一种炼焦工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种炼焦工艺及装置，属于废油脂利用和煤炭加工领域。
背景技术
地沟油回流餐桌会严重危害人们的身体健康，其来源广泛，诸如煎炸油、地沟油、潲水油、过期油等。“地沟油”一般是指用餐厨废弃物、肉类加工废弃物和检验检疫不合格畜禽产品等非食品原料生产、加工的油脂。由于动植物油脂经过高温氧化会产生剧毒的黄曲霉素、苯并芘等致癌物质，这对人们的健康造成极大的危害。因此，废弃油脂利用途径的研发惠及和保障人们健康生活，具有重要的社会价值和意义。
煤炭在我国乃至全球都是能源消费结构中占主体地位的，但是在其利用过程中如果工艺和技术不完善会造成环境污染，诸如大气污染（PM2.5）、水体污染（废水排放）等。煤炭依据变质程度的不同分为褐煤、烟煤、无烟煤三大类，烟煤又细分了12小类。变质程度直接决定了煤炭的利用途径和方式，如变质程度高的无烟煤用来制合成氨、尿素等化肥，烟煤中变质程度高的可以炼焦、变质程度较低的可以通过气化或液化制化学品，褐煤以燃烧供暖发电为主。煤炭的价值或市场价格与变质程度呈正相关性，即变质程度越高其价值越大，所以推进煤炭优质化加工、分质分级梯级利用成为国家能源战略的主要任务和行动目标（《煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）》国能煤炭[2015]141号）。采用分级分质利用的新型煤炭利用方式，具体而言，洁净煤脱除了挥发分等轻质组分及氧、硫、氮、磷等杂质，热值提高更加清洁，可替代无烟煤、贫煤、瘦煤，广泛用于发电、高炉喷吹、民用、化工等领域；煤气可作为制氢、天然气及化工生产的原料，也可脱硫脱氮后直接燃烧发电；煤焦油可提取苯、酚、吡啶等几十种甚至上百种精细化工产品，也可加氢制取柴油、石脑油等清洁液体燃料。这对于实现煤炭行业转型升级、化解产能过剩危机有着重要意义（我国煤炭分级分质利用情况简述，搜狐网，2016-05-20）。目前煤炭热解是煤炭分级分质利用的先导技术。根据热解对煤炭粒度的要求，可分为块煤热解技术和粉煤热解技术。我国块煤热解采用直立炉，技术成熟，在陕西榆林、内蒙古乌海等地有一定规模的应用，生产能力近5000万吨/年，但技术较为落后，单套装置生产能力低于10万吨/年，污染物控制手段不到位，对环境影响较大。同时，随着我国煤炭大型机械化开采的普及，煤矿生产出来块煤的比重越来越小(不到20%)。中国发明专利CN105038827A公开了一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法，该系统耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，实现了气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料。
而炼焦是煤的高温干馏形式，其主要使用气煤、肥煤、焦煤、瘦煤进行配煤后炼焦得到焦炭，由于焦煤资源紧缺，使得采用其他煤种进行配合达到炼焦的目的。而很多劣质煤还无法作为炼焦用配煤，也使得不能高值化利用。如果能有新的工艺和装置对煤进行加工处理，扩展煤种而实现炼焦目的。这将是煤炭优质化加工的创新思路，将对煤炭清洁高效利用具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种炼焦工艺及装置，具体是一种利用煎炸油、地沟油、潲水油、过期油脂等废油脂作为介质对煤炭进行脱水、脱矿物质、脱硫、脱氮和回收有机物后，进一步炼焦制得焦炭的工艺及装置。
本发明采用废油脂作为导热和溶剂介质对煤炭进行脱水、脱矿物质、脱硫、脱氮，并溶解吸收可溶性有机物分子，然后进行炼焦制得焦炭，即通过废油脂煮煤对煤进行分步处理后得到焦炭，并副产低沸点有机物、中沸点有机物和水与矿物质。
