固体热载体干馏工艺及设备课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,固体热载体,法,干馏工艺及设备,目录,序言,褐煤热解提质的概述,固体热载体法干馏的阐述,国内外典型固体热载体法干馏工艺,褐煤固体热载体法干馏可行性工艺的设计,褐煤固体热载体法干馏工艺设备,干馏产品的概述及市场分析,总 结,2,第一章 序言,随着国民经济的快速发展，我国石油消费迅速增长，石油属于战略物资，关系到国家安全，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，为了减少对进口石油的依赖，我国正在实施多元化能源战略,，因此,发展洁净煤技术是实施国家能源多元化战略的对策之一,全球褐煤地质储量约为4万亿吨，约占煤炭储量的40%。我国褐煤探明保有资源1291.32亿吨占全国探明保有资源量的12.69%。在缺油、少气、富煤(褐煤)的地区，以高挥发分低阶褐煤为原料，采用先进低温干馏技术制取半焦(动力煤)用于发电不但热值提高发电效率提高，而且减少了10%的二氧化碳排放，回收的煤焦油(石油替代品)加氢裂解制取柴油和汽油，又可缓解我国原油55%的进口依赖度,，,具有较强的竞争力、较好的经济效益及战略意义,。,锡林郭勒盟褐煤田是全球最大的矿产之一，褐煤的综合利用是我国西部大开发及矿产资源合理利用的重要举措，对经济的发展具有重要意义。,随着我国褐煤生产量的提高，节能减排降耗、油价高涨和煤炭、石油的不稳定性对褐煤的有效洁净利用显得日益重要。褐煤固体热载体法热解技术，符合国家产业政策及未来发展趋势，可以有效的改善褐煤品质，拓展褐煤应用领域。,3,第二章 褐煤热解提质的概述,2.1 褐煤提质：,采取一定的工艺方法，脱除褐煤中非发热物质水、氧和灰分，使发热物质碳、氢富集，从而提高褐煤单位重量热值，提升褐煤燃料品质，使低热值褐煤加工成为高热值动力燃料。,2.1.1 褐煤提质的分类：,干燥提质（180）,改性提质（180300 ）,炭化提质（500600 ）,受热温度,4,2.2,褐煤热解（干馏）提质,：,是指在隔绝空气(或在非氧化气氛)条件下将煤加热，发生热解反应，最终得到焦油、煤气和半焦的加工过程（方法）。,2.2.1 褐煤热解提质的分类：,气体热载体法热解提质：,使用热气体传递热量给褐煤，提高褐煤品质的过程,固体热载体法热解提质：,使用热固体传递热量给褐煤，提高褐煤品质的过程,其它特殊热解方法提质,加热方式,外热式：,热效率低，煤料加热不均，挥发产物的二次分解严重,内热式：,克服了外热式的缺点，借助热载体把热量直接传递给煤料，发生热解反应,供热介质,5,第三章 褐煤固体热载体干馏的阐述,3.1 褐煤固体热载体法热解提质,：,将褐煤通过与热的载体（热半焦、热灰、陶瓷）快速混合加热使褐煤热解（干馏）得到轻质油品、煤气和半焦的过程。固体热载体法热解提质使用粉粒状原料，避免褐煤热粉化。