本實(shí)用新型屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤炭分質(zhì)梯級(jí)利用的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國(guó)已探明的煤炭?jī)?chǔ)量中，中低階煤炭占比55％以上，而中低階煤炭中含有較高的揮發(fā)分，若直接利用會(huì)造成資源的浪費(fèi)，因此通過(guò)工藝耦合實(shí)現(xiàn)中低階煤炭的分質(zhì)梯級(jí)利用是中低階煤炭高效清潔利用的重要途徑。煤熱解是在一定的溫度、絕氧環(huán)境下對(duì)煤進(jìn)行加熱，從而使煤中的揮發(fā)份分解，產(chǎn)生熱解固體、熱解氣和焦油的過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)煤炭分質(zhì)梯級(jí)利用的關(guān)鍵步驟。

現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道，粉狀的中低階煤與粉狀生石灰混合壓球后經(jīng)旋轉(zhuǎn)床熱解可得高溫活性球團(tuán)，直接熱送進(jìn)電石爐進(jìn)行電石生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)煤熱解與電石生產(chǎn)工藝的耦合，不僅能充分利用熱解固體的顯熱，生產(chǎn)低成本電石，且副產(chǎn)大量高附加值的油氣產(chǎn)品。重要的是，氧化鈣的存在，可大大提高熱解氣中氫氣的含量。但在該專利中，電石生產(chǎn)采用電熱法，因此在熱解前必須對(duì)中低階煤粉和生石灰進(jìn)行成型，導(dǎo)致工藝流程長(zhǎng)、成型過(guò)程成本高等問(wèn)題，且未涉及到熱解產(chǎn)生的高溫油氣的利用方式。

與此同時(shí)，煤加氫氣化是指使原煤粉與含氫反應(yīng)氣體在高溫、高壓條件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反應(yīng)生成富含甲烷的氣體以及輕質(zhì)油品的過(guò)程。與傳統(tǒng)的煤氣化相比，煤加氫氣化具有工藝簡(jiǎn)單、熱效率高、污染小的特點(diǎn)，因而受到廣泛地關(guān)注和應(yīng)用。但是，氫氣的價(jià)格昂貴，尋找氫氣的可替代氣氛成為許多研究者的關(guān)注點(diǎn)；同時(shí)，目前的加氫氣化爐一般采用冷卻水進(jìn)行激冷，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的廢水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在通過(guò)工藝耦合，將煤粉與鈣基原料在預(yù)熱爐內(nèi)熱解產(chǎn)生的油氣產(chǎn)品以及熱解固體進(jìn)行有效利用，提高系統(tǒng)熱利用率的同時(shí)，真正實(shí)現(xiàn)煤炭的分質(zhì)梯級(jí)利用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出了一種煤炭分質(zhì)梯級(jí)利用的系統(tǒng)，包括熱解單元、油氣分離凈化單元、加氫氣化單元以及電石冶煉單元；其中，

所述熱解單元包括煤粉與鈣基原料混合物料入口、荒煤氣出口和高溫混合粉料出口，所述熱解單元用于煤粉與鈣基原料的高溫?zé)峤?；所述熱解單元使用的裝置為無(wú)熱載體蓄熱式下行床，所述無(wú)熱載體蓄熱式下行床內(nèi)部設(shè)置多層蓄熱式輻射管；

所述油氣分離凈化單元設(shè)有荒煤氣入口、循環(huán)冷卻水入口、循環(huán)冷卻水出口、輕油出口、凈煤氣出口以及重質(zhì)焦油出口，所述荒煤氣入口和所述荒煤氣出口相連，所述油氣分離凈化單元用于對(duì)荒煤氣進(jìn)行處理得到凈煤氣、重質(zhì)焦油和輕質(zhì)焦油；

所述加氫氣化單元包括煤粉噴嘴、凈煤氣噴嘴、焦油噴嘴、焦渣出口以及油氣出口，所述凈煤氣噴嘴和所述凈煤氣出口相連，所述焦油噴嘴與所述重質(zhì)焦油出口相連；在所述加氫氣化單元，所述重質(zhì)焦油用作激冷劑，所述凈煤氣作為氫源與煤發(fā)生加氫氣化反應(yīng)；

所述電石冶煉單元包括高溫混合粉料入口、氧氣噴嘴、電石爐氣出口和電石出口，所述高溫混合粉料入口和所述高溫混合粉料出口相連，所述電石冶煉單元用于對(duì)熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料進(jìn)行冶煉。

具體地，所述油氣分離凈化單元使用的裝置為水噴淋裝置。所述加氫氣化單元使用的裝置是氣化爐。所述電石冶煉單元使用的裝置為氣流床。

進(jìn)一步地，所述凈煤氣噴嘴個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)，對(duì)稱排列在煤粉噴嘴的四周。

