煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法与系统及工艺

摘要

本发明公开了煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法与系统及工艺，其方法为：将煤粉和活化气进行炭化处理获得炭化料和热解气，炭化料与水蒸气进行活化处理获得粉状活性焦和活化气，热解气进行燃烧获得燃烧烟气，燃烧烟气作为活化处理的热源，燃烧烟气对炭化料与水蒸气间接加热后获得余热烟气，余热烟气作为炭化处理的一部分热源，余热烟气对煤粉进行间接加热，活化气作为煤粉的另一部分热源，活化气与煤粉接触。本发明将炭化和活化分为两个过程，炭化段热解气燃烧依次为活化段、炭化段和煤粉预热提供热源，系统能量综合利用率高，制焦煤耗低。炭化热解气中可燃气含量高，热值高且易于稳定燃烧，便于利用。

说明书

技术领域

本发明属于活性焦制备领域，涉及煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法与系统及工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

活性焦通常具有发达的孔隙结构和一定的表面化学活性，在气体和水体净化领域有着广泛的应用。申请人在烟气脱硫用活性焦制备领域有长期研究，为降低活性焦生产成本，申请人在专利申请号为201310176387.1的“一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置”中提出了抽取锅炉热烟气调质煤粉快速制备粉状活性焦的工艺，相比与传统颗粒活性焦复杂的制备工艺，可大幅度降低活性焦生产成本。在此基础上，申请人又针对技术开发过程中出现的实际问题进行了持续改进：针对抽取锅炉烟气作为制焦热源对锅炉系统的影响问题，在申请号为201510182219.2的“一种粉末活性焦快速制备装置和方法”中提出了可自生高温热烟气的粉焦制备工艺，避免了对锅炉系统的影响，结构紧凑，基建投资减少；针对燃烧高温烟气带灰对粉焦纯度影响的问题，在申请号为201710671922.9的“一种分级分段式粉焦制备系统及工艺”中提出了煤粉粒径分级、燃烧-制焦分段的粉焦制备工艺，大幅度降低粉焦中无效灰含量，提高了粉焦纯度和SO

在实践中申请人发现，上述专利方法和装置存在如下问题：煤粉制焦的炭化和活化介质均采用煤粉燃烧所产生的高温烟气，且为保证制焦反应充分进行，须保证制焦炉出口温度在850℃以上，这样就需要燃烧更多的煤粉提供热量，制焦能耗高；制焦过程中煤粉和高温烟气直接接触，煤粉热解的可燃气混入烟气且被烟气中氧气燃烧中导致制焦热解气热值低、利用困难。如能解决上述问题，必将大幅度降低粉状活性焦制备能耗，提高系统经济性，对粉焦制备技术的推广应用有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法与系统及工艺，将炭化和活化分为两个过程，炭化段热解气燃烧为活化段提供热源，活化气为炭化段提供热源，降低制焦能耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法，将煤粉和活化气进行炭化处理获得炭化料和热解气，炭化料与水蒸气进行活化处理获得粉状活性焦和活化气，热解气进行燃烧获得燃烧烟气，燃烧烟气作为活化处理的热源，燃烧烟气对炭化料与水蒸气间接加热后获得余热烟气，余热烟气作为炭化处理的一部分热源，余热烟气对煤粉进行间接加热，活化气作为煤粉的另一部分热源，活化气与煤粉接触。

本发明的活化处理及炭化处理采用的燃烧烟气进行间接加热，从而提高炭化处理产生的热解气中可燃成分的含量，提高煤粉热解产生热解气的利用率。同时，活化处理产生的活化气中含有CO、H

为了更好的实现上述方法，另一方面，一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的系统，包括炭化段反应器、煤气燃烧器、活化段反应器，炭化段反应器和活化段反应器均为竖直设置的管式换热器；

炭化段反应器的管程进口设置在炭化段反应器的下部，炭化段反应器的管程出口设置在炭化段反应器的上部，炭化段反应器的壳程设置固相进口、固相出口、气相进口及气相出口，炭化段反应器固相进口设置在炭化段反应器的顶部，炭化段反应器固相出口设置在炭化段反应器的底部，炭化段反应器的气相进口设置在炭化段反应器的上部，炭化段反应器的气相出口设置在炭化段反应器的下部；

