本发明公开了一种富油煤原位热解多相产物分离系统，包括加热炉、高温多管式旋流分离器、静电除尘器、换热器、冷却塔、离心机、气体分离设备等。本发明首先将热解产物加热，然后通过气固分离设备除去其中的固体颗粒，高温气体经换热器初步冷却后，在冷却塔内由循环焦油进一步冷却，焦油冷凝后送入离心机进行油水分离，最终得到纯净焦油，得到的气体由气体分离设备分离出热解气和氮气，热解气送入加热炉燃烧，氮气用于加热地下煤层。本发明避免了难度较大的液固分离工序，可以高效地分离出富油煤原位热解产物中的焦油，而且焦油在分离系统内的循环可以不断提高其纯度，同时本发明可以实现氮气的循环利用以及热解气的无害化、资源化处理。
1.一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，包括加热炉(1)、高温多管式旋流分离器(2)、静电除尘器(3)、第一换热器(4)、第二换热器(5)、冷却塔(6)、丝网除沫器(7)、粗焦油泵(8)、离心机(9)、焦油泵(12)、气体分离设备(13)和注入泵(14)；
从抽采井得到的气液固混合物经加热炉(1)加热，使其中的焦油蒸发为气态，此时气液固混合物变为高温气固混合物；高温气固混合物经高温多管式旋流分离器(2)，初步除去其中的固体颗粒，携带有少量固体颗粒的高温气体送入静电除尘器(3)，除去其中的固体颗粒；净化后的高温气体经第一换热器(4)和第二换热器(5)冷却后，进入冷却塔(6)由焦油进一步冷却，使其中的气态焦油冷凝为液态，部分液滴沉降到冷却塔(6)底部，部分液滴随气体运动，由设置在冷却塔(6)上部的丝网除沫器(7)拦截，液滴聚集长大后在重力的作用下沉降到冷却塔(6)底部，除去液滴后的气体排出冷却塔(6)，冷却塔(6)底部的粗焦油由粗焦油泵(8)输送，加入破乳剂后送入离心机(9)；在离心机(9)中，粗焦油中的焦油和水在离心力的作用下分离；部分脱水焦油由焦油泵(12)输送至冷却塔(6)，作为高温气体的冷却介质；
自冷却塔(6)得到的气体经气体分离设备(13)分离出热解气和氮气，热解气经第二换热器(5)预热后送入加热炉(1)燃烧，氮气依次经第一换热器(4)与加热炉(1)加热，然后由注入泵(14)送入注入井，为地下煤层的热解提供热源。
2.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，还包括储水罐(10)和储油罐(11)，脱水焦油送入储油罐(11)，水送入储水罐(12)。
3.根据权利要求2所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，将储油罐(11)中的部分焦油送回冷却塔(6)作为高温气体的冷却介质，这部分焦油与冷却后得到的焦油混合，再次通过离心机(9)进行油水分离，焦油在系统内的循环能够提高其纯度。
4.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，破乳剂选择高分子量聚醚型破乳剂。
5.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，所述热解气，是指煤热解时生成的包括甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳的气体。
6.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，该系统适用于利用氮气加热地下煤层并将热解产物携带到地面的煤地下原位热解工艺，从抽采井得到的气液固混合物中，气体的主要成分为氮气，还包括少量煤热解时产生的热解气、水蒸气和气态焦油。
7.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，加热炉(1)用于加热从抽采井得到的气液固混合物以及用于加热地下煤层的氮气；从抽采井得到的气液固混合物由加热炉(1)加热至500‑600℃，使其中的焦油蒸发为气态，然后通过气固分离设备除去其中的固体颗粒，从而避免难度较大的液固分离工序。
8.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，从气体分离设备(13)得到的氮气依次经第一换热器(4)和加热炉(1)加热至600‑700℃，由注入泵(14)输送至地下，用于加热地下煤层，实现氮气的循环利用。
