沫煤热解技术说明

（此技术方案内涉公司多年核心技术和专利只供内部使用，严禁外借、复印、拍照，否则将承担相应后果）
组合式沫煤热解工艺技术
说明
项目号: TY-201467
项目负责：王东辉
陕西天一洁净型煤化工技术开发有限公司
2014年6月20日于西安
项目顾问组人员：
冉新权（陕西省决策咨询委员会委员，陕西循环经济研究会原副会长，教授）蔡颂尧（原冶金厅副厅长、陕西决策咨询委员会委员）
李挺（原陕西冶金设计院院长、陕西方圆设计工程有限公司董事长享受国务院津贴专家，小粒煤技术拥有者）
张皙（西安有色金属设计研究院总工正高级工程师）
任中兴（原环境监测中心正高级工程师）
王珍 ( 环境监测中心正高级工程师)
王春风（北京众联盛化工工程有限公司总工、外热式热解炉技术正高级工程师）王永华（北京众联盛化工工程有限公司董事长、正高级工程师）
刘嘉岐（原鞍山焦耐院煤化室主任“二合一”地面除尘站、燃烧式导烟车专利人，享受国务院津贴专家）
张中明（陕西冶金设计院配煤及焦炉专家正高级工程师）
李会锋（化工第二设计院焦化脱硫专家高级工程师）
李水锋 (陕西冶金设计院电气控制专家高级工程师)
管至善（原陕西焦化厂技术厂长煤化专家高级工程师）
王东辉（陕西天一洁净型煤化工董事长、西安元极热能技术工程有限公司董事长、陕西方圆设计工程公司总工，兰炭废水综合处理站、稀土氯化铵
废水处理综合站、兰炭干法熄焦专利人、混热式混煤热解技术专利人、
混热式蒸发技术专利人，高级工程师）
10万吨/年组合式弱粘结沫煤热解系统
工艺说明
一、概述
本工艺方案按照《焦化产业发展政策》结合本地资源优势，采用共性平台的技术《非粘结煤低温热解工艺技术》进行沫煤热解及回收化工产品剩余煤气供电厂燃料用气。

实现资源综合利用。

本项目以达到循环经济，提高发展质量的目的，同时以“保证生产，简化辅助”的原则进行设计，尽量减少用地、节约资金。

在保证生产的前提下，综合考虑辅助、服务设施。

采用先进可靠的工艺流程及设备，采取有效的环境保护措施，使生产中的排放物符合国家排放标准和规定，重视安全与工业卫生使工程有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

建设项目充分利用热解过程中的燃烧废气余热，进行入炉煤的干燥，使入炉煤水分降低，生产产量提高，含氨废水减少，达到减排降耗效果。

工艺技术实施的背景条件
根据国内沫煤的特点：采用机采，生产出来的煤，＜5mm的沫煤占总煤量的65%，≥5mm的煤占总产量的35%左右，根据现有煤热解使用和实验情况，采用回转窑、小粒煤炉型、混热式混煤炉，最大配沫煤量不足25%，即：机采出来的煤全部＞5mm的煤热解后，最大能处理沫煤量为总
煤的12%，还有53%的沫煤（≯5mm)仍然无法处理。

如何解决沫煤（≯5mm）的热解，热解后的洁净煤贮运、使用（不改
变原有工业锅炉的结构，完成面焦的替代燃烧，是洁净煤最终发展途径），
是本项目技术开发核心课题。

煤的低温热解生产兰炭（洁净煤）的装置和工艺经过多年的研发和实验，国内经过十余年的努力，研发的目的主要集中在：提高煤焦油的产率、提升兰炭的品质、提高煤气品质三个方面。

但随着煤炭机采技术的发展，沫煤成了制约煤热解技术发展的难题，伴随兰炭行业的蓬勃发展，沫煤热解装置形成了内热式炭化炉、内热式小粒煤炭化炉、外热式炭化炉、固体颗粒载热体煤热解炉、流化床热解炉、旋转窑热解炉、水煤浆气化炉、煤粉气化炉、固定床气化炉、混热式混煤炉及其富氧炭化炉等多种炉型。

