CN102337144A - 块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法 - Google Patents

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毛世强
颜冬青
吕子胜
李秀辉
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王善霞
乔锤
张晓东
齐向朴
关金涛
肖茂伟
吴法明
赵宁
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Abstract

本发明提供了一种块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，主要包括块煤干馏、干馏煤气提取氢气、煤焦油的延迟焦化、煤焦油加氢裂化四个步骤。本发明的关键是利用延迟焦化和加氢裂化工艺技术，调整工艺条件，实现煤炭干馏产生的中低温煤焦油改质的最终目的。本发明的工艺方法有效地保证了煤炭资源的梯级利用，转化率高，能耗低，实现了循环经济、低碳发展的目标，降低了环境污染，开辟了石油资源替代的新途径。

Description

块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法
(一)技术领域
本发明涉及的是煤化工领域，具体说是一种块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料工艺。
(二)背景技术
我国是富煤少油的国家，也是煤炭生产和消费大国，陕、蒙、晋交界的鄂尔多斯盆地富存大量煤炭，是我国煤炭的主产区。目前我国对中低温煤焦油深加工和荒煤气回收利用缺乏系统的技术手段，致使大量煤焦油低效燃烧，荒煤气无法有效利用而直接排放，造成氮氧化物、二氧化硫污染。
在石油资源日益紧张的今天，利用煤炭及煤焦油生产石油替代产品具有十分重要意义。自上世纪初开始，西方一些国家率先进行煤的直接液化和间接液化以来，煤炭液化制油的技术研究和产业化还一直处于不断探索阶段。我国也将煤制油技术作为能源战略研究给予高度重视，投入了大量人力、物力和财力进行研究、实践，但其投资额巨大，工艺技术不稳定和转化过程能耗过大等诸多问题亟待解决。
现代煤化工以煤炭转化生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如：柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。新型煤化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要发展方向，这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。可以说，煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。
如何寻找一种更为简捷、更为经济、更为稳妥的途径，实现煤炭制油的目标，已成为当今煤化工科技领域的重大难题。煤焦油的传统加工方法以物理分离、提取单组分或窄组分产品为目标，从煤焦油中提炼洗油、轻油、蒽油、工业萘、粗酚及劣质沥青。由于煤焦油组分复杂、高附加值组分含量低、含量高的低附加值组分难以利用，常规提化工艺摆脱不掉流程复杂、设备多、能耗高、投资大，由于缺乏一套合适的加工方案，煤焦油只能简单的直接利用(作燃料用，因硫氮含量高和不能完全燃烧，造成严重的硫排放污染，市场价值极低)，既降低了资源价值又严重污染了环境(大气和水源)，这种污染天天发生，且随着焦炭产量的持续增长而日见增长。上述问题已成为“煤—焦—化”产业链发展的“瓶颈”，急需一种具备环保效果和经济效果的煤焦油利用方案，建设环保装置，一方面解决石油资源的替代问题，另一方面解决数量庞大的煤焦油有效利用问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种将煤炭转化成清洁燃料、提高煤炭附加值、解决石油替代资源的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法。