9.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，通过第一换热器(4)和第二换热器(5)利用从静电除尘器(3)得到的高温气体的热量，高温气体在第一换热器(4)中与从气体分离设备(13)得到的氮气换热，初步加热氮气，减少系统能耗；
高温气体在第二换热器(5)中与从气体分离设备(13)得到的热解气换热，预热能够改善热解气的燃烧特性。
10.根据权利要求1所述的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，其特征在于，从气体分离设备(13)得到的热解气经第二换热器(5)预热后送入加热炉(1)燃烧，为加热炉提供热量，实现热解气的无害化、资源化利用。
一种富油煤原位热解多相产物分离系统
技术领域
[0001] 本发明属于煤炭高效利用和产物分离领域，特别涉及一种富油煤原位热解多相产物分离系统。
背景技术
[0002] 富油煤中含有丰富的焦油资源，利用富油煤来制备煤焦油等煤基液体燃料是填补石油消费缺口以及促进煤炭资源高效、清洁、低碳利用的有效途径。煤热解是一种常见的制备煤焦油的技术，但传统的地上煤热解制油技术大多存在占地面积大、能耗高、对环境不友好等缺点，而且煤矿开采过程中也容易造成煤炭资源的大量浪费以及地下岩层的破坏等问题，所以富油煤原位热解等新型热解制油技术引起了人们的注意。富油煤原位热解技术无需对地下煤炭进行机械开采，而是将热量导入地下并加热煤层，使煤热解过程发生在地下，热解产物运送到地面进行加工处理。该技术可以有效避免煤炭开采所导致的地下岩层破坏和地下水污染等问题，对环境较为友好。
[0003] 在富油煤原位热解制油工艺中，从地下抽取的热解产物是含有气液固三相的复杂混合物，需要通过一定的分离方法将其中的煤焦油分离出来。现有的产物分离方案大多针对传统煤制油以及石油开采等场景，如专利CN104474773A、CN105327550A、CN203079912U等，尚未发现针对富油煤地下原位热解场景的分离方案。在富油煤原位热解工艺中，利用高温氮气来加热地下煤层是一种具有较好应用前景的加热方式，此时从地下抽取的热解初步产物中会含有大量的氮气和少量的热解气、水蒸气以及气态焦油，液态焦油、水以及固体颗粒由气体携带到地面，该场景下产物的气液固三相分布与传统煤制油以及石油开采等场景具有很大差别，现有的产物分离方案时可能无法达到较好的分离效果。此外，煤焦油在常温下是粘稠的液体，对含有焦油和固体颗粒的混合物进行液固分离时通常难度较大。因此，需要提出针对性的富油煤原位热解产物分离方案。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种富油煤原位热解多相产物分离系统，通过加热使液态焦油蒸发，然后通过气固分离方法除去混合物中的固体颗粒，以避免难度较大的液固分离工序，从而高效地分离出热解产物中的焦油，本发明的目的还在于实现氮气的循环利用以及热解气的无害化、资源化处理。
[0005] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] 一种富油煤原位热解多相产物分离系统，包括加热炉、高温多管式旋流分离器、静电除尘器、第一换热器、第二换热器、冷却塔、丝网除沫器、粗焦油泵、离心机、焦油泵、气体分离设备和注入泵；
[0007] 从抽采井得到的气液固混合物经加热炉加热，使其中的焦油蒸发为气态，此时气液固混合物变为高温气固混合物；高温气固混合物经高温多管式旋流分离器，初步除去其中的固体颗粒，携带有少量固体颗粒的高温气体送入静电除尘器，除去其中的固体颗粒；净化后的高温气体经第一换热器和第二换热器冷却后，进入冷却塔由焦油进一步冷却，使其中的气态焦油冷凝为液态，部分液滴沉降到冷却塔底部，部分液滴随气体运动，由设置在冷却塔上部的丝网除沫器拦截，液滴聚集长大后在重力的作用下沉降到冷却塔底部，除去液滴后的气体排出冷却塔，冷却塔底部的粗焦油由粗焦油泵输送，加入破乳剂后送入离心机；在离心机中，粗焦油中的焦油和水在离心力的作用下分离；部分脱水焦油由焦油泵输送至冷却塔，作为高温气体的冷却介质；
[0008] 自冷却塔得到的气体经气体分离设备分离出热解气和氮气，热解气经第二换热器预热后送入加热炉燃烧，氮气依次经第一换热器与加热炉加热，然后由注入泵送入注入井，为地下煤层的热解提供热源。
[0009] 本发明进一步的改进在于，还包括储水罐和储油罐，脱水焦油送入储油罐，水送入储水罐。
