1.本发明涉及煤焦化和气化技术领域，特别是涉及一种煤气中煤焦油分级冷却装置及其方法。


背景技术：

2.我国的能源储量结构为富煤、少气、贫油。2017年，煤占整体能源消费结构的60.4％，而在其它能源消耗中，石油、天然气对进口的依赖度较高。我国煤炭利用的主要形式为直接燃烧，约占总用煤量的80％。将这大量的动力用煤采用先热解获得低成本的煤气、焦油，剩余的半焦送锅炉燃烧发电，会大大提高煤炭的资源化利用水平和利用价值，缓解我国油气供应不足。
3.目前通常是采用固定床气化炉和回转炉等装置干馏制备焦油，其中高温含油热解煤气的油气分离是热解焦油和燃气制备的关键技术之一，当前，煤热解技术普遍采用直接喷淋工艺冷凝回收焦油，实现热解煤气与焦油的分离，然而，由于焦油组分复杂，分子量范围分布宽，直接喷淋冷却方式难以保证所得煤焦油的质量。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种煤气中煤焦油分级冷却装置及其方法，其结构简单，设计合理，可以通过分级冷却，逐级将煤气中的煤焦油组分逐级冷凝分离出来，且所得煤焦油的质量稳定。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种煤气中煤焦油分级冷却装置，包括炉体，还包括与炉体连接的冷却组件，所述冷却组件包括依次相连的若干级冷却单元，越靠近炉体的冷却单元，换热温度越高。
7.进一步地，所述冷却组件包括依次相连的高温冷却单元、次高温冷却单元、中温冷却单元和低温冷却单元，所述炉体与所述高温冷却单元连接。
8.进一步地，所述高温冷却单元设有第一冷凝器和第一过滤器，所述次高温冷却单元设有第二冷凝器和第二过滤器，所述中温冷却单元设有第三冷凝器和第三过滤器，所述低温冷却单元设有第四冷凝器和第四过滤器，所述第一冷凝器、所述第二冷凝器、所述第三冷凝器和所述第四冷凝器依次相连，所述第一过滤器设于所述第一冷凝器底端，所述第二过滤器设于所述第二冷凝器底端，所述第三过滤器设于所述第三冷凝器底端，所述第四过滤器设于所述第四冷凝器底端。
9.进一步地，所述高温冷却单元还设有导热介质冷却器、导热介质储罐和导热介质循环泵，所述导热介质冷却器分别与所述第一冷凝器和所述导热介质储罐连接，所述导热介质储罐通过导热介质循环泵与所述第一冷凝器连接。
10.进一步地，还包括中压蒸汽汽包和低压蒸汽汽包，所述中压蒸汽汽包分别与所述导热介质冷却器和所述第二冷凝器连接，所述低压蒸汽汽包分别与所述第三冷凝器和所述第四冷凝器连接，所述中压蒸汽汽包连接有补水组件。
11.进一步地，所述第一过滤器、所述第二过滤器、所述第三过滤器和所述第四过滤器分别连接有油水冷却器。
12.进一步地，所述高温冷却单元、所述次高温冷却单元、所述中温冷却单元和所述低温冷却单元，分别设有气液分离器。
13.进一步地，所述高温冷却单元还设有重质焦油改质器，所述重质焦油改质器分别与所述高温冷却单元和所述次高温冷却单元连接。
14.进一步地，所述炉体与所述冷却组件之间设有高温除尘器。
15.使用上述的煤焦油分级冷却装置进行煤焦油冷却的方法，包含如下步骤：
16.来自炉体的煤气中含有煤焦油和粉尘，先经过高温除尘器过滤出粉尘后，煤气进入第一冷凝器，煤气与第一冷凝器内的导热介质换热，煤气被冷却，导热介质吸收煤气热量后温度升高，将温度升高的导热介质送入导热介质冷却器，在导热介质冷却器内换热产生水蒸汽，产生的水蒸气进入中压蒸汽汽包，降温的导热介质进入导热介质储罐，并通过导热介质循环泵再次送入第一冷凝器，将导热介质从煤气中获得的热量用于生产水蒸汽，产生的水蒸气储存于中压蒸汽汽包，通过导热介质冷却器调控导热介质温度，使冷却后的导热介质温度恒定，如此，热导介质在第一冷凝器、导热介质冷却器和导热介质储罐之间连续循环；
