廣西正路新型煤干餾技術簡介
煤干餾,是指煤在隔絕空氣條件下加熱分解,生成焦炭、煤焦油、烴類煤氣等化學變化過程。按加熱溫度的不同,煤干餾分為三種情形:500~600℃為低溫干餾,700~900℃為中溫干餾,900~1100℃為高溫干餾。低溫干餾的主要目的是為了獲取更多的煤焦油,這種煤焦油比高溫焦油含有較多烷烴。高溫干餾主要目的是生產冶金焦炭,焦炭的主要成分是固定碳。其熱分解反應激烈,形成了更多的荒煤氣,出油率降低。
廣西正路機械科技股份有限公司分體式熱解爐工藝,采用的是最新的專利技術“連續(xù)式物質熱分解處理系統(tǒng)”裝置。根據煤種不同或者成品要求不同可以選擇單爐、雙爐、三爐串聯。分段爐體的設計目的是更方便、準確控制每一段的溫度,用不同的溫度提取相應的物質。和其他爐體工藝專吃粒子煤不同,其特點是專吃粉煤,從原料上形成差異性優(yōu)勢,既降低原材料成本,也大大提高了國家資源利用率。爐體工藝采用低溫干餾模式,熱解溫度低可以減少焦油的二次分解,因此出油率比較高(試驗中出油率基本上穩(wěn)定在13~15%,比傳統(tǒng)工藝8~9%的出油率提高了50%),其次是溫度低形成的荒煤氣少,減少能耗及碳排放,減少污染物形成和排出。爐體采用間接加熱,得以精準控制工作溫度,避免了煤粉溫度不均帶來的熱解紊亂,最終減少污染物析出,另外也便于粉焦質量的調控,粉焦出品率高,而且是無水狀態(tài)。本工藝技術還大幅減少了水的消耗,自身產生的冷凝水就可以自給自足。
2022年的試驗數據:
<技術發(fā)展軌跡>
廣西正路早在2012年就開始路用橡膠粉的研究生產,伴隨著廢舊橡膠再生研究。直至2021年底終于研制成功“連續(xù)式物質熱分解處理系統(tǒng)”,并成功申請了國家專利。該技術應用于各種物質的熱分解處理,如煤干餾生產、廢舊輪胎再生,污泥、高濃度污水等環(huán)保處理。從已經建成的廢舊橡膠再生生產線看,無論是單機產能、再生膠品質,環(huán)保友好方面都遙遙領先業(yè)界,具有非常好的技術優(yōu)勢及成本優(yōu)勢。
在重要人士的提議下,于2022年進行煤干餾應用試驗。通過整整一年的小型樣機生產,小試、中試生產,該技術在煤干餾領域也有了非常出色的表現,出油率提高了50%、粉焦出品率提高了40%,粉焦質量好,無水、熱值高。該工藝碳排放降低20%、環(huán)保友好方面也有較大的改善。
<世界煤干餾各工藝列舉>
國內典型工藝
★國內在魯奇三段爐的基礎上,開發(fā)了不同類型的內熱立式干餾爐,主要用于低變質煤低溫熱解,熱載體以氣體為主,不適用于中等粘結性或高粘結性的煙煤。三段爐流程如圖所示。20~80mm的褐煤或型煤沿爐中下行,氣流逆向通入進行熱解。對粉狀的褐煤和煙煤要預先壓塊,熱解過程分為上、中、下三段即干燥和預熱段、熱解段、半焦冷卻段。在上段循環(huán)熱氣流把煤干燥并預熱到150℃;在中段熱氣流把煤加熱到500~850℃,進行熱解。在下段半焦被循環(huán)氣流冷卻到100~150℃,最后排出。在我國的對三段爐的改造設計中,比較有代表性的是陜西神木縣三江煤化工有限責任公司設計的SJ低溫干餾方爐。
★中國煤炭科學研究總院北京煤化所多段回轉爐熱解工藝的主體是3臺串聯的臥式回轉爐。制備好的原煤(6~30mm)在干燥爐內直接干燥,脫水率不小于70%。干燥煤在熱解爐中被間接加熱。熱解溫度550~750℃,熱解揮發(fā)產物從專設的管道導出,經冷凝回收焦油。熱半焦在三段熄焦爐中用水冷卻排出。
