CN102031154B

CN102031154B - 褐煤综合利用方法

Info

Publication number: CN102031154B
Application number: CN200910196846.6A
Authority: CN
Inventors: 陈兆然; 王重平; 马骏; 袁萍
Original assignee: Wison Engineering Ltd
Current assignee: Wison Engineering Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: CN102031154A

Abstract

本发明涉及褐煤综合利用领域，提供了一种褐煤综合利用方法。具体地说，本发明将褐煤干馏、干馏半焦预烧炭、预烧炭后半焦气化、重质油回炼、气化产生的合成气制氢及油品加氢工艺进行有机组合，使原料不仅能最大限度地得到油品，油品加氢得到优质清洁油品，还能通过气化产生合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源，气化后的半焦可作为清洁燃料。本发明是一种能够将褐煤原料最大限度地转化为优质产品以及富产能量的综合利用清洁生产工艺。

Description

褐煤综合利用方法

技术领域

本发明属于煤加工利用领域，涉及一种褐煤综合利用方法。具体地说，本发明将褐煤干馏、干馏半焦预烧炭、预烧炭后半焦气化、重质油回炼、气化产生的合成气制氢及油品加氢工艺进行有机组合，使原料不仅能最大限度地得到油品，油品加氢得到优质清洁油品，还能通过气化产生合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源，气化后的半焦可作为清洁燃料。本发明是一种能够将褐煤原料最大限度地转化为优质产品以及富产能量的综合利用清洁生产工艺。

背景技术

褐煤，一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤，它是泥炭沉积后经脱水压实转变为有机生物岩的初期产物。在我国，褐煤资源量3194.38亿吨，占我国煤炭资源总量的5.74％；褐煤探明保有资源量1291.32亿吨，占全国探明保有资源量的12.69％；主要分布于内蒙古东部、黑龙江东部和云南东部。

褐煤具有高水分和高挥发分的特点，褐煤的高水分和挥发分含量特点使其长途运输和直接进行褐煤液化及气化转化均不适宜，褐煤用于燃烧发电的利用率低及造成环境污染问题，因此，褐煤热解生产芳香族化合物、焦油和优质半焦是褐煤利用的新方向，将大幅度提高褐煤的利用价值。

现有的褐煤加工技术主要有：褐煤的燃烧发电技术，褐煤的热解及炼焦，褐煤的液化以及褐煤的气化等。目前，国内外褐煤干馏热解的技术仍不太成熟，针对性地开发褐煤热解技术将是褐煤资源综合利用的研究方向。

因此，本领域迫切需要开发出一种能够将褐煤最大限度地转化为优质产品的综合利用清洁生产工艺。

发明内容

本发明提供了一种新的褐煤综合利用方法，通过褐煤干馏制油、干馏半焦预烧炭充分利用能源、预烧炭后半焦气化生产合成气、重质油回炼提高轻油收率、合成气制氢及油品加氢生产清洁油品的有机结合，将褐煤最大限度地转化为优质产品。

一方面，本发明提供了一种褐煤综合利用方法，该方法包括以下步骤：

(A)将原料经破碎设备破碎后形成粉料，送入干燥器进行干燥，其中，原料破碎后的粒径为1～3000μm，所述干燥器的操作条件为：压力(表压)为0～0.5MPa，温度为100～300℃；

(B)将干燥后的原料粉料送入原料加料罐，经加料机后与来自预烧炭器的预烧炭后半焦混合一起至干馏反应器中进行反应，其中，所述干馏反应器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为380～760℃；

(C)将干馏反应产物送入沉降器后分离出油气和干馏半焦，油气经过沉降器气固分离后进入分馏塔，干馏半焦从沉降器下部至预烧炭器，其中，所述沉降器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为350～750℃；