每層所述蓄熱式輻射管圍繞下行床四周平行且均勻分布，每個(gè)所述蓄熱書(shū)輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個(gè)蓄熱式輻射管平行且沿所述下行床的本體高度方向上錯(cuò)開(kāi)分布。

具體地，所述水噴淋裝置內(nèi)的冷卻水入口管上設(shè)置有多個(gè)噴嘴，所述噴嘴交錯(cuò)排列，所述冷卻水入口管垂直方向上設(shè)有擋板，且所述擋板的低端位于所述凈煤氣出口的下方。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括保溫輸送裝置，所述高溫混合粉料入口通過(guò)保溫輸送裝置與所述高溫混合粉料出口相連，所述高溫輸送裝置為保溫桶或保溫鏈板。

本實(shí)用新型通過(guò)工藝耦合，將煤粉與鈣基原料在預(yù)熱爐內(nèi)熱解產(chǎn)生的油氣產(chǎn)品以及熱解固體進(jìn)行有效利用，提高系統(tǒng)熱利用率的同時(shí)，真正實(shí)現(xiàn)煤炭的分質(zhì)梯級(jí)利用。本實(shí)用新型利用粉狀煤與鈣基原料在快速熱解爐內(nèi)共熱解所得熱解氣品質(zhì)高、含氫量高的優(yōu)勢(shì)，將其作為煤加氫氣化的氫氣來(lái)源，降低氫氣來(lái)源的成本；熱解產(chǎn)生的固體混合物料可直接熱送進(jìn)氣流床，采用氧熱法進(jìn)行電石生產(chǎn)，降低電石生產(chǎn)的能耗；同時(shí)，直接利用熱解產(chǎn)生的焦油作為加氫氣化爐的激冷劑，減少?gòu)U水產(chǎn)生的同時(shí)，將重質(zhì)焦油再次裂解得輕質(zhì)焦油。實(shí)現(xiàn)了熱解產(chǎn)品的高效利用。

采用本實(shí)用新型的系統(tǒng)，取得了以下效果：

(1)熱解過(guò)程、加氫氣化過(guò)程以及電石生產(chǎn)過(guò)程均以粉狀中低階煤和鈣基原料為原料，原料成本低、物料接觸面積大、反應(yīng)速率快。同時(shí)，煤粉快速熱解過(guò)程中因?yàn)殁}基原料的催化作用，使得熱解氣中的氫氣含量顯著提高，有利于其作為加氫熱解反應(yīng)的氫源；

(2)采用無(wú)熱載體蓄熱式下行床對(duì)鈣基原料和煤粉混合物料進(jìn)行熱解，不僅可以提高熱利用率，還可提高熱解氣體的品質(zhì)；

(3)熱解產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)凈化后作為加氫熱解單元的氫氣來(lái)源，可顯著降低加氫氣化反應(yīng)中氫源的成本；

(4)熱解產(chǎn)生的焦油經(jīng)冷卻后無(wú)需預(yù)處理直接作為激冷劑噴入加氫氣化反應(yīng)爐，在降低氣化反應(yīng)產(chǎn)物溫度的同時(shí)，發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，充分利用加氫氣化反應(yīng)產(chǎn)物的顯熱，并提高焦油的附加值；

(5)熱解產(chǎn)生的高溫混合粉料經(jīng)密閉保溫輸送裝置，直接入氣流床，可充分利用熱解固體的顯熱，進(jìn)一步降低電石生產(chǎn)的能耗；

(6)熱解后混合粉料在氣流床內(nèi)采用氧熱法生產(chǎn)電石，省掉電熱法生產(chǎn)過(guò)程所需的成型工段，縮短工藝流程、降低電石生產(chǎn)溫度。

本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的生產(chǎn)工藝流程圖；

圖2是本實(shí)用新型的生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。

本實(shí)用新型提出了一種中低階煤分質(zhì)梯級(jí)利用的方法，如圖1，包括以下步驟：

第一步：煤粉與鈣基原料共熱解：即將煤粉與鈣基原料混合物料通過(guò)皮帶輸送機(jī)送入快速熱解爐，高溫?zé)峤獾玫交拿簹饧案邷鼗旌戏哿?；其中，快速熱解爐為蓄熱式無(wú)熱載體下行床；煤粉與鈣基原料的粒度均≤6mm；熱解溫度為550-800℃，熱解時(shí)間即物料由爐頂落至爐底的時(shí)間，大約6s-10s；

第二步：油氣分離凈化：熱解產(chǎn)生的荒煤氣進(jìn)入油氣分離凈化單元，經(jīng)過(guò)水噴淋降溫除塵后的凈煤氣被輸送并噴入加氫氣化爐內(nèi)與煤粉混合，進(jìn)行加氫氣化反應(yīng)；噴淋后的油水混合物經(jīng)油水分離后，焦油被作為激冷劑噴入氣化爐，水循環(huán)利用；

