CN103509571A

CN103509571A - 一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质利用技术

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Publication number: CN103509571A
Application number: CN201310419255.7A
Authority: CN
Inventors: 王守峰; 吕子胜
Original assignee: SHAANXI COAL AND CHEMICAL INDUSTRY GROUP SHENMU TIANYUAN CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SHAANXI COAL AND CHEMICAL INDUSTRY GROUP SHENMU TIANYUAN CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: CN103509571B

Abstract

本发明提供了一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质的工艺方法，其中将粉煤在干馏热解反应器中干馏热解，并将未经处理的干馏热解油气直接送去延迟焦化。由于该方法中干馏热解装置与延迟焦化装置直接连接，不需要将煤焦油降温再升温，也不需要干馏热解净化装置和延迟焦化加热炉，从而能耗大大降低，并且简化了流程，节省了投资。

Description

一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质利用技术

技术领域

本发明属于煤化工领域，具体涉及一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质的工艺方法。

背景技术

煤炭是一种储量丰富但还未被很好利用的资源。我国是一个缺油、少气而煤炭资源相对丰富的国家，在探明的化石能源储量中煤炭占94.3％，石油天然气仅占5.7％。另一方面，随着经济快速发展，中国能源需求维持高速增长，原油进口量不断刷新历史纪录。国际原油价格不断攀升，而国内原油需求逐年递增，国内石油产量已经远远不能满足国民经济高速发展的需要。因此，大力发展煤化工产业，以煤化工产品替代石油化工产品，已经成为我国能源战略的必然选择。

现有处理煤炭的工业化技术主要是将其作为发电燃料、锅炉燃料、气化原料等。正在研发和已经研发的技术有：炼焦、气化、低温干馏、直接加氢液化和间接液化等，其中将炼焦产生的煤焦油进行延迟焦化以获得与石油产品相当的清洁燃料或石油产品成为研究热点。

但是，当前的煤焦油延迟焦化工艺都是首先将煤干馏热解得到的油气混合物冷凝净化得到液态煤焦油，再将该液态煤焦油重新升温进行延迟焦化。一降温一升温，造成巨大的能源浪费。

尤其在煤原料是粉煤的情况下，由于干馏热解出来的煤焦油含大量煤粉，上述这种冷凝净化非常难成功实现。实践中，从液态煤焦油中分离煤粉一般通过旋风分离器或过滤器完成，但要么只能得到油泥(即油中仍含有大量煤粉)，要么过滤器被完全堵塞。

发明内容

本发明粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质的工艺方法能够克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的一个目的是提供一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质的工艺方法，其中将粉煤在干馏热解反应器中干馏热解，并将所产生的干馏热解油气未经处理而直接送去延迟焦化。

在一个实施方案中，干馏热解油气通过喉管进入延迟焦化用的焦炭塔，其中喉管温度可以控制在400-500℃，压力可以控制在表压0-0.002MPa。从焦炭塔送出的油气进入分馏塔，在分馏塔中分馏出的气体再经过真空泵送去进一步处理，其中可以通过控制真空泵的吸气口压力来控制喉管压力。

在另一实施方案中，延迟焦化用的装置中不包括加热炉。而且，延迟焦化用的焦炭塔的操作温度可以为400-450℃，塔顶压力可以为0.02-0.07MPa(绝压)。干馏热解油气中所夹带的粉煤在焦炭塔中可以缩合成沥青焦而从干馏热解油气中分离出。

在又一实施方案中，干馏热解反应器的操作温度可以为500-900℃，所产生的干馏热解油气的温度可以为400-500℃且表压可以为0.0001-0.005MPa。干馏热解反应器可以包括回转式反应器、带式反应器、固定床反应器、旋转床反应器或流化床反应器。

所述粉煤可以包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤或气煤，其中粉煤按铝甑试验测得的含油率基于干基大于或等于5％。

