CN102517052A

CN102517052A - 气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法

Info

Publication number: CN102517052A
Application number: CN2011103591372A
Authority: CN
Inventors: 王勤辉; 方梦祥; 骆仲泱; 程乐鸣; 施正伦; 余春江
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法。该方法以高温烟气为热载体，在流化床热解炉中对煤进行热解，析出挥发分，挥发分经冷凝分离得到焦油和粗热解煤气，粗热解煤气经CO₂捕获装置处理后成为富含H₂和CH₄的热解煤气，同时分离出CO₂，而热解得到的半焦，一部分输出作冶金工业的原料和燃料或作气化原料或发电燃料，另一部分则送到循环流化床富氧燃烧炉进行燃烧，产生富含CO₂的高温烟气，高温烟气可作为流化床热解炉中煤热解的热载体和流化气。本发明的优点是采用高温烟气作为热载体提高了煤的热解效率，通过煤的分级转化利用实现了焦油、煤气和半焦联产，同时实现了CO₂的减排控制，具有良好的经济和环境效益。

Description

气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法

技术领域

本发明涉及煤化工领域，特别涉及一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法。

背景技术

我国煤炭资源储量丰富，而石油、天然气资源相对短缺，2010年我国石油的对外依存度已高达55%。另外，我国每年消费的石油里面约有20%是用来作化工原料生产化工产品。因此，利用储量相对丰富的煤炭资源生产替代油品、化工产品和煤气，缓解我国石油进口压力和天然气消费压力，具有重要的意义。

目前煤炭资源往往被作为单一用途来利用，大部分以直接燃烧为主，其他气化、液化也是以单一过程为主。而煤是含有多种杂质的有机混合矿物，其中包括高活性组分和低活性组分。挥发分是煤组成中最活跃的组分，通常在较低的温度下就会析出，同时挥发分也是煤中比较容易进行利用的组分，而固定碳在转化过程中反应速度则随转化程度增加而减慢。煤直接燃烧会将挥发分这部分高活性组分进行了低品位利用，而煤完全气化或液化，由于固定碳这部分低活性组分的存在，则需要采用高温、高压、长停留时间这些严苛的条件才能在单一转化过程中获得很高的转化率，导致成本过高。

结合煤中不同组分在化学反应性上差别巨大的特点，采用煤热解工艺，先将煤中容易热解的高活性部分在热解炉中转化为焦油和煤气，然后将热解过程所产生的活性较低的半焦一部分用于燃烧产生高温烟气，为煤热解提供气体热载体，另一部分半焦则作为产品输出。通过煤热解及后续半焦利用过程在系统中的有机耦合集成，可以简化工艺流程，减少基本投资和运行费用。通过该工艺获得的焦油可以加工提取高附加值的精细化学品，还可以通过进一步加氢制取替代液体燃料，而煤热解得到的热解煤气，既可以作为生产高附加值化工产品的原料，也可以作为民用或者工业用的优质清洁燃料，对外输出的那部分半焦产品可以作冶金工业的原料和燃料或作气化原料或发电燃料。

煤热解工艺，按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式煤热解工艺热效率低，煤料加热不均，挥发产物的二次分解严重；内热式煤热解工艺克服了外热式工艺的缺点，借助热载体（根据供热介质不同又分为气体热载体和固体热载体）把热量直接传递给煤料，受热后的煤发生热解反应。

在各种煤热解工艺中，气体热载体煤热解工艺因其热解效率高，单元装置小，设备投资费用低，反应条件温和，反应时间短，对煤种无特殊要求特点而得到越来越多的重视。温室效应是目前全世界都高度关注的重大问题。CO₂作为主要的温室气体，其减排对解决全球温室效应问题起着决定性作用。气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦工艺中，采用半焦富氧燃烧产生的富含CO₂的高温烟气作为气体热载体，因此在热解过程中产生的粗热解煤气中CO₂浓度很高。将这部分粗热解煤气进行CO₂捕获分离，既能显著提高热解煤气的有效组分和热值，又能实现CO₂的减排控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法。

气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法是：煤在流化床热解炉中以高温烟气为热载体进行热解，析出挥发分，并产生半焦。挥发分经冷却设备冷却分离得到焦油和粗热解煤气，焦油用来加工提取高附加值的精细化学品以及通过加氢制取替代液体燃料，而粗热解煤气则经CO₂捕获装置处理后成为富含H₂和CH₄的热解煤气，富含H₂和CH₄的热解煤气用作化工合成的原料，或作民用和工业用的清洁燃料。热解得到的半焦一部分输出作冶金工业的原料和燃料或作气化原料或发电燃料，另一部分则送到循环流化床富氧燃烧炉，鼓入O₂/CO₂进行燃烧，产生富含CO₂的高温烟气，高温烟气送至流化床热解炉中作为煤热解的气体热载体和流化气体，为流化床热解炉中煤热解提供所需的热量。这样，以高温烟气作为气体热载体，通过煤热解、半焦燃烧的煤炭分级转化综合利用方法实现了焦油、煤气和半焦联产以及CO₂的减排控制。