[0010] 本发明进一步的改进在于，将储油罐中的部分焦油送回冷却塔作为高温气体的冷却介质，这部分焦油与冷却后得到的焦油混合，再次通过离心机进行油水分离，焦油在系统内的循环能够提高其纯度。
[0011] 本发明进一步的改进在于，破乳剂选择高分子量聚醚型破乳剂
[0012] 本发明进一步的改进在于，所述热解气，是指煤热解时生成的包括甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳的气体。
[0013] 本发明进一步的改进在于，该系统适用于利用氮气加热地下煤层并将热解产物携带到地面的煤地下原位热解工艺，从抽采井得到的气液固混合物中，气体的主要成分为氮气，还包括少量煤热解时产生的热解气、水蒸气和气态焦油。
[0014] 本发明进一步的改进在于，加热炉用于加热从抽采井得到的气液固混合物以及用于加热地下煤层的氮气；从抽采井得到的气液固混合物由加热炉加热至500‑600℃，使其中的焦油蒸发为气态，然后通过气固分离设备除去其中的固体颗粒，从而避免难度较大的液固分离工序。
[0015] 本发明进一步的改进在于，从气体分离设备得到的氮气依次经第一换热器和加热炉加热至600‑700℃，由注入泵输送至地下，用于加热地下煤层，实现氮气的循环利用。
[0016] 本发明进一步的改进在于，通过第一换热器和第二换热器利用从静电除尘器得到的高温气体的热量，高温气体在第一换热器中与从气体分离设备得到的氮气换热，初步加热氮气，减少系统能耗；高温气体在第二换热器中与从气体分离设备得到的热解气换热，预热能够改善热解气的燃烧特性。
[0017] 本发明进一步的改进在于，从气体分离设备得到的热解气经第二换热器预热后送入加热炉燃烧，为加热炉提供热量，实现热解气的无害化、资源化利用。
[0018] 本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0019] 1、本发明可以避免难度较大的液固分离工序，从而提高产品分离的效率。通过加热从抽采井得到的气液固混合物，使其中的焦油蒸发为气态，然后利用高温多管式旋流分离器和静电除尘器除去其中的固体，从而避免液固分离工序。高温多管式旋流分离器处理量较大，但分离效率有限；静电除尘器可以捕获粒径较小的固体颗粒，但当气体中固体含量较高时会影响分离效果；将高温多管式旋流分离器与静电除尘器联合使用，既可以处理大量的含尘气体，又可以保证较高的分离效率。
[0020] 在富油煤原位热解工艺中，需要加热炉来加热为地下煤层提供热源的氮气，该加热炉同时用于加热从抽采井得到的气液固混合物，从而增加了设备的用途，提高了设备的利用效率。
[0021] 2、本发明可以获得纯度较高的焦油。将储油罐中的脱水焦油送回冷却塔作为冷却介质，这部分焦油与高温气体中冷却的焦油混合，加入破乳剂后再次通过离心机进行油水分离，焦油在分离系统内的循环可以不断提高其纯度，而且破乳剂的加入可以促进焦油和水的分离。
[0022] 3、本发明可以回收高温气体的部分热量，从而减少系统能耗，并改善热解气的燃烧特性。通过第一换热器和第二换热器利用从静电除尘器得到的高温气体的热量，高温气体在第一换热器中与从气体分离设备得到的氮气换热，初步加热氮气，减少系统能耗；高温气体在第二换热器中与从气体分离设备得到的热解气换热，预热可以改善热解气的燃烧特性。
[0023] 4、本发明可以实现氮气的循环利用。通过气体分离设备分离出气体中的氮气，依次经过第一换热器和加热炉的加热，由注入泵输送至地下用于加热地下煤层，从而实现氮气的循环利用。
[0024] 5、本发明可以实现热解气的无害化、资源化处理。通过气体分离设备分离出气体中的热解气，送入加热炉燃烧，从而实现热解气的无害化、资源化处理。
附图说明
[0025] 图1是一种富油煤原位热解多相产物分离系统示意图。
[0026] 附图标记说明：
[0027] 1为加热炉，2为高温多管式旋流分离器，3为静电除尘器，4为第一换热器，5为第二换热器，6为冷却塔，7为丝网除沫器，8为粗焦油泵，9为离心机，10为储水罐，11为储油罐，12为焦油泵，13为气体分离设备，14为注入泵。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0029] 参见图1，本发明所提出的一种富油煤原位热解多相产物分离系统，包括加热炉1、高温多管式旋流分离器2、静电除尘器3、第一换热器4、第二换热器5、冷却塔6、丝网除沫器7、粗焦油泵8、离心机9、储水罐10、储油罐11、焦油泵12、气体分离设备13和注入泵14。
