CN102911677A - 一种载热气体用于煤的热解装置 - Google Patents

Abstract

一种载热气体用于煤热解装置是由两块相应的内置有若干半圆形凹槽的金属板按照凹槽相应紧固构成，其中相应的若干个半圆形凹槽合并构成若干个载热气体传热管，传热管依次与小竖管、横管、主管、载热气体进和出口相连通，构成载热气体传热系统。本发明装置采用载热气体通过金属传热管间接加热干馏室煤料进行常压热解或干馏，具有传热速率快，热量利用率高，而且结构简单成本低等特点。

Description

一种载热气体用于煤的热解装置

技术领域

本发明涉及一种煤的热解装置，具体的说，是一种载热气体结构构成载热气体传热系统的煤热解装置。

背景技术

煤的热解或干馏，是指煤在隔绝空气的条件下，即缺氧条件，受热分解生成荒煤气、焦油、焦炭（或半焦）等产物的过程。低温干馏技术较多地采用不粘煤、弱粘煤、长焰煤或褐煤等低阶煤为原料进行热解或干馏，而我国低阶煤的储量较大，约占煤炭储量的42%以上，为低温干馏技术提供丰富的原料。热解或干馏炉是低温干馏生产工艺中的主要设备。热解或干馏炉按照供热方式可分为内热式炉和外热式炉。目前，国内外低温干馏技术较多地采用内热式供热结构，即用空气与煤料燃烧放出的热量或固体热载体加热煤料，如德国的鲁奇三段炉、美国的LFC工艺、中国的多段回转炉工艺、中国的煤炭拔头工艺和煤固体热载体法快速热解技术等，这些干馏技术不但会消耗大量的原料煤，而且荒煤气与高温气体热载体的混合使得气体产物成分复杂，热值低，含氢气、甲烷较低，而且体积又大，增加了后续气体分离净化设备的负荷。而采用外热式供热的低温干馏炉由于干馏室与传热室不相通，荒煤气与燃烧烟气不混合，保证了荒煤气不被稀释，提高了其纯度和热值，但是该炉传热强度低，结焦时间长，热效率较低。

此外，针对我国目前煤炭行业存在的环境污染严重、煤炭利用率不高、能量利用不合理等问题，国家近几年及未来大力提倡发展以煤热解、煤气化为基础的多联产技术, 实现煤炭资源高效低污染利用。以煤热解为基础的联产天然气、合成气技术是指热解生成的高温半焦送往甲烷化装置与氢气在高温高压的条件下反应制得甲烷，或是高温半焦送往气化炉与气化剂在高温高压的条件下反应制的合成气。甲烷化是一强放热过程，联产的甲烷气压力为4Mpa左右，温度约700~800℃，这些气体的显热和高品位的反应热通常以高压蒸汽形式进行回收，装置中大量低位热能，则通过预热除盐水、预热锅炉给水和冷却水等方式加以利用和排弃，对于耗水量巨大的煤制天然气系统，如何合理利用甲烷化装置的反应热和气体显热，降低冷却水用量，对于装置的节能降耗和经济运行具有重要意义。上述联产的压力为2~6Mpa和温度约900~1200℃的合成气，通过直热式废热锅炉副产蒸汽，炉气被冷却到190~230℃，降低了气化反应的热效率。

因此，提供一种既能利用低阶煤资源，又能利用热解高温半焦反应制高温高压产品气，而且生成的高温高压产品气的热量又能返回热解煤，即能量直接合理利用，利用率高的载热气体的煤热解装置，已经是一个实现煤化工产业链延伸和节能减排急需要解决的问题。

公开号为CN201010114129.7公开了“一种高温合成气显热回收装置 ”的发明专利。该发明装置包括辐射锅炉、合成气导管和对流锅炉，辐射锅炉通过合成气导管与对流锅炉相连接。辐射锅炉从外到内依次为耐火衬里层、合成气通道和辐射式蒸汽发生器，在辐射式蒸汽发生器下端依次设置有循环合成气激冷室和渣池。对流锅炉内设置有若干2~6段对流式蒸汽发生器，每段蒸汽发生器设置2~8个吹灰器。该发明的显热回收装置通过辐射式蒸汽发生器、气体激冷室和对流式蒸汽发生器回收气流床气化炉高温合成气显热，产生中压或高压蒸汽，可使气流床气化效率提高10%~15%以上。该装置运行可靠，节能显著，可广泛用于整体煤气化联合循环发电、甲醇和烯烃生产、合成气直接还原炼铁法生成海绵等领域。该装置的不足之处在于：该显热回收装置利用蒸汽发生器回收热量产生中高压蒸汽，中高压蒸汽再用于工艺换热，间接利用高温合成气显热，热效率较直接利用低，同时也增加了设备的投资。