将从沉降器上部出来的油气送入分馏塔分离成气体、轻质油、中质油和重质油；

将从沉降器下部出来的干馏半焦送至预烧炭器烧炭，部分预烧炭后半焦返回干馏反应器供热，其余预烧炭后半焦进入气化器，其中，所述预烧炭器操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为560～900℃，过剩氧浓度为0～5体积％；

(D)将送入气化器的预烧炭后半焦与蒸汽和/或含氧气体进行气化反应生成合成气，其中，所述气化器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为600～1150℃，过剩水浓度为0～35体积％；以及

(E)将气化后半焦一部分返回预烧炭器中，其余回收利用；

在一个优选的实施方式中，将步骤(C)中分馏塔分馏出的重质油返回所述步骤(B)中干馏反应器回炼。

在另一个优选的实施方式中，将步骤(C)中分馏塔分馏出的轻、中质油至油品加氢装置加氢获得石脑油和燃料油产品，部分合成气去制氢装置制取氢气满足油品加氢装置的需要。

在另一个优选的实施方式中，所述褐煤原料的热值大于8000kJ/kg。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，干燥时间较佳为10～400秒，最佳为100～200秒；在所述步骤(B)中，干馏反应时间较佳为1～150秒，最佳为3～30秒；在所述步骤(C)中，预烧炭时间较佳为5～100分钟，最佳为20～60分钟；在所述步骤(D)中，气化时间较佳为2～80分钟，最佳为20～50分钟。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，在原料中掺入辅助载体，辅助载体主要化学成分为硅铝酸盐，比表面5～1000m²/g，孔体积0.03～1.0ml/g，粒径为20～1000μm。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(B)中，在所述干馏反应器中注入油，油的注入比例为0～90重量％，以褐煤和油的总重量计。

在另一个优选的实施方式中，注入的油的相对密度d₄ ²⁰大于0.85。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(A)中，进入干燥器中的粉料采用蒸汽间接供热干燥和干燥气直接流化干燥相结合进行干燥。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(B)中，所述干馏反应器内部设置带分流、折流功能的返混结构。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(C)中，分馏塔塔底采用重质油脱固器脱除重质油中的固体颗粒。

在另一个优选的实施方式中，在所述步骤(C)中，气化器停用，进入气化器的预烧炭后半焦直接作为清洁燃料产品；当气化器停用时，制氢原料采用干气、天然气或其它原料。

另一方面，本发明提供了一种用于褐煤综合利用(尤其是上述褐煤综合利用方法)的装置，该装置包括：

用于破碎原料以形成粉料的破碎设备，与所述破碎设备连接的、用于干燥所述粉料的干燥器；

用于装载干燥后的原料粉料的加料罐，与所述加料罐连接的、用于加料的加料机，与所述加料机连接的、用于干馏的干馏反应器；

与所述干馏反应器连接的、用于装载干馏反应产物的沉降器，与所述沉降器连接的、用于分馏的分馏塔和用于烧炭的预烧炭器；

用于进行气化反应的气化器。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的褐煤综合利用成套工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，通过将褐煤干馏制油、干馏半焦预烧炭充分利用能源、预烧炭后半焦气化生产合成气、重质油回炼提高轻油收率、合成气制氢及油品加氢生产清洁油品的有机结合，使原料不仅能最大限度地得到油品，油品加氢得到优质清洁油品，还能通过气化产生合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源，气化后的半焦可作为清洁燃料。基于上述发现，本发明得以完成。

在本发明的第一方面，提供了一种褐煤的综合利用成套工艺，其包括以下步骤：原料经破碎设备破碎、干燥器干燥后进入原料加料罐，再经加料机后与预烧炭器来的高温预烧炭半焦混合，并由提升干气进入干馏反应器反应；干馏反应产物进入沉降器分离，油气进分馏塔分馏出的轻、中质油至油品加氢精制后得到优质油品，分馏出的重质油返回干馏反应器回炼；干馏半焦经汽提后送至预烧炭器烧炭；预烧炭后半焦一部分返回干馏反应器提供反应用热，其余进入气化器，在水蒸汽和/或含氧气体的条件下气化生成合成气，合成气经制氢装置后获得油品加氢装置所需的氢气，多余合成气作为产品；气化后的半焦可作为清洁燃料；预烧炭器和气化器顶部排出的高温烟气经废热回收设施产生蒸汽在满足自用后，直接外输或发电外输。

