CN103013550A - 利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统和方法 - Google Patents

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王玉珍
郭洋
徐东海
公彦猛
唐兴颖
张洁
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Abstract

本发明公开了一种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统和方法，所述系统包括混合器、其内设有加热装置的超临界水反应器、高压气液分离器、用于将所述混合器中的物料输送至所述超临界水反应器中的高压泵、用于将氧源输送至所述超临界水反应器中的高压压缩机、以及连在所述超临界水反应器和所述高压气液分离器之间的换热器，超临界水反应器的底部设有排渣口，排渣口下方设有储渣池。本发明可以实现焦油渣的资源化利用。

Description

利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统和方法
技术领域
本发明涉及有机废物资源化利用领域，特别涉及一种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统和方法。 
背景技术
焦油渣是焦化厂生产过程中产生的吸附有煤焦油的粘稠状固体废渣。其组成主要是多环芳烃碳氢化合物、酚和萘以及煤粉、焦粉等。常温下极其粘稠难于直接利用。由于其成分中的某些毒性物质，早在1976年，美国资源保护与回收管理条例就已确定焦油渣是工业有害废渣，并对这类废渣的储存和处理提出了严格的限制。 
多年来，由于缺乏相应的焦油渣加工利用技术，焦化厂通常采用以下两种途径将其处理掉：（1）直接混入炼焦配煤中炼焦；（2）无偿或极低的价格运往郊区农村，作为土窑燃料使用。第一种途径由于焦油渣粘稠，难以配料准确，使焦炭质量产生波动，而且也使焦炉的热负荷提高。因此大部分焦油渣通过第二种途径处理掉。而这种方法由于焦油渣露天堆放和燃烧不完全，对郊区周边环境又造成污染，既浪费了资源又污染了环境。因此，无论从企业的经济效益还是环境保护等社会效益方面考虑，开展焦油渣的加工利用，都是很有必要的。 
焦油渣中含有大量的固定碳和有机挥发物，发热值较高（低发热值>5000大卡/kg），是一种有用的二次能源。通过对焦油渣的改性制作燃料油已有相关研究。大部分技术主要通过焦油渣添加降粘剂、稳定-分散剂及机械改质等方法对焦油渣进行改质处理。改质处理后可以加工成为工业燃料油。所生产的焦油渣燃料油发热量达31.65MJ/kg以上，水分小于8%，灰分小于5%，粘度小于330mPa.s，闪点大于100℃。 
近年来，超临界水（SCW）工艺过程以其快速、高效、低能耗、污染少、不添加任何化学药剂等优点，在许多方面展现了广阔的应用前景，尤其是利用超临界水将重质燃料转化为液体或气体燃料。水在超临界条件下（T>374.15℃，P>22.12MPa）兼具气体和液体的性质，该状态下只有少量氢键存在，具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，是一种非极性有机溶剂，又具有类似气体的高的扩散系数和低的粘度。当焦油渣被加热到超临界水条件下的时候，热解过程产生大量的自由基。这些自由基，通过加氢很容易稳定，C-C，C-H键很容易断裂。重质油和沥青等都呈半固体状态，硫和氮含量较高，不适合二次加工，但在SCW中对这类油改质的效率高，改质后的油品可作为催化裂化原料。气化产物中主要为H2、CO、CH4可燃气。 
发明内容
本发明目的是：鉴于焦油渣常温下极其粘稠难于输运，本发明提供了一种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统，同时还公开了运用该系统制备燃料油的方法。 
本发明的技术方案是：一种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统，其特征在于该系统包括： 
混合器，
其内设有加热装置的超临界水反应器，
高压气液分离器，
用于将所述混合器中的物料输送至所述超临界水反应器中的高压泵，
用于将氧源输送至所述超临界水反应器中的高压压缩机，
以及连在所述超临界水反应器和所述高压气液分离器之间的换热器，
所述超临界水反应器的底部设有排渣口，排渣口下方设有储渣池。
一种运用上述系统来制备燃料油的方法，包括下述步骤： 
步骤一、将焦油渣和热水或蒸汽在混合器内混合均匀；
步骤二、将混合器内混合均匀的物料经高压泵输送至超临界水反应器中； 
步骤三、待焦油渣和热水或蒸汽的混合物及氧源进入超临界水反应器后，开启超临界水反应器内的加热装置，使焦油渣在超临界水中进行改质反应；
步骤四、反应后的固体残渣从超临界水反应器底部的排渣口进入储渣池；反应后的流体经换热器冷凝后进入高压气液分离器；
步骤五、对高压气液分离器底部分离出的燃料油，进行回收；对高压气液分离器上部分离出的以H2、CO、CH4为主的合成气，进行回收。
