一种无氮气参与的原煤热解系统的制作方法

本发明涉及煤炭加工和利用，具体为一种无氮气参与的原煤热解系统。

背景技术：

1、在传统的原煤热解工艺中，热解煤气主要包含高比例的氮气（约44.688%），这主要是因为在热解过程中使用的是空气作为氧化剂，而空气中氮气的含量较高。这导致热解煤气的热值相对较低（约1600kal/nm³），使得热解煤气主要被限制在燃料用途，而不适合高附加值的化工原料用途。此外，高氮气含量在热解过程中会生成大量的氮氧化物，这些氮氧化物不仅对环境有害，还会增加净化处理的难度和成本。

2、尽管传统的热解技术简单且广泛应用，但其能源效率低下和环境污染问题日益突出。特别是在能源和环境政策日趋严格的今天，如何提高热解气的能源效率和减少环境污染成为行业的重大挑战。此外，热解过程中的氮气不仅降低了热值，还限制了热解气在化工合成领域的应用，阻碍了产业链的延伸和高值化发展。

3、为了解决上述问题，亟需开发一种新型的原煤热解系统，该系统应能有效减少热解气中氮气的含量，提高热解气的热值和化工利用潜力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种无氮气参与的原煤热解系统，使用纯氧代替空气中的氮气可以显著减少热能损失，提高热解效率。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无氮气参与的原煤热解系统，包括：

3、制氧装置，配置用于产生至少99.99%浓度的氧气；

4、热解装置，设有氧气和原煤的混合喷射口及热解煤气的输出口，其中氧气通过制氧装置供应；

5、煤气净化装置，用于从热解煤气中去除杂质并回收煤焦油和热解水；

6、煤气加压装置，用于将净化后的煤气进行加压，以便输送至化工合成装置或返回热解装置继续参与热解反应；

7、控制系统，用于调节纯氧与原煤的混合比例、热解温度和煤气压力，以优化热解效率和煤气质量。

8、优选的，所述制氧装置采用压缩空气至10～30 bar，随后通过回流冷却系统降至-190℃实现空气液化，利用分馏塔在不同温度下分离氧气和氮气，确保氧气的纯度达到至少99.99%。

9、优选的，所述热解装置包括回旋床，设计有多级喷射口以均匀分布原煤和氧气混合物，并保持800℃～1200℃的操作温度。

10、优选的，所述煤气净化装置包括多级冷凝系统，所述多级冷凝系统由多个温度递减的冷凝器组成，分别在100℃、40℃和10℃以下进行冷凝。

11、优选的，所述煤气加压装置能够根据下游需求或回流需要将煤气加压至至少300psi。

12、优选的，所述控制系统包括传感器和计算机控制单元，传感器用于监测热解反应的温度、压力和煤气组分，计算机控制单元根据传感器数据自动调节操作参数。

13、优选的，所述热解装置内部具备耐高温材料制成的内衬，以防止在高温操作条件下的磨损。

14、优选的，所述热解煤气输出口连接有热交换器，用于预热进入热解装置的原煤和氧气混合物。

15、优选的，所述煤气净化装置进一步包括吸附剂床，用于去除煤气中的硫化物和有害杂质。

16、本发明还提供一种使用所述的无氮气参与的原煤热解系统的方法，包括以下步骤：

17、调节制氧装置以产生至少99.99%浓度的氧气；

18、混合所产生的氧气与原煤，并通过热解装置的混合喷射口喷入热解装置；

19、控制热解温度和压力，进行热解反应产生热解煤气；

20、通过煤气净化装置去除热解煤气中的杂质并回收煤焦油和热解水；

21、将净化后的煤气加压，并输送至化工合成装置或返回热解装置继续参与热解反应。

22、工作原理：本发明的无氮气参与的原煤热解系统旨在通过使用高纯度氧气代替传统的空气热解过程中的氧气，有效提高热解煤气的质量和热值，同时显著降低煤气中的氮气含量。这一改进使得热解煤气更适合用于化工合成，提高了资源利用率和经济效益。

23、系统的第一个关键组件是制氧装置，它通过压缩、冷却和分馏空气来提取氧气。空气首先被压缩至10至30 bar，然后通过冷却系统降温至-190℃以液化。在分馏塔中，由于氧气和氮气的沸点不同，这两种气体被有效分离。最终，该装置能够产生至少99.99%纯度的氧气，用于热解反应，从而减少了热解煤气中氮气的含量，并提高了气体的总热值。