较佳地，本发明的褐煤综合利用成套工艺包括以下步骤：

(A)将原料经破碎设备破碎后形成粉料，送入干燥器进行干燥，其中，原料破碎后的粒径为1～3000μm，所述干燥器的操作条件为：压力(表压)为0～0.5MPa，温度为100～300℃。采用干燥器脱除原料粉料中的水分，将减少后续加工过程中污水的排放和后续加工的操作和运行成本；

(B)将干燥后的原料粉料送入原料加料罐，经加料机后与来自预烧炭器的预烧炭后半焦混合一起至干馏反应器中进行反应，其中，所述干馏反应器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为380～760℃。干馏反应所需热量由来自预烧炭器的高温半焦提供，通过高温半焦和冷原料之间的传热，在干馏反应器中实现一个比较均匀的反应温度，使干馏反应达到最高的轻油产率；

(C)将干馏反应产物送入沉降器后分离出油气和干馏半焦，油气经过沉降器气固分离后进入分馏塔，干馏半焦从沉降器下部至预烧炭器，其中，所述沉降器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为350～750℃。沉降器的目的是实现油气和固体半焦的分离，在油气上升过程中，设置气固分离器对油气中的固体颗粒进行强制分离大大减少了油气中的固体含量，有利于后续分馏塔的长期稳定运行。在固体半焦下降过程中，可注入少量蒸汽汽提脱除固体半焦中夹带的大部分油气；

将从沉降器下部出来的干馏半焦送至预烧炭器烧炭，部分预烧炭后半焦返回干馏反应器供热，其余预烧炭后半焦进入气化器，其中，所述预烧炭器操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为560～900℃，过剩氧浓度为0～5体积％。预烧炭器一方面通过预烧炭后半焦为干馏反应器提供热量，另一方面也是对半焦进入气化器进行气化反应前的预处理，半焦通过在预烧炭器的燃烧，降低了进入气化器中半焦的硫、氮等杂质含量，使气化器中生产的合成气将更清洁；

(D)将送入气化器的预烧炭后半焦与蒸汽和/或含氧气体进行气化反应生成合成气，其中，所述气化器的操作条件为：压力(表压)为0～8.0MPa，温度为600～1150℃，过剩水浓度为0～35体积％。气化反应是半焦中的碳与蒸汽和/或含氧气体的反应，蒸汽来自预烧炭器和气化器废热回收设施所产蒸汽，含氧气体可以是空气，也可以是纯氧，氧气纯度越高，合成气杂质含量越低，合成气热值越高；

(E)将气化后半焦一部分返回预烧炭器中，其余回收利用。

在所述步骤(C)中，分馏塔分馏出的重质油返回干馏反应器回炼，将轻、中质油至油品加氢装置加氢获得石脑油和燃料油产品，在所述步骤(D)中，合成气去制氢装置制取氢气满足油品加氢装置的需要，多余合成气作为产品。重质油回炼可显著提高轻质油的产率。对于这部分重质油，如作为产品用途不大，因此，返回干馏反应器进一步裂解生成轻质油品，一方面解决了重质油的用途问题，另一方面又提高了轻质油产品，达到一举两得的效果；

在所述步骤(A)中，在原料中掺入辅助载体，辅助载体的加入，改善流化运行效果，有利于系统的稳定运行。

在所述步骤(B)中，所述干馏反应器中注入油，油的注入比例为0～90重量％，以褐煤和油的总重量计。油的注入比例最高可达褐煤和油总重量的90重量％，当油的注入比例再高时，褐煤所占比例太少，无法保证系统的稳定运行。

