无热载体蓄热式旋转床褐煤热解提质技术

煤炭加工与综合利用No.6,2014COAL PROCESSING COMPREHENSTVE UTILIZATION无热载体蓄热式旋转床褐煤热解提质技术王其成,吴道洪(北京神雾环境能源科技集团股份有限公司,北京102200)摘要:介绍了北京神雾环境能源科技集团股份有限公司研发的无热载体蓄热式旋转床热解体制技术。利用神雾集团搭建的3万ta的旋转床中试试验装置对多种煤样进行热解试验,结果表明旋转床低阶煤热解提质技术可有效从褐煤中提取汽油资源。关键词:旋转床;蓄热式;热解;褐煤中图分类号:TQ530.2文献标识码:A文章编号:1005-8397(2014)06005503目前,我国资源格局是富煤少油缺气。我低温快速热解工艺、德国的 Lurgi-Ruhrgas热解技国已探明的化石能源储量中,煤炭占94.3%,石术、澳大利亚联邦科学与工业研究所( CSIRO)油、天然气仅占5.7%。随着我国经济的快速发研究开发的流化床快速热解工艺、日本的煤炭快展,近年来我国能源消费量呈现快速增长势头。速热解技术以及美国LFC褐煤提质技术。这些技2012年我国进口原油2.85亿t,对外依存度达到术的共同点可以归纳为:主要产品为低温煤焦油了58.7%,预计2020年将超过64%,已经严重威多采用快速加热的低温热解工艺。国内研究煤炭胁到了我国的能源安全。因此,发展现代煤化工,热解技术的单位众多,比较有代表性的技术实现煤的清洁高效利用,是我国应对能源危机的有北京煤化工研究分院开发的多段回转炉(MRF)主要途径之一。另外,在我国的煤炭资源储量中,热解工艺、中国神华模块化固体热载体热解工艺、褐煤所占的比重非常大,已经发现的褐煤资源以及大连理工大学开发的褐煤固体热载体热解多量为1291.32亿t,约占我国煤炭保有资源量的联产(DG)工艺等。但这些技术或多或少的存12.7%。这些煤种可直接用于煤制甲醇、煤制在着一定的不足油、煤制天然气、煤制烯烃等项目,但能源转化神雾集团通过集成辐射管蓄热式燃烧技术、效率较低。由于褐煤中的挥发分含量较高,是低智能换向技术和旋转床技术等多项技术研发出了温热解提质的良好原料。通过煤炭提质可以大幅具有自主知识产权的无热载体蓄热式旋转床热解度提高能源的转化效率,实现资源的综合利用。关键技术与设备。因此,褐煤热解提质技术受到国内外越来越广泛的关注。1旋转床热解技术介绍国外有代表性的工艺包括美国的 Toscoal旋转床热解技术不同于现有国内外各种热解工艺。物料均匀布于旋转料床上,料床随炉底机收稿日期:20140606作者简介:王其成(1973-),男,山东邹县人,2010年毕业于械转动,炉墙上安装多个蓄热式辐射管燃烧器,中国石釉大学(北京)化工学院,工学博士,北京神冥环境睆源科燃料气在辐射管内燃烧,通过炉床上下辐射管管技集团股份有限公司高级工程师壁辐射加热物料,辐射管端部装有蓄热体用于回参考文献[2]汪寿建,褐煤干燥成型工艺技术综述[J.化肥设计.2009(5)中国煤化工[1]张殿奎,刘臻.我国褐煤提质技术发展探讨(.化学工业.[3]王晓磊,2013(z1):1-6.CNMHG型技术现状门煤质技不56煤炭加工与综合利用2014年第6期收燃烧烟气显热,排烟温度不大于150℃,所回万t以上;收的热量用于预热助燃空气和低热值的燃料气。(2)旋转床反应器中炉墙、炉顶不动,热解旋转床热解炉原理、辐射管燃烧器原理分别见图过程中,褐煤随床底作整体平面圆周运动,料床1和2。上的褐煤不运动、不翻滚、不搅动,褐煤之间没有相对运动,进、出料口有专门设计的布料机和出料机,对于褐煤的物性要求很低,一般,褐煤加热段380℃预热段200℃粒度范围为10~100mm;3)通过优化配置不同炉区的辐射管燃烧器保温段功率、数量,调节旋转床转动速度,根据原料性水封出料口480℃质和热解产品的要求,可实现旋转床内温度场的精确控制和热解周期的调节,而且灵活可靠,方便易行冷却段(4)采用神雾拥有自主知识产权的蓄热式燃烧技术,燃烧器燃烧产生的烟气余热被蓄热体回图1旋转床热解炉原理收,排出的烟气温度低于150℃,回收热量用于预热空气,从而可以使用热值低至2.93MJNm的燃气作为燃料,辐射管燃烧器的热效率可达90%以上。过程产生的优质热解气可全部置换出烧嘴来,用作后序化工合成的优质原料;蓄热体(5)采用辐射管燃烧器使燃烧烟气与褐煤热换向阀烧嘴解的气(汽)态产物分别引出炉外,热解的气(汽)态产物中没有混入烟气,热解气质量纯、品质好,热值16.72MJNm3以上,其中氢气含量大于图2神雾蓄热式辐射管燃烧器原理25%、甲烷可达25%、一氧化碳10%以上,不但可以作为洁净的高热值气体燃料,也可以用于制旋转床热解技术的总流程:褐煤进入料场氢、制甲醇、制天然气等高附加值化工产品,增后,经过原煤破碎、筛分、干燥、再筛分,将符值效益大;合粒径要求的褐煤直接通过进料系统布入旋转床(6)神雾集团褐煤热解技术不采用任何热载内,粉煤成型后进入旋转床内;经预热区、反应体,不存在热载体与热解产物的分离过程,流程最终物料被加热至目标温度,热解生成荒煤较简单,产物收率髙,同时可根据褐煤热解油气气、提质煤。