但针对市场现有沫煤热解及褐煤提质技术，大部分的课题均致力于热解装置的研发和优化，由于理论基础的研发缺失、系统工艺编排不合理，造成沫煤热解基本止步不前。

此问题主要体现在：煤焦油和灰无法分离、热解废水无法彻底处理、焦末贮运存在难题。

二、沫煤热解工艺及装置项目实施目的和意义
1、实施目的
1.1彻底打通沫煤热解工艺，解决煤焦油和灰分离难题。

1.2 充分考虑热能利用，减少沫煤热解的能耗，真正实现干法熄焦和余热回收。

1.3 充分利用新技术，采用半干法脱硫、半干法除灰，减少水资源的损耗。

1.4 采用废水综合处理系统，回收煤焦油和酚油，解决废水处理难题。

1.5 对工艺路线中的核心设备进行优化设计，以期达到系统的平稳运
行。

1.6 采用自动化控制系统，尽可能实现温度、压力自动化控制
1.7 解决焦末燃烧技术，以期满足焦末燃烧的自动化控制。

2、项目的意义
本项目主要为了解决沫煤（不大于5mm）的热解工业化难题，使热解产品煤焦油、煤气的品质满足煤焦油和煤气深加工要求。

同时针对焦末燃烧技术的研发，使工业锅炉不改变锅炉核心结构的的状况，满足工业锅炉使用要求。

使洁净煤替代原煤燃烧，使工业锅炉的清洁生产成为可能。

并为焦末的使用找到新的市场。

三、工艺技术方案
3.1 工艺技术方案的选择原则
本项目的生产工艺流程包括备煤工段、煤脱水除尘工段、热解工段、干法熄焦及筛分工段、煤气净化、化工产品回收工段、废水处理工段。

所生产的洁净型煤（粒焦70%、30%末焦）部分（15%末焦）系统自用，其余外销，焦油自用，生产的煤气可供焦油加氢和生产甲醇使用。

在生产工艺流程和设备选型上，充分考虑了当地生产的混煤和常规洁净型煤生产污水处理难等现状，本项目设计目的：1）充分利用沫煤资源2）从源头上平衡剩余氨水，杜绝对环境影响3）节能减排。

因此选择了工艺成熟、技术先进、煤气净化的工艺路线和采用入炉煤预热干燥（调湿技术）、干法熄焦、半干法除尘、半干法脱硫、废水综合处理站等推广新技术，并达到操作可靠、装备水平较先进的工艺流程及装备水平。

3.1.1 炉型的选择
本工程所用原料主要为弱粘结性沫煤，通过筛分，≥5mm可进入小籽煤热解炉、混热式热解炉（也可进入本热解系统），＜5mm的煤直接进入本热解系统。

充分考虑到沫煤均匀性加热和防止胶质析出后对炉壁的粘结，本系统采用的炉型为：
1、煤干燥炉采用滚筒干燥剂机。

加热的介质是：为热解系统提供
热源后的烟气。

烟气直接进入滚筒干燥机对煤进行脱水加热。

煤的出口温度为******°C左右。

2、煤热解系统主要有三部分组成，炉型均为回转窑炉。

此三部分分别为：混合加热炉、外热炉、固体热载体炉
2.1混合式加热炉采用回转式混热炉型，高温烟气外加热，高温煤
气与煤直接接触进行内加热方式。

高温烟气来源于外加热炉的外排烟气。

高温煤气主要的作用为：
a、对煤进行加热，并通过内部的扰动，强化炉壁的传热效果。

b、在煤处在******°C时，随着煤的软化、煤焦油的大量析出，
在不饱和高温煤气的作用下，煤焦油被急速提出，防止出现灰
包油、油包灰现象的出现，为灰分的分离提供充分条件，同时
随着煤焦油急速提出，也防止了煤在炉壁上的粘结、结焦现象。