在上述注油中，注入的油可以是碳氢化合物为主的油品，相对密度(d₄ ²⁰)大于0.85较佳，大于0.92最佳，包括石油蜡油、石油常压渣油、石油减压渣油、焦油、废机油、干水油、油砂油等，油品越差，加工的经济效益越好；

在所述步骤(A)中，干燥时间较佳为10～400秒，最佳为100～200秒；在所述步骤(B)中，干馏反应时间较佳为1～150秒，最佳为3～30秒；在所述步骤(C)中，预烧炭时间较佳为5～100分钟，最佳为20～60分钟；在所述步骤(D)中，气化时间较佳为2～80分钟，最佳为20～50分钟；

在所述步骤(C)中，分馏塔塔底采用重质油脱固器脱除重质油中的固体颗粒。经过气固分离的油气仍会夹带少量固体粉料进入分馏塔，固体颗粒会积聚在重质油中，采用液固脱固器脱除重质油中的固体颗粒，保证分馏塔的长期稳定运行；

以下参看附图。

如图1所示，原料1经破碎设备3破碎，辅助载体2与原料1混合形成粉料4进入干燥器5进行脱水干燥，干燥方式采用蒸汽7间接供热干燥和干燥气8直接流化干燥相结合；干燥过程产生废气6，蒸汽7间接供热干燥产生凝结水12；

干燥后的粉料9进入原料加料罐10，经氮气11充压后，通过加料机13和提升气31将粉料14与来自预烧炭器37的高温循环预烧炭后半焦38的混合物料送至干馏反应器15中进行干馏反应，同时，回炼重油22和油52注入干馏反应器15中进行干馏反应，干馏反应产物进入沉降器16进行气固分离，下部排出经蒸汽7汽提脱除所夹带油气的干馏半焦17，干馏油气18经过沉降器16分离出大部分固体粉粒后进入分馏塔19；

干馏油气18进入分馏塔19下部，塔底重油经过输送泵20和脱固器21后，回炼重油22返回干馏反应器15，塔底循环重油23经过换热器24后，循环重油25返回分馏塔19，其中部分重油可作为重油产品26；

分馏塔顶油气27经过塔顶冷凝器28冷凝冷却后进入回流罐29进行气、油、水三相分离；分离出的气相经过压缩机30压缩后循环气体作为提升气31，其余作为燃料气32；分离出的油相经过塔顶回流泵33，部分为塔顶回流34，其余为轻质油35半成品，分离出的水相为污水50送污水处理设施；分馏塔19的中部侧线抽出中质油36和轻质油35半成品送至油品加氢装置55加氢精制后得石脑油产品46和燃料油产品47；

沉降器16底部排出干馏半焦17通过空气39输送至预烧炭器37与空气39进行烧炭反应，含氧气体51对烧炭过程进行温度调节；部分预烧炭后半焦38与原料14混合进入干馏反应器15，提供干馏反应所需热量，其余进入气化器42；预烧炭器顶部产生的高温烟气40经废热回收设施49后根据需要进行脱硫处理后排放；

预烧炭后半焦41通过蒸汽7输送至气化器42进行气化反应，气化器42同时通入气化反应和流化所需的蒸汽7和含氧气体51，气化器顶部产出的合成气44经废热回收设施49后送入制氢装置53作为优质廉价的制氢原料，多余合成气作为产品48，制氢产出的氢气54满足加氢装置55氢源需要；部分气化后半焦43通过空气39输送返回预烧炭器37循环使用，剩余气化后半焦45回收利用；

预烧炭器37和气化器42顶部排出的高温烟气经废热回收设施49产生蒸汽在满足自用后外输。

本发明的主要优点是：

1、本发明实现了褐煤快速干馏制油、干馏半焦预烧炭充分利用能源、半焦气化生产合成气、重质油回炼提高轻油收率、合成气制氢及油品加氢生产清洁油品的有机结合，是一种能够将褐煤最大限度地转化为优质产品以及富产能量的综合利用清洁生产工艺，开创了一条新的褐煤加工路线。

