本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種分步處理褐煤的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

褐煤是一種含氧高、含水高、易粉化、熱值低、穩(wěn)定性差、易自燃且煤化程度低的劣質(zhì)煤。傳統(tǒng)的褐煤利用方式主要是對其進行干燥后用于火力發(fā)電，未實現(xiàn)褐煤的分級分質(zhì)利用。目前，褐煤氣化制合成氣成為褐煤的主要利用方式之一，但由于褐煤的高含氧量和含水量特點，使得褐煤成漿性差、水煤漿濃度低、氣化效率差。

煤熱解被認為是最有前途的低階煤分級分質(zhì)利用方式，可將褐煤中的油氣組分提取出來，提高產(chǎn)品的附加值，但目前熱解所得的廢水處理難度大；同時，熱解焦油的輕質(zhì)組分含量低，利用困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種褐煤分步處理的系統(tǒng)及方法，集褐煤熱解、焦油催化裂解、熱解油氣過濾、產(chǎn)品分離于一體，并將制備的水焦?jié){氣化獲得合成氣，實現(xiàn)了褐煤的分級綜合利用。

本發(fā)明的目的之一是提供一種分步處理褐煤的系統(tǒng)，包括熱解爐、氣液分離裝置、水焦?jié){制備裝置、水焦?jié){氣化裝置；

所述熱解爐的腔內(nèi)設(shè)有內(nèi)筒，所述內(nèi)筒與熱解爐的爐壁之間形成集氣腔，所述熱解爐的粉煤入口位于所述內(nèi)筒的上方，所述內(nèi)筒的側(cè)壁下部設(shè)有濾孔，所述集氣腔內(nèi)設(shè)有擋板，所述擋板的上方為催化層，所述集氣腔的頂部設(shè)有熱解油氣出口，所述內(nèi)筒的底部設(shè)有第一半焦出口，所述集氣腔的底部設(shè)有第二半焦出口；

氣液分離裝置包括熱解油氣入口、冷卻水入口、熱解氣出口和油水混合物出口，所述熱解爐的熱解油氣出口連接所述氣液分離裝置的熱解油氣入口；

水焦?jié){制備裝置包括半焦入口、油水混合物入口、分散劑入口和水焦?jié){出口，所述熱解爐的第一半焦出口和第二半焦出口連接所述水焦?jié){制備裝置的半焦入口，所述氣液分離裝置的油水混合物出口連接所述水焦?jié){制備裝置的油水混合物入口；

水焦?jié){氣化裝置包括水焦?jié){入口、合成氣出口和焦渣出口，所述水焦?jié){制備裝置的水焦?jié){出口連接所述水焦?jié){氣化裝置的水焦?jié){入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述熱解爐的集氣腔內(nèi)設(shè)有過濾層，所述過濾層位于所述催化層的上方。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，在所述熱解爐的集氣腔的底部設(shè)有傾斜的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板位于所述第二半焦出口與熱解爐的爐壁之間。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述氣液分離裝置還包括廢水出口，所述廢水出口連接所述氣液分離裝置的冷卻水入口。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述水焦?jié){氣化裝置的內(nèi)腔底部設(shè)有焦渣擋板。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述系統(tǒng)處理褐煤的方法，包括以下步驟：

a、將粉狀褐煤送入熱解爐的內(nèi)筒，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解溫度750～800℃，生成荒煤氣和半焦，所述荒煤氣攜帶部分半焦通過濾孔進入集氣腔，另一部分半焦通過第一半焦出口排出；

b、所述荒煤氣和攜帶的半焦進入所述集氣腔后上升，部分所述攜帶的半焦與擋板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；所述荒煤氣通過催化層，進行焦油的催化裂解，獲得熱解油氣，所述熱解油氣由熱解油氣出口排出；

c、將所述熱解油氣通入氣液分離裝置后，通入冷卻水對所述熱解油氣進行冷卻除塵，獲得熱解氣和油水混合物；

d、將所述第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷卻后送入水焦?jié){制備裝置，將所述油水混合物送入所述水焦?jié){制備裝置，與分散劑混合，制得水焦?jié){；

e、將所述水焦?jié){送入水焦?jié){氣化裝置，在1150～1350℃進行氣化，獲得合成氣和焦渣。

優(yōu)選的，所述步驟b中，焦油的催化裂解溫度為850～900℃。

進一步的，所述步驟b中的熱解油氣通過過濾層，過濾后排出所述熱解爐。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述步驟c還產(chǎn)生廢水，將所述廢水作為冷卻水，通入所述氣液分離裝置的冷卻水入口。