热解过程中煤的入口温度为：******°C左右，煤（末焦）的
出口温度为******°C左右。

2.2外热炉采用回转式外加热方式。

燃烧焦末产生的高温烟气。

被
加热的介质有：混热加热炉出来的焦（******°C左右）、干法
熄焦过来的煤气（******°C左右）。

煤气在炉内作为被加热介
质，同时由于煤气在炉内的扰动，强化了炉壁的传热效率。

焦的入口温度为******°C左右，焦的出口温度为******°C
左右
2.3固体热载体炉采用回转式固体热载体加热方式。

本炉的目的为
了让焦末在热解过程中自然形成粒焦。

外热炉出来的高温（******°C左右）的焦末作为固体热载体炉的热源，螺旋供煤系统将干燥后的原煤、旋流分离器出
来的尘分、半干法除尘出来的少量沥青质和灰尘混合后，进入
固体热载体炉，在回转窑旋转的过程中与高温焦末混合，是最
终温度达到******0°C左右，再进入干法熄焦系统中进行冷
却。

3.2 熄焦方式选择
本工程设计采用干法熄焦工艺。

干法熄焦过程如下所述：干法熄焦系统主要采用滚筒机结构。

低温热解的粒焦与净化后的循化煤气直接在回转窑中接触，将粒焦冷却至80~90°C之间后进入出焦调湿通廊，将粒焦湿度调节成6%左右后再进行筛分，循化煤气被加热到360°C左右进入外热炉进行进一步加热。

在出焦调试通廊中，将脱硫后的烟气用加压风机抽取少量的烟气，使封闭通廊微正压运行，烟气既起到了隔绝煤气和空气的作用，也同时起到冷却和均衡粒焦含水量作用。

3.3工艺流程说明
5.2.1 全厂工艺流程（见附图）
受煤坑
皮带输送机
滚筒干燥机
混热式热解炉外热式热解炉
固体热载体炉
干法熄焦
调湿履带机
旋风分离器
半干法气液分离器
文丘里直冷塔
旋流板塔
电辅焦油器
鼓风机
氨水澄清槽
热风炉
筛分粒焦
粉焦旋风分离器
余热回收烟气
煤气
煤焦油中间槽
焦油渣槽
去成型灰场
氨水槽
废水综合处理站
烟气半干法脱硫
去成型灰场
外排
3.2.2热解工段 3.2.2.1 概述
本工程单条生产洁净煤10万吨，采用混热式回转窑、外热式回转窑、固体热载体回转窑三种热解装置组合而成热解工艺。

具有热效率高，生产能力大，能灵活调整加热温度，炉顶温度低、焦油产率高、尘油气易分离
等优点。

沫煤热解采用回转式热解炉，炉顶定期通过转筒阀将煤料加入辅助煤箱，再随窑炉的转动，分别经过混热加热炉、外热炉、固体热载体炉，逐步完成中温热解和造粒低温热解过程。

每炉之间分别通过抗高温滚筒阀进行物料传递。

最后由炉底经干法熄焦滚筒机，进入出焦调湿密闭通廊送至下一工序。

该工艺流程是连续的机械化过程，采用二级干法熄焦工艺，有效减少操作人员数量，改善操作条件，大大减少环境污染。

3.2.3.2 热解工段布置
本项目采用立体装配式结构，从上往下一次布置为脱水干燥机。

混热加热炉、外热炉、固体热载体炉、干法熄焦滚筒机、出焦调湿密闭通廊。

热解系统可根据产量并联使用，供煤系统、筛分系统、除尘系统、半干法脱硫系统可共用。

炉子布置采用框架结构，框架布置五层，总体布置在钢构厂房内，整洁、美观。

钢构厂房总体高度22米，单条生产下，长度22米，宽度6米。

3.2.3.3、10万吨/年沫煤热解炉主要工艺设计参数
装置主要工艺参数：脱水干燥机
混热加热炉
外热炉
固体热载体炉
干法熄焦装置
5.2.3.4 工艺流程
由备煤工段运来的合格的装炉煤进入煤塔，然后通过可送皮带卸料小车装入炉顶最上部的煤槽内，再经放煤旋塞和辅助煤箱装入脱水干燥机内。