★大連理工大學開發(fā)成功的固體熱載體新法干餾DG工藝流程如圖9所示。該工藝主要由煤干燥及提升、半焦流化燃燒及提升、煤焦混合、煤干餾、焦油及煤氣的回收系統(tǒng)等部分組成。熱解產生的半焦為熱載體,存于集合槽。 將小于6mm的粉煤和半焦槽800 ℃的粉煤焦按一定的焦煤比分別經給料器進入混合器,混和溫度550~650 ℃。熱解半焦在提升過程中加熱,通過半焦儲槽后進入反應器循環(huán)使用。由于混合迅速而均勻,物料粒度小,高溫的半焦將熱量傳給原料粒子,加熱速度很快,煤可發(fā)生快速熱分解反應。由于煤粒熱解產生的揮發(fā)物引出很快,二次熱解作用較輕,故新法干餾煤焦油產率較高。
★濟南鍋爐廠朱國防等開發(fā)了以循環(huán)流化床循環(huán)灰作為固體熱載體將煤熱解的“多聯產”工藝,于1992年建成了干餾煤量150kg/h的熱態(tài)試驗裝置并對包括煙煤和褐煤的5個煤種進行了試驗。在此基礎上濟南鍋爐廠與北京水利電力經濟研究所等單位合作于1995年在遼源市進行了工業(yè)性試驗。用35t/h循環(huán)流化床鍋爐與移動床干餾爐匹配,干餾爐的處理能力為615t/h,占鍋爐總耗煤量的80 %?;业难h(huán)系統(tǒng)采用雙回路,一路引入干餾爐作為固體熱載體與煤進行熱交換后變成半焦進入爐膛,另一路直接返回循環(huán)流化床鍋爐爐膛。其作用一是當干餾系統(tǒng)停止時鍋爐可正常運行;二是對進入干餾爐的灰量進行調節(jié),以滿足干餾原煤時的熱量平衡。由于該工藝中熱解半焦要通過半焦絞龍向上輸送回燃燒室內往往會發(fā)生半焦輸送閥磨損、管路堵塞等故障。
★中國科學院過程工程研究所開發(fā)的“煤拔頭”工藝如圖所示。該工藝由下行床與循環(huán)流化床的耦合實現。煤粉從下行床的頂部加入,與來自提升管的循環(huán)熱會強烈混合升溫,在常壓、較低溫度(550~700 ℃) 、無氫氣、無催化劑的條件下,實現快速熱解。生成的氣相產品在下行管的底部通過快速分離器分離后,進入急冷器進行快速冷卻,最終得到液體產品。
★浙江大學流化床熱解多聯產技術工藝技術(ZDL工藝)流程。系統(tǒng)由燃燒室、氣化爐、返料器、汽水系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)和焦油回收系統(tǒng)等部分組成,主要用于完成熱解、氣化、燃燒分級轉化、焦油收集等工藝。煤首先進入氣化爐內熱解,產生的煤氣經凈化后,一部分輸出民用,另一部分送入流化床氣化爐作為流化介質。氣化爐中的半焦及放熱后的循環(huán)熱灰通過返料裝置進入循環(huán)流化床鍋爐,半焦燃燒產生的蒸汽用于發(fā)電、供熱;氣化爐內煤熱解反應所需熱量由循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)熱灰提供,流化介質采用的是低溫凈化后的再循環(huán)煤氣或過熱蒸汽。該技術的關鍵是保證大量固體循環(huán)物料在流化床鍋爐燃燒室和氣化爐之間循環(huán)而沒有氣體串通。
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國外典型工藝