24、接下来，氧气被输送到热解装置，这是一个设计有回旋床的结构，设有多级喷射口以实现氧气和原煤的均匀混合。该装置可以在800℃至1200℃的温度范围内操作，优化热解条件以最大化甲烷、氢气和一氧化碳等有价值化学成分的生成。热解装置内部装备有耐高温材料制成的内衬，如陶瓷或碳化硅，以抵抗高温下的磨损。

25、热解过程生成的煤气随后进入煤气净化装置，其中包含多级冷凝系统。这些冷凝器设定在不同的温度级（如100℃、40℃和10℃以下），用以有效分离煤焦油和热解水。除此之外，该装置还配备有吸附剂床，使用活性炭和分子筛去除煤气中的硫化物和其他有害杂质，确保煤气的纯度和安全性。

26、净化后的煤气被送入煤气加压装置，该装置通过往复式压缩机将煤气加压至至少300psi，以满足化工合成或远距离输送的需要。该装置还具备过载保护和压力反馈调节功能，确保煤气加压过程的安全和稳定。

27、整个系统由一个控制系统管理，包括传感器和基于plc的计算机控制单元。传感器负责监测热解反应的温度、压力和煤气组成，计算机控制单元则根据这些数据自动调整热解条件和煤气处理参数，确保热解效率和煤气质量的最优化。

28、本发明提供了一种无氮气参与的原煤热解系统。具备以下有益效果：

29、1、本发明无氮气参与的原煤热解系统使用纯氧代替空气中的氮气可以显著减少热能损失，提高热解效率。同时避免了氮气参与反应产生的nox等污染物的排放，有助于环保。另外由于减少了杂质气体的生成，所得煤气更纯净，提高了其在化工合成等领域的应用价值。

30、2、本发明提供了一种高效、环保的原煤热解技术，其优化了传统热解过程，提供了更高质量的煤气产品，同时降低了环境影响。这种技术具有广泛的应用前景，尤其适用于寻求高效能源利用和环境友好型工业过程的现代工业。

技术特征：

1.一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述制氧装置采用压缩空气至10～30 bar，随后通过回流冷却系统降至-190℃实现空气液化，利用分馏塔在不同温度下分离氧气和氮气，确保氧气的纯度达到至少99.99%。

3.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述热解装置包括回旋床，设计有多级喷射口以均匀分布原煤和氧气混合物，并保持800℃～1200℃的操作温度。

4.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述煤气净化装置包括多级冷凝系统，所述多级冷凝系统由多个温度递减的冷凝器组成，分别在100℃、40℃和10℃以下进行冷凝。

5.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述煤气加压装置能够根据下游需求或回流需要将煤气加压至至少300psi。

6.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述控制系统包括传感器和计算机控制单元，传感器用于监测热解反应的温度、压力和煤气组分，计算机控制单元根据传感器数据自动调节操作参数。

7.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述热解装置内部具备耐高温材料制成的内衬，以防止在高温操作条件下的磨损。

8.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述热解煤气输出口连接有热交换器，用于预热进入热解装置的原煤和氧气混合物。

9.根据权利要求1所述的一种无氮气参与的原煤热解系统，其特征在于，所述煤气净化装置进一步包括吸附剂床，用于去除煤气中的硫化物和有害杂质。

10.使用根据权利要求1-9任一项所述的系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本申请涉及煤炭加工和利用领域，公开了一种无氮气参与的原煤热解系统，包括制氧装置，配置用于产生至少99.99%浓度的氧气；热解装置，设有氧气和原煤的混合喷射口及热解煤气的输出口，其中氧气通过制氧装置供应；煤气净化装置，用于从热解煤气中去除杂质并回收煤焦油和热解水；煤气加压装置，用于将净化后的煤气进行加压，以便输送至化工合成装置或返回热解装置继续参与热解反应；控制系统，用于调节纯氧与原煤的混合比例、热解温度和煤气压力，以优化热解效率和煤气质量。本发明无氮气参与的原煤热解系统使用纯氧代替空气中的氮气可以显著减少热能损失，提高热解效率。同时避免了氮气参与反应产生的NOx等污染物的排放，有助于环保。技术研发人员：尚敏,刘蕾,尚永平,张水军,方胜利,余东,刘军利,李波,张磊,郭虎成,贺鑫受保护的技术使用者：神木市三江煤化工有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5