,3.2,褐煤固体热载体法干馏,优点,：,1、工艺简单、单元设备能力大,2、装置的时空效率高,3、油质轻，煤气热值高,6,3.3 褐煤热解技术应用范围：,褐煤,干馏,煤气,半焦,焦油,城市煤气、工业燃气,制氢（用于煤焦油加氢）,发电,煤气化联合循环发电,制氢、甲醇、型焦、无烟燃料、活性炭等,化学品、燃料油等,7,第四章 国内外典型褐煤固体热载体法干馏工艺,大连理工大学的固体热载体干馏技术,（DG工艺）,BJY工艺,BT工艺,俄罗斯3TX（ETCh）175工艺,德国 LR工艺,TOSCOAL 法,西方热解,（Garrett）法,加拿大的固体热载体ATP工艺,国内,国外,4.1 国内外不同工艺：,8,4.2 不同工艺比较：,热解工艺,经验煤种,进料粒度/mm,目标产品,主产品,工业化程度,DG工艺,褐煤、不粘性次烟煤,06,焦油、煤气、半焦,半焦提质煤,150t/d,工业试验,BJY工艺,烟煤、长焰煤、褐煤,010,热、电、煤气,煤气、电,设计完成了75t/h循环流化床工艺,BT工艺,褐煤、烟煤,06,焦油、电,焦油,10t/h的中试装置,LR工艺,褐煤、非粘结性煤、弱粘结性煤,05,焦油、煤气、半焦,焦油,德国10t/h的中试装置,Garrett工艺,褐煤、非粘结性煤、弱粘结性煤,08,焦油、煤气、半焦,焦油、煤气,加利福尼亚318t/d中试装置,TOSCOAL,工艺,次烟煤、粘结性烟煤,013,焦油、煤气、半焦,煤气、燃料油,中试规模1500t/a,表4-1 煤炭热解技术原料产品分析比较,9,表4-2 煤炭热解技术原理比较,热解工艺,原理,加热方式,热载体,热解温度/,热解速度,DG工艺,直立式循环流化床,内热式,半焦,470600,快速,BJY工艺,移动床循环流化床,内热式,半焦、循环灰,600900,快速,BT工艺,下行床循环流化床,内热式,热灰,570660,快速,LR工艺,气流床,内热式,小瓷球、沙子、半焦,500850,快速,Garrett工艺,气流床,内热式,半焦,280（压力为344KPa),快速,TOSCOAL,工艺,卧式转鼓（回转窑）,内热式,瓷球,500600,快速,10,表4.3 各工艺优缺点比较,热解工艺,优点,缺点,环保节能状况,建议,DG工艺,油收率、原料利用率高；油品质量好；燃气热值高；操作弹性大大套处理能力大,气固分离设备多；煤和热载体混合问题,环保节能效果好，但投资相对大,针对混合，排渣，气固分离等问题，开展更大规模的示范工程,BJY工艺,采用双回路循环系统，保证了装置的连续运行；使用煤种广泛,煤和热载体混合问题；煤气回收系统不完善；焦油冷却系统有待提高,环保效果好，但能源节约有待提高,配备完整的煤气回收系统，在现有的工业示范基础上进行工业规模扩大,BT工艺,液体产品收率高；高附加值产品多；反应轴向迈量小，停留时间短；配合电厂建设投资小,热解煤气直接燃烧发电，没有产生高附加值产品；循环热灰连续输运不太稳定,环保节能效果好,增加煤气回收装置,Garrett工艺,气流床快速热解；防止焦油的二次分解；部分半焦循环利用,焦油和半焦细粒堵塞旋风分离器管路内壁，影响系统稳定；规模放大受限制,环保效果好，但能源节约有待提高,对旋风分离器管路进一步研究以解决堵塞问题；应工业化，产业化,LR工艺,后处理设备较小；煤气热值较高；设备能力大,采用机械搅拌；磨损和装置放大存在问题,环保节能效果好,对双轴混合反应炉进一步研究,11,4.3 不同工艺流程图：,图4-1 大连理工大学新法干馏工艺流程图,12,图4-2 LR褐煤低温干馏工艺流程图,13,图4-3 TOSCOAL工艺流程图,14,图4-4 3TX(ETCh)-175工艺流程图,15,第五章 褐煤干馏工艺设计,5.1 工艺基础：,由第四章中各种工艺进行比较结果可知，当前技术发展的趋势连续式、大规模的、内热式循环流化装置，考虑资源的综合利用、热载体的传热速度、热量利用等问题，大多选择固体热载体半焦或循环热灰，同时也因考虑焦油等产品收率，采取的工艺最优操作温度为650750。