本发明的目的是这样实现的：主要包括块煤干馏、干馏煤气提取氢气、煤焦油的延迟焦化、煤焦油加氢裂化四个步骤，块煤干馏后析出干馏煤气和煤焦油，煤焦油换热后对中低温煤焦油进行延迟焦化，生成石油焦和馏分油，同时对干馏煤气集中回收制取99.9％纯度氢气，在高温、高压和催化剂的作用下，氢气与延迟焦化装置脱出杂质的煤焦油在精制反应器中将硫化物、氮化物进行加氢反应，生成加氢精制生成油，然后将加氢精制生成油在裂化反应器中再次加氢裂化，再与加氢精制生成油一起进入低压分离器分离出燃料气后回分馏塔重新进行分馏，生成轻质化煤焦油，在加氢过程中产生出的硫化氢和氨气分别送入硫磺回收装置和氨精制装置，最终得到硫磺和液氨产品。
具体步骤为：
(1)块煤干馏步骤：粒度20～100mm的块煤在500～850℃的状态下，在炭化炉内被炭化成焦炭，同时产生干馏煤气和焦油蒸汽，在经过冷凝冷却分离后得到干馏煤气和煤焦油；
(2)干馏煤气提取氢气步骤：干馏煤气先进行一氧化碳变换，然后进行变压吸附，吸附除去氢气以外的其它杂质(CH4、CO、CO2、H2O等)，使工业氢纯度大于99.9％，满足煤焦油加氢的使用要求；
(3)煤焦油的延迟焦化步骤：煤焦油换热后直接进入加热炉，对煤焦油进行改质，以利于下一步原料油加氢条件的优化，中低温煤焦油经换热器至200--300℃后，送至加热炉，加热到450--510℃，进入焦炭塔进行裂解和缩合反应，生成石油焦和馏分油；石油焦聚结在焦炭塔内；
(4)煤焦油加氢裂化步骤：煤焦油经过延迟焦化装置改质后，引入加热炉加热后并与氢气按比例混合后进入精制反应器，然后经换热进入高压分离器分离，分离出氢气经循环压缩机回到精制反应器，得到加氢精制生成油进入低压分离器，分离出低分燃料气后进入分馏塔，进行分馏，分馏后的轻质化煤焦油引出分馏塔，加氢尾油进入裂化加热炉加热后与氢气按比例混合后进入裂化反应器，在催化剂的条件下，进行裂化反应，生成小分子的加氢裂化生成油及燃料气，然后进入低压分离器分离出燃料气后进入分馏塔，与加氢精制生成油一起进行分馏。
本发明还有这样一些技术特征：
1、块煤粒度为20-100mm，煤种包括褐煤、长焰煤、弱粘煤或不粘煤，干馏温度为500～850℃；
2、延迟焦化的原料为全馏分或切去一部分前馏分的馏分油，加热炉出口温度为450-510℃，煤焦油经过延迟焦化装置改质后生成石油焦和油气，高温油气自焦炭塔顶至分馏塔下段，经过洗涤板从蒸发段上升进入蜡油集油箱以上分馏段，分馏出富气、汽油、柴油和蜡油馏份得到馏分油；
3、延迟焦化所用中低温煤焦油是本发明自产的煤焦油或是外购的中低温煤焦油；
4、干馏煤气变压吸附提取氢气时吸附杂质包括CH4、CO、CO2、H2O；
5、干馏煤气经过一氧化碳变换再进行变压吸附提取氢气；
6、加氢精制和加氢裂化是一段串联或是两段工艺，加氢精制和加氢裂化的反应压力为8.0-16.0Mpa，氢油体积比为800-2000∶1，平均反应温度为300-420℃；
7、加氢精制生成油和加氢裂化生成油共用一个分馏系统或分别对应自己的分馏系统；
8、炭化炉炉型为内热式直立炉或外热式直立炉或两段炉。
本发明以资源合理利用和环保、开发石油替代资源为目标，利用炼油工业现代技术向煤化工领域改进性移植，以煤炭生产优质、清洁燃料。本发明的关键是利用延迟焦化和加氢裂化工艺技术，调整工艺条件，实现煤炭干馏产生的中低温煤焦油改质的最终目的。由于煤焦油是煤炭干馏段的热裂化产物，性质复杂，化学组成主要是芳香族化合物，烷烃和烯烃含量较少，还含有少量含氧、含氮、含硫化合物。含氧化合物主要是具有弱酸性的各种相应的酚类。含氮化合物主要是具有弱碱性的吡啶、喹啉及其衍生物。含硫化合物主要是噻吩、硫醇、硫酚、硫杂茚等。由烃类加氢裂化反应机理和煤焦油裂化反应特征以及煤焦油性质可知，该类油芳烃、胶质、沥青质含量高，大分子链状烃类含量少，在温度、压力、催化剂和临氢条件下，煤焦油中的硫化物、氮化物、氧化物分别与氢气发生反应生成硫化氢、氨和水，胶质和沥青质则生成小分子的烃类和焦炭，芳烃及长链大分子烃类则分别饱和和裂解生成环烷烃和短链的小分子烃类，最终达到煤焦油改质的目的。