公开号为CN201071351Y公开了“一种环保高温外热式连续干馏立体兰炭炉”的发明专利。该发明的兰炭炉包括炉体基础、干馏室和传热室，炉体的上口为装煤口，由连续上煤斗与之连接供煤，从装煤口向下依次设置有低中温干馏室、高温干馏室、兰炭冷却室和兰炭熄焦室；在干馏室的两外侧从上至下依次设置中温传热室、高温传热室、炉体基础中的传热室废气导出通道。该发明的兰炭炉填补了生产高温兰炭的市场空白，提高了侏罗纪煤的副产品：焦油、煤气、粗苯等的质量，炉体上下的水封设计确保了炉内的煤气不外泄，改善了生产环境和工人的操作条件。该装置的不足之处在于：在传热室炉墙上布置空气和煤气喷嘴易造成气体泄露和积碳问题，而且传热室内背向干馏室的炉墙散热大，致使热量损耗高。此外，传热室内空气和煤气管路末端设置的喷嘴，材质要求高，更换、检修难度大，成本较高。

公开号为CN2915863Y公开了“一种用于高挥发弱粘煤低温干馏的装置”的发明专利。该发明装置是由内套管、中套管和外套管三个同心套管组成，内套管顶端最高，接着是中套管顶端，外套管顶端最低，内套管顶端和外套管上端均设有烟气出口，中套管上端设有进煤口，水蒸气出口位于中套管上端并穿过外套管的壁，干馏气出口位于中套管下端并穿过外套管的壁，内套管的底端为烟气出口，转盘排料器的内套管下端连接并位于外套管内，转盘排料器与内套管一起转动，横向阀片连接在不动的外套管上并位于转盘排料器的上方，外套管底端有排焦口，内套管和中套管之间设有倒锥形挡板，外套管下端设有烟气进口。该装置采用薄层环形空间两面加热和中套管内设置多层倒锥形挡板增加导热，提高了传热效率；内套管不停地转动带动了细粒煤的位移和搅动，保证了薄层细煤粒的受热均匀和防止了细煤粒在炉内粘结。该装置的不足之处在于：（1）中套管的薄层环形空间结构和其内部设置多层倒锥形挡板，致使单炉生产能力较小，不利用工业化生产需要，且套管内的物料易发生堵塞，影响传热和进出料的控制；（2）外套管和内套管的不合理结构直接会导致中套管两面加热不均匀，且用于加热中套管的烟道气，在不加任何搅动装置增加其传热的情况下，直接通过外套管和内套管换热后排入大气，这种结构设置致使烟道气出口温度较高，增加了热能损耗。

发明内容

本发明的问题在于利用煤转化过程中的载热气体热能，对煤进行常压热解或干馏，以进一步提高热能利用效率，同时节能减排，实现资源的有效合理利用，由此提供一种载热气体用于煤的热解装置。

本发明所提供的一种载热气体用于煤的热解装置，包括至上而下依次连通的给料收气段、干燥干馏段和半焦收集段；其特征在于：

所述干燥干馏段是传热室和干馏室隔置构成，干燥干馏段底部设置有载热气体进口；顶部设置有载热气体出口；

所述传热室是由两块相应的内置有若干半圆形凹槽的金属板按照凹槽相应紧固构成；其中相应的若干个半圆形凹槽合并构成若干个载热气体传热管，传热管依次与小竖管、横管、主管、载热气体进口和出口相连通，构成载热气体传热系统。

在上述的技术方案中，进一步的附加技术特征在于：

所述载热气体的压力为2MPa~6Mpa；载热温度为650~1200℃；

所述传热管是内置有若干挡板，外形为圆形、椭圆形、或是矩形；

所述载热气体是合成气、富甲烷气和重整气中的一种。

本发明所提供的一种载热气体用于煤的热解装置，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：

本发明的解装置采用载热气体通过金属材质的传热管间接加热干馏室内的煤料进行常压热解或干馏，传热温差大和炉墙热导率高，使得通过干馏室墙的热能流量加快，进而加快了结焦速率，缩短了结焦时间，提高了生产能力。