17.第一冷凝器冷凝出的煤焦油液滴被煤气夹带一起进入气液分离器，煤气离开气液分离器后进入第二冷凝器，分离出的液体则从气液分离器底部流出，进入第一过滤器中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器冷却后，得到一级无尘焦油混合物，或将从气液分离器底部流出的液体直接送入重质焦油改质器中改质后，以气体形式随气液分离器分离出的煤气一起进入第二冷凝器；
18.中压蒸汽汽包的温度恒定的中压蒸汽与进入第二冷凝器的煤气，进行换热降温，从煤气中冷凝出的煤焦油液滴经气液分离器从煤气中分离出来，分离出的液体从气液分离器底部流出，进入第二过滤器中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器冷却后，得到二级无尘焦油混合物；
19.离开第二冷凝器的煤气进入第三冷凝器，进入第三冷凝器的煤气与温度恒定的低压蒸汽换热降温后，冷凝出的煤焦油液滴经气液分离器从煤气中分离出来，分离出的液体从气液分离器底部流出，进入第三过滤器中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器冷却后，得到三级无尘焦油混合物；
20.最后，煤气进入第四冷凝器，采用除盐水将煤气进一步冷却，煤气中残留的大部分水分被冷却出来，水溶性苯酚类有机物也随冷凝水一同从煤气中分离出来，煤气进入后端处理，分离出的冷凝水进入第四过滤器中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器冷却后，得到四级无尘焦油混合物。
21.本发明的有益效果如下：
22.1、本发明的冷却装置，包括炉体，还包括与炉体连接的冷却组件，所述冷却组件包括依次相连的若干级冷却单元，越靠近炉体的冷却单元，换热温度越高，其结构简单，设计合理，通过设置若干级换热温度依次降低的冷却单元，将煤气中的煤焦油组分逐级冷凝分离出来，得到多种煤焦油、甲烷和半焦产品，且所得煤焦油的质量稳定。
23.2、本发明的冷却方法，在冷却过程中，利用后一级冷却单元的冷却介质，为前一级
冷却介质降温，并将其自身加热后，进入冷却单元与煤气换热，不仅有效利用了冷却介质与煤气换热过程中所得的热量，同时也便于若干级冷却单元之间的梯度温度控制，其工艺简单，运行稳定，控制方便，可在中低压下工作，便于冷却组件的材料选择和结构设计。
附图说明
24.图1为本发明的冷却装置的一种实施例的结构示意图；
25.图2为本发明的冷却装置的另一种实施例的结构示意图；
26.附图标记说明：1.炉体、2.冷却组件、21.高温冷却单元、211.第一冷凝器、212.第一过滤器、213.导热介质冷却器、214.导热介质储罐、215.导热介质循环泵、216.重质焦油改质器、22.次高温冷却单元、221.第二冷凝器、222.第二过滤器、23.中温冷却单元、231.第三冷凝器、232.第三过滤器、24.低温冷却单元、241.第二冷凝器、242.第四过滤器、25.油水冷却器、26.气液分离器、3.中压蒸汽汽包、4.低压蒸汽汽包、5.高温除尘器。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
28.如图1～图2所示，本实施例所述的煤气中煤焦油分级冷却装置，包括炉体1，还包括与炉体1连接的冷却组件2，所述冷却组件2包括依次相连的若干级冷却单元，越靠近炉体1的冷却单元，换热温度越高，本实施例结构简单，设计合理，通过设置若干级换热温度依次降低的冷却单元，将煤气中的煤焦油组分逐级冷凝分离出来，得到多种煤焦油、甲烷和半焦产品，且所得煤焦油的质量稳定。