2、本发明中预烧炭后半焦进入气化器进行气化反应，可获得清洁的合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源，油品经加氢精制后可获得清洁的轻质油品，上述发明不仅解决了油品加氢的氢气来源问题，同时，所产氢气的成本比常规制氢下降50％～80％。

3、本发明实现了能量的完全自给，低温热自身充分利用，富余的高品质能量(蒸汽或电)外输。如：用于干燥的蒸汽由废热回收设施产生。

4、本发明适用于褐煤的综合加工利用，对于褐煤产地还有劣质油品时，如废机油、干水油等，本发明能将这些油品加工成优质油品，其经济效益显著。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例

本实施例为建设于某褐煤矿区的50万吨/年褐煤综合利用加工装置，同时，当地有劣质重油来源。综合利用加工装置以加工褐煤为主，当有外来劣质重油时，掺入重油进行加工。

方案1：加工褐煤

综合利用加工装置在无外来重油时，加工来自矿区开采的褐煤。

方案2：加工褐煤和重油

当外购到外来重油时，褐煤和重油一起加工，褐煤和重油质量组成为：90％∶10％。

原料性质：

褐煤和外来重油的主要性质分别见表1和表2。

表1褐煤主要性质

项目	单位	数值	备注
				含水率	重量％	10.0
含油率	重量％	15.0	对干基，铝甑干馏法
				半焦含炭率	重量％	65.0	对干基
灰分	重量％	12.0	对干基

表2重油主要性质

项目	单位	数值	备注
				相对密度	d₄ ²⁰	0.95
残炭值	重量％	14.0	康氏残炭

主要操作条件：

方案1～方案2采用的主要操作条件如下：

褐煤原料破碎后的粒径为10～300μm。

干燥器的操作条件为：压力为0.01MPa(G)，温度为110℃；

干馏反应器的操作条件为：压力为0.12MPa(G)，温度为490～500℃；

沉降器的操作条件为：压力为0.1MPa(G)，温度为480～490℃；

预烧炭器的操作条件为：压力为0.1MPa(G)，温度为690～710℃，过剩氧浓度为0.5体积％；

气化器的操作条件为：压力为0.1MPa(G)，温度为700～750℃，过剩水浓度为8.0体积％；

产品分布及主要性质或组成：

方案1～方案2产品分布情况见表3。

表3产品分布

产品	单位	方案1	方案2
				石脑油	万吨/年	1.35	1.99
燃料油	万吨/年	6.15	9.06
				合成气	万吨/年	0.78	1.15
气体	万吨/年	2.30	3.38
				半焦	万吨/年	32.00	29.36
蒸汽(450℃、3.82MPa)	万吨/年	41.88	35.46

石脑油作为汽油调和组份，燃料油作为车用柴油产品，合成气和气体作为燃料产品外供，半焦作为清洁燃料，蒸汽作为产品外供。

表4石脑油主要性质

项目	方案1	方案2
			相对密度，d₄ ²⁰	0.745	0.738
硫含量，ppm	33.0	29.0
			馏程，℃
IP/10％	96/107	92/106
			30％/50％	114/124	112/124
70％/90％	139/157	137/154
			95％/EP	168/188	164/188

表5燃料油主要性质

项目	方案1	方案2
			相对密度，d₄ ²⁰	0.854	0.851
硫含量，ppm	48	45
			十六烷值	46	47
馏程，℃
			IP/10％	194/208	192/207
30％/50％	229/248	227/245
			70％/90％	274/322	272/320
95％/EP	344/365	341/365

表6合成气主要组成

组分(体积％)	方案1	方案2
			一氧化碳	25.0	27.0
二氧化碳	12.0	11.0
			氢气	53.0	51.5
水	8.5	9.0
			甲烷	1.5	1.5