優(yōu)選的，所述步驟a中的粉狀褐煤的粒度≤1mm。

本發(fā)明提供的分級處理褐煤的系統(tǒng)及方法，熱解爐集褐煤熱解、氣固分離、焦油催化裂解、熱解油氣過濾于一體，提高原料的利用率；通過焦油催化裂解，將荒煤氣中的焦油轉(zhuǎn)化為熱解氣，充分利用荒煤氣余熱，提高產(chǎn)品附加值；通過油水混合物制備水焦?jié){，并進行水焦?jié){氣化，避免了廢水的排放，進一步將其中的焦油及含塵轉(zhuǎn)化為高附加值的氣體，實現(xiàn)含塵焦油的再利用；通過煤熱解與水焦?jié){氣化的耦合，實現(xiàn)了熱解半焦的高效利用，最終實現(xiàn)了褐煤的分級分質(zhì)利用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的熱解爐的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明實施例方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明中所述的“連接”，除非另有明確的規(guī)定或限定，應(yīng)作廣義理解，可以是直接相連，也可以是通過中間媒介相連。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種分步處理褐煤的系統(tǒng)，包括熱解爐1、氣液分離裝置2、水焦?jié){制備裝置3和水焦?jié){氣化裝置4。本實施例的系統(tǒng)可在熱解爐1內(nèi)對焦油催化裂解，半焦和油水混合物用于制備水焦?jié){，避免了污水的排放，實現(xiàn)了焦油的再利用。

如圖2所示，熱解爐1為褐煤的熱解裝置，可將粉狀褐煤熱解為固體、液體和氣體產(chǎn)物。熱解爐1由爐壁11圍成一個封閉的腔，熱解爐1的頂部和底部為錐形，中部為圓柱形。在熱解爐的腔內(nèi)設(shè)有內(nèi)筒12，內(nèi)筒12將熱解爐內(nèi)分隔為兩個腔，內(nèi)筒12內(nèi)的腔為熱解腔，內(nèi)筒12與熱解爐的爐壁11之間形成集氣腔。

在熱解爐的內(nèi)筒12的上方爐頂上設(shè)有粉煤入口101，粉狀褐煤由粉煤入口101進入熱解爐內(nèi)。粉煤入口101連接有圓盤式固體分布器18，便于粉煤的均勻分布。內(nèi)筒12內(nèi)腔的溫度為750～800℃，褐煤在內(nèi)筒12內(nèi)受熱，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解時間6～9s(秒)，生成半焦和荒煤氣，荒煤氣為氣體和焦油的混合物。

在內(nèi)筒12的側(cè)壁下部設(shè)有濾孔105，內(nèi)筒12內(nèi)的荒煤氣通過濾孔105進入集氣腔，濾孔105的大小為100目～200目。在內(nèi)筒12的爐體底部設(shè)有第一半焦出口103，內(nèi)筒的絕大部分半焦通過第一半焦出口103排出熱解爐1。少部分的小顆粒半焦隨荒煤氣通過濾孔105進入集氣腔。

集氣腔的頂部設(shè)有熱解油氣出口102，荒煤氣進入集氣腔后上升。在集氣腔內(nèi)設(shè)有擋板13，擋板13固定在爐壁11的內(nèi)側(cè)或內(nèi)筒12的外側(cè)，位于濾孔105的上方。隨著荒煤氣的上升，其攜帶的半焦顆粒與擋板13發(fā)生碰撞，半焦顆粒下落到爐底。在集氣腔的底部設(shè)有第二半焦出口104，集氣腔內(nèi)下落的半焦由第二半焦出口104排出。在第二半焦出口104與爐壁11之間設(shè)有導(dǎo)流板16，導(dǎo)流板16傾斜設(shè)置，下落的半焦落在導(dǎo)流板16上，沿著導(dǎo)流板16可直接滑動到第二半焦出口104附近。

在集氣腔內(nèi)，擋板13的上方設(shè)有催化層14，在催化層14包含塊狀焦油裂解催化劑(所述催化劑為活性炭、生石灰、白云石中的一種)，促進焦油的催化裂解。上升的荒煤氣通過擋板13后進入催化層14，荒煤氣中的焦油在850～900℃發(fā)生裂解，獲得熱解油氣。

熱解爐的集氣腔內(nèi)還設(shè)有過濾層15，過濾層15位于催化層14的上方。過濾層15的材質(zhì)為蜂窩狀陶瓷過濾材料，熱解油氣通過過濾層15，可進一步過濾其中的固體顆粒。過濾后的熱解油氣通過熱解油氣出口102排出熱解爐。