[0030] 富油煤在地下发生热解，热解产物是包含气液固三相在内的复杂混合物，从抽采井得到的热解产物经加热炉1加热至500‑600℃，使其中的焦油蒸发为气态，此时气液固混合物变为高温气固混合物。高温气固混合物经多管式旋流分离器2，初步除去其中的固体颗粒，携带有少量固体颗粒的高温气体送入静电除尘器3，进一步除去其中的固体颗粒，从而避免难度较大的液固分离工序。高温多管式旋流分离器处理量较大，但分离效率有限；静电除尘器可以捕获粒径较小的固体颗粒，但当气体中固体含量较高时会影响分离效果；将高温多管式旋流分离器与静电除尘器联合使用，既可以处理大量的含尘气体，又可以保证较高的分离效率。
[0031] 除去固体颗粒后的高温气体经第一换热器4和第二换热器5初步冷却，高温气体在第一换热器4中与从气体分离设备13得到的氮气换热，初步加热氮气，减少系统能耗；高温气体在第二换热器5中与从气体分离设备13得到的热解气换热，预热可以改善热解气的燃烧特性。
[0032] 初步冷却之后的高温气体进入冷却塔6，由储油罐11中的脱水焦油进一步冷却，使其中的气态焦油冷凝为液态，部分焦油液滴在重力的作用下沉降到冷却塔6底部，部分焦油液滴随气体向上运动，由设置在冷却塔6上部的丝网除沫器7拦截，液滴在丝网除沫器7中聚集长大之后在重力的作用下沉降到冷却塔6底部，除去液滴后的气体排出冷却塔6；冷却塔6底部的粗焦油由粗焦油泵8输送，加入破乳剂后送入离心机9，优先选择高分子量的聚醚型破乳剂；在离心机9中，粗焦油中的焦油和水在离心力的作用下分离，脱水焦油送入储油罐11，水送入储水罐12；储油罐11中的部分脱水焦油由焦油泵12输送至冷却塔6作为高温气体的冷却介质，这部分焦油与高温气体中冷却的焦油混合，加入破乳剂后再次通过离心机进行油水分离，焦油在分离系统内的循环可以不断提高其纯度，而且破乳剂的加入可以促进焦油和水的分离。
[0033] 自冷却塔6得到的含有多种成分的混合气体经气体分离设备13(如膜分离设备、变压吸附分离设备等)分离出热解气和氮气，热解气在第二换热器5中与高温气体换热，预热后的热解气送入加热炉1燃烧，实现热解气的无害化、资源化处理；氮气由第一换热器4和加热炉1加热至600‑700℃，由注入泵14输送至地下用于加热地下煤层，从而实现氮气的循环利用。所述热解气，是指煤热解时生成的包括甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等成分的气体。
[0034] 本发明的具体工作过程是：从抽采井得到的气液固混合物经加热炉1加热至500‑600℃，使其中的焦油蒸发为气态，此时气液固混合物变为高温气固混合物；高温气固混合物经多管式旋流分离器2，初步除去其中的固体颗粒，携带有少量固体颗粒的高温气体送入静电除尘器3，进一步除去其中的固体颗粒；除去固体颗粒后的高温气体在第一换热器4中与从气体分离设备13得到的氮气换热，然后在第二换热器5中与从气体分离设备13得到的热解气换热；初步冷却之后的高温气体进入冷却塔6，由储油罐11中的脱水焦油进一步冷却，使其中的气态焦油冷凝为液态，部分焦油液滴在重力的作用下沉降到冷却塔6底部，部分焦油液滴随气体向上运动，由设置在冷却塔6上部的丝网除沫器7拦截，液滴在丝网除沫器7中聚集长大之后在重力的作用下沉降到冷却塔6底部，除去液滴后的气体排出冷却塔6；
冷却塔6底部的粗焦油由粗焦油泵8输送，加入破乳剂后送入离心机9；在离心机9中，粗焦油中的焦油和水在离心力的作用下分离，脱水焦油送入储油罐11，水送入储水罐12；储油罐11中的部分脱水焦油由焦油泵12输送至冷却塔6作为高温气体的冷却介质，这部分焦油与高温气体中冷却的焦油混合，加入破乳剂后再次通过离心机进行油水分离；自冷却塔6得到的含有多种成分的混合气体经气体分离设备13(如膜分离设备、变压吸附分离设备等)分离出热解气和氮气，热解气在第二换热器5中与高温气体换热，预热后的热解气送入加热炉1燃烧，实现热解气的无害化、资源化处理；氮气由第一换热器4和加热炉1加热至600‑700℃，由注入泵14输送至地下用于加热地下煤层，从而实现氮气的循环利用。
[0035] 以上内容仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本技术领域的普通技术人员对于本发明的技术方案做出的若干简单推演或者替换，只要不脱离本发明的构思，均应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