作为优选，在所述步骤二中，还将氧源经高压压缩机输运至超临界水反应器中。进一步优选为，在所述步骤二中，进入超临界水反应器内的氧源的含氧量，低于所述焦油渣中有机物完全氧化的理论需氧量。 
作为优选，在所述步骤一中，当采用的是热水时，所述热水的温度大于50℃。 
作为优选，在所述步骤一中，当采用的是蒸汽时，所述蒸汽的温度大于50℃。 
作为优选，在所述步骤一中，在所述混合器中混匀后的物料的温度大于40℃。 
作为优选，所述混合器内装有搅拌装置。 
作为优选，所述氧源为高压灌装氧、或空气、或双氧水。 
作为优选，在所述步骤二中，进入超临界水反应器内的氧源的含氧量，低于所述焦油渣中有机物完全氧化的理论需氧量。 
作为优选，在所述步骤三中，所述的超临界水反应器内的反应温度为370-800℃，反应压力为22-32MPa。 
作为优选，所述加热装置为蒸汽加热装置或电加热装置。 
作为优选，所述换热器的冷流体介质为软化水、或自来水、或工业循环水。 
作为优选，所述换热器的冷流体介质经换热后，温度大于50℃。 
本发明的优点是：本发明提提供的利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统和方法，可以实现焦油渣的资源化利用。 
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 
图1为本发明实施例利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统的结构示意图；
其中：1-混合器，2-高压泵，3-高压压缩机，4-加热装置，5-超临界水反应器，6-背压阀，7-储渣池，8-换热器，9-高压气液分离器。
具体实施方式
图1出示了本发明利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统的一个具体实施例，该系统包括：混合器1、其内设有加热装置4的超临界水反应器5、高压气液分离器9、用于将所述混合器1中的物料输送至所述超临界水反应器5中的高压泵2、用于将氧源输送至所述超临界水反应器5中的高压压缩机3、以及连在所述超临界水反应器5和所述高压气液分离器9之间的换热器8，所述超临界水反应器5的底部设有排渣口，排渣口下方设有储渣池7。排渣口上设置有背压阀6。 
再参照图1所示，现将运用本实施例的这种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统来制备燃料油的方法介绍如下，该方法包括以下几个步骤： 
步骤一、将焦油渣和热水或蒸汽（即焦油渣和热水、或焦油渣和蒸汽）在混合器1内混合均匀。为了加快混合速度，本例在还所述混合器1内安装了搅拌装置。
为了使焦油渣和热水、或焦油渣和蒸汽的混合效果更好，本步骤一中，当采用的是热水时（即将焦油渣和热水在混合器内混合均匀），最好保证所述热水的温度大于50℃；当采用的是蒸汽时，同样最好保证所述蒸汽的温度大于50℃。无论采用的是热水还是蒸汽，都最好能够保证在所述混合器1中混匀后的物料的温度大于40℃。 
焦油渣和热水、或者焦油渣和蒸汽的重量比例具体根据焦油渣的性质而定，以物料连续输运及燃料油最大化而确定。本实施例采用的焦油渣的处理量为2.5t/h，焦油渣中碳、氢、氮、硫的含量（重量）分别为92%，5%，0.97%，0.740%，焦煤渣中水分、灰分及固定碳的含量（重量）分别为1.7%、0.03%、30.9%，焦油渣与170℃的蒸汽以1：0.5的重量比在混合器1混合均匀。 
步骤二、将混合器1内混合均匀后的物料经高压泵2输送至超临界水反应器5中。同时，氧源经高压压缩机3输运至超临界水反应器5中。在本步骤中，进入超临界水反应器5内的氧源的含氧量应低于所述焦油渣中有机物完全氧化的理论需氧量，甚至可以为零。 
所述的氧源可以是高压灌装氧，也可以是空气，还可以是双氧水。 
步骤三、待焦油渣和热水或蒸汽的混合物及氧进入超临界水反应器5后，开启反应器内的加热装置4，使焦油渣在超临界水中进行改质反应。 
所述加热装置4可以是蒸汽加热装置，也可以是电加热装置。 
本步骤中，所述的超临界水反应器5内的反应温度最好为370-800℃，反应压力最好为22-32MPa，具体值根据待处理焦油渣的性质确定。 
步骤四、反应后的固体残渣从超临界水反应器5底部排渣口经背压阀6进入储渣池7。反应后的流体经换热器8冷凝后进入高压气液分离器9。反应后的流体经换热后，温度最好为25-80℃，压力最好为22-32MPa。 
所述换热器8的冷流体介质可以为软化水，也可以为自来水，还可以为工业循环水。 
所述换热器8的冷流体介质经换热后温度最好大于50℃，这样一来，就可以将经换热后的冷流体介质回用至前端作为与焦油混合的补充水，也可以用作反应器加热装置的热源，还可以用作其他供热。 
步骤五、对高压气液分离器9底部分离出的燃料油（如图1所示，燃料油出油口处也设有背压阀6），进行回收；对高压气液分离器9上部分离出的以H2、CO、CH4为主的合成气，进行回收。 
当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (13)