根据生产工艺要求，每10分钟打开放煤旋塞向脱水干燥机加煤一次，脱水干燥机倾斜度：3.5%，加入脱水干燥机煤料自上而下移动，与混热加热炉过来的烟气逆流接触。

煤料通过此段被加热到120℃左右后，进入含分配装置的料仓，料仓的出口分别用螺旋给料机分别送至混热加热炉和固体热载体炉，分配比例约为为9:1（根据低温热解洁净煤出口温度来调节）进入混热加热炉的煤在来至外热炉的高温烟气和高温煤气进行混合加热的情况下，被加热至******°C之间，大量的煤焦油和胶质析出，被高温煤气带走，煤气在出口处为不饱和状态，主要体现为气态（荒煤气）和固态（灰尘），在进入煤气净化系统。

从混热加热炉出来的洁净煤经过抗高温伞板阀的转动，供料至外热炉，从燃烧焦末的热风炉出来的高温烟气采用外加热的方式，对焦、煤气进一步加热至******°C左右，煤气进入混热加热炉参与热解。

出来的高温焦进入固体热载体炉，最为低温热解的热源，形成固体热载体热解模式。

在固体热载体炉中，进入的原煤来源于脱水干燥机，其余的物料分别来至荒煤气分离出的灰尘及焦油渣。

固体热载体炉洁净煤出口温度控制在******°C之间。

煤料在热解过程中产生的煤气与循环煤气形成不饱和荒煤气
（******°C 左右）进入旋风分离器、半干法除尘器形成近饱和气体进入鼓冷工段而与冷凝下来的氨水、焦油一起进入冷鼓工段。

热解系统燃烧用的末焦是对洁净煤筛分后产生的焦末（粒焦占总焦量的70%~75%）,燃烧用的焦末占总焦的14.8%~15%。

外供的洁净煤粒焦（大于6mm ）与末焦比例大约为：******（即末焦总含量为11%~17.6%。

3.2.4 干法熄焦
5.2.4.1项目技术路线描述
1）、工艺流程图
低温热解炉
干法熄焦
调湿密闭履带机筛 分粒焦
粉焦净化煤气
至
固
化
缩
聚
炉引风机
水 泵废水处理站出水脱硫后的烟气焦水
烟气粉焦粉焦
粉焦
烟气半干法脱硫中的布袋除尘器
2）、工艺流程说明
在本项目中，炙热的洁净煤通过三翅旋转阀落入带二级排焦阀的回转式干法熄焦炉中，与从净化后的低温煤气（36~42°C ）直接接触，洁净
煤从460~470°C降温至80~90°C左右。

煤气被加热至360°C左右。

加热后的煤气再进入固化缩聚段进一步加热。

降温后的洁净煤通过两级排焦阀进入装有履带输送机的密闭通廊中，密闭通廊有微正压的烟气（烟气来源于脱硫除尘的烟气，采用引风机的工作，使密闭通廊的烟气压力为微正压状态运行。

密闭通廊中含有喷淋装置，使出口洁净煤的含水量处于饱和状态（神木地区洁净煤含水量接近6%）。

密闭履带机的出口采用二级排焦阀。

排除的叫通过皮带输送机送至筛分。

干法熄焦出口的二级阀和密闭履带机出口的二级阀，均为一开一闭形式运行，且彼此时间错开。

干法熄焦第一级阀打开（打开时间为3秒），此时二级阀处于关闭状态，一级阀关闭3秒后，二级阀打开（打开时间3秒），二级阀关闭3秒后一级阀再打开，循环运行。

密闭履带机出口的二级阀控制原理同上，只是在干法熄焦二级阀打开时，密闭履带机一级阀处于关闭状态。

5.2.4.2核心技术说明
本项目主要核心技术需要解决的是：系统的密封，以免出现煤气外泄发生安全和环保事故；采用冷却后气体对洁净型煤直接接触降温，并对洁净煤的含水量起到均衡作用。