荒煤气由热解装置逸出进入油气激产出特点,在炉体不同区域优化设置多个热解油冷器冷却后,被风机抽送到分离净化系统,得到气导出口,焦油收率可达90%,油品质量好;煤气和焦油,粗煤气经过脱硫、脱氨等净化工序(7)神雾无热载体蓄热式热解技术采用蓄热后得到净煤气和硫铵、硫磺等副产品。热解产生式节能技术,能源转换效率高,可达85%以上的提质煤,经出料机排出后,采用喷雾冷却熄焦,8)旋转床热解装置结构设计稳定,核心材再送入成品料场,做碳质还原剂、洁净燃料、化料、高温密封等关键技术成熟,常压运行,工业工原料等控制简便;每个蓄热式辐射管燃烧器上自带电子目前该技术已成功应用于化石燃料行业,与点火器和火焰检测器,可在冷炉情况下实现自动国内外现有热解技术或工艺比较具有如下技术特点火、自动火焰监控及自动调温,确保运行安全。点为了中国煤化工术对于各地煤(1)单台旋转床热解装置年处理褐煤达100种的适应CNMHG对不同产地的204年第6期王其成,等:无热載体蓄热式旋转床褐煤热解提质技术557煤样进行了热解试验。术可以达到格金试验收率的94.13%;煤焦油可以转化为人造石油,节省了石油资源。另外,通2试验过热解可以获得13%热解煤气。表5中,热解煤自神雾集团研究院成立以来,一直致力于褐气中的甲烷、一氧化碳和氢气成分高,气体的热煤的热解技术与工程化放大试验研究,拥有包括值也很高,这种热解煤气不仅可以作为天然气的格金试验平台、3kg固定床热解装置、300kg间替代燃料,还可以作为后期化工合成的重要原料。歇式热解试验台和4th连续运转蓄热式旋转床热由表4可知,经过热解后的提质煤中的挥发解中试试验装置等多个试验平台。目前进行了20分含量大大减小(如2号原煤V为34.09%,提多种长焰煤、褐煤的上百次的低温热解试验,取质煤V为13.90%),固定碳含量大大增加(2号得了丰富的试验数据。试验结果如表1~5所示。煤样FCu为36.04%,提质煤FC3为73.22%),热值明显增加。这说明经过旋转床热解技术提质表1不同产地原煤分析后,原煤中的挥发分得到了充分脱除,生成了大编号M%M/%A%V/%PCM/%gmx量的煤焦油、热解煤气等重要的化工产品。同时,号2166178884433.4340.251912020经过提质后的提质煤固定碳含量高、热值高、水2号3127239659134.0936041556024分含量小,不仅可以作为优质的清洁燃料,大大减小了煤的运输成本,而且提质煤还可以作为碳表2不同产地褐煤格金试验结果(干基质还原剂、化工原料等。编号焦油产率/%水产率煤气产率提质煤产率3结论号2号5.8018256095试验结果表明:旋转床热解后的热解产物中油气收率较高,产油率可以达到格金产率的90%表3不同产地褐煤旋转床原煤热解产率结果(干基)%以上,热解煤气中CH4含量超过25%,CO含量编号焦抽产率水产率煤气产率提质煤产率超过10%,热值大于16.72MJNm,提质煤的号ll.0717.71固定碳含量较高,热值大于27.17MJ/kg。17.98参考文献表4不同产地褐煤提质煤分析结果编号M%A%V%F%Qm/ M. kg S/%[1]SurveyofEnergyResources2010.Availableat:http://1号1.1813.375497996www.worldenergyorg/publications/3040.asp[2]贺永德.现代煤化工技术手册(第二版)M].北京:化学工2号27010181390732228.13业出版社,2010.[3]关珺,何德民,张秋民.褐煤热解提质技术与多联产构想[刀表5不同产地褐煤热解煤气成分煤化工,2011(6):1-4编号H2%CO2%CH4/%CO%CH/%热值/MJ·Nm[4]杨小彦,杨军,夏海斌.低阶煤热解增油技术的研究现状1号254420.1533.5515894971989与趋势[门.广州化工,2012(13):35-372号274427.20266913.0056718.18[5]郝丽芳,宋文立,张香平,李洪钟,低碳经济下煤热解综合利用技术的应用和发展[].工程研究-跨学科视野中的工程由表1中的原煤分析数据可知,2号煤样2012(3):231-236的全水含量达到了31.27%,收到基热值只有[6]文兵.论述褐煤的化工技术及应用[J,中国新技术新产15.56MJ/kg。这说明试验煤样的全水高,热值低2010(22):155-156.含有大量挥发分,从能量转化的角度考虑不尽合[7]曾凡虎,陈钢,李泽海,等.我国低阶煤热解提质技术进展门理中国煤化工[8]韩永H特点与热解技术发由表2和表3可以看出,采用旋转床热解技CNMHG-780