本发明提供了一种炼焦工艺，废油脂通过脱杂与破碎筛分后的煤炭在预处理装置中混合，在0-250℃反应0.5-10h，处理完后经过真空过滤分离出预处理煤和液体；预处理煤经粉碎筛分后进入预热解装置，液体经油水分离分离出分离油脂和分离水；分离油脂进入预热解装置和预处理煤混合在251-600℃反应0.1-6h，分离水经过压滤得到压滤水和矿物质；反应后的油脂和煤混合物先通过真空过滤将过滤油脂收集，再将过滤后的煤装入炼焦炉中炼焦后得到焦炭；收集的过滤油脂经压滤得到煤泥和压滤油脂，煤泥和过滤后的煤一同装入炼焦炉中炼焦，压滤油脂先通过蒸馏分离出低沸物，再通过精馏分离出中沸物，高沸物的精馏油脂返回到预处理装置循环使用。
上述工艺流程具体为，废油脂经过脱杂提纯塔后进入油脂储槽，再按照油煤质量比5-10:1加入到预处理器中；煤炭经过破碎机破碎后通过分级筛，筛上物返回破碎机继续破碎，筛下物由提升机从预处理器顶部加入，与废油脂在搅拌机的搅拌下混合，在真空或惰性气氛下一定温度搅拌一定时间，然后通过出料阀进入预处理器下部，真空抽滤将预处理煤和液体分离；抽滤完毕后通过推煤机的推煤杆将预处理煤延过滤筛推出出料口，进入粉碎机；液体在预处理器底部静置分层，上层的油脂从侧部进入油脂中间槽，再泵入预热解装置；下层的分离水从底部进入压滤机压滤，压滤出的矿物质落到矿物贮槽，压滤水进入压滤水池；粉碎机里的预处理煤经粉碎后通过分级筛，筛下物由提升机从预热解装置顶部装煤口加入，与油脂中间槽来的油脂在惰性气氛下进行混合搅拌，在一定温度和一定时间下反应；预热解装置出料口与油脂罐顶部入口对接，油脂罐顶部装有过滤筛，反应完后的油脂和煤混合物通过抽滤进行分离；抽滤完毕后预热解装置移动到焦炉顶部，与装煤孔对接，将煤装入焦炉进行炼焦；抽滤出的油脂从油脂罐底部进入压滤机压滤，压滤出煤泥落到煤泥贮槽，再送入预热解装置顶部装煤口一同加入到炼焦炉中炼焦；压滤油脂进入分馏塔蒸馏，顶部分离出低沸物气体进入气柜，底部的液体再进入精馏塔精馏，塔顶蒸馏出中沸物进入收集罐，塔底的高沸物油脂进入油脂储槽循环使用；油脂储槽连接预热解装置的顶部，在反应中补充油脂。
上述工艺中，所述废油脂是地沟油、潲水油、煎炸油、过期食用油、屠宰场下脚料油脂中的一种或几种，也包括生物微藻、非粮油料作物等制出的油脂。
上述工艺中，所述脱杂提纯指脱胶、脱杂、脱臭处理。
上述工艺中，所述煤炭包括褐煤、烟煤、无烟煤中的一种，所述烟煤包括长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤中的一种。
上述工艺中，所述设定预处理温度范围0℃—250℃，预热解温度251℃—600℃，炼焦温度1000℃—1200℃。
上述工艺中，所述的气氛为真空或惰性气氛，真空度为-0.1MPa—0MPa，惰性气体为氮气、氦气、氩气、氖气中一种，惰性气氛压力为0MPa—1MPa。
上述工艺中，所述分馏塔的蒸馏温度设定范围100℃—250℃，精馏塔的温度设定范围250℃—400℃。
本发明提供了一种炼焦装置，包括依次连接的脱杂提纯塔、油脂储槽和预处理器，破碎机依次连接分级筛和提升机，提升机连接预处理器，预处理器中有搅拌机、出料阀、出料口、过滤筛、推煤机，所述预处理器的上部为搅拌釜，搅拌釜中设有搅拌机，搅拌釜底部设有出料阀，出料阀底部连接锥形釜，锥形釜上部设有第一过滤筛，第一过滤筛为倾斜设置，第一过滤筛一侧设有固体出料口，另一侧设有与第一推煤机连接的推煤杆，锥形釜底部侧面设有出油口，最底端为出水口；预处理器采用加热套通蒸汽或通导热油进行加热；出料口连接粉碎机，预处理器的底部连接压滤机，侧部连接油脂中间槽，顶部和过滤筛下侧部连接有控制阀，控制阀与转换器连接，转换器分别与惰性气体瓶和真空泵连接，压滤机下部放置矿物贮槽、侧底部连接压滤水池；粉碎机连接分级筛再连接提升机，提升机连接预热解装置顶部装煤口，预热解装置带搅拌和出料口，顶部连接有控制阀，控制阀与转换器连接，转换器分别与惰性气体瓶和真空泵连接，油脂中间槽和油脂储槽分别与预热解装置顶部连接；预热解装置能移动，其出料口分别能与油脂罐顶部入口和炼焦炉装煤孔对接；油脂罐下部与压滤机连接，压滤机下部放置煤泥贮槽再连接预热解装置顶部装煤口，压滤机侧底部连接分馏塔，分馏塔顶部连接气柜、底部连接精馏塔，精馏塔顶部连接收集罐、底部连接油脂储槽。