本发明的传热管内设置有若干分布不规则的挡板，增加了载热气体的湍动程度，大幅提高了传热效率，而干馏室上部设置有干馏段，利用热解或干馏生成的荒煤气对刚进入干馏室内的煤料进行预热干燥，热量利用率高；该热解装置节能显著，用途广泛，既可用于独立生产半焦工艺，也可用于以高温半焦为原料联产高温高压气体产品气工艺，即利用该装置生产的高温半焦联产合成气、天然气等和利用联产生成的高温高压载热气体，如合成气、热富甲烷气等，快速加热煤料制成半焦。

本发明热解装置还具有结构合理、产能大、成本低、设备磨损率低、传热室拆装和检修简单容易等特点。

附图说明

图1是本发明热解装置的结构示意图。

图2是本发明热解装置A-A剖面的结构示意图。

图3是本发明热解装置中气体热载体进口系统的结构示意图。

图中：1：给料收气段；2：主管；3：干燥干馏段；4：挡板；5：载热气体进口；6：半焦收集段；7：半焦运输装置；8：焦锁；9：排焦装置；10：小竖管；11：传热室；12：干馏室；13：载热气体出口；14：荒煤气出口；15：给料机；16：煤锁；17：煤斗；18：传热管；19：垫片、螺母、螺栓；20：耐火和隔热内衬；21：装煤孔；22：横管。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出说明。

如附图1、附图2和附图3所述，实施本发明所提供的一种载热气体用于煤的热解装置。该热解装置从上到下依次由给料收气段1、干燥干馏段3和半焦收集段6构成。

上部给料收气段1的进料系统采用煤锁16和螺旋给料机15结构，从煤斗17出来的煤料从煤锁16到干馏室12由螺旋给料机15来完成，其中煤锁16和螺旋给料机15控制着煤料的进料量。给料收气段1的下部设置有荒煤气导出管路和荒煤气出口14，使得干馏室12热解或干馏生成的荒煤气导出并进入煤气净化系统净化处理。

中部干燥干馏段3是由单一干馏室12和传热室11单元构成或多个干馏室12和传热室11单元隔置砌筑构成。干馏室12顶部与荒煤气导出管路相连，底部与排焦装置相连。干馏室12内部上段为干燥段，下段为干馏段，从装煤孔21装入的煤料在干燥段与干馏段煤料热解或干馏生成的荒煤气逆向接触换热，利用了荒煤气的热量干燥煤料，提高了热解装置的能效。干馏室12两侧是传热室11，另两侧是内壁砌筑耐火和隔热内衬20的封闭结构。本发明所设计的传热室11为耐高温高压结构，传热室11是由两块相应的内置有若干半圆形凹槽的金属板按照凹槽相应紧固构成，其中相应的若干个半圆形凹槽合并构成若干个载热气体传热管18，载热气体通过金属材质的传热管11间接加热干馏室内的煤料进行常压热解或干馏，传热温差大和炉墙热导率高，使得通过干馏室墙的热流加快，进而结焦速率加快，结焦时间缩短，生产能力提高。传热管18内部设置有若干挡板4，这些挡板4增加流过传热管18的载热气体的湍动，提高了传热效率，其中传热管18之间通过若干高温垫片、螺母和螺栓19密封紧固。本发明设计的干燥干馏段3上部设置有载热气体出口系统2、10、13、22，下部设置有载热气体进口系统2、5、10、22，载热气体进口系统2、5、10、22是由气体热载体进口5、主管2、横管22和小竖管10依次连接构成，载热气体出口系统2、10、13、22刚好相反，即由小竖管10、横管22、主管2和气体热载体出口13依次连接构成，其中小竖管10与传热管18相连通，这样设置的目的在于载热气体能够均匀地通过每一根传热管18对干馏室12快速传热使其在常压条件下进行快速热解或干馏。

下部半焦收集段5是从上到下依次由排焦装置9、焦锁8和半焦运输装置7构成。排焦装置9上部与干馏室12相连，下部与焦锁8相连，干馏室12生成的半焦经排焦装置9进入焦锁8，焦锁8起储存半焦和控制半焦出量的作用。焦锁8下端设置有半焦运输装置7，半焦运输装置7将半焦运往下一个工段处理。根据工艺需要，半焦运输装置7中可以设置半焦冷却系统，也可以设置高温半焦封闭储运系统，前者适用于独立生产半焦产品工艺，后者适用于利用高温半焦联产天然气、合成气等高温高压气体产品气工艺。

