GF炉分质综合利用技术(全面介绍)

GF国富炉低阶煤（油页岩）分质综合利用技术—北京国电富通科技发展有限责任公司一、低阶煤现状煤炭是我国的主体能源，其中，据统计，全球可采煤炭储量约为：8609亿吨，其中低阶煤（褐煤+次烟煤）储量约为：4561亿吨。而我国可采煤炭储量约为：1145亿吨，其中低阶煤（褐煤+次烟煤）总量约为：523亿吨。低阶煤的可采储量占到了总储量一半左右，如何利用低阶煤将是未来国家抵御能源危机的重要途径之一，并成为我国能源生产和供应的重要组成部分。我国低阶煤具有水分大、发热量低、化学反应性好、易燃易碎等特点，不适宜直接燃烧和运输，利用能效低，污染严重，因此必须对低阶煤进行热解、加工综合利用，通过一定手段降低其灰分和水分，提高发热量，或者生产高附加值产品。目前，由于煤炭市场萎靡，主产品半焦（兰炭）经济效益处于劣势，现逐步向含油率较高煤种区域发展，尤其陕西、新疆地区等兰炭产业仍然处于装备简单化、工艺低端化、市场单一化的急需优化升级阶段，热解技术市场趋势将向原煤利用分级化、热解工艺分类化、热解装置大型化发展。鉴于此，加强对低阶煤热解技术的基础理论研究，指导低阶煤的多联产梯级利用技术开发，实现低阶煤热解装备系统大型化及热解工艺技术的示范或商业化推广，从而实现我国低阶煤的高效、洁净及规模化应用，促进我国煤炭产业可持续发展具有重要作用。二、现有国家政策支持最新编订的《煤炭深加工示范项目规划》指出，根据我国褐煤、长焰煤等中低阶煤贮藏量大的特点，开展大规模煤炭分质利用示范工作。半焦用于动力燃料、气化、发电、电石、钢铁等行业，焦油经加氢后生产燃料油。“十二五”期间在现有干馏技术基础上进一步进行工程化开发，建设单系列百万吨以上的干馏装置；示范项目全厂规模达到500万吨/年，示范干馏-气化-加氢-发电一体化综合利用技术，使我国煤炭分质利用技术达到世界领先水平。2015年1月，由国家能源局、环境保护部、工业和信息化部联合下发的《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》中提出，2020年，现代煤化工产业化示范取得阶段性成果，形成更加完整的自主技术和装备体系，具备开展更高水平示范的基础。低阶煤分级提质核心关键技术取得突破，实现百万吨级示范应用。2015年5月，国家能源局印发了《煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）》，《计划》指出，到2017年，低阶煤分级提质关键技术取得突破;2020年，建成一批百万吨级分级提质示范项目。另外，根据国家“十三五”规划初稿透露，已把低阶煤分级分质利用定义为五大煤化工示范类项目之一。三、目前热解技术现状目前国内外已经用于大规模生产实践的主流炉型仍停留在较传统的技术上，其中在鲁奇三段炉的基础上开发的气燃内热式直立炉建成规模最大、使用最广泛。近年来国内在实验室水平和小规模试验装置上进行了广泛的研究试验，取得了大量具有发展前景的先进技术和研究成果，但工程化应用尚未取得实质突破，距进入大规模工业化生产仍存在一定差距。表1目前主要研发及试运行的中低温热解工艺（数据来自陕西榆林兰炭产业发展报告）项目LCC（LFC）技术柯林斯达带式炉技术北京神雾旋转床工艺神木富油DG固体热载体快速热解技术西安三瑞水平回转炉技术外热式直立炉技术浙大循环流化床热电气焦油多联产技术国富气体热载体外燃内热式直立炉山西畅翔间热室式中低温干馏技术进料粒度/mm5～506～2010～800～60～2025～800～800～1500～80加热燃料热解煤气、煤热解煤气低热值煤气热解煤气、焦热解煤气热解煤气热解煤气惰性烟气净化后煤气加热方式内热式内热式外热式内热式外热式外热式内热式内热式外热式热载体烟气烟气—半焦半焦、烟气—灰渣烟气—热解温度℃500～600500～600550500-540600～700850～900580～600550～600可调550～650可调目标产品半焦、焦油半焦、焦油半焦、焦油煤气半焦、焦油、煤气半焦、