29.所述冷却组件2包括依次相连的高温冷却单元21、次高温冷却单元22、中温冷却单元23和低温冷却单元24，所述炉体1与所述高温冷却单元21连接，本实施例具体示出是设有四级冷却单元，四级冷却单元的温度呈下降梯度分布，从而在冷却过程中，可以依次将煤气中的煤焦油组分冷凝分离，进行回收。
30.所述高温冷却单元21设有第一冷凝器211和第一过滤器212，所述次高温冷却单元22设有第二冷凝器221和第二过滤器222，所述中温冷却单元23设有第三冷凝器231和第三过滤器232，所述低温冷却单元24设有第四冷凝器241和第四过滤器242，所述第一冷凝器211、所述第二冷凝器221、所述第三冷凝器231和所述第四冷凝器241依次相连，所述第一过滤器212设于所述第一冷凝器211底端，所述第二过滤器222设于所述第二冷凝器221底端，所述第三过滤器232设于所述第三冷凝器231底端，所述第四过滤器242设于所述第四冷凝器241底端，通过在各级冷却单元设置冷凝器和过滤器，便于将冷凝出的焦油产品，进行除尘后，再进行回收，其结构简单，便于回收。
31.所述高温冷却单元21还设有导热介质冷却器213、导热介质储罐214和导热介质循环泵215，所述导热介质冷却器213分别与所述第一冷凝器211和所述导热介质储罐214连接，所述导热介质储罐214通过导热介质循环泵215与所述第一冷凝器211连接，具体地，还包括中压蒸汽汽包3和低压蒸汽汽包4，所述中压蒸汽汽包3分别与所述导热介质冷却器213和所述第二冷凝器221连接，所述低压蒸汽汽包4分别与所述第三冷凝器231和所述第四冷凝器241连接，所述中压蒸汽汽包3连接有补水组件31，本实施例中具体示出，高温冷却单元21的导热介质导热油从煤气中获得的热量最终被用于生产水蒸汽，而生产出的水蒸气则可
用于次高温冷却单元22的换热，其结构设置简单，能耗利用效果好。
32.所述第一过滤器212、所述第二过滤器222、所述第三过滤器232和所述第四过滤器242分别连接有油水冷却器25，通过设置油水冷却器25，便于将冷凝分离出的煤焦油冷却降温后回收。
33.所述高温冷却单元21、所述次高温冷却单元22、所述中温冷却单元23和所述低温冷却单元24，分别设有气液分离器26，通过设置气液分离器26，便于将煤气和焦油液滴分离出来，煤气进入下一级冷却单元，分离后的焦油液滴，处理后回收，其结构设计简单，气液分离方便。
34.所述高温冷却单元21还设有重质焦油改质器216，所述重质焦油改质器216分别与所述高温冷却单元21和所述次高温冷却单元22连接，通过设置重质焦油改质器216，重质焦油组分在重质焦油改质器216中的较高温度下，发生裂解和聚合反应，裂解产生轻质组份，聚合产生焦炭类固体物质，经改质的煤焦油以气体形式与煤气一起进入次高温冷却单元22，其结构设计简单，便于重质焦油的改质，从而保证最终所得煤焦油的质量稳定。
35.所述炉体1与所述冷却组件2之间设有高温除尘器5，来自炉体1的煤气含有煤焦油和粉尘，煤气先经高温除尘器1中的高温过滤元件过滤出粉尘后，再进入冷却组件2，本实施例这样的设置，不仅可以减轻后续除尘压力，并可以确保后续冷凝所得煤焦油的质量稳定。
36.下面为使用上述煤气中煤焦油分级冷却装置进行煤气中煤焦油冷却的方法，包含如下步骤：
