固體熱載體干餾工藝及設(shè)備課件(1)

1、固體熱載體法干餾工藝及設(shè)備1目錄序言褐煤熱解提質(zhì)的概述固體熱載體法干餾的闡述國內(nèi)外典型固體熱載體法干餾工藝褐煤固體熱載體法干餾可行性工藝的設(shè)計(jì)褐煤固體熱載體法干餾工藝設(shè)備干餾產(chǎn)品的概述及市場分析總 結(jié)2第一章 序言 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國石油消費(fèi)迅速增長，石油屬于戰(zhàn)略物資，關(guān)系到國家安全，而我國又是石油資源相對缺乏的國家，為了減少對進(jìn)口石油的依賴，我國正在實(shí)施多元化能源戰(zhàn)略，因此發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是實(shí)施國家能源多元化戰(zhàn)略的對策之一 全球褐煤地質(zhì)儲量約為4萬億噸，約占煤炭儲量的40%。我國褐煤探明保有資源1291.32億噸占全國探明保有資源量的12.69%。在缺油、少氣、富煤(褐煤)的地區(qū)，以

2、高揮發(fā)分低階褐煤為原料，采用先進(jìn)低溫干餾技術(shù)制取半焦(動力煤)用于發(fā)電不但熱值提高發(fā)電效率提高，而且減少了10%的二氧化碳排放，回收的煤焦油(石油替代品)加氫裂解制取柴油和汽油，又可緩解我國原油55%的進(jìn)口依賴度，具有較強(qiáng)的競爭力、較好的經(jīng)濟(jì)效益及戰(zhàn)略意義。 錫林郭勒盟褐煤田是全球最大的礦產(chǎn)之一，褐煤的綜合利用是我國西部大開發(fā)及礦產(chǎn)資源合理利用的重要舉措，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。隨著我國褐煤生產(chǎn)量的提高，節(jié)能減排降耗、油價(jià)高漲和煤炭、石油的不穩(wěn)定性對褐煤的有效潔凈利用顯得日益重要。褐煤固體熱載體法熱解技術(shù)，符合國家產(chǎn)業(yè)政策及未來發(fā)展趨勢，可以有效的改善褐煤品質(zhì)，拓展褐煤應(yīng)用領(lǐng)域。 3第二章

3、褐煤熱解提質(zhì)的概述2.1 褐煤提質(zhì)： 采取一定的工藝方法，脫除褐煤中非發(fā)熱物質(zhì)水、氧和灰分，使發(fā)熱物質(zhì)碳、氫富集，從而提高褐煤單位重量熱值，提升褐煤燃料品質(zhì)，使低熱值褐煤加工成為高熱值動力燃料。 2.1.1 褐煤提質(zhì)的分類：干燥提質(zhì)（180）改性提質(zhì)（180300 ）炭化提質(zhì)（500600 ）受熱溫度42.2 褐煤熱解（干餾）提質(zhì)： 是指在隔絕空氣(或在非氧化氣氛)條件下將煤加熱，發(fā)生熱解反應(yīng)，最終得到焦油、煤氣和半焦的加工過程（方法）。 2.2.1 褐煤熱解提質(zhì)的分類：氣體熱載體法熱解提質(zhì)：使用熱氣體傳遞熱量給褐煤，提高褐煤品質(zhì)的過程 固體熱載體法熱解提質(zhì)：使用熱固體傳遞熱量給褐煤，提高褐煤