第三步：煤粉加氫氣化：以凈化單元送來(lái)的凈煤氣作為氫源，與煤粉發(fā)生加氫氣化反應(yīng)，得到富甲烷氣和輕質(zhì)焦油。加氫氣化的反應(yīng)器為氣化爐；氣化溫度為800-1000℃；氣化時(shí)間小于2s；

第四步：電石生產(chǎn)：預(yù)熱爐熱解產(chǎn)生的高溫固體粉料經(jīng)保溫密閉輸送裝置送入氣流床，在氣流床內(nèi)加熱到1750-2000℃，冶煉制得液態(tài)電石及電石爐氣。

本實(shí)用新型提出了一種實(shí)現(xiàn)中低階煤分質(zhì)梯級(jí)利用的系統(tǒng)，如圖2：

本實(shí)用新型所描述的實(shí)現(xiàn)中低階煤分質(zhì)梯級(jí)利用的系統(tǒng)由粉料快速熱解單元1、油氣分離凈化單元2、加氫氣化單元3、高溫固體輸送單元4以及氧熱法電石冶煉單元5組成。

混合粉料快速熱解單元1的裝置可以是無(wú)熱載體蓄熱式下行床，包括煤粉與鈣基原料混合物料入口11、荒煤氣出口12和熱解固體出口13；所述煤粉與生石灰混合物料入口通過(guò)皮帶輸送機(jī)與強(qiáng)力混料機(jī)相連(未畫(huà)出)；所述強(qiáng)力混料機(jī)分別通過(guò)皮帶輸送機(jī)與煤粉及鈣基原料的儲(chǔ)倉(cāng)相連(未畫(huà)出)。

所述無(wú)熱載體蓄熱式下行床內(nèi)部設(shè)置多層蓄熱式輻射管，每層所述蓄熱式輻射管圍繞下行床四周平行且均勻分布，每個(gè)所述蓄熱書(shū)輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個(gè)蓄熱式輻射管平行且沿所述下行床的本體高度方向上錯(cuò)開(kāi)分布。

油氣分離凈化單元2的裝置可以是水噴淋裝置，設(shè)有荒煤氣入口21、循環(huán)冷卻水入口22、循環(huán)冷卻水出口23、輕油出口25、凈煤氣出口26以及重質(zhì)焦油出口27；

所述荒煤氣入口21與預(yù)熱爐熱解單元1的荒煤氣出口12相連；所述冷卻水入口管上設(shè)置有多個(gè)噴嘴24；所述噴嘴的方向交錯(cuò)排列，以保證冷卻水與荒煤氣的充分接觸；所述噴淋塔內(nèi)與冷卻水入口管垂直方向設(shè)置擋板，且擋板的低端位于凈煤氣出口26的下方，進(jìn)一步保證冷卻水與荒煤氣的充分接觸；

加氫氣化單元3的裝置可以是氣化爐，設(shè)有煤粉噴嘴31、凈煤氣噴嘴32、焦油噴嘴33、油氣出口34以及焦渣出口35；所述凈煤氣噴嘴32與油氣分離凈化單元2的凈煤氣出口26相連；所述焦油噴嘴33與所述油氣分離凈化單元2的重質(zhì)焦油出口27相連；所述凈煤氣噴嘴32的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，對(duì)稱排列在煤粉噴嘴31的四周，便于凈煤氣與煤粉進(jìn)行充分的混合；所述焦油噴嘴33的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，對(duì)稱排列在氣化爐四周；

高溫固體輸送單元4的裝置是密閉保溫罐或密閉保溫輸送鏈板。保溫材料的耐溫溫度為900℃以上；

電石冶煉單元5的裝置可以是氣流床，設(shè)有高溫混合粉料入口51、富氧氣體噴嘴52、電石爐氣出口53和電石出口54；所述高溫混合粉料入口51與密閉保溫輸送裝置4的出口相連。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行描述，需要說(shuō)明的是，實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