37.来自炉体1(气化炉或热解炉)的煤气中含有煤焦油和粉尘，先经过高温除尘器5过滤出粉尘后，煤气进入第一冷凝器211，此处以管壳式换热器作为第一冷凝器211，以导热油作为第一冷凝器211中的导热介质为例，煤气经过管壳式换热器的管程从上向下流动，管外侧的导热油将管内煤气进行冷却。导热油吸收煤气热量自身温度会上升，设置导热油冷却器，导热油冷却器内设置换热面，换热面用于导热油与水汽换热产生水蒸汽，产生的水蒸汽进入中压蒸汽包。如此，导热油从煤气中获得的热量最终被用于生产水蒸汽。通过调节导热油冷却器中油位高低来影响换热面面积，从而控制产生水蒸汽的多少，并使热导油的温度被控制稳定在一定温度，如400℃左右，温度的变化范围很小，如5～℃。经导热油循环泵输送，导热油在管壳式换热器、导热油冷却器和导热油储罐之间连续循环。导热油具有较高沸点，可在低压和较高温度条件下维持化学结构和物理性质稳定。可以尽量选择高沸点的导热油，如可允许操作温度为400℃或更高的导热油，可使第一冷凝器211在尽量高的温度水平下稳定地冷凝冷却。导热油在低压下工作，便于换热器材料选择和结构设计。维持热导油温度的稳定，可保持第一冷凝器211的煤气出口温度稳定，从而使煤气中煤焦油处于稳定的工作条件进行冷凝分离，以保证最终所得煤焦油的质量稳定。
38.第一冷凝器211冷凝出的煤焦油液滴被煤气夹带一起进入气液分离器26，煤气离开气液分离器26后进入第二冷凝器221，参见图2所示，在其中一种可选具体实施例中，分离出的液体则从气液分离器26底部流出，进入第一过滤器212中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器25冷却后，得到一级无尘焦油混合物；参见图1所示，在其中一种可选具体实施例中，分离出的液体则直接送入重质焦油改质器216中改质后，以气体形式随气液分离器26分离出的煤气一起进入第二冷凝器221，具体地，重质焦油改质器216设为流化床反应器，床内维持有小颗粒固体，流化气体进入将床内颗粒处于流化状态。重质焦油改质器
216的温度控制在更高的温度条件下，如550～700℃，典型温度为600℃。在此温度下，重质焦油组分发生裂解和聚合反应，裂解产生轻质组份，聚合产生焦炭类固体物质。经改质的煤焦油以气体形式合并入第一冷凝器的出口气路中；
39.煤气离开了第一冷凝器211后进入第二冷凝器221，与第一冷凝器211中冷却介质的温度稳定的要求相一致，如设置中压蒸汽汽包3的压强维持在4.0mpa，温度恒定在250℃，煤气在恒定的中压蒸汽温度下被换热降温。煤气中的沸点高于250℃的部分煤焦油被冷却和冷凝出来。冷凝出来的中温煤焦油(中质油)经气液分离器从煤气中分离出来，此部分冷凝物中几乎不含水分，但有部分粉尘。设置第二过滤器222，将粉尘从液体中分离出来，之后通过经油水冷却器25冷却降温后，可直接作为副产品，经过精制成需要的产品；
40.离开第二冷凝器221的煤气进入第三冷凝器231，与第二冷凝器221类似，如设置的低压蒸汽汽包4的压强维持在0.5mpa，饱和蒸汽温度接近150℃。进入第三冷凝器231的煤气与温度恒定的低压蒸汽换热降温后，所含的沸点在150℃以上的煤焦油组份被冷凝出来，同时煤气中所含的部分水蒸汽也会被冷凝出来，所得的油水混合物送第三过滤器231中过滤后得到无尘油水混合物；
41.最后，煤气进入第四冷凝器241，采用除盐水将煤气进一步冷却，煤气中残留的大部分水分被冷却出来，水溶性苯酚类有机物也随冷凝水一同从煤气中分离出来，煤气进入后端处理，分离出的冷凝水进入第四过滤器242中，将粉尘从液体中分离出来，液体经油水冷却器冷却后，得到四级无尘焦油混合物。
42.此处需要说明的是，本实施例中与导热油冷却器连接中压蒸汽汽包3，即为设于次高温冷却单元22的中压蒸汽汽包3，两者为同一汽包。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。