4、品質(zhì)的過程 其它特殊熱解方法提質(zhì) 加熱方式外熱式：熱效率低，煤料加熱不均，揮發(fā)產(chǎn)物的二次分解嚴(yán)重內(nèi)熱式：克服了外熱式的缺點(diǎn)，借助熱載體把熱量直接傳遞給煤料，發(fā)生熱解反應(yīng)供熱介質(zhì)5第三章 褐煤固體熱載體干餾的闡述3.1 褐煤固體熱載體法熱解提質(zhì)： 將褐煤通過與熱的載體（熱半焦、熱灰、陶瓷）快速混合加熱使褐煤熱解（干餾）得到輕質(zhì)油品、煤氣和半焦的過程。固體熱載體法熱解提質(zhì)使用粉粒狀原料，避免褐煤熱粉化。 3.2 褐煤固體熱載體法干餾優(yōu)點(diǎn)： 1、工藝簡單、單元設(shè)備能力大 2、裝置的時(shí)空效率高 3、油質(zhì)輕，煤氣熱值高 63.3 褐煤熱解技術(shù)應(yīng)用范圍：褐煤干餾煤氣半焦焦油城市煤氣、工業(yè)燃?xì)庵茪洌ㄓ糜诿航?/p>

5、油加氫）發(fā)電煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電制氫、甲醇、型焦、無煙燃料、活性炭等化學(xué)品、燃料油等7第四章 國內(nèi)外典型褐煤固體熱載體法干餾工藝大連理工大學(xué)的固體熱載體干餾技術(shù)（DG工藝）BJY工藝BT工藝俄羅斯3TX（ETCh）175工藝 德國 LR工藝TOSCOAL 法西方熱解（Garrett）法加拿大的固體熱載體ATP工藝國內(nèi)國外4.1 國內(nèi)外不同工藝：84.2 不同工藝比較：熱解工藝經(jīng)驗(yàn)煤種進(jìn)料粒度/mm目標(biāo)產(chǎn)品主產(chǎn)品工業(yè)化程度DG工藝褐煤、不粘性次煙煤06焦油、煤氣、半焦半焦提質(zhì)煤150t/d工業(yè)試驗(yàn)BJY工藝煙煤、長焰煤、褐煤010熱、電、煤氣煤氣、電設(shè)計(jì)完成了75t/h循環(huán)流化床工藝BT工藝褐煤、

6、煙煤06焦油、電焦油10t/h的中試裝置LR工藝褐煤、非粘結(jié)性煤、弱粘結(jié)性煤05焦油、煤氣、半焦焦油德國10t/h的中試裝置Garrett工藝褐煤、非粘結(jié)性煤、弱粘結(jié)性煤08焦油、煤氣、半焦焦油、煤氣加利福尼亞318t/d中試裝置TOSCOAL工藝次煙煤、粘結(jié)性煙煤013焦油、煤氣、半焦煤氣、燃料油中試規(guī)模1500t/a表4-1 煤炭熱解技術(shù)原料產(chǎn)品分析比較9表4-2 煤炭熱解技術(shù)原理比較熱解工藝原理加熱方式熱載體熱解溫度/熱解速度DG工藝直立式循環(huán)流化床內(nèi)熱式半焦470600快速BJY工藝移動床循環(huán)流化床內(nèi)熱式半焦、循環(huán)灰600900快速BT工藝下行床循環(huán)流化床內(nèi)熱式熱灰570660快速LR

7、工藝氣流床內(nèi)熱式小瓷球、沙子、半焦500850快速Garrett工藝氣流床內(nèi)熱式半焦280（壓力為344KPa)快速TOSCOAL工藝臥式轉(zhuǎn)鼓（回轉(zhuǎn)窯）內(nèi)熱式 瓷球500600快速10表4.3 各工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較熱解工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)環(huán)保節(jié)能狀況建議DG工藝油收率、原料利用率高；油品質(zhì)量好；燃?xì)鉄嶂蹈?；操作彈性大大套處理能力大氣固分離設(shè)備多；煤和熱載體混合問題環(huán)保節(jié)能效果好，但投資相對大針對混合，排渣，氣固分離等問題，開展更大規(guī)模的示范工程BJY工藝采用雙回路循環(huán)系統(tǒng)，保證了裝置的連續(xù)運(yùn)行；使用煤種廣泛煤和熱載體混合問題；煤氣回收系統(tǒng)不完善；焦油冷卻系統(tǒng)有待提高環(huán)保效果好，但能源節(jié)約有待提高配備完整的