焦油、煤气半焦、焦油、煤气焦油、煤气、蒸汽半焦、焦油、煤气半焦、焦油、煤气产率半焦t/t煤0.50.580.750.60.70.620.4020.42焦油t/t煤0.040.0770.070.10.0790.0780.01980.021公用工程水/m30.08（t-0.16-0.151.60.0880.08公用工程(吨半焦)(吨半焦)褐煤）（煤）电/kW·h48.6（t褐煤）20（t煤）28（t煤）39513913.1217规模投资100×104t/a煤热解装置约3.5亿元100×104t/a煤热解装置约4～5亿元100×104t/a煤热解装置约5～6亿元60×104t/a煤热解装置约1.5亿元30×104t/a煤热解装置约2亿元60×104t/a煤热解装置约2.5亿元30×104t/a煤热解装置约2.5亿元50×104t/a煤热解装置约1.0亿元100×104t/a煤热解装置约4亿元环保、节能状况无废水，热效率较高。热烟气循环利用，无废水。可用低热值煤气作燃料。干法熄焦环保；热效率高。环保和节能效果好环保和节能效果好环保和节能效果好环保和节能效果好技术特点采用气体热载体；干燥和热解两步法；对低阶煤的适应性尚需进行验证。热解煤气采用油冷、空冷；热半焦采用冷煤气预热回收和干法烟气终冷。蓄热式辐射管加热；煤气品质好；适用原料广泛。固体热载体、半焦在提升管中加热、煤气热值高半焦热载体及烟气循环加热；连续干法熄焦。采用蓄热室回收热量；煤气熄焦；炉底排焦蒸汽密封。能实现热-电-油多联产设置预热、干燥、干馏、冷却四段结构，实现能量梯级循环利用采用外热提高煤气质量；装置大型化；粗煤气可根据下游需要选择中温或低温口导出技术来源大唐华银电力公司，中国五环工程有公司北京柯林斯达公司北京神雾能源集团大连理工大学西安三瑞实业有限公司北京众联盛化工工程有限公司浙江大学北京国电富通科技发展有限公司山西畅翔科技有限公司工业化程度华银30×104t/d褐煤提质示范工程已建成，但至今为能长周期运行蒙元30×104t/a褐煤提质示范装置已建，红柳林长焰煤1t/h试验已完成内蒙古乌兰煤炭集团单线100×104t/a褐煤提质正在建设神木富油60万吨/年装置建成，至今仍处于调试状态中试阶段内蒙伊东集团60×104t/a半焦装置已投产运行已完成40t/h（煤）工业性试验内蒙国能能源公司50×104t/a原料煤装置2011年已投产运行5万t/a系统35天正常运行相比以上工艺，我公司技术在处理规模、入炉粒径范围、工业示范运行周期、焦油收率、能耗、投资强度以及环保等方面具有明显优势，可以作为现有产能技术升级替代技术。因此，如果我公司国富炉工艺在长焰煤及油页岩热解领域取得成功示范，将具有很好的市场前景。四、我方技术简述1）总体概述由北京国电富通科技发展有限公司开发的GF低阶煤分质综合利用技术（以下简称GF工艺）核心设备为气体热载体外燃内热式直立方炉（国富炉），具有适用全粒径煤处理、单套处理规模大、焦油回收率高、煤气品质高、半焦效益最大化、可回收煤中水分及系统节能环保等特点，并具有完全自主知识产权。该技术是集多段分层、干法熄焦、高效粉尘分离、热载体及物料均布、废水减量及处理、高温煤气加热、烟气活化、中低温烟气控制等技术为一体，并以气体热载体外燃内热式直立方炉、高效旋风除尘器、煤气加热炉、细微粒粉尘高效分离器等核心设备为实施载体的热解新技术。气体热载体外燃内热式直立炉高效旋风除尘器细微粒粉尘高效分离器煤气加热炉高效粉尘分离GF煤基活性焦制备技术GF褐煤分质综合利用技术GF长焰煤分质综合利用技术GF油页岩热解炼油技术多段分层中低温烟气处理废水减量及处理高温煤气加热烟气活化干法熄焦热载体及物料均布图1GF（国富）低阶煤（油页岩）分级分质综合利用技术体系图2）工艺流程煤气加热炉布袋除尘直淋塔焦油渣分离器间冷横冷器型煤外卖热水热水采暖凉水塔凉水塔冷水机捕雾器电捕焦油器脱水成品焦油油水分离LAB工艺煤斗干燥段干馏段燃烧器放空冷却段尘灰旋风除尘他用成型尘灰旋风除尘脱硫成品焦仓提质炉脱硫转运煤气发生炉冷凝液罐空气空气图2GF工艺流程图粒度为0～150mm的原煤经斗提机进入炉顶煤仓，煤仓储量为250吨。