另外，快速热解可以短时间获得产品，并抑制焦油的二次裂解。,固体热载体法热解属于低温快速热解，产焦油多且质量好，焦油中含有脂肪烃、芳烃和酚类物质，可加工得化学品和燃料油。同时，固体热载体法热解提质得到中热值煤气，可用作城市煤气、工业燃料，也可以用作化工原料。,褐煤固体热载体法干馏是将褐煤通过与高温的载体（热半焦）的显热使褐煤热解（干馏）得到轻质油品、煤气和半焦的过程，使用粉粒状原料，避免褐煤热粉化。,5.2 固体热载体的选择：,热载体是固体热载体热解提质工艺中热量传递的媒介，对整个热解工艺起着至关重要的作用。通过热载体热解可以避免煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，同时可以避免系统额热负荷。热载体除了具备传递和存储热量的能力，还应有足够的机械强度以及抗烧结的能力。,16,热载体类型,来源,焦油含尘质量分数/%,半焦热值/MJ.Kg,-1,半焦灰分/%,磨损性,系统热效率/%,能否实现产物调节,半焦,热解产物,4050,2025,1738,8083,否,热灰,燃烧产物,20,23,1930,85,否,陶瓷球,外来,15,30.2,2030,较差,7580,能,表 5-1 工业固体热载体的对比,分类,：,根据来源,系统内固体热载体：利用系统反应产物作为固体热载体，如热解半焦、燃烧热灰,外来固体热载体：陶瓷球,17,5.3 工艺流程：,破碎,原煤,筛分,原料煤贮槽,（一） 备煤系统：,（二） 干燥提升系统：,原料煤贮槽,干燥提升管,水分约37%,水分约5%,煤料温度约80,干煤贮槽,（三） 热解混合系统：,煤料力度8mm,干馏炉,干煤贮槽,热半焦贮槽,煤气,焦油,半焦,18,（四） 热烟气循环系统：,主要包括循环烟气鼓风机和热烟气发生炉,，为褐煤脱水干馏提供符合要求及保证干馏炉干馏温度的热量来源。,（五） 烟气除尘系统：,顶部出来的干,煤和热烟气,干燥提升管,二级旋风分离器,热烟气,环流式旋风除尘器,放空,热烟气发生炉,19,5.4 褐煤固体热载体低温干馏过程简图：,干褐煤,提升管,旋风分离器,除尘,褐煤贮斗,换热器,干馏反应器,燃烧炉,煤气处理,焦油,煤气,流化换热器,半焦冷却器,半焦,空气,煤,20,5.5 相关工艺技术指标：,5.4.1 粉尘处理情况,干馏过程中荒煤气携带部分粉尘，由于输送和干馏过程中磨损而产生的粉尘，因此粉尘所占炉煤量比例越小越便于处理。,5.4.2 环境保护,环保治理本着起点高，适用可靠地原则采用行之有效的环境保护措施，使各污染物的排放浓度符合国家排放标准。,下表5-1 列出整个工艺中污染物排放及处理措施：,21,污染物名称,污染源名称及排放点,组成,防治措施,备注,粉尘,煤场,少量粉尘,密闭系统、洒水,粉尘,筛煤、筛焦粉尘,粉尘,封闭、除尘系统,废气,煤干馏烟气,SO,2,排入烟囱,废气,煤干燥烟气,SO,2,、粉尘,排入烟囱,废气,输气系统故障时泄露煤气,H,2,、CH,4,、CO、C,m,H,n,送入炬燃烧处理,废水,煤气净化工段,含酚废水,送污水站处理,废渣,煤气净化系统的焦油渣,送入燃煤锅炉中燃烧,间断排放,表5-1 污染物排放一览表,22,1、原料煤,因原料煤的性质不同，所产的低温焦油组成有较大差异；原料煤种类不同，其低温热解煤 气 的组成也不同；煤的块度对热解产物也有很大的影响，一般煤的块度增加，焦油产率降低。