本发明的工艺方法有效地保证了煤炭资源的梯级利用，转化率高，能耗低，实现了循环经济、低碳发展的目标，降低了环境污染，开辟了石油资源替代的新途径。
(四)附图说明
图1是本发明的工艺流程框图。
(五)具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
结合图1，粒度20～100mm的块煤7进入直立炉1，在500～850℃的状态下，在直立炉内被炭化成焦炭10，同时产生干馏煤气和焦油蒸汽，在经过冷凝冷却分离后得到干馏煤气8和煤焦油9。
干馏煤气8经过一氧化碳变换，然后进入变压吸附装置5，吸附除去氢气以外的其它杂质(CH4、CO、CO2、H2O等)，制取纯度大于99.9％的氢气16，满足煤焦油加氢的使用要求，另产出解析气17。
外购煤焦油20及本发明自产的煤焦油9经换热器至300℃左右后，送至加热炉，加热到500℃左右，进入焦炭塔2进行裂解和缩合反应，生成石油焦12和馏分油11(即为加氢原料油)；石油焦12聚结在焦炭塔2内。
经过延迟焦化装置改质后的馏分油11，引入加热炉加热并与氢气按氢油体积比为800～2000∶1的比例混合，混合后进入精制反应器3得到加氢精制生成油13，加氢精制生成油13经换热进入高压分离器分离，分离出氢气经循环压缩机回到精制反应器，生成油进入低压分离器，分离出低分燃料气后进入分馏塔4进行分馏，分馏后的1#轻质化煤焦油14、2#轻质化煤焦油15引出分馏塔4，加氢尾油19进入裂化加热炉加热后与氢气按体积比800～2000∶1的比例混合后进入裂化反应器6，进行裂化反应，生成加氢裂化生成油18，与加氢精制生成油13一起进入低压分离器分离出燃料气后回分馏塔4重新进行分馏。
本发明所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料工艺根据原料和生产目的不同而不同，例如几个煤矿原料煤煤质指标分析，见表一；原料温煤焦油的主要性质，见表二；目的产品为1#轻质化煤焦油和2#轻质化煤焦油，主要性质见表三；工艺条件见表四。
表1原料煤主要指标
Figure BSA00000196865600051
表2原料煤焦油主要性质
  项目   煤焦油   分析方法
  密度(20℃)/g·cm-3   1.064   GB/T1884，1885
  馏程/℃
  IBP/10％   198/252
  30％50％   335/378
  70％90％   472/575
  粘度(100℃)/mm2/s   15.17
  凝点/℃   38   GB/T7510
  闪点(开)/℃   160   GB/T3536
  酸值，mgKOH/g   1.8   GB/T258
  残炭，％   7.5   GB/T117114
  灰分，％   0.38   GB/T508
  C，％   83.98   SH/T0656
  H，％   8.22   SH/T0656
  S，％   0.28   SH/T0689
  N，μg/g   9818   SH/T0704
表3产品主要性质
  分析项目   1#轻质化煤焦油   2#轻质化煤焦油
  馏分范围，℃   180～360   ＜180
  密度(20℃)/g·cm-3   0.8537   0.7520
  馏程/℃
  IBP/10％   185/228   68/102
  30％50％   246/281   115/125
  70％90％   312/336   139/164
  95％/EBP   244/351   173/182
  凝点/℃   -15
  闪点(开)/℃   80
  残炭，％   ＜0.01
  辛烷值(MON)   80.6
  十六烷值   44.5
表4工艺条件
Figure BSA00000196865600081

Claims (10)