两套二级阀的运行确保煤气泄漏的最少化，而未正压运行的烟气，隔绝了煤气和空气的接触。

即使发生少量煤气泄漏，也是煤气浓度低于爆炸极限。

洁净型煤出口温度主要通过变频控制的水泵电机的转速来控制水的
供量，从而有效控制洁净型煤的出口温度。

同时可实现洁净煤含水量的自动化控制。

为确保荒煤气的除尘效果，应确保荒煤气流速处于合理设计范围，可通过变频调节循环煤气的风机来实现荒煤气在分离器中的流速在合理范围内。

3.3 本热解技术的主要技术特点
本工艺路线主要技术特点在于：
3.3.1、用循环煤气与热解后的洁净煤，直接接触，将洁净煤降温至80
度以下，同时将煤气加热。

回收的热量可直接作于洁净煤的热解
过程的补充热量。

3.3.2、循环煤气使煤热解完成后的荒煤气为不饱和状态，在此状态下，
可充分利用旋风分离器对大量的灰分去除。

经过旋风分离后的煤
气喷少量的水降温至******°C左右,是煤气接近饱和状态，同时煤
气析出沥青质，沥青质与灰粘结后继续分离，此两部分分离出的
灰含有煤粉、灰分、沥青质，进入固体热载体段。

3.3.3、外热炉加热后的洁净煤与原煤、灰在固体热载体炉中充分混合
后，使混合后的温度保持在******°C，外热炉出来高温洁净煤在
固体热载体炉中起到了热源作用。

固体热载体炉出来的洁净煤，
主要为粒焦（70%以上），面焦（30%左右）。

3.3.4、产生的面焦经筛分后，近50%用于沫煤热解的热量提供，剩余的
面焦与粒焦外送。

3.4煤气净化工段及化工产品的回收
3.4.1概述
本工段单条生产线设计处理荒煤气量为******4Nm3/h。

该工段在3.1工艺技术选择原则已述，煤气净化采用预除尘工序和净化工序。

预除尘工序分为两步，首先经过旋风除尘，将大量的灰、煤粉、焦粉经过旋风分离器脱除（此时荒煤气为不饱和状态），再经过少量氨水喷淋，使煤气温度处于近饱和状态，煤气析出少量沥青质，沥青质与灰尘粘结后再经过半干法分离除尘后，煤气进入净化工序。

净化工序采用直冷方式净化。

3.4.2净化工序工艺流程说明（参照总工艺图）
从预除尘工序来的煤气进入文丘里直冷塔和旋流板塔，煤气冷却至40°C左右后，再进入电捕焦油器，捕集焦油雾滴后的煤气送煤气鼓风机进行加压，加压后部分煤气送往脱硫和硫的回收工段，部分在流量调节阀控制下，进入干法熄焦循环使用。

焦油澄清槽采用环形罐结构，内环用于收集电辅焦油器出来的混合液，外环主要收集直冷塔和旋流板塔出来的冷凝液。

喷淋用的氨水使用外环池澄清分离后的氨水，经循环氨水泵送至预除尘降温和文丘里直冷塔。

剩余氨水送至废水综合处理站净化处理。

分离的焦油至焦油中间槽贮存，当达到一定液位时，用焦油泵将其送至酸碱油品库区焦油槽。

分离的焦油渣定期送往煤场子掺混炼焦。

3.5 废水综合处理站
3.5.1 工艺流程说明
本方案包括预处理工序和生化处理工序两大部分，先针对工业废水进
行预处理后，再与生活废水混合进入生化工序处理。

1、预处理工序的主要流程 静置槽废水加热器氨氰分离器静置隔油槽
空气加热器
混合器废水
空气废水0.4MPA 1250C
0C 150空气、氨气、氰化氢、水蒸气废水催化氧化炉煤气烟囱外排烟气
烟气
焦油油回收装置废水进口加碱装置废水重油槽吸附再生装置燃烧炉
高温烟气煤气
净化水出口
酚气冷凝回收装置烟气不可凝气体
酚油酚油槽
废水先进入出油装置脱除大量的油后，通过计量泵加NaOH 后，进入静置池，通过加压泵加压到0.6MPa ，进入废水加热器加热到110-126°C 后，与蒸氨空气加热器来的150-200°C 空气在混合器中混合，直接进入氨分离器进行脱氨脱氰脱酚。

氰氨分离器下部的废水经静置隔油槽，将废水中的杂质和油进一步去除，再用泵打入吸附再生塔，通过活性炭对废水的进一步净化处理，使废水净化后的出水水质指标达到设计要求。

吸附再生塔吸附的酚油，在高温下气化后冷凝回收，同时活性炭也起到再生作用。

从氨氰分离器出来的气体混合物，主要含空气、水蒸汽、挥发性酚油、氨、氰化物，气体混合物通过带风冷装置的冷凝器冷凝后，不可凝气体进入催化裂解炉分解，分解后的达到排放标准的废气，一次经过废水加热器和空气加热器进行余热回收后，外排（若煤气和水中的硫化物含量高，则需要进行废气脱硫处理，本方案中不考虑脱硫措施，若需脱硫，本公司可提供脱硫方案设计、制造和施工）。

