-1)和/或所述半焦出口(22-2)通过不同数量的圆孔(22-6-5)连通所述腔体(22-5)。

7.根据权利要求1所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述半焦进料平衡器(10)包括储料仓(10-2)、导料仓(10-3)和导料锥(10-4)；所述储料仓(10-2)在导料仓(10-3)的上方且二者直接连通，所述储料仓(10-2)内通过中下部带有通道的挡板隔成两部分，两部分分别连接有颗粒入口(10-1)；所述导料锥(10-4)设置在所述导料仓(10-3)中，导料锥(10-4)的横截面一侧为半椭圆，另一侧为半圆，或两侧为不对称的半椭圆，导料锥(10-4)的纵截面为中间向两侧渐缩的形状；导料锥(10-4)被配置为能够沿竖向轴转动，所述导料仓(10-3)底部有颗粒出口(10-5)。

8.根据权利要求7所述富油沫煤热解制煤焦油的装置，其特征在于，所述导料仓(10-3)内对称设置两个沿仓壁上下方向的导料脊(10-3-1)。

9.一种利用权利要求1所述富油沫煤热解制煤焦油的装置的富油沫煤热解制煤焦油的方法，其特征在于，包含以下步骤：

10.根据权利要求9所述富油沫煤热解制煤焦油的方法，其特征在于，所述步骤3)，利用料位平衡装置(18)通过料位计(19)、静压计(20)共同确定储料腔(17)料位，达到阈值后，控制器(21)控制执行器(22-6)的气动系统(22-6-1)拉动连杆(22-6-4)及柱状塞(22-6-2)，将储料腔(17)与燃烧腔(13)联通；半焦于燃烧腔(13)内燃烧时，实时监测反应器(6)油气出口氧浓度及分离腔(16)出口温度，并控制氧气输入量，当储料腔(17)料位低于阈值，料位平衡装置(18)执行相反操作，将储料腔(17)与燃烧腔(13)隔绝；

技术总结本发明公开一种富油沫煤热解制煤焦油的装置和方法，其装置主要由热解反应器、多级分离器、油气分离单元、半焦进料平衡器、预热气发生炉等组成。装置以粒径较小、难于综合利用的低阶富油沫煤为原料，燃烧其部分含碳物质(半焦)为热解反应供能，再经多级气固分离系统，提取出煤焦油，区分出不同粒径的半焦；半焦经适当分配后，细颗粒半焦进入预热气发生炉燃烧为系统供能，粗颗粒半焦部分燃烧用于补充供热同时作为热载体进行内循环，中等粒径半焦送出装置用于气化、发电、制备碳材料等用途。本发明焦油收率高、能效水平高、进料粒度范围要求较低，同时装置整体结构简单、易于操作，具备较好的应用前景。技术研发人员：杨会民,刘彪,吴升潇,靳皎,王研,王忠臣,何炳昊受保护的技术使用者：陕西延长石油（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/2/25