所述预处理装置是立方体型、圆柱型、圆锥形、釜式中的一种；
所述预热解装置包括进料口、进油口、搅拌桨、加热套、通气口；搅拌桨水平设置，加热套通蒸汽或通导热油；所述预热解装置为釜式结构。
本发明中的转换器就是转换惰性气体和真空的，其他控制阀所连接的容器，需要惰性气体时，转换器连通惰性气体瓶，同时控制阀打开，就通入惰性气体了，同理，需要真空时，转换器连通真空泵，打开控制阀就使容器实现真空状态。
上述装置中，所述破碎机指球磨机、棒磨机、锤式破碎机、滚筒式破碎机等中的一种。
上述装置中，所述第一分级筛的筛板孔径范围在1mm—3mm，第二分级筛的筛板孔径范围在0.075mm—0.5mm。
上述装置中，所述搅拌机为水平搅拌或竖直搅拌或呈角度（30-60°）搅拌。
上述装置中，所述过滤筛与水平线成夹角0°—60°，以15°—45°为最佳。
上述装置中，所述第一过滤筛的筛板孔径范围在0.075mm—1mm，第二过滤筛的筛板孔径范围在0.045mm—0.075mm。
上述装置中，所述推煤机的推煤杆与筛板的角度范围45°—85°。
本发明的有益效果：
（1）将废油脂作为烟煤炼焦过程中的加工介质，使废油脂变废为宝并循环利用，开发了废油脂利用的新途径；
（2）开发了烟煤炼焦加工的一种途径，扩展了炼焦用煤的煤种，改善了炼焦煤资源的紧缺状况；
（3）对煤炭热解成焦过程中产生的低分子挥发物和可溶性有机物通过油脂吸收再提取，更环保更高效，炼焦过程中更大的缩短了结焦时间。
（4）该工艺及装置应用范围广、利于环保，利于煤的分质分级梯级利用。
附图说明
图1为炼焦新工艺的示意图。
图2为炼焦新工艺及装置的示意图。
图中，1—脱杂提纯塔；2—油脂储槽；3—预处理器； 4—破碎机；5—第一分级筛；6—第一提升机；7—搅拌机；8—第一推煤机；9—第一过滤筛；10—油脂中间槽；11—第一压滤机；12—矿物贮槽；13—压滤水池；14—出料口；15—第一控制阀；16—出料阀；17—第二控制阀；18—转换器；19—惰性气体瓶；20—真空泵；21—粉碎机；22—第二分级筛；23—第二提升机；24—第三控制阀；25—第四控制阀；26—装煤口；27—预热解装置；28—第二过滤筛；29—油脂罐；30—第二压滤机；31—分馏塔；32—气柜；33—煤泥贮槽；34—炼焦炉；35—精馏塔；36—收集罐。A为废油脂，B为原煤。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1和2所示，一种炼焦装置，包括依次连接的脱杂提纯塔1、油脂储槽2和预处理器3，破碎机4依次连接第一分级筛5、第一提升机6，第一提升机6连接预处理器3，预处理器3中有搅拌机7、出料阀16、出料口14、第一过滤筛9、第一推煤机8，出料口14连接粉碎机21，预处理器3的底部连接第一压滤机11，侧部连接油脂中间槽10，预处理器3的顶部和过滤筛下侧部连接有第一控制阀15，第一控制阀15与转换器18连接，转换器18分别与惰性气体瓶19和真空泵20连接；第一压滤机1下部放置矿物贮槽12、侧底部连接压滤水池13；粉碎机21依次连接第二分级筛22和第二提升机23，第二提升机23连接预热解装置27顶部装煤口26，预热解装置27带搅拌和出料口，顶部连接有第四控制阀25，第四控制阀25与转换器18连接，转换器18分别与惰性气体瓶和真空泵连接；油脂中间槽10和油脂储槽2分别与预热解装置顶部连接；预热解装置27可以移动，其出料口分别可以与油脂罐29顶部入口和炼焦炉装煤孔对接（第二压滤机是对油脂罐中油脂含带的细粒煤泥进行处理，第二过滤筛28的滤网不会完全把煤和油分开，在油中会含带小于滤网直径的煤泥，这些煤泥需要通过第二压滤机进行收集后再送入到准备往焦炉里加料的预热解装置，一同加入到焦炉中进行炼焦）；油脂罐29下部与第二压滤机30连接，第二压滤机30下部放置煤泥贮槽33，煤泥贮槽33连接预热解装置顶部装煤口（煤泥如前所述收集后要再次加入到预热解装置和第二过滤筛筛上煤粒一同加入到炼焦炉中进行炼焦），第二压滤机30侧底部连接分馏塔31，分馏塔31顶部连接气柜32、底部连接精馏塔35，精馏塔35顶部连接收集罐36、底部连接油脂储槽2。