活化段反应器的管程进口设置在活化段反应器的上部，活化段反应器的管程出口设置在活化段反应器的下部，活化段反应器的壳程设置固相进口、固相出口、气相进口及气相出口，活化段反应器固相进口设置在活化段反应器的顶部，活化段反应器固相出口设置在活化段反应器的底部，活化段反应器的气相进口设置在活化段反应器的上部，活化段反应器的气相出口设置在活化段反应器的下部；

炭化段反应器的固相进口连接煤粉源，炭化段反应器的固相出口连接活化段反应器的固相进口，活化段反应器的气相出口连接炭化段反应器的气相进口，炭化段反应器的气相出口连接煤气燃烧器的燃料进口，煤气燃烧器的烟气出口连接活化段反应器的管程进口，活化段反应器的管程出口连接炭化段反应器的管程进口，活化段反应器的气相进口连接水蒸气源。

第三方面，一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的工艺，提供上述系统，包括如下步骤：

煤粉在炭化段反应器的壳程内被两股热源加热，一股来自活化段反应器换热管的余热烟气，余热烟气经过换热管进行间接加热，另一股来自活化段的活化气，活化气与煤粉混合进行直接加热，煤粉和活化气在炭化段反应器内经过加热发生热解炭化反应获得炭化料和热解气；

热解气经过煤气燃烧器燃烧产生燃烧烟气；

炭化料进入活化段反应器的壳程，向活化段反应器的气相进口喷入水蒸气，燃烧烟气进入管程对炭化料进行间接加热，炭化料被加热的同时与水蒸气反应被活化生成粉状活性焦和活化气。

本发明的有益效果为：

(1)将粉状活性焦制备分为炭化和活化两个串联工艺，煤粉先炭化后活化，炭化产生热解气燃烧产生高温烟气作为活化、炭化、煤粉预热的热源，高温烟气显热逐级利用，外排烟气温度低；活化后高温粉焦显热通过粉焦冷却器回收；整体系统能量综合利用率高，制焦煤耗低。

(2)炭化段和活化段采用垂直列管方式间接加热，高温烟气不与物料直接接触，仅蒸汽进入活化段，活化气进入炭化段，最终从炭化段排除的热解气可燃气含量高，热值高且易于稳定燃烧，无需天然气助燃，便于利用。

(3)与本发明人之前申报的煤粉制备粉状活性焦专利相比，回用了制焦热解气作为制焦热源，不存在之前燃煤烟气作为热源带来的烟气粉尘混入粉焦中降低粉焦纯度的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的系统结构示意图；

其中，1、煤粉仓；2、煤粉预热器；3、锁气给料机；4、炭化段反应器；5、高温除尘器；6、炭化料螺旋给料机；7、热解气风机；8、燃烧器；9、空气喷嘴；10、活化段反应器；11、旋风分离器；12、粉焦冷却器；13、炭化段加热管；14、活化段加热管；15、蒸汽喷嘴、16、热解气出口；17、活化段加热管入口；18、活化段加热管出口；20、活化段出气口；21、炭化段上部入口；22、炭化段加热管出口；23、空气；24、烟气排放至净化系统；25、粉焦。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

鉴于现有制备粉状活性焦存在的能耗高、煤粉炭化后产生的热解气难以利用等困难，本发明提出了煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法与系统及工艺。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的方法，将煤粉和活化气进行炭化处理获得炭化料和热解气，炭化料与水蒸气进行活化处理获得粉状活性焦和活化气，热解气进行燃烧获得燃烧烟气，燃烧烟气作为活化处理的热源，燃烧烟气对炭化料与水蒸气间接加热后获得余热烟气，余热烟气作为炭化处理的一部分热源，余热烟气对煤粉进行间接加热，活化气作为煤粉的另一部分热源，活化气与煤粉接触。

本发明的活化处理及炭化处理采用的燃烧烟气进行间接加热，从而提高炭化处理产生的热解气中可燃成分的含量，提高煤粉热解产生热解气的利用率。同时，活化处理产生的活化气中含有CO、H

