低阶煤催化解聚的联合装置及使用其的方法
【专利说明】低阶煤催化解聚的联合装置及使用其的方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及能源化工领域，特别涉及低阶煤催化解聚的联合装置及使用其的方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]中国是一个富煤、缺油、少气的国家，煤炭占中国一次能源消费总量的70%左右，并且在未来相当长的时期内，煤炭仍将在能源结构中占据主导地位。低阶煤(例如褐煤、次烟煤)占中国已探明煤炭储量的55%以上，蕴藏其中的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。但是，由于低阶煤具有水含量高(约20%?60% )、挥发分高、热值低、易风化和自燃等特点，因此不利于长距离输送和贮存，而只能就地加工转化。
[0005]目前，低阶煤多用作燃料或发电原料，这样造成了资源浪费，环境污染严重。依据低阶煤的组成与结构特征，通过中/低温煤炭热解技术，将煤炭热解为气体(热解气)、液体(中/低温煤焦油)和固体(块状或粉状半焦)，再根据其各自不同的理化性质，进行分质转化利用，并进一步根据各类转化产物的理化性质及质量的不同，不断地进行梯级分质转化利用，最终实现对低阶煤转化利用全过程的“分质转化、梯级利用”，对我国具有重要的经济和战略意义。
[0006]热解是提取煤炭中油气资源的重要方法，因此开发高效热解技术重要意义自然不言而喻。但由于煤结构的复杂性以及相关基础和关键工程问题研究的不足，先进的煤热解技术尚无工业稳定运行的装置。目前，国外典型的煤热解工艺包括:美国的Toscoal技术、Encoal技术、LFC技术、COED技术和Garrett技术等，还有加拿大的ATP技术、德国的Lurg1-Ruhr技术、澳大利亚的CSIRO技术以及日本的煤快速热解技术等等。国内典型的煤热解工艺有大连理工大学开发的褐煤固体热载体干馏(DG)多联产工艺、北京煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的多段回转炉(MRF)热解工艺、浙江大学和清华大学联合开发的以流化床热解为基础的循环流化床热电多联产工艺、北京动力经济研究所和中国科学院工程热物理研究所的以移动床为基础的热电气多联产工艺、济南锅炉厂的多联供工艺、中国科学院山西煤化所和中国科学院过程工程研究所的“煤拔头工艺”等。
[0007]尽管目前国内外对热解工艺研究的类型很多，但基本上都处于中试或工业示范阶段，至今仍无大规模煤热解的商业化运行技术。现有的热解工艺中存在的核心问题是:热解过程的气液产品收率不高，品质较低，尤其是在中试装置中粉尘含量高，焦油收率低，且质量较差，因而未能实现技术突破。许多中试及工业性试验结果表明:目前大部分热解工艺所产生的焦油中的沥青质含量高达50%以上，焦油中的重质组分不仅降低了煤基油品的品位和价值，也加大了粉尘与煤焦油混合的概率，由此增加了分离难度，从而造成了一系列的工业运行问题，阻碍了热解技术的商业化应用。因此，大规模煤炭分质利用项目亟待解决热解工艺不稳定，不成熟的诸多问题。
[0008]
【发明内容】
[0009]为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种低阶煤催化解聚的联合装置及使用其的方法。所述技术方案如下:
本发明的一个目的是提供了一种低阶煤催化解聚的联合装置。
[0010]本发明的另一目的是提供了一种使用低阶煤催化解聚的联合装置的方法。
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种低阶煤催化解聚的联合装置，所述联合装置包括煤样热解反应装置、粗煤气冷却分离装置和半焦冷却收集装置，所述粗煤气冷却分离装置和半焦冷却收集装置均与所述煤样热解反应装置的出口连接，其中，
所述联合装置还包括煤样筛分催化装置，所述煤样筛分催化装置与所述煤样热解反应装置的入口连接，且所述煤样筛分催化装置包括壳体和设置在所述壳体内的双层振动筛分装置，所述双层振动筛分装置通过双层筛分所述低阶煤煤样获得符合催化热解反应的煤样颗粒。
[0012]具体地，所述双层振动筛分装置包括第一振动筛网和设置在所述第一振动筛网下方的第二振动筛网，所述第一振动筛网和第二振动筛网沿所述壳体的纵长方向设置，且所述第一振动筛网的筛网孔径大于第二振动筛网的筛网孔径，
在使用时，低阶煤煤样依次通过第一和第二振动筛网振动筛分，且通过所述第二振动筛网振动筛分获得的煤样为所述符合催化热解反应的煤样颗粒，