所述的流化床热解炉中热解过程有效组分焦油和热解煤气的析出率达80%以上，热解煤气中H₂和CH₄这二者的体积分数之和占总的热解煤气的75%以上，热解煤气热值在20MJ/Nm³以上。

所述的流化床热解炉的运行温度为500～800℃，运行压力为0.1～4MPa。所述的循环流化床富氧燃烧炉的运行温度为850～1100℃，运行压力为0.1～4MPa。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

（1）采用高温烟气作为气体热载体，煤与热载体接触面积大，热解效率高；

（2）该工艺能获得较高产率的焦油和富含H₂和CH₄的高热值热解煤气以及优质半焦产品，为替代液体燃料和高附加值化工产品的生产以及半焦的后续高效利用打下了良好的基础；

（3）该工艺对粗热解煤气进行了CO₂捕获分离，显著提高了热解煤气的有效成分和热值，同时实现了CO₂的减排控制；

（4）该工艺具有较好的污染物排放控制特性，后续的半焦利用过程中硫、氮都能得到有效控制。

附图说明

附图是气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦方法的示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明所介绍的方法的具体实施方式予以说明。

如附图所示，气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法中，煤在流化床热解炉中以高温烟气为热载体进行热解，析出挥发分，并产生半焦。挥发分经冷却设备冷却分离得到焦油和粗热解煤气，粗热解煤气进一步经CO₂捕获装置处理后成为富含H₂和CH₄的热解煤气。热解得到的半焦一部分输出作冶金工业的原料和燃料或作气化原料或发电燃料，另一部分则送到循环流化床富氧燃烧炉进行燃烧，产生富含CO₂的高温烟气，高温烟气送至流化床热解炉中作为煤热解的气体热载体和流化气体，为流化床热解炉中煤热解提供所需的热量。煤热解得到的焦油用来加工提取高附加值的精细化学品以及通过加氢制取替代液体燃料，得到的热解煤气用来作化工合成的原料，或作民用和工业用的清洁燃料。

流化床热解炉中热解过程有效组分焦油和热解煤气的析出率达80%以上，热解煤气中H₂和CH₄这二者的体积分数之和占总的热解煤气的75%以上，热解煤气热值在20MJ/Nm³以上。

流化床热解炉中采用高温烟气作为气体热载体和流化气，运行温度为500～800℃，运行压力为0.1～4MPa。

循环流化床富氧燃烧炉中鼓入O₂/CO₂对流化床热解炉中煤热解所产生的部分半焦进行富氧燃烧，运行温度为850～1100℃，运行压力为0.1～4MPa。

气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法中，以高温烟气作为气体热载体，通过煤热解、半焦燃烧的煤炭分级转化综合利用方法实现了焦油、煤气和半焦联产以及CO₂的减排控制。

Claims

1.一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法，其特征在于，煤在流化床热解炉中以高温烟气为热载体进行热解，析出挥发分，并产生半焦，挥发分经冷却设备冷却分离得到焦油和粗热解煤气，焦油用来加工提取高附加值的精细化学品以及通过加氢制取替代液体燃料，而粗热解煤气则经CO₂捕获装置处理后成为富含H₂和CH₄的热解煤气，富含H₂和CH₄的热解煤气用来作化工合成的原料，或作民用和工业用的清洁燃料，热解得到的半焦，一部分输出作冶金工业的原料和燃料或作气化原料或发电燃料，另一部分则送到循环流化床富氧燃烧炉，鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧，产生富含CO₂的高温烟气，高温烟气送至流化床热解炉中作为煤热解的气体热载体和流化气体，为流化床热解炉中煤热解提供所需的热量，这样，以高温烟气为气体热载体，通过煤热解、半焦燃烧的煤炭分级转化综合利用方法实现了焦油、煤气和半焦联产以及CO₂的减排控制。

2.如权利要求1所述的一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法，其特征在于，所述的流化床热解炉中，热解过程有效组分焦油和热解煤气的析出率达80%以上，热解煤气中H₂和CH₄这二者的体积分数之和占总的热解煤气的75%以上，热解煤气热值在20MJ/Nm³以上。

3.如权利要求1所述的一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法，其特征在于，所述的流化床热解炉的运行温度为500～800℃，运行压力为0.1～4MPa。

4.如权利要求1所述的一种气体热载体煤热解制取焦油煤气半焦的方法，其特征在于，所述的循环流化床富氧燃烧炉的运行温度为850～1100℃，运行压力为0.1～4MPa。