★Garrent工藝最初由美國Garrent公司開發(fā),其工藝過程為:將煤粉碎至200目以下,用高溫半焦(650℃~870℃)作為熱載體將煤粉在兩秒鐘內加熱到500℃以上,由于停留時間很短有效地防止了焦油的二次分解。高揮發(fā)分的煙煤在此溫度下的油產率最高可達干煤的35%。該工藝用部分半焦作為熱載體實現煤的快速加熱,有效地防止了焦油的二次分解,但生成的焦油和細顆粒的半焦附著在旋風分離器和冷卻管路的內壁,影響系統(tǒng)的長期運行。
★TOSCOAL工藝是由美國油頁巖公司開發(fā)的用陶瓷球作為熱載體的煤炭低溫熱解方法,其工藝流程如圖所示。將6mm 以下的粉煤加入提升管中利用熱煙氣將其預熱進入旋轉滾筒與被加熱的高溫瓷球混合,熱解溫度保持在300℃。煤氣與焦油蒸氣由分離器的頂部排出,進入氣液分離器進一步分離熱球與半焦通過分離器內的轉鼓分離,細的焦渣落入篩下瓷球通過斗式提升機送入球加熱器循環(huán)使用。由于瓷球被反復加熱循環(huán)使用,在磨損性上存在問題此外粘結性煤在熱解過程中會粘附在瓷球上因此僅有非粘結性煤和弱粘結性煤可用于該工藝。
★魯奇和魯爾公司開發(fā)的LR工藝流程如圖所示。煤與循環(huán)熱半焦一起在機械攪拌的干餾爐中混合,干餾溫度為480℃~570℃,產生的半焦一部分用作燃料,一部分被循環(huán)使用,煤氣與焦油蒸氣進入分離系統(tǒng)進行分離。該工藝利用部分循環(huán)半焦與煤進行熱交換,而且燃燒熱解氣體用于煤的干燥,因此整個過程具有較高的熱效率。但由于大量焦渣顆排出,如用粘結性煤,則會因焦油和粒子的凝集而引起故障,該工藝采用機械攪拌對煤和熱半焦進行混合,磨損和設備放大等方面存在問題。該工藝也適合于用砂子作為熱載體將重油熱解的過程,并在德國、日本、中國等國家已建成使用。
★日本煤炭快速熱解工藝流程如圖所示。原料經干燥,并被磨細到80%小于0.074mm后,用氮氣或熱解產生的氣體密相輸送經加料器噴入反應的熱解段由下段所生高溫氣快速加使之在600℃~950℃和0.3MPa下于幾秒內快速熱解,產生氣態(tài)和液態(tài)產物和固體半焦。在熱解段內,氣態(tài)和固態(tài)產物同時向上流動,固體半焦經高溫旋風分離器從高溫氣體中分離出來后 ,部分返回反應器的氣化段與氧氣和水蒸1500℃~1650℃和0.3MPa下發(fā)生氣化反應。其余半焦經換熱器回收余熱,作為固體半焦產品。高溫氣體經間接式換熱器回收余熱后,再經脫苯、脫硫、脫氨以及其它凈化處理后,作為氣態(tài)產品。煤氣冷卻過程中產生的焦油和凈化過程中產生苯類作為主要液態(tài)產品。
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★英國的Cranfield大學設計了氣化/燃燒/熱解耦合的多聯產系統(tǒng)用來處理油頁巖,如圖所示。一定量的油頁巖(粒徑大于6mm)分別送到氣化爐和干餾爐,氣化爐用空氣氣化,產生低熱值煤氣送往燃氣輪機發(fā)電。未氣化的油頁巖及小于6mm 的細顆粒油頁巖被送到循環(huán)流化床燃燒爐,產生蒸汽帶動蒸汽輪機發(fā)電。干餾爐的熱量來自循環(huán)流化床的循環(huán)灰,干餾溫度通過循環(huán)倍率和循環(huán)灰溫度控制。干餾爐產生的中熱值煤氣(2024MJ/kg)可用于燃氣輪機發(fā)電或作為合成氣源,也可代替天然氣用作電站燃料。干餾產生的油頁巖半焦送到循環(huán)流化床燃燒。
水穩(wěn)層混合料超過1200萬噸,瀝青混合料700萬噸以上;累計完成高速公路路面施工320公里、一級 二級公路路面100公里、市政道路路面350公里。