在熱解爐的內(nèi)筒12和集氣腔內(nèi)均安裝有加熱器17，為熱解和焦油的裂解提供熱能。本實施例的加熱器17為蓄熱式輻射管，可更好的為熱解爐提供能量。

本實施例的熱解爐集褐煤熱解、氣固分離、焦油催化裂解、熱解油氣過濾于一體，提高原料的利用率。通過焦油催化裂解，將荒煤氣中的焦油轉(zhuǎn)化為熱解氣，充分利用荒煤氣余熱，提高產(chǎn)品附加值。

氣液分離裝置2為水噴淋裝置，用于熱解油氣的冷卻除塵。氣液分離裝置2包括熱解油氣入口21、冷卻水入口22、熱解氣出口23和油水混合物出口24和廢水出口25。熱解爐的熱解油氣出口102連接氣液分離裝置的熱解油氣入口21。熱解油氣由熱解油氣入口21進入氣液分離裝置2，由冷卻水入口22向氣液分離裝置2內(nèi)注入冷卻水。冷卻水入口22位于氣液分離裝置2的頂部，熱解油氣進入氣液分離裝置2后，與冷卻水接觸。其中的粉塵和焦油隨冷卻水落下，獲得的熱解氣由熱解氣出口23排出，將熱解氣送入儲藏裝置進行儲藏。落下的油水混合物由油水混合物出口24排出。

優(yōu)選的，本實施例的廢水出口25連接氣液分離裝置的冷卻水入口22。排出氣液分離裝置2的廢水，可作為冷卻水再次進入氣液分離裝置2，實現(xiàn)水的循環(huán)利用，調(diào)節(jié)氣液分離裝置2內(nèi)的水位。

水焦?jié){制備裝置3為機械攪拌混合裝置，用于水焦?jié){的制備，包括半焦入口31、油水混合物入口32、分散劑入口33和水焦?jié){出口34。熱解爐的第一半焦出口103和第二半焦出口104連接水焦?jié){制備裝置的半焦入口31，氣液分離裝置的油水混合物出口24連接水焦?jié){制備裝置的油水混合物入口32。熱解爐1產(chǎn)生的半焦經(jīng)冷卻后進入水焦?jié){制備裝置3，向水焦?jié){制備裝置3內(nèi)添加分散劑，氣液分離裝置2產(chǎn)生的油水混合物進入水焦?jié){制備裝置3，與半焦和分散劑混合，制得水焦?jié){。分散劑的添加量為半焦質(zhì)量的0.1％-1.0％，制得的水焦?jié){的濃度為60-70％。

水焦?jié){氣化裝置4為水焦?jié){氣化爐，用于利用水焦?jié){制備合成氣。水焦?jié){氣化裝置包括水焦?jié){入口41、富氧氣體入口42、合成氣出口43、激冷劑入口44和焦渣出口47。水焦?jié){入口41和富氧氣體入口42設(shè)置在水焦?jié){氣化裝置4的頂部，以便水焦?jié){與富氧氣體的充分混合。水焦?jié){制備裝置的水焦?jié){出口34連接水焦?jié){氣化裝置的水焦?jié){入口41。水焦?jié){在水焦?jié){氣化裝置4內(nèi)氣化，氣化溫度1150～1350℃，氣化壓力2.5～10mpa。獲得的合成氣由合成氣出口43進行收集，焦渣由焦渣出口47排出。

優(yōu)選的，在水焦?jié){氣化裝置4內(nèi)腔的底部設(shè)有焦渣擋板45和焦渣刮板46。焦渣擋板45傾斜設(shè)置，焦渣擋板45與水平夾角為30-75°，可將焦渣導(dǎo)流至焦渣出口47。焦渣刮板46位于焦渣擋板45上方，設(shè)置在焦渣擋板45與水焦?jié){氣化裝置4的側(cè)壁的連接處，可進行旋轉(zhuǎn)刮除焦渣擋板45上殘留的焦渣。

本實施例通過油水混合物制備水焦?jié){，并進行水焦?jié){氣化，避免了廢水的排放，進一步將其中的焦油及含塵轉(zhuǎn)化為高附加值的氣體，實現(xiàn)含塵焦油的再利用；通過煤熱解與水焦?jié){氣化的耦合，實現(xiàn)了熱解半焦的高效利用，最終實現(xiàn)了褐煤的分級分質(zhì)利用。

如圖3所示，另一方面，本實施例提供一種利用上述系統(tǒng)處理褐煤的方法，包括以下步驟：

1、將粒度≤1mm的粉狀褐煤送入熱解爐的內(nèi)筒，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解溫度750～800℃，時長6～9s，生成荒煤氣和半焦，荒煤氣攜帶部分半焦通過濾孔進入集氣腔，另一部分半焦通過第一半焦出口排出。