在又一实施方案中，从焦炭塔送出的油气可以经历分馏、加氢和后精制，最后得到轻质化清洁燃料、液化气、烯烃、液化天然气和燃料气。

在又一实施方案中，从焦炭塔送出的油气从焦炭塔顶部进入分馏塔，在分馏塔侧线得到加氢原料油去加氢装置生产轻质化清洁燃料油，气体则通过压缩升压后进入吸收稳定装置和气体分离装置分离出液化气和烯烃产品，干气经过脱硫脱碳装置将硫、二氧化碳脱除后进入膜分离装置分离出氢气，然后经过低温换热器进入低温精馏塔，分别在低温精馏塔塔底和塔顶得到液化天然气和燃料气。

可以看到，本发明方法中干馏热解装置与延迟焦化装置直接连接，不需要将煤焦油降温再升温，也不需要干馏热解净化装置和延迟焦化加热炉，由此能耗大大降低，并且简化了流程，节省了投资。

而且，干馏热解除了油气产物外，得到约70％的高炉无烟煤或喷吹煤，产品附加值大大提高。按高炉无烟煤或喷吹煤质量指标控制粉煤干馏热解温度和程度，不破坏煤原来就具有的优质特性，煤的质量指标在原来的基础上进一步提高，同时将煤中的油气分离出来，油经过延迟焦化自由基反应后去加氢生产轻质化清洁燃料，气体经压缩升压后分别通过吸收稳定、气体分离、脱硫脱碳、膜分离、低温精馏塔等装置分离出液化气、烯烃、氢气、液化天然气和燃料气，真正做到了煤炭的梯级、分质利用。

附图说明

图1是示意性表示本发明方法的一个实施方案的工艺流程图，其中1-干燥器，2-干馏热解反应器，3-焦炭塔，4-分馏塔，5-真空泵，6-缓冲罐，7-压缩机，8-吸收稳定装置，9-脱硫脱碳装置，10-膜分离装置，11-低温精馏塔，12-加氢装置，13-气体分离装置，14-粉煤，15-干燥水，16-无烟煤或喷吹煤，17-沥青焦，18-加氢原料油，19-轻质化清洁燃料油，20-液化气，21-烯烃，22-氢气，23-燃料气，24-液化天然气，25-喉管。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的工艺方法，以便更好地理解本发明。除另有说明，本文提及的所有百分比都按质量计。

本发明方法的原料主要是粉煤，包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等低变质烟煤或气煤。粉煤的平均粒度最大为25mm，并且按铝甑试验测得的含油率基于干基大于或等于5％。该粉煤在中国储量丰富，来源非常广泛。

首先将粉煤14干燥脱水。干燥可以在干燥器1中进行，脱除的水15从干燥器中分离出来。将脱水后的粉煤送入干馏热解反应器2中进行干馏热解。干馏热解反应器的反应温度可以为500-900℃，例如500-700℃或650-900℃。该温度可以是本领域中低温干馏热解技术中通常采用的温度。在热烟气的作用下，粉煤在干馏段发生干馏热解。经干馏热解的粉煤通过冷却段排出反应器，得到附加值较高的无烟煤或喷吹煤16，而所产生的干馏热解油气直接送去延迟焦化。也就是说，该干馏热解油气未经任何处理就直接送去延迟焦化。具体而言，干馏热解油气在延迟焦化之前可以没有经历冷凝、冷却、固液分离、净化或升温等本领域中常规采用的类似处理。

干馏热解反应器2可以是本领域实施中低温干馏热解的常规装置，例如回转式反应器、带式反应器、固定床反应器、旋转床反应器、流化床反应器或适用于本发明的其它干馏热解装置。干馏热解可以按内热式气体热载体法、外热式气体热载体法、内热式固体热载体法、热载体催化热解干馏法或其它常用于中低温干馏的工艺方法进行。

干馏热解反应器产生的干馏热解油气的温度可以为400-500℃，表压可以为0.0001-0.005MPa，优选0.0005-0.005MPa，更优选0.001-0.005MPa。该油气通过干馏热解反应器与焦炭塔之间的喉管25直接进入焦炭塔3，其中喉管温度通过控制干馏热解反应温度而可以保持在400-500℃，优选430-490℃，更优选440-480℃；喉管压力通过控制真空泵5(下文将详细介绍)的吸气口压力而可以保持在0-0.002MPa(表压)，优选0.0005-0.0015MPa。