在所述煤样筛分催化装置上设置有第一煤样出口和第二煤样出口，通过所述第一煤样出口将在煤样筛分催化装置的末端收集的第一振动筛网上的煤样颗粒和落于壳体的底板上的煤样颗粒移出所述煤样筛分催化装置，通过所述第二煤样出口将在所述第二振动筛网的末端收集的且位于第二振动筛网上的煤样颗粒移出所述煤样筛分催化装置。
[0013]进一步地，所述煤样筛分催化装置还包括催化喷淋装置，所述催化喷淋装置包括外壳、至少一个喷淋器、振动板和催化剂储罐，所述至少一个喷淋器中所有的喷淋器和振动板均设置在所述外壳内，所述所有的喷淋器均设置在所述振动板的上方，且所述所有的喷淋器均与所述催化剂储罐连接。
[0014]所述催化喷淋装置与所述双层振动筛分装置间隔设置且位于所述双层振动筛分装置末端处，喷淋的催化剂溶液量与煤样的质量比例设置在0.1?10被%的范围内，所述喷淋的催化剂为水型低阶煤催化解聚增油催化剂，在使用时，所述催化剂均匀地喷淋在所述振动板上的已经筛分好的煤样上。
[0015]具体地，经过所述催化剂喷淋且静置后的的煤样输送到所述煤样热解反应装置的入口中，所述煤样热解反应装置包括内壳、外壳和螺旋推进装置，所述内壳设置在外壳内，所述螺旋推进装置设置在所述内壳的内腔中；
在所述内壳顶部还设置有用于导出所述内壳内的煤样经过热解反应获得的气体和焦油的多个导出通道，所述多个导出通道的一端均与所述内壳的内腔连通，所述多个导出通道的另一端经由沿所述内壳的纵长方向布置的汇流通道与所述粗煤气冷却分离装置连通，所述多个导出通道中的每一个导出通道均沿垂直于所述内壳的纵长方向的方向设置，所述内壳与外壳之间彼此围绕形成环形腔，所述环形腔用于向所述内壳的内腔内的煤样提供热量。
[0016]进一步地，所述螺旋推进装置的第一端与远离所述煤样热解反应装置的入口一端固定连接，所述螺旋推进装置与第一端相对的第二端沿所述内壳的纵长方向延伸至所述外壳且与所述外壳磁力密封；
螺旋推进装置的第二端上套设有循环水冷却装置，且所述螺旋推进装置的第二端通过齿轮与电机连接，在所述煤样热解反应装置的靠近所述循环水冷却装置的一端上还设置有至少一个煤斗，相应地在所述煤样热解反应装置的远离所述循环水冷却装置的另一端上设置有半焦出口，所述至少一个煤斗中的所有的煤斗均为所述煤样热解反应装置的入口，所述半焦出口与所述半焦冷却收集装置的入口连接；
在所述煤斗的连接所述内壳的内腔的一端上设置有星型给料器，且在所述煤样热解反应装置的下方设置有用于调节所述煤样热解反应装置的角度的调节支撑架，所述螺旋推进装置为具有中心螺杆轴的螺旋或者无轴螺旋叶片，所述具有中心螺杆轴的螺旋的螺旋推进装置还连接有加热装置。
[0017]进一步地，所述粗煤气冷却分离装置包括依次连接的旋风分离器、一级焦油冷凝器、二级焦油冷凝器、气体净化器和气体储柜，所述旋风分离器的一端与所述汇流通道连接，且所述旋风分离器的另一端与一级焦油冷凝器的一端连接，所述一级焦油冷凝器和二级焦油冷凝器的下方均连接有焦油收集器，在所述气体净化器与所述二级焦油冷凝器之间还设置有抽气栗；
在所述旋风分离器的下方连接有细粉收集器，且所述焦油收集器为水洗焦油收集器、焦油洗脱收集器或者电焦油收集器。
[0018]具体地，所述半焦冷却收集装置包括彼此连接的至少一个一级半焦收集器和二级半焦收集器，所述至少一个一级半焦收集器中所有的一级半焦收集器的入口均与所述煤样热解反应装置的半焦出口连接，所述所有的一级半焦收集器的出口均与所述二级半焦收集器连接，
在所述一级半焦收集器的入口和出口均设置有耐高温阀门，在所述所有的一级半焦收集器和二级半角收集器上均设置有惰性气体输入口，所述惰性气体输入口与惰性气体吹扫系统连接。
[0019]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用低阶煤催化解聚的联合装置的方法，该方法包括以下步骤:
(1)将磨碎的煤样输送入所述煤样筛分催化装置中并通过所述双层振动筛分装置进行筛分获得符合催化热解反应的煤样颗粒；
(2)将所述煤样颗粒通过催化喷淋装置喷洒一定负载量的催化剂，之后通过振动板输送入储煤罐中静置预定时间备用；
(3)将静置后的煤样输送入煤样热解反应装置进行热解反应并生成气体、焦油和细颗粒粉尘，同时煤样形成半焦，所述气体、焦油和细颗粒粉尘进入所述粗煤气冷却分离装置中，所述半焦通过螺旋推进装置推入半焦冷却收集装置中；
(4)所述气体、焦油和细颗粒粉尘在进入粗煤气冷却分离装置之后进行分离，且所述气体和焦油进入一级焦油冷凝器和二级焦油冷凝器进行冷凝形成焦油和煤气，所述煤气通过气体净化器净化并进入气柜中，所述细颗粒粉尘通过细粉收集器收集；
(5)半焦通过至少一个一级半焦收集器中所有的一级半焦收集器收集，之后落入二级半焦收集器中。
[0020]具体地，在步骤(4)中，对所述气体、焦油和细颗粒粉尘的分离为将含有气体、焦油和细颗粒粉尘的混合物通入喷洒为雾