该实施方式的一些实施例中，活化处理后的余热烟气不低于850℃。

该实施方式的一些实施例中，余热烟气经过炭化处理后对煤粉进行预热，预热后的煤粉进行炭化处理。能够提供能量的梯度利用，增加能量的利用效率。

在一种或多种实施例中，预热煤粉后的烟气经过脱硫脱硝后排放。

该实施方式的一些实施例中，采用空气对活化处理后的粉状活性焦进行冷却，同时对空气进行预热，利用预热后的空气对热解气的燃烧进行助燃。

本发明的另一种实施方式，提供了一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的系统，包括炭化段反应器、煤气燃烧器、活化段反应器，炭化段反应器和活化段反应器均为竖直设置的管式换热器；

炭化段反应器的管程进口设置在炭化段反应器的下部，炭化段反应器的管程出口设置在炭化段反应器的上部，炭化段反应器的壳程设置固相进口、固相出口、气相进口及气相出口，炭化段反应器固相进口设置在炭化段反应器的顶部，炭化段反应器固相出口设置在炭化段反应器的底部，炭化段反应器的气相进口设置在炭化段反应器的上部，炭化段反应器的气相出口设置在炭化段反应器的下部；

活化段反应器的管程进口设置在活化段反应器的上部，活化段反应器的管程出口设置在活化段反应器的下部，活化段反应器的壳程设置固相进口、固相出口、气相进口及气相出口，活化段反应器固相进口设置在活化段反应器的顶部，活化段反应器固相出口设置在活化段反应器的底部，活化段反应器的气相进口设置在活化段反应器的上部，活化段反应器的气相出口设置在活化段反应器的下部；

炭化段反应器的固相进口连接煤粉源，炭化段反应器的固相出口连接活化段反应器的固相进口，活化段反应器的气相出口连接炭化段反应器的气相进口，炭化段反应器的气相出口连接煤气燃烧器的燃料进口，煤气燃烧器的烟气出口连接活化段反应器的管程进口，活化段反应器的管程出口连接炭化段反应器的管程进口，活化段反应器的气相进口连接水蒸气源。

该实施方式的一些实施例中，包括热解气高温除尘器，炭化段反应器的气相出口连接热解气高温除尘器的进口，热解气高温除尘器的气相出口连接煤气燃烧器的燃料进口。

在一种或多种实施例中，热解气高温除尘器的固相出口连接活化段反应器的固相进口。

在一种或多种实施例中，包括炭化料水冷螺旋给料机，热解气高温除尘器的固相出口与炭化段反应器的固相出口均连接炭化料水冷螺旋给料机的进口，炭化料水冷螺旋给料机的出口连接活化段反应器的固相进口。

该实施方式的一些实施例中，包括旋风分离器，活化段反应器的气相出口连接旋风分离器的进口，旋风分离器的气相出口连接炭化段反应器的气相进口。

该实施方式的一些实施例中，包括煤粉预热器，煤粉预热器的物料进口连接煤粉源，煤粉预热器的物料出口连接炭化段反应器的固相进口，煤粉预热器的加热进口连接炭化段反应器的管程出口。

该实施方式的一些实施例中，包括粉焦冷却器，粉焦冷却器的物料进口连接活化段反应器的固相出口，粉焦冷却器的冷却气进口连接大气，粉焦冷却器的冷却气出口连接煤气燃烧器的空气进口。

该实施方式的一些实施例中，活化段反应器的壳程侧壁开设空气进口。能够向活化段反应器中输送补燃空气，维持活化段反应温度。

本发明的第三种实施方式，提供了一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的工艺，提供上述系统，包括如下步骤：

煤粉在炭化段反应器的壳程内被两股热源加热，一股来自活化段反应器换热管的余热烟气，余热烟气经过换热管进行间接加热，另一股来自活化段的活化气，活化气与煤粉混合进行直接加热，煤粉和活化气在炭化段反应器内经过加热发生热解炭化反应获得炭化料和热解气；

热解气经过煤气燃烧器燃烧产生燃烧烟气；

炭化料进入活化段反应器的壳程，向活化段反应器的气相进口喷入水蒸气，燃烧烟气进入管程对炭化料进行间接加热，炭化料被加热的同时与水蒸气反应被活化生成粉状活性焦和活化气。