8、煤氣回收系統(tǒng)，在現(xiàn)有的工業(yè)示范基礎(chǔ)上進(jìn)行工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大BT工藝液體產(chǎn)品收率高；高附加值產(chǎn)品多；反應(yīng)軸向邁量小，停留時(shí)間短；配合電廠建設(shè)投資小熱解煤氣直接燃燒發(fā)電，沒有產(chǎn)生高附加值產(chǎn)品；循環(huán)熱灰連續(xù)輸運(yùn)不太穩(wěn)定環(huán)保節(jié)能效果好增加煤氣回收裝置Garrett工藝氣流床快速熱解；防止焦油的二次分解；部分半焦循環(huán)利用焦油和半焦細(xì)粒堵塞旋風(fēng)分離器管路內(nèi)壁，影響系統(tǒng)穩(wěn)定；規(guī)模放大受限制環(huán)保效果好，但能源節(jié)約有待提高對旋風(fēng)分離器管路進(jìn)一步研究以解決堵塞問題；應(yīng)工業(yè)化，產(chǎn)業(yè)化LR工藝后處理設(shè)備較?。幻簹鉄嶂递^高；設(shè)備能力大采用機(jī)械攪拌；磨損和裝置放大存在問題環(huán)保節(jié)能效果好對雙軸混合反應(yīng)爐進(jìn)一步研究114.3 不同

9、工藝流程圖：圖4-1 大連理工大學(xué)新法干餾工藝流程圖12圖4-2 LR褐煤低溫干餾工藝流程圖13圖4-3 TOSCOAL工藝流程圖14圖4-4 3TX(ETCh)-175工藝流程圖15第五章 褐煤干餾工藝設(shè)計(jì)5.1 工藝基礎(chǔ)： 由第四章中各種工藝進(jìn)行比較結(jié)果可知，當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢連續(xù)式、大規(guī)模的、內(nèi)熱式循環(huán)流化裝置，考慮資源的綜合利用、熱載體的傳熱速度、熱量利用等問題，大多選擇固體熱載體半焦或循環(huán)熱灰，同時(shí)也因考慮焦油等產(chǎn)品收率，采取的工藝最優(yōu)操作溫度為650750。另外，快速熱解可以短時(shí)間獲得產(chǎn)品，并抑制焦油的二次裂解。 固體熱載體法熱解屬于低溫快速熱解，產(chǎn)焦油多且質(zhì)量好，焦油中含有脂肪烴

10、、芳烴和酚類物質(zhì)，可加工得化學(xué)品和燃料油。同時(shí)，固體熱載體法熱解提質(zhì)得到中熱值煤氣，可用作城市煤氣、工業(yè)燃料，也可以用作化工原料。 褐煤固體熱載體法干餾是將褐煤通過與高溫的載體（熱半焦）的顯熱使褐煤熱解（干餾）得到輕質(zhì)油品、煤氣和半焦的過程，使用粉粒狀原料，避免褐煤熱粉化。5.2 固體熱載體的選擇： 熱載體是固體熱載體熱解提質(zhì)工藝中熱量傳遞的媒介，對整個(gè)熱解工藝起著至關(guān)重要的作用。通過熱載體熱解可以避免煤熱解析出的揮發(fā)產(chǎn)物被煙氣稀釋，同時(shí)可以避免系統(tǒng)額熱負(fù)荷。熱載體除了具備傳遞和存儲熱量的能力，還應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以及抗燒結(jié)的能力。 16熱載體類型來源焦油含塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%半焦熱值/MJ.Kg-