从喉管25出来的干馏热解油气直接进入下游延迟焦化用的装置中。该装置不包括常规延迟焦化装置用的加热炉，由此干馏热解油气直接进入焦炭塔。显然，加热炉的省去既节省了设备投资、简化了工艺流程，又节约了能量消耗，优化了工艺操作。这是因为本发明方法直接利用干馏热解的温度进行延迟焦化，从而不需要降温冷凝得到煤焦油后再升温进行延迟焦化自由基反应。

焦炭塔设为两个，一开一备交替使用。干馏热解油气在焦炭塔3中进行自由基反应，得到沥青焦17和油气混合物，其中沥青焦产品主要由干馏热解油气中所夹带的煤粉、沥青质、残炭、重金属等这些难以加氢的物质缩合而成。沥青焦在焦炭塔中逐渐沉积下来，而油气混合物进入分馏塔4。焦炭塔中的反应温度可以为400-450℃，例如410-430℃，塔顶绝压可以为0.02-0.07MPa，例如0.03-0.06MPa，或0.025-0.05MPa。

本发明人发现干馏热解油气中所夹带的煤粉在焦炭塔中基本都转化为沥青焦产品沉积下来，从而有效保证了整个工艺流程的长周期稳定运行。本领域已知，粉煤干馏出来的煤焦油含煤粉量高达约30％；如果将含有如此多煤粉的焦油进行冷凝、净化回收，无疑会给设备带来严重的磨损和堵塞问题，更难保证整个工艺流程长周期稳定运行。现有技术中，往往首先将干馏热解油气冷凝，再将冷凝得到的煤焦油进行固液分离以除去其中夹带的煤粉。但是，无论是采用旋风分离器还是过滤器，现有技术都无法将其中所含煤粉彻底脱除，要么得到的是油泥(即固液分离后的煤焦油中仍含有相当数量的煤粉)，要么过滤器使用没多久已完全堵塞。

本发明方法通过将含煤粉的干馏热解油气直接送入焦炭塔，煤粉在焦炭塔中几乎都转化为沥青焦产品沉积下来，并且由于含煤粉的干馏热解油气只是通过喉管一段，在压力差作用下基本不会淤积在喉管内，从而整个工艺流程能够连续稳定地长周期运行。

延迟焦化反应后的油气混合物从焦炭塔3顶部进入分馏塔4，在分馏塔4侧线得到加氢原料油18并将其送去加氢装置12生产轻质化清洁燃料油19，气体则从分馏塔的顶部被真空泵5抽到缓冲罐6后进入压缩机7，通过压缩升压后进入吸收稳定装置8得到液化气20，液化气可以直接作为产品收集也可以进入气体分离装置13分离出液化气和烯烃21。脱除液化气后的干气进入脱硫脱碳装置9，将干气中的硫、二氧化碳脱除后进入膜分离装置10，在膜分离装置中得到高纯度的氢气22。该氢气可以送入加氢装置12进行加氢原料油的加氢反应，其余的干气经过低温换热器(未示出)后进入低温精馏塔11，在低温精馏塔的底部得到液化天然气24，在低温精馏塔的顶部得到燃料气23。这种加工煤炼焦所产生的焦炉煤气以获得液化天然气的工艺是本领域已知的，例如可以参见姚占强等，“焦炉煤气综合利用制取液化天然气”，燃料与化工，第40卷第4期，第44-46页(2009)，该文献的全部内容通过引用并入本文。

如上述，喉管压力是通过控制此处真空泵5的吸气口压力来控制的。

实施例1

本实施例中所用粉煤来自于陕西煤业化工集团红柳林煤矿，即陕北长焰煤。该粉煤的工业分析测定结果见表1，其格金干馏分析数据见表2。

表1：工业分析测定结果

项目	结果
		水分(Mad，％)	4.80
灰分(Aad，％)	4.52
		挥发分(Vad，％)	32.55
固定碳(FCad，％)	58.13

表2：格金干馏测定结果(空干基)