表7气体主要组成

组分(体积％)	方案1	方案2
			氢气	16.55	17.75
甲烷	44.07	46.57
			乙烷	9.85	9.35
丙烷	1.78	1.59
			氮气	14.36	15.45
硫化氢	0.75	0.87

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申清所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种褐煤综合利用方法，该方法包括以下步骤：

(A)将原料经破碎设备破碎后形成粉料，送入干燥器进行干燥，其中，原料破碎后的粒径为1～3000μm，所述干燥器的操作条件为：压力为0～0.5MPa表压，温度为100～300℃；

(B)将干燥后的原料粉料送入原料加料罐，经加料机后与来自预烧炭器的预烧炭后半焦混合一起至干馏反应器中进行反应，其中，所述干馏反应器的操作条件为：压力为0～8.0MPa表压，温度为380～760℃；

(C)将干馏反应产物送入沉降器后分离出油气和干馏半焦，油气经过沉降器气固分离后进入分馏塔，干馏半焦从沉降器下部至预烧炭器，其中，所述沉降器的操作条件为：压力为0～8.0MPa表压，温度为350～750℃；

将从沉降器上部出来的所述油气送入分馏塔分离成气体、轻质油、中质油和重质油；

将从沉降器下部出来的所述干馏半焦送至预烧炭器烧炭，部分预烧炭后半焦返回干馏反应器供热，其余预烧炭后半焦进入气化器，其中，所述预烧炭器操作条件为：压力为0～8.0MPa表压，温度为560～900℃，过剩氧浓度为0～5体积％；

(D)将送入气化器的预烧炭后半焦与蒸汽和/或含氧气体进行气化反应生成合成气，其中，所述气化器的操作条件为：压力为0～8.0MPa表压，温度为600～1150℃，过剩水浓度为0～35体积％；以及

(E)将气化后半焦部分返回预烧炭器中，其余回收利用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤(C)中分馏塔分馏出的重质油返回所述步骤(B)中的干馏反应器回炼。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：将步骤(C)中分馏塔分馏出的轻质油、中质油至油品加氢装置加氢获得石脑油和燃料油产品，部分合成气去制氢装置制取氢气。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述褐煤原料的热值大于8000kJ/kg。

5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(A)中，干燥时间为10～400秒；在所述步骤(B)中，干馏反应时间为1～150秒；在所述步骤(C)中，预烧炭时间为5～100分钟；在所述步骤(D)中，气化时间为2～80分钟。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(A)中，在原料中掺入辅助载体，辅助载体为硅铝酸盐基载体，比表面积为5～1000m²/g，孔体积为0.03～1.0ml/g，粒径为20～1000μm；进入干燥器中的粉料采用蒸汽间接供热干燥和干燥气直接流化干燥相结合进行干燥。

7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，在所述步骤(B)中，在所述干馏反应器中注入油，油的注入比例为0～90重量％，以褐煤和油的总重量计；注入的油的相对密度大于0.85。

8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(B)中，所述干馏反应器内部设置带分流、折流功能的返混结构。

9.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤(C)中，分馏塔塔底采用重质油脱固器脱除重质油中的固体颗粒。

10.一种用于褐煤综合利用的装置，它包括：

用于破碎原料以形成粉料的破碎设备(3)，与所述破碎设备连接的、用于干燥所述粉料的干燥器(5)；

用于装载干燥后的原料粉料的加料罐(10)，与所述加料罐连接的、用于加料的加料机(13)，与所述加料机连接的、用于干馏的干馏反应器(15)；

与所述干馏反应器连接的、用于装载干馏反应产物的沉降器(16)，与所述沉降器连接的、用于分馏的分馏塔(19)和用于烧炭的预烧炭器(37)；

与所述预烧炭器连接的、用于进行气化反应的气化器(42)。