11、1半焦灰分/%磨損性系統(tǒng)熱效率/%能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物調(diào)節(jié)半焦熱解產(chǎn)物4050202517388083否熱灰燃燒產(chǎn)物2023193085否陶瓷球外來1530.22030較差7580能表 5-1 工業(yè)固體熱載體的對比分類：根據(jù)來源系統(tǒng)內(nèi)固體熱載體：利用系統(tǒng)反應(yīng)產(chǎn)物作為固體熱載體，如熱解半焦、燃燒熱灰外來固體熱載體：陶瓷球175.3 工藝流程： 破碎原煤篩分原料煤貯槽 （一） 備煤系統(tǒng)： （二） 干燥提升系統(tǒng)：原料煤貯槽干燥提升管水分約37% 水分約5%煤料溫度約80干煤貯槽 （三） 熱解混合系統(tǒng)：煤料力度8mm干餾爐干煤貯槽熱半焦貯槽煤氣焦油半焦18 （四） 熱煙氣循環(huán)系統(tǒng)： 主要包括循環(huán)煙氣鼓風(fēng)機(jī)和熱

12、煙氣發(fā)生爐，為褐煤脫水干餾提供符合要求及保證干餾爐干餾溫度的熱量來源。 （五） 煙氣除塵系統(tǒng)：頂部出來的干煤和熱煙氣干燥提升管二級旋風(fēng)分離器熱煙氣環(huán)流式旋風(fēng)除塵器放空熱煙氣發(fā)生爐195.4 褐煤固體熱載體低溫干餾過程簡圖：干褐煤提升管旋風(fēng)分離器除塵褐煤貯斗換熱器干餾反應(yīng)器燃燒爐煤氣處理焦油煤氣流化換熱器半焦冷卻器半焦空氣煤205.5 相關(guān)工藝技術(shù)指標(biāo)： 5.4.1 粉塵處理情況 干餾過程中荒煤氣攜帶部分粉塵，由于輸送和干餾過程中磨損而產(chǎn)生的粉塵，因此粉塵所占爐煤量比例越小越便于處理。 5.4.2 環(huán)境保護(hù) 環(huán)保治理本著起點(diǎn)高，適用可靠地原則采用行之有效的環(huán)境保護(hù)措施，使各污染物的排放濃度符合國

13、家排放標(biāo)準(zhǔn)。 下表5-1 列出整個(gè)工藝中污染物排放及處理措施：21污染物名稱污染源名稱及排放點(diǎn)組成防治措施備注粉塵煤場少量粉塵密閉系統(tǒng)、灑水粉塵篩煤、篩焦粉塵粉塵封閉、除塵系統(tǒng)廢氣煤干餾煙氣SO2排入煙囪廢氣煤干燥煙氣SO2、粉塵排入煙囪廢氣輸氣系統(tǒng)故障時(shí)泄露煤氣H2、CH4、CO、CmHn送入炬燃燒處理廢水煤氣凈化工段含酚廢水送污水站處理廢渣煤氣凈化系統(tǒng)的焦油渣送入燃煤鍋爐中燃燒間斷排放表5-1 污染物排放一覽表22 1、原料煤 因原料煤的性質(zhì)不同，所產(chǎn)的低溫焦油組成有較大差異；原料煤種類不同，其低溫?zé)峤饷?氣 的組成也不同；煤的塊度對熱解產(chǎn)物也有很大的影響，一般煤的塊度增加，焦油產(chǎn)率降低。

14、 2、加熱終溫 煤熱解終溫是產(chǎn)品產(chǎn)率和組成的重要影響因素，也是區(qū)別熱解類型的標(biāo)志隨著溫度的升高，使得具有較高活化能的熱解反應(yīng)有可能進(jìn)行。 3、加熱速度 提高煤的加熱速度可降低半焦的產(chǎn)率，增加焦油的產(chǎn)率，煤氣產(chǎn)率稍有減少。加熱速度慢時(shí)，熱解反應(yīng)的選擇性較強(qiáng)，形成了熱穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)，在高溫階段分解少?？焖偌訜釙r(shí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分解多，快速加熱供給煤大分子熱解過程高強(qiáng)度能量，熱解形成較多的小分子碎塊。 4、壓力 壓力增大，焦油產(chǎn)率減少，半焦和氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率增加。5.6 影響干餾的因素：23第六章 褐煤固體熱載體法干餾工藝設(shè)備6.1 工藝設(shè)備介紹： 褐煤固體熱載體低溫干餾干餾煉油工藝的裝置，包括破碎篩分裝置