该实施方式的一些实施例中，炭化段出口炭化料温度500～700℃。

该实施方式的一些实施例中，活化段出口粉焦温度750～950℃。

该实施方式的一些实施例中，燃烧器出口高温烟气温度为950～1250℃。

该实施方式的一些实施例中，活化段内加热管出口烟气温度为850～950℃。

该实施方式的一些实施例中，炭化段内加热管出口烟气温度为400～500℃。

该实施方式的一些实施例中，煤粉预热器烟气出口温度300～400℃。

该实施方式的一些实施例中，煤粉粒径范围50～500微米。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

一种煤粉炭化活化两段式制备粉状活性焦的系统，如图1所示，包括煤粉预热器2、炭化段反应器4、热解气高温除尘器5、炭化料螺旋给料机6、煤气燃烧器8、活化段反应器10、粉焦冷却器12等主要部件。

煤粉仓1在最顶端，煤粉仓1下连接煤粉预热器2，煤粉预热器2出口与锁气给料机3连接，锁气给料机3与炭化段反应器4入口连接，炭化段反应器4底部炭化料出口与炭化料螺旋给料机6连接，炭化段反应器4下部侧面开设炭化热解气出口16，与高温除尘器5连接；高温除尘器5的固体物料出口与炭化料螺旋给料机6连接，气体出口与热解气风机7入口连接；热解气风机7出口与燃烧器8连接；燃烧器8出口活化段加热管入口17连接；活化段反应器10顶部与炭化料螺旋给料机6出口连接；活化段反应器内设置垂直加热管14，入口17与燃烧器8出口管道连接，出口18与炭化段加热管入口19连接；活化段反应器10底部固体物料出口与粉焦冷却器12入口连接，活化段反应器下部侧面设置气体物料出口20，与旋风分离器11连接，旋风分离器气体出口与炭化段反应器上部入口21连接。

粒径50～500微米的煤粉从煤粉仓1出口进入煤粉预热器2，在煤粉预热器2内加热至100～200℃，预热后煤粉经过锁气给料机3进入炭化段反应器；煤粉预热热源连接炭化段加热管出口22，烟气出口温度300～400℃，排放烟气24接烟气脱硝、除尘、脱硫等常规烟气净化系统。

煤粉在炭化段反应器4内被两股热源加热，一股为来自活化段加热管14的烟气，采用垂直列管换热器间接加热煤粉，炭化段加热管13出口烟气温度为200～300℃，另一股为来自活化段反应器的活化气通入炭化段上部入口21直接加热煤粉。煤粉在两股热源加热下发生热解炭化反应，煤粉一边炭化一边向下移动，至底部物料出口处变为低挥发分的炭化料，炭化段出口炭化料温度500～700℃，炭化料进入炭化料螺旋给料机。炭化工艺产生的热解气从炭化段下部侧面出口16被引出，进入高温除尘器5除尘，除下的细炭化料落入炭化料螺旋给料机6，热解气进入热解气引风机7。

热解气经过热解气引风机7送到燃烧器8，燃烧器8的空气来自粉焦冷却器12，燃烧器产生高温烟气950～1250℃。

炭化料旋螺给料机6将炭化料送至活化段反应器10顶部，活化段反应器上部蒸汽喷口15加入水蒸气，燃烧器8产生高温烟气进入活化段反应器内布置的垂直加热管14，间接加热炭化料。炭化料向下移动，被加热的同时与水蒸气反应被活化，在活化段反应器10底部出口变为活性焦。活化段反应器出口粉焦温度750～950℃，活化段反应器内加热管出口烟气温度为850～950℃。

活性焦进入粉焦冷却器12，温度被冷却至70℃以下，冷却后的粉焦25可送入粉焦仓储存。粉焦冷却器12的冷却介质为空气23，空气23从室温被加热至150～200℃，预热后的空气一部分送入燃烧器8助燃，少部分通过空气喷嘴9分级送入活化段反应器10作为补燃空气维持活化段反应温度。

活化段反应器10内活化反应产生气体为含有CO、H

以烟煤煤粉添加量10t/h为例，水蒸气添加量10t/h，活化气进入炭化段的量16000Nm

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。