气体混合物经过冷凝后的液体主要含酚油和氨水，通过油水分离，分别回收酚油和氨水。

3、预处理工序的工艺说明
（1）氨氰分离系统及催化裂解系统
（2）油回收系统
除油系统禁止除油，分为加碱后除油和蒸氨后除油，加碱后主要是大量的重油通过静置隔油槽回收，由于在蒸氨过程中采用强力雾化与空气充分扰动、混合法，故本身起到了强力气浮破乳作用，蒸氨完成后，进过静置隔油槽回收。

（3）氨水回收工艺
（3）吸附再生工艺设计原理（酚油回收系统）
3.5.2、生化处理工序（CASS工艺）的工艺流程
调节槽
冷凝水及生活污水
栅格
COD2000
厌氧槽接触氧化槽二级沉淀槽
污泥槽
气浮池
上清液
污泥回流
外运
污泥脱水机
出水溢流
COD1900COD200COD150
COD300
水解槽
3.6 荒煤气半干法除尘系统
市场使用的荒煤气除尘比较成熟的技术基本都采用在集气管中喷淋氨水，然后经过气液分离器进行除尘除渣。

但在沫煤热解和褐煤提质的项目中，由于荒煤气灰分太大，往往直接采用喷淋处理，大量的煤焦油和灰相互包容，造成煤焦油品质过差，使末煤热解无法得到推广。

针对末煤热解工艺中煤焦油与灰分离难题，已经过试验的技术还有：颗粒除灰法、旋流分离法、陶瓷管过滤法，但均因煤焦油含灰量过高，无法进行推广。

针对煤焦油除灰难题，我方已与2007年就提出：只有提高工艺和装置的适配性，才能有效解决现有煤化工存在的难题。

沫煤热解生产洁净煤，已不能再使用兰炭干馏那种做法：制作装置的不关心工艺优化，只是头疼医头，造成了极大的资源浪费；做工艺设计的往往又对装置优化存在缺陷，所以有些难题无法在兰炭行业得到彻底解决。

本项目中，为确保煤焦油除灰难题得以解决，已在沫煤热解系统中充分考虑到出口荒煤气便于除灰的条件，已在热解装置中实现了煤气配量、出口煤气的温度、和煤气在分离器总流速的自动调节。

使荒煤气出热解系
统时只有气相和固相。

只有气相和固相的荒煤气在旋风分离中，全部煤粒和75%的灰分得到脱除，经过初步除灰的荒煤气再经过煤气饱和器，使煤气在水雾中降温，且使煤气接近饱和状态，同时析出微量沥青质类，沥青质与灰分经过絮流器后，大量灰分被沥青质粘结后，在进入旋风分离器，此时荒煤气的灰分99%以上得到脱除。

脱除后的荒煤气进入煤气净化系统，并确保煤焦油中的灰分少于20mg/L。

3．7 焦末热烧技术
本技术的要点不仅仅在于焦末如何燃烧问题，本项目采用的燃烧技术，是根据工业锅炉煤粉燃烧的特性及工业锅炉的结构，如何保证锅炉辐射传热量和对流传热量，在对锅炉主体结构不做改变的前提下，通过旋流多级配风和反辐射传热结构，实现焦末燃烧。

4、能耗分析
4.1、能源构成
本工程采用采用的炉型为内热式回转窑、混热式回转窑、固体热载体式回转窑、煤气直冷式回转窑组合而成的热解装置，其生产过程是一个能源转换过程。

投入的一次能源原料为≯5mm的沫煤，产出的二次能源为洁净煤、焦油、煤气。

生产过程中消耗的能源及耗能工质有水、电等。

4.2 投入能耗折算系数
投入产出能耗及耗能工质的折算系数（折标准煤）见折标系数13-1。

折算系数表表13-1。