2、荒煤氣和攜帶的半焦進入集氣腔后上升，部分攜帶的半焦與擋板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤氣通過催化層，進行焦油的催化裂解，催化裂解溫度為850～900℃，獲得熱解油氣，熱解油氣通過過濾層進一步過濾，之后由熱解油氣出口排出。

3、將熱解油氣通入氣液分離裝置后，通入冷卻水對熱解油氣進行冷卻除塵，獲得熱解氣、油水混合物和廢水。

4、將第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷卻后送入水焦?jié){制備裝置，將油水混合物送入水焦?jié){制備裝置，與分散劑混合，制得水焦?jié){；分散劑的添加量為半焦質(zhì)量的0.1～1％。

5、將水焦?jié){送入水焦?jié){氣化裝置，在1150～1350℃進行氣化，氣化壓力2.5～10mpa，獲得合成氣和焦渣。

優(yōu)選的，在步驟3中，將廢水作為冷卻水，通入氣液分離裝置的冷卻水入口。

實施例1

1、將褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解爐的內(nèi)筒，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解溫度750℃，時長9s，生成荒煤氣和半焦，荒煤氣攜帶部分半焦通過濾孔進入集氣腔，另一部分半焦通過第一半焦出口排出。

2、荒煤氣和攜帶的半焦進入集氣腔后上升，部分攜帶的半焦與擋板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤氣通過催化層，進行焦油的催化裂解，催化裂解溫度為900℃，獲得熱解油氣，熱解油氣通過過濾層進一步過濾，之后由熱解油氣出口排出。

3、將熱解油氣通入氣液分離裝置后，通入冷卻水對熱解油氣進行冷卻除塵，獲得熱解氣、油水混合物和廢水；將廢水作為冷卻水，通入氣液分離裝置的冷卻水入口。

4、將第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷卻后送入水焦?jié){制備裝置，將油水混合物送入水焦?jié){制備裝置，與分散劑混合，制得水焦?jié){；分散劑的添加量為半焦質(zhì)量的0.5％，制得水焦?jié){的濃度為63％。

5、將水焦?jié){送入水焦?jié){氣化裝置，在1200℃進行氣化，氣化壓力3mpa，獲得合成氣和焦渣。

實施例2

1、將褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解爐的內(nèi)筒，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解溫度800℃，時長6s，生成荒煤氣和半焦，荒煤氣攜帶部分半焦通過濾孔進入集氣腔，另一部分半焦通過第一半焦出口排出。

2、荒煤氣和攜帶的半焦進入集氣腔后上升，部分攜帶的半焦與擋板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤氣通過催化層，進行焦油的催化裂解，催化裂解溫度為850℃，獲得熱解油氣，熱解油氣通過過濾層進一步過濾，之后由熱解油氣出口排出。

3、將熱解油氣通入氣液分離裝置后，通入冷卻水對熱解油氣進行冷卻除塵，獲得熱解氣、油水混合物和廢水；將廢水作為冷卻水，通入氣液分離裝置的冷卻水入口。

4、將第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷卻后送入水焦?jié){制備裝置，將油水混合物送入水焦?jié){制備裝置，與分散劑混合，制得水焦?jié){；分散劑的添加量為半焦質(zhì)量的0.1％，制得水焦?jié){的濃度為60％。

5、將水焦?jié){送入水焦?jié){氣化裝置，在1150℃進行氣化，氣化壓力2.5mpa，獲得合成氣和焦渣。

實施例3

1、將褐煤干燥后破碎至粒度≤1mm，將粉狀褐煤送入熱解爐的內(nèi)筒，發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解溫度780℃，時長8s，生成荒煤氣和半焦，荒煤氣攜帶部分半焦通過濾孔進入集氣腔，另一部分半焦通過第一半焦出口排出。

2、荒煤氣和攜帶的半焦進入集氣腔后上升，部分攜帶的半焦與擋板碰撞后下落，由第二半焦出口排出；荒煤氣通過催化層，進行焦油的催化裂解，催化裂解溫度為870℃，獲得熱解油氣，熱解油氣通過過濾層進一步過濾，之后由熱解油氣出口排出。

3、將熱解油氣通入氣液分離裝置后，通入冷卻水對熱解油氣進行冷卻除塵，獲得熱解氣、油水混合物和廢水；將廢水作為冷卻水，通入氣液分離裝置的冷卻水入口。

4、將第一半焦出口和第二半焦出口排出的半焦冷卻后送入水焦?jié){制備裝置，將油水混合物送入水焦?jié){制備裝置，與分散劑混合，制得水焦?jié){；分散劑的添加量為半焦質(zhì)量的1％，制得水焦?jié){的濃度為70％。

5、將水焦?jié){送入水焦?jié){氣化裝置，在1350℃進行氣化，氣化壓力10mpa，獲得合成氣和焦渣。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。