1.一种块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于它主要包括块煤干馏、干馏煤气提取氢气、煤焦油的延迟焦化、煤焦油加氢裂化四个步骤，块煤干馏后析出干馏煤气和煤焦油，煤焦油换热后对中低温煤焦油进行延迟焦化，生成石油焦和馏分油，同时对干馏煤气集中回收制取99.9％纯度氢气，在高温、高压和催化剂的作用下，氢气与延迟焦化装置脱出杂质的煤焦油在精制反应器中将硫化物、氮化物进行加氢反应，生成加氢精制生成油，然后将加氢精制生成油在裂化反应器中再次加氢裂化，再与加氢精制生成油一起进入低压分离器分离出燃料气后回分馏塔重新进行分馏，生成轻质化煤焦油，在加氢过程中产生出的硫化氢和氨气分别送入硫磺回收装置和氨精制装置，最终得到硫磺和液氨产品。
2.根据权利要求1所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的步骤具体包括：
(1)块煤干馏步骤：粒度20～100mm的块煤在500～850℃的状态下，在炭化炉内被炭化成焦炭，同时产生干馏煤气和焦油蒸汽，在经过冷凝冷却分离后得到干馏煤气和煤焦油；
(2)干馏煤气提取氢气步骤：干馏煤气先进行一氧化碳变换，然后进行变压吸附，吸附除去氢气以外的其它杂质(CH4、CO、CO2、H2O等)，使工业氢纯度大于99.9％，满足煤焦油加氢的使用要求；
(3)煤焦油的延迟焦化步骤：煤焦油换热后直接进入加热炉，对煤焦油进行改质，以利于下一步原料油加氢条件的优化，中低温煤焦油经换热器至200--300℃后，送至加热炉，加热到450--510℃，进入焦炭塔进行裂解和缩合反应，生成石油焦和馏分油；石油焦聚结在焦炭塔内；
(4)煤焦油加氢裂化步骤：煤焦油经过延迟焦化装置改质后，引入加热炉加热后并与氢气按比例混合后进入精制反应器，然后经换热进入高压分离器分离，分离出氢气经循环压缩机回到精制反应器，得到加氢精制生成油进入低压分离器，分离出低分燃料气后进入分馏塔，进行分馏，分馏后的轻质化煤焦油引出分馏塔，加氢尾油进入裂化加热炉加热后与氢气按比例混合后进入裂化反应器，在催化剂的条件下，进行裂化反应，生成小分子的加氢裂化生成油及燃料气，然后进入低压分离器分离出燃料气后进入分馏塔，与加氢精制生成油一起进行分馏。
3.根据权利要求2所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的块煤粒度为20-100mm，煤种包括褐煤、长焰煤、弱粘煤或不粘煤。
4.根据权利要求3所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的延迟焦化的原料为全馏分或切去一部分前馏分的馏分油，加热炉出口温度为450-510℃，煤焦油经过延迟焦化装置改质后生成石油焦和油气，油气自焦炭塔顶至分馏塔下段，经过洗涤板从蒸发段上升进入蜡油集油箱以上分馏段，分馏出富气、汽油、柴油和蜡油馏份得到馏分油。
5.根据权利要求4所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的延迟焦化所用中低温煤焦油包括本发明自产的煤焦油或外购的中低温煤焦油。
6.根据权利要求5所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的干馏煤气变压吸附提取氢气时吸附杂质包括CH4、CO、CO2、H2O。
7.根据权利要求6所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的干馏煤气经过一氧化碳变换再进行变压吸附提取氢气。
8.根据权利要求7所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的加氢精制和加氢裂化是一段串联或是两段工艺，加氢精制和加氢裂化的反应压力为8.0-16.0Mpa，氢油体积比为800-2000∶1，平均反应温度为300-420℃。
9.根据权利要求8所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的加氢精制生成油和加氢裂化生成油共用一个分馏系统或分别对应自己的分馏系统。
10.根据权利要求9所述的块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料的方法，其特征在于所述的炭化炉炉型为内热式直立炉或外热式直立炉或两段炉。
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