,2、加热终温,煤热解终温是产品产率和组成的重要影响因素，也是区别热解类型的标志随着温度的升高，使得具有较高活化能的热解反应有可能进行。,3、加热速度,提高煤的加热速度可降低半焦的产率，增加焦油的产率，煤气产率稍有减少。加热速度慢时，热解反应的选择性较强，形成了热稳定性好的结构，在高温阶段分解少。快速加热时，相应的结构分解多，快速加热供给煤大分子热解过程高强度能量，热解形成较多的小分子碎块。,4、压力,压力增大，焦油产率减少，半焦和气态产物产率增加。,5.6 影响干馏的因素：,23,第六章 褐煤固体热载体法干馏工艺设备,6.1 工艺设备介绍：,褐煤固体热载体低温干馏干馏炼油工艺的装置，包括破碎筛分装置、布料装置、干馏炉、冷凝回收装置、水循环装置和自动控制系统。,干馏炉是低温干馏工艺的核心设备，其主要功能是对褐煤进行干馏，将褐煤中的含油物质气化并最大限度地分离出来。干馏炉的优劣的检验标准是油回收率的高低。,6.2 主要干馏设备：,6.2.1 混合设备：,24,一、螺旋式混合器,一种用于用于褐煤低温干馏的混合器，采用单轴螺旋结构传动方式和良好的密封结构，轴的两端固定在引出轴承支架之上，进出料管带有可调节伸缩的控制螺杆。该螺旋混合器解决了固体敢问物料和低温物料充分混合、推进的问题。其结构如6-1图所示,25,二、机械搅拌混合机,目前国内使用的混合机普遍存在搅拌混合不均匀，而且功效低，或结构复杂，使用不便。此混合机克服了以上缺点，是一种搅拌混合均匀、使用方便的高功效搅拌混合机。,在机架的下部装有电动机，上部装设螺旋搅拌器，电动机和螺旋搅拌器之间由传动轮带相连接，在螺旋搅拌器的进料口与料斗之间设有分流器，其分流器是由框架内斜装有多块板片构成，在螺旋搅拌器内的螺旋片间设有搅拌叶，利于翻动物料混合。,其结构图如图6-2所示：,图6-2 机械搅拌混合机结构示意图,26,6.2.2 反应设备：,一、,内燃式移动床干馏炉,该炉主要用于褐煤的中低温干馏，为干法出焦，结构简单，热效率高。不仅可以从煤种获得半焦、煤焦油和煤气产品。而且还可以与工业锅炉组成煤气-蒸汽联产装置。炉体的顶部装有带甲板阀的煤斗，带下料阀的焦斗装在炉体的下部，焦斗的出口有下焦器，沿圆筒形炉体的高度分为预热干馏段、燃烧段和冷却段。燃烧段周边设有周边烧嘴和中心烧嘴，冷却段装有对半焦显热进行回收。其结构剖视图如右图所示：,图6-2 形状结构剖视图,27,二、移动床反应器,该反应器用于基于固体热载体的褐煤干馏、深加工，经过处理过的褐煤及热载体经进料器进入移动床反应器，进料器和折流板使固体物料反复混合，热载体与褐煤在移动床内不断进行传热并停留一定时间，发生干馏，产生的油气通过输气管导出作为产品或再次升温后作为热载体。其示意结构图如6-3所示：,图 6-3 移动床反应器示意图,28,三、直立式干馏炉,一种适用于煤低温连续干馏的直立式干馏炉，该炉体主要由在炉腔中设置的干流管和干馏管上的集气装置构成。这种装置可选择采用内热式或外热式或同时进行内热式和外热式干馏方式，具有结构合理、干馏效率高、便于采用不同的工艺和用在不同的场合、节能环保等众多的等优点。