利用本實(shí)用新型的系統(tǒng)，將粒度小于6mm的粉狀中低階煤粉和電石渣用皮帶輸送機(jī)送入無(wú)熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\(yùn)行，并在下行過(guò)程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為700℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在水噴淋塔內(nèi)進(jìn)行除塵、凈化、分離，獲取凈煤氣、輕質(zhì)焦油以及重質(zhì)焦油；其中的凈煤氣通過(guò)噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進(jìn)行充分混合，并在850℃下進(jìn)行加氫氣化反應(yīng)，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油，凈化分離后做進(jìn)一步利用；重質(zhì)焦油通過(guò)噴嘴噴入氣化爐，作為加氫氣化反應(yīng)的激冷劑，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的富甲烷氣及半焦進(jìn)行降溫，降溫后溫度在500-650℃左右，同時(shí)重質(zhì)焦油發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，產(chǎn)生熱解氣和輕質(zhì)焦油，與加氫熱解反應(yīng)的油氣產(chǎn)品混合處理；輕質(zhì)焦油輸出后直接凈化儲(chǔ)存；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫?zé)峤夥哿辖?jīng)密閉保溫輸送設(shè)備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應(yīng)產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1850℃下產(chǎn)生電石。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與上述實(shí)施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于6mm的粉狀中低階煤粉和生石灰粉用皮帶輸送機(jī)送入無(wú)熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\(yùn)行，并在下行過(guò)程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為800℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在水噴淋塔內(nèi)進(jìn)行除塵、凈化、分離，獲取凈煤氣、輕質(zhì)焦油以及重質(zhì)焦油；其中的凈煤氣通過(guò)噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進(jìn)行充分混合，并在800℃下進(jìn)行加氫氣化反應(yīng)，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油，凈化分離后做進(jìn)一步利用；重質(zhì)焦油通過(guò)噴嘴噴入氣化爐，作為加氫氣化反應(yīng)的激冷劑，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的富甲烷氣及半焦進(jìn)行降溫，降溫后溫度在500-650℃左右，同時(shí)重質(zhì)焦油發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，產(chǎn)生熱解氣和輕質(zhì)焦油，與加氫熱解反應(yīng)的油氣產(chǎn)品混合處理；輕質(zhì)焦油輸出后直接凈化儲(chǔ)存；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫?zé)峤夥哿辖?jīng)密閉保溫輸送設(shè)備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應(yīng)產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1950℃下產(chǎn)生電石。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與上述實(shí)施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于6mm的粉狀中低階煤粉和石灰石用皮帶輸送機(jī)送入無(wú)熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\(yùn)行，并在下行過(guò)程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為550℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在水噴淋塔內(nèi)進(jìn)行除塵、凈化、分離，獲取凈煤氣、輕質(zhì)焦油以及重質(zhì)焦油；其中的凈煤氣通過(guò)噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進(jìn)行充分混合，并在1000℃下進(jìn)行加氫氣化反應(yīng)，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油，凈化分離后做進(jìn)一步利用；重質(zhì)焦油通過(guò)噴嘴噴入氣化爐，作為加氫氣化反應(yīng)的激冷劑，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的富甲烷氣及半焦進(jìn)行降溫，降溫后溫度在500-650℃左右，同時(shí)重質(zhì)焦油發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，產(chǎn)生熱解氣和輕質(zhì)焦油，與加氫熱解反應(yīng)的油氣產(chǎn)品混合處理；輕質(zhì)焦油輸出后直接凈化儲(chǔ)存；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫?zé)峤夥哿辖?jīng)密閉保溫輸送設(shè)備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應(yīng)產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度為2000℃下產(chǎn)生電石。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與上述實(shí)施例1所用系統(tǒng)一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于6mm的粉狀中低階煤粉和石灰粉用皮帶輸送機(jī)送入無(wú)熱載體蓄熱式下行床?；旌戏哿蠌南滦写驳捻敹巳肟谝揽恐亓ψ饔孟蛳逻\(yùn)行，并在下行過(guò)程中在蓄熱式輻射管的加熱下發(fā)生熱解，熱解溫度為600℃，從而獲得荒煤氣和高溫混合粉料；出爐荒煤氣在水噴淋塔內(nèi)進(jìn)行除塵、凈化、分離，獲取凈煤氣、輕質(zhì)焦油以及重質(zhì)焦油；其中的凈煤氣通過(guò)噴嘴噴入加氫氣化爐，與煤粉噴嘴噴入的煤粉進(jìn)行充分混合，并在900℃下進(jìn)行加氫氣化反應(yīng)，獲取富甲烷氣和輕質(zhì)焦油，凈化分離后做進(jìn)一步利用；重質(zhì)焦油通過(guò)噴嘴噴入氣化爐，作為加氫氣化反應(yīng)的激冷劑，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的富甲烷氣及半焦進(jìn)行降溫，降溫后溫度在500-650℃左右，同時(shí)重質(zhì)焦油發(fā)生加氫裂解反應(yīng)，產(chǎn)生熱解氣和輕質(zhì)焦油，與加氫熱解反應(yīng)的油氣產(chǎn)品混合處理；輕質(zhì)焦油輸出后直接凈化儲(chǔ)存；混合物料在下行床內(nèi)熱解產(chǎn)生的高溫?zé)峤夥哿辖?jīng)密閉保溫輸送設(shè)備加入氣流床，在氧氣與部分煤粉反應(yīng)產(chǎn)生的高溫下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1750℃下產(chǎn)生電石。