原煤在重力作用下首先进入干燥段。在干燥段，原煤与来自冷却段换热后的350℃的烟气进行换热，热量不足时补充煤气发生炉煤气燃烧产生的热量。换热后煤的温度升高到170℃左右，并脱除全部水分。换热后的烟气经布袋除尘器除尘、脱硫后，温度降至60℃，经引风机一部分进入国富炉冷却段，剩余部分排空。干燥后的煤在重力作用下进入干馏段，在干馏段与来自加热炉的750℃的高温煤气进行换热，煤的温度升高到580℃，在此温度下发生热解反应，热解产生的荒煤气（净煤气、焦油气、热解水）经高效旋风除尘器除尘后进入煤气净化与焦油回收系统。原煤热解后生成高温半焦，高温半焦在重力下进入冷却段，在冷却段与来自干燥段经除尘脱硫降温后的60℃的冷烟气进行直接换热，烟气温度升高到350℃左右，经旋风除尘器除尘后进入干燥段。换热后若半焦温度低于100℃，经推焦机推出至埋刮板机，经输焦皮带进入原有半焦通廊皮带，经筛分楼筛分后，8mm以下粉料进入成型车间成品仓。生产的型煤作为民用燃料销往京津冀地区，8mm以上的小粒度半焦做为电石原料使用。干馏段煤气加热炉采用煤气发生炉产生的煤气做为燃料，煤气燃烧产生的高温烟气与冷煤气在加热炉内进行间接换热。换热后的烟气经布袋除尘器除尘、脱硫后直接排空。干馏过程产生的300℃荒煤气进入旋风除尘器，气体中85%以上的粉尘被沉降下来，除尘后的荒煤气进入直淋塔，用直淋塔循环喷洒液喷洒煤气，将煤气冷却降温到80℃左右，由直淋塔排出的煤气，进入横管冷却器上部冷却至23℃左右，同时荒煤气在横管冷却器中从上向下运行过程时，经过循环喷洒液两级喷淋后，由横管间冷器下部排出的煤气，进入捕滴器下部，经过捕滴器内部的挡板折流后，脱除荒煤气携带的部分焦油和水分，从捕滴器中部排出，进入电捕焦油器下部，捕集煤气中夹带的煤焦油，再经脱硫系统脱硫后经煤气加压机加压后送往后续系统。从间冷器、捕滴器、电捕焦油器、煤气加压机冷凝下来的油水混合物进入油水分离槽，分离出的污水进入污水处理系统，焦油用焦油泵打入成品焦油罐。为了保证横管冷却器冷却效果，在冷却器上部和下部喷洒来自机械化喷洒液澄清槽中部的焦油、喷洒液混合液，在其顶部用热喷洒液定期冲洗，以清除管壁上的焦油等杂质。间冷器中部和底部排出的冷凝液经水封槽流入冷凝液槽循环使用，多余喷洒液和焦油混合液再送至机械化澄清槽。从直淋塔底部出来的煤焦油和喷洒液混合液，用喷洒液中间泵送至喷洒液机械化澄清槽，在此进行喷洒液、煤焦油和焦油渣的分离。上部的喷洒液流入喷洒液地下槽，再由喷洒液泵送至制冷顶部循环使用。机械化澄清槽下部的煤焦油靠静压流入含渣油水分离槽，进一步进行煤焦油与喷洒液的沉降分离。分离出的煤焦用焦油泵送至成品焦油罐。3）GF工艺技术优势国富炉相比于目前其他工艺有以下几方面的优点：1.对物料粒度适应范围广，可实现全粒径原煤直接入炉，提高原煤利用率，降低生产成本；2.干燥段与干馏段独立设计，避免干燥过程产量的大量烟气、水蒸气和煤尘进入煤气净化系统，提高了煤气热值及利用范围，大大降低了酚水产生量，同时保证了焦油品质；3.采用多层布气方式，降低了煤层阻力，提升热载体输入量，保证大处理量对热量的需求，单台处理原煤达到100万吨/年；4.工艺移动床设计及炉体内采用沉降式设计，出口粉尘含量低，避免了干馏出口焦油、粉尘结焦及积尘问题；5.在炉内通过多层布气伞和集气伞的设计，实现了布料均匀、下料均匀、布气均匀和集气均匀，产品均匀性好，产品品质稳定;6.采用废烟气做为冷却介质冷却产品半焦，不仅避免了水资源浪费和废水的产生，同时被加热烟气可有效利用，提高了系统热效率；7.可实现中、低温干馏和干燥，工艺灵活，产品多样化，并采用外燃内热式加热方式，保证焦油和煤气产率的最大化；8.采用自主技术LAB（活性焦吸附生化降解耦合技术）废水处理工艺处理系统生成的废水，出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准，CODcr≤50