其结构示意图如6-4所示：,图6-4 直立式干馏炉结构示意图,29,6.3 设备设计需考虑的因素,1、固体热载体与冷物料进入反应器时混合不均匀，在反应器内传热效率较低；,2、炉内温度分布不均匀，冷物料加热效果较差焦油和煤气产率低；,3、固体物料在反应器内相互运动，物料之间相互撞击，物料易碎裂，从而导致料层透气性差，气流不畅，干馏产生的气体无法有效导出；,4、干馏过程中产生的焦油气粘附在固体物料上，固体物料会产生聚集甚至结焦，堵塞反应器进出 口，影响反应器正常运行；,30,第七章 干馏产品的概述及市场分析,7.1 产品的性质及用途,一、半焦,1、性质：低温干馏的固体产物，孔隙率为30%50%，反应性和比电阻都比高温焦炭高（煤的变质程度越低其反应性和比电阻越高）。,2、用途： 半焦机械强度一般不高，半焦无烟，不生成焦油，热效率高，有一定块度，是优质的民用和动力燃料，比电阻高的半焦可用作铁合金的优良炭料，冶金型焦中间产品粉矿烧结，高炉炼铁的喷吹料斗用到半焦。,二、煤焦油,1、性质：低温干馏煤焦油是黑色液体，密度通常为0.951.1,2、组成： 酚类：35% 有机碱：1%2% 烷烃：2%10%,环烷烃：10% 烯烃：3%5% 芳烃：15%25%,含氧化合物：2025% 含氮化合物：2%3%,沥青：10%,31,3、用途：发动机燃料，生产酚类、烃类。提取的酚可用于生产塑性物质、合成纤维、医药等产品，褐煤焦油中含有大量蜡类是生产活性剂和洗涤剂的原料。,三、 煤气,1、性质：低温干馏煤气密度为0.91.2kg/m3 ，由甲烷和其他烃类组成，其热值可达到33.537.7MJ/m3,2,、,用途：主要用于本企业的加热燃料，也可用作民用煤气或化学合成原料气。,7.2 产品的市场分析,一、半焦（兰炭）：,近期兰炭整体需求不佳，钢铁价格继续下行，液氨电石市场局部出现好转但整体市场并无有力支撑，故对兰炭的需求一般，短期内兰炭原料价格维持淡稳。近期陕西地区兰炭价格走势如图7-1 所示：,32,二、煤焦油：,近期国际油盘上移变化率突破4%，成品油有望上调，兰炭厂家产量不大，中温油市场货源紧张，煤柴油价格上扬，近期国内部分地区煤焦油价格走势如图7-2 所示：,三、煤气,褐煤低温干馏产品煤气主要用于企业的加热燃料，也可用作民用煤气或化学合成原料气。,33,第八章 固体热载体法干馏技术的发展趋势,一、,装置大型化,二、,实现分级利用，提高热解半焦利用价值,三,、 提高焦油产率、改善焦油品质,四,、 研究和开发带催化功能的热载体，调节气、液产物的组成,五、实现多联产，提高能源转化效率,34,总 结,1、 无论国内还是国外，褐煤固体热载体干馏工艺大多数处于试验阶段，最多是示范性装置在运行。褐煤热解工厂设计主要包括土建设计和机械设计两大部分；,2、褐煤热解工艺主要设备室干馏炉，属于过程设备，但干馏炉与工艺紧密相关，只要工艺稍微改变，炉体机构就会改变，干馏设计到褐煤的化学变化，工程中可能伴随着高温高压，且有爆炸的危险，因此，炉体的设计要考虑诸多化学因素复杂过程较高，且要不断地经过试验区更改炉体结构；,3、热解是建立在干燥的基础上的，因此对含水量大的褐煤的处理问题上 ，要具体问题具体分析，做到合理处理；,4、褐煤固体热载体法干馏技术是褐煤综合利用的有效途径，可以使质量低、用途窄的褐煤得到多种用途广泛的产品，其工艺流程简单，常压生产，单元设备生产能力大，热效率高；,5、褐煤干馏技术应满足规模大型化以及高效、环保要求，能够充分利用大量粉煤资源，并向提高油收率、改善油品质以及实现多联产方向努力，提高能源转化效率。,35,Thank you!,36,