15、、布料裝置、干餾爐、冷凝回收裝置、水循環(huán)裝置和自動控制系統(tǒng)。 干餾爐是低溫干餾工藝的核心設(shè)備，其主要功能是對褐煤進(jìn)行干餾，將褐煤中的含油物質(zhì)氣化并最大限度地分離出來。干餾爐的優(yōu)劣的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是油回收率的高低。6.2 主要干餾設(shè)備：6.2.1 混合設(shè)備：24一、螺旋式混合器 一種用于用于褐煤低溫干餾的混合器，采用單軸螺旋結(jié)構(gòu)傳動方式和良好的密封結(jié)構(gòu)，軸的兩端固定在引出軸承支架之上，進(jìn)出料管帶有可調(diào)節(jié)伸縮的控制螺桿。該螺旋混合器解決了固體敢問物料和低溫物料充分混合、推進(jìn)的問題。其結(jié)構(gòu)如6-1圖所示25二、機(jī)械攪拌混合機(jī) 目前國內(nèi)使用的混合機(jī)普遍存在攪拌混合不均勻，而且功效低，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不便。此

16、混合機(jī)克服了以上缺點(diǎn)，是一種攪拌混合均勻、使用方便的高功效攪拌混合機(jī)。 在機(jī)架的下部裝有電動機(jī)，上部裝設(shè)螺旋攪拌器，電動機(jī)和螺旋攪拌器之間由傳動輪帶相連接，在螺旋攪拌器的進(jìn)料口與料斗之間設(shè)有分流器，其分流器是由框架內(nèi)斜裝有多塊板片構(gòu)成，在螺旋攪拌器內(nèi)的螺旋片間設(shè)有攪拌葉，利于翻動物料混合。其結(jié)構(gòu)圖如圖6-2所示：圖6-2 機(jī)械攪拌混合機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖266.2.2 反應(yīng)設(shè)備：一、內(nèi)燃式移動床干餾爐 該爐主要用于褐煤的中低溫干餾，為干法出焦，結(jié)構(gòu)簡單，熱效率高。不僅可以從煤種獲得半焦、煤焦油和煤氣產(chǎn)品。而且還可以與工業(yè)鍋爐組成煤氣-蒸汽聯(lián)產(chǎn)裝置。爐體的頂部裝有帶甲板閥的煤斗，帶下料閥的焦斗裝在爐體的

17、下部，焦斗的出口有下焦器，沿圓筒形爐體的高度分為預(yù)熱干餾段、燃燒段和冷卻段。燃燒段周邊設(shè)有周邊燒嘴和中心燒嘴，冷卻段裝有對半焦顯熱進(jìn)行回收。其結(jié)構(gòu)剖視圖如右圖所示：圖6-2 形狀結(jié)構(gòu)剖視圖27二、移動床反應(yīng)器 該反應(yīng)器用于基于固體熱載體的褐煤干餾、深加工，經(jīng)過處理過的褐煤及熱載體經(jīng)進(jìn)料器進(jìn)入移動床反應(yīng)器，進(jìn)料器和折流板使固體物料反復(fù)混合，熱載體與褐煤在移動床內(nèi)不斷進(jìn)行傳熱并停留一定時(shí)間，發(fā)生干餾，產(chǎn)生的油氣通過輸氣管導(dǎo)出作為產(chǎn)品或再次升溫后作為熱載體。其示意結(jié)構(gòu)圖如6-3所示：圖 6-3 移動床反應(yīng)器示意圖28三、直立式干餾爐 一種適用于煤低溫連續(xù)干餾的直立式干餾爐，該爐體主要由在爐腔中設(shè)置的