1.一种利用超临界水对焦油渣改质制备燃料油的系统，其特征在于该系统包括：
混合器（1），
其内设有加热装置（4）的超临界水反应器（5），
高压气液分离器（9），
用于将所述混合器（1）中的物料输送至所述超临界水反应器（5）中的高压泵（2），
用于将氧源输送至所述超临界水反应器（5）中的高压压缩机（3），
以及连在所述超临界水反应器（5）和所述高压气液分离器（9）之间的换热器（8），
所述超临界水反应器（5）的底部设有排渣口，排渣口下方设有储渣池（7）。
2.一种运用如权利要求1所述的系统来制备燃料油的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：
步骤一、将焦油渣和热水或蒸汽在混合器（1）内混合均匀；
步骤二、将混合器（1）内混合均匀的物料经高压泵（2）输送至超临界水反应器（5）中；
步骤三、待焦油渣和热水或蒸汽的混合物及氧源进入超临界水反应器（5）后，开启超临界水反应器内的加热装置（4），使焦油渣在超临界水中进行改质反应”；
步骤四、反应后的固体残渣从超临界水反应器（5）底部的排渣口进入储渣池（7）；反应后的流体经换热器（8）冷凝后进入高压气液分离器（9）；
步骤五、对高压气液分离器（9）底部分离出的燃料油，进行回收；对高压气液分离器（9）上部分离出的以H2、CO、CH4为主的合成气，进行回收。
3.如权利要求2所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤二中，还将氧源经高压压缩机（3）输运至超临界水反应器（5）中。
4.如权利要求3所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤二中，进入超临界水反应器（5）内的氧源的含氧量，低于所述焦油渣中有机物完全氧化的理论需氧量。
5.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤一中，当采用的是热水时，所述热水的温度大于50℃。
6.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤一中，当采用的是蒸汽时，所述蒸汽的温度大于50℃。
7.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤一中，在所述混合器中混匀后的物料的温度大于40℃。
8.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：所述混合器（1）内装有搅拌装置。
9.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：所述氧源为高压灌装氧、或空气、或双氧水。
10.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：在所述步骤三中，所述的超临界水反应器（5）内的反应温度为370-800℃，反应压力为22-32MPa。
11.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：所述加热装置（4）为蒸汽加热装置或电加热装置。
12.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：所述换热器（8）的冷流体介质为软化水、或自来水、或工业循环水。
13.如权利要求2或3或4所述的制备燃料油的方法，其特征在于：所述换热器（8）的冷流体介质经换热后，温度大于50℃。
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