其中：所述载热气体的压力为2MPa~6MPa，温度为650~1200℃；所述传热管18外形为圆形、椭圆形或矩形，优选椭圆形和圆形；所述载热气体是合成气，富甲烷气，或是重整气；所述传热管18是其内壁加耐磨套层的不锈钢金属管，延长传热管18的使用寿命，并且定期更换耐磨套层能有效保护加热管不受磨损。

下面通过煤的热解或干馏过程对本发明载热气体的煤热解装置的结构作出进一步说明。

如图1所示，煤料通过提升机输送到炉顶的煤斗17，经煤锁16阀门的开闭下落到螺旋给料机15送入干馏室12内。在干馏室12上部的干燥段，煤料被干馏室热解生成的荒煤气逆向接触预热干燥，随干馏室12下部干馏段半焦的排出和自身的重力缓缓下行，到达干馏段。预热干燥后的煤料在干馏段经干馏室12两侧的传热室11加热到600℃左右进行热解或干馏制的固体半焦，固体半焦随自身的重力继续下行经排焦装置9排入焦锁中，最后根据工艺需要合理利用半焦，如冷却半焦送往筛焦设备或焦仓，或是直接用耐高温密闭的半焦运输装置7送往甲烷化反应器联产天然气或送往气化设备联产合成气。上述干馏室12内热解生成的荒煤气在干燥段与煤料逆向接触换热后，经干馏室12顶部的荒煤气导出管路和荒煤气出口14送往煤气净化系统净化处理。

载热气体从干燥干馏段底部的载热气体进口5输入，依次经主管2、横管22和小竖管10均匀地进入到传热室11内每根传热管18的底部。传热管18内流动的载热气体在挡板4的搅动下通过传热室—干馏室墙给干馏室12快速传热供其煤料在常压条件下快速热解或干馏，传热后的载热气体经干燥干馏段顶部的载热气体出口13送往下一工段处理。

下面以设计的一实例进一步说明。

干燥褐煤由顶部输入本发明的煤热解装置，发生低温热解反应生成荒煤气、焦油和半焦。热解生成的荒煤气与刚送入炭化室12的煤料直接逆向接触换热，换热后温度约300℃的荒煤气从该热解装置上部的荒煤气出口14排出送往净化系统净化处理。依次经排焦装置9和焦锁8排出温度约500℃的热半焦通过密封管路直接送入压力为4Mpa甲烷化反应器加氢制甲烷，甲烷化反应器反应生成的温度约720℃的高压热富甲烷气被输入本发明的热解装置与煤料逆向间接换热，煤料在常压下被快速加热到600℃发生热解，出热解装置的温度约300℃高压冷富甲烷气送往净化、变换和分离单元处理，最终得到高纯度的甲烷产品气。

本发明提供的一种载热气体用于煤热解装置，采用载热气体间接加热干馏室内的煤料进行常压热解或干馏，传热温差大和炉墙热导率高，结焦速率加快，结焦时间缩短，生产能力提高。本发明的煤热解装置用途广泛，既可用于独立生产半焦工艺，也可用于以高温半焦为原料联产高温高压气体产品气工艺，即利用该装置生产的高温半焦联产合成气、天然气等和利用联产生成的高温高压载热气体，如合成气、热富甲烷气等，快速加热煤料制半焦，充分地利用联产产品气的热能，节能减排效果显著。

Claims (4)

1.一种载热气体用于煤热解装置，包括至上而下依次连通的给料收气段、干燥干馏段和半焦收集段；其特征在于：

所述干燥干馏段（3）是传热室（11）和干馏室（12）隔置构成，干燥干馏段（3）底部设置有载热气体进口（5）；顶部设置有载热气体出口（13）；

所述传热室（11）是由两块相应的内置有若干半圆形凹槽的金属板按照凹槽相应紧固构成；其中相应的若干个半圆形凹槽合并构成若干个载热气体传热管（18），传热管（18）依次与小竖管（10）、横管（22）、主管（2）、载热气体进口（5）和载热气体出口（13）相连通，构成载热气体传热系统。

2.如权利要求1所述的载热气体用于煤热解装置，其特征在于：所述载热气体的压力为2MPa~6Mpa；载热温度为650~1200℃。

3.如权利要求1所述的载热气体用于煤热解装置，其特征在于：所述传热管（18）是内置有若干挡板（4），外形为圆形、椭圆形、或是矩形。

4.如权利要求1所述的载热气体用于煤热解装置，其特征在于：所述载热气体是合成气、富甲烷气和重整气中的一种。

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