所述预处理器3的上部为搅拌釜，搅拌釜中设有搅拌机7，搅拌釜底部设有出料阀16，出料阀16底部连接锥形釜，锥形釜上部设有第一过滤筛9，第一过滤筛9为倾斜设置，第一过滤筛9一侧设有固体出料口14，另一侧设有与第一推煤机8连接的推煤杆，锥形釜底部侧面设有出油口，最底端为出水口；预处理器采用加热套通蒸汽或通导热油进行加热；
所述预热解装置包括进料口、进油口、搅拌桨、加热套、通气口；搅拌桨水平设置，加热套通蒸汽或通导热油。
本发明中的转换器就是转换惰性气体和真空的，其他控制阀所连接的容器，需要惰性气体时，转换器连通惰性气体瓶，同时控制阀打开，就通入惰性气体了，同理，需要真空时，转换器连通真空泵，打开控制阀就使容器实现真空状态。
上述装置中，所述破碎机指球磨机、棒磨机、锤式破碎机、滚筒式破碎机等中的一种。
上述装置中，所述第一分级筛的筛板孔径范围在1mm—3mm，第二分级筛的筛板孔径范围在0.075mm—0.5mm。
上述装置中，所述搅拌机或水平搅拌或竖直搅拌或呈角度（30-60°）搅拌。
上述装置中，所述过滤筛与水平呈夹角0°—60°，以15°—45°为最佳。
上述装置中，所述第一过滤筛的筛板孔径范围在0.075mm—1mm，第二过滤筛的筛板孔径范围在0.045mm—0.075mm。
上述装置中，所述推煤机的推煤杆与筛板的角度范围45°—85°。
采用上述装置进行炼焦的工艺流程具体为，废油脂经过脱杂提纯塔1后进入油脂储槽2，再按照油煤质量比5-10:1加入到预处理器3中；煤炭经过破碎机4破碎后通过第一分级筛5，筛上物返回破碎机4继续破碎，筛下物由第一提升机6从预处理器3顶部加入，与废油脂在搅拌机7的搅拌下混合，在真空或惰性气氛下在0-250℃反应0.5-10h，然后通过出料阀16进入预处理器3下部，真空抽滤将预处理煤和液体分离；抽滤完毕后通过第一推煤机8的推煤杆将预处理煤沿第一过滤筛9推出出料口14，进入粉碎机21；液体在预处理器3底部静置分层，上层的油脂从侧部进入油脂中间槽10，再泵入预热解装置27；下层的分离水从底部进入第一压滤机11压滤，压滤出的矿物质落到矿物贮槽12，压滤水进入压滤水池13；粉碎机21里的预处理煤经粉碎后通过第二分级筛22，筛下物由第二提升机23从预热解装置27顶部装煤口26加入，与油脂中间槽10来的油脂在惰性气氛下进行混合搅拌，在251-600℃反应0.1-6h，预热解装置27出料口与油脂罐29顶部入口对接，油脂罐29顶部装有第二过滤筛28，反应完后的油脂和煤混合物通过抽滤进行分离；抽滤完毕后预热解装置移动到焦炉顶部，与装煤孔对接，将煤装入炼焦炉34进行炼焦；抽滤出的油脂从油脂罐29底部进入第二压滤机30压滤，压滤出煤泥落到煤泥贮槽33，再送入预热解装置27顶部装煤口一同加入到炼焦炉中炼焦；压滤油脂进入分馏塔31蒸馏，顶部分离出低沸物气体进入气柜32，底部的液体再进入精馏塔35精馏，塔顶蒸馏出中沸物进入收集罐36，塔底的高沸物油脂进入油脂储槽2循环使用；油脂储槽2连接预热解装置27的顶部，在反应中补充油脂。
上述工艺中，所述废油脂是地沟油、潲水油、煎炸油、过期食用油、屠宰场下脚料油脂中的一种或几种，也包括生物微藻、非粮油料作物等制出的油脂。
上述工艺中，所述脱杂提纯指脱胶、脱杂、脱臭处理。
上述工艺中，所述煤炭包括褐煤、烟煤、无烟煤中的一种，所述烟煤包括长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤中的一种。
上述工艺中，所述设定预处理温度范围0℃—250℃，预热解温度251℃—600℃，炼焦温度1000℃—1200℃。
上述工艺中，所述的气氛为真空或惰性气氛，真空度为-0.1MPa—0MPa，惰性气体为氮气、氦气、氩气、氖气中一种，惰性气氛压力为0MPa—1MPa。
上述工艺中，所述分馏塔的蒸馏温度设定范围100℃—250℃，精馏塔的温度设定范围250℃—400℃。