18、干流管和干餾管上的集氣裝置構(gòu)成。這種裝置可選擇采用內(nèi)熱式或外熱式或同時(shí)進(jìn)行內(nèi)熱式和外熱式干餾方式，具有結(jié)構(gòu)合理、干餾效率高、便于采用不同的工藝和用在不同的場合、節(jié)能環(huán)保等眾多的等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)示意圖如6-4所示：圖6-4 直立式干餾爐結(jié)構(gòu)示意圖296.3 設(shè)備設(shè)計(jì)需考慮的因素 1、固體熱載體與冷物料進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)混合不均勻，在反應(yīng)器內(nèi)傳熱效率較低； 2、爐內(nèi)溫度分布不均勻，冷物料加熱效果較差焦油和煤氣產(chǎn)率低； 3、固體物料在反應(yīng)器內(nèi)相互運(yùn)動，物料之間相互撞擊，物料易碎裂，從而導(dǎo)致料層透氣性差，氣流不暢，干餾產(chǎn)生的氣體無法有效導(dǎo)出； 4、干餾過程中產(chǎn)生的焦油氣粘附在固體物料上，固體物料會產(chǎn)生聚集甚至

19、結(jié)焦，堵塞反應(yīng)器進(jìn)出 口，影響反應(yīng)器正常運(yùn)行；30第七章 干餾產(chǎn)品的概述及市場分析7.1 產(chǎn)品的性質(zhì)及用途 一、半焦 1、性質(zhì)：低溫干餾的固體產(chǎn)物，孔隙率為30%50%，反應(yīng)性和比電阻都比高溫焦炭高（煤的變質(zhì)程度越低其反應(yīng)性和比電阻越高）。 2、用途： 半焦機(jī)械強(qiáng)度一般不高，半焦無煙，不生成焦油，熱效率高，有一定塊度，是優(yōu)質(zhì)的民用和動力燃料，比電阻高的半焦可用作鐵合金的優(yōu)良炭料，冶金型焦中間產(chǎn)品粉礦燒結(jié)，高爐煉鐵的噴吹料斗用到半焦。 二、煤焦油 1、性質(zhì)：低溫干餾煤焦油是黑色液體，密度通常為0.951.1 2、組成： 酚類：35% 有機(jī)堿：1%2% 烷烴：2%10% 環(huán)烷烴：10% 烯烴：3%

20、5% 芳烴：15%25% 含氧化合物：2025% 含氮化合物：2%3% 瀝青：10%31 3、用途：發(fā)動機(jī)燃料，生產(chǎn)酚類、烴類。提取的酚可用于生產(chǎn)塑性物質(zhì)、合成纖維、醫(yī)藥等產(chǎn)品，褐煤焦油中含有大量蠟類是生產(chǎn)活性劑和洗滌劑的原料。 三、 煤氣 1、性質(zhì)：低溫干餾煤氣密度為0.91.2kg/m3 ，由甲烷和其他烴類組成，其熱值可達(dá)到33.537.7MJ/m3 2、用途：主要用于本企業(yè)的加熱燃料，也可用作民用煤氣或化學(xué)合成原料氣。7.2 產(chǎn)品的市場分析一、半焦（蘭炭）： 近期蘭炭整體需求不佳，鋼鐵價(jià)格繼續(xù)下行，液氨電石市場局部出現(xiàn)好轉(zhuǎn)但整體市場并無有力支撐，故對蘭炭的需求一般，短期內(nèi)蘭炭原料價(jià)格維持淡穩(wěn)。近期陜西地區(qū)蘭炭價(jià)格走勢如