项目	结果
		半焦(CR，％)	72.68
焦油(Tar，％)	12.02
		热解水(Wpy，％)	7.93
煤气+损失(％)	7.37

首先将该粉煤原料加入回转干燥器，通过热烟气将粉煤加热至200℃，进行干燥脱水。脱水后的粉煤进入回转式干馏热解反应器，利用热烟气将粉煤加热至550℃，进行干馏热解。干馏热解后的粉煤经过冷却段冷却至50℃后排出干馏热解反应器，得到喷吹煤产品。干馏热解后含有煤粉的油气的温度约为450℃，压力(表压)约为0.002MPa。通过真空泵对焦炭塔抽负压约为0.04MPa(绝压)，在压力差的推动下，含有煤粉的油气产物以约50m／s的线速度进入焦炭塔，在此发生自由基反应。所含煤粉、沥青质、残炭、重金属等难以加氢的物质在焦炭塔中缩合成沥青焦产品。焦炭塔一开一备循环交替使用，分离煤粉后的油气则进入分馏塔，分离出加氢原料油进入加氢装置生产轻质化清洁燃料油，油气再经压缩升压后至吸收稳定装置，分离出液化气，剩余干气则送入脱硫脱碳装置脱除硫和二氧化碳，然后进入膜分离装置分离出氢气，脱氢后的干气经过低温换热器进入低温精馏塔，在精馏塔底部得到液化天然气产品，在低温精馏塔顶部得到燃料气，燃料气统一送入燃料气管网。

主要工艺条件见表3。

表3：主要工艺条件

实施例2

本实施例中所用粉煤来自于新疆哈密白石湖煤矿。该粉煤的工业分析测定结果见表4，其格金干馏分析数据见表5。

表4：工业分析测定结果

项目	结果
		水分(％)	4.63
灰分(％)	8.80
		挥发分(％)	48.96 15
固定碳(％)	37.61

表5：格金干馏测定结果(空干基)

项目	结果
		半焦(％)	60.33
焦油(％)	15.68
		干馏总水(％)	11.54
煤气+损失(％)	12.45

首先将该粉煤原料加入回转干燥器，通过热烟气将粉煤加热至220℃，进行干燥脱水。脱水后的粉煤进入回转式干馏热解反应器，利用热烟气将粉煤加热至600℃，进行干馏热解。干馏热解后的粉煤经过冷却段冷却至60℃后排出干馏热解反应器，得到喷吹煤产品。干馏热解后含有煤粉的油气的温度约为480℃，压力(表压)约为0.003MPa。通过真空泵对焦炭塔抽负压约为0.03MPa(绝压)，在压力差的推动下，含有煤粉的油气产物以约60m／s的线速度进入焦炭塔，在此发生自由基反应。所含煤粉、沥青质、残炭、重金属等难以加氢的物质在焦炭塔中缩合成沥青焦产品。焦炭塔一开一备循环交替使用，分离煤粉后的油气则进入分馏塔，分离出加氢原料油进入加氢装置生产轻质化清洁燃料油，油气再经压缩升压后至吸收稳定装置，分离出液化气，剩余干气则送入脱硫脱碳装置脱除硫和二氧化碳，然后进入膜分离装置分离出氢气，脱氢后的干气经过低温换热器进入低温精馏塔，在精馏塔底部得到液化天然气产品，在低温精馏塔顶部得到燃料气，燃料气统一送入燃料气管网。

主要工艺条件见表6。

表6：主要工艺条件

Claims

1.一种粉煤干馏热解和延迟焦化组合分质的工艺方法，其特征在于将粉煤在干馏热解反应器中干馏热解，并将所产生的干馏热解油气未经处理而直接送去延迟焦化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于干馏热解油气通过喉管进入延迟焦化用的焦炭塔，其中喉管温度控制在400-500℃，压力控制在表压0-0.002MPa。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于延迟焦化用的装置中不包括加热炉。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于延迟焦化用的焦炭塔的操作温度为400-450℃，塔顶绝压为0.02-0.07MPa。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于干馏热解油气中所夹带的粉煤在焦炭塔中缩合成沥青焦。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于干馏热解反应器的操作温度为500-900℃，所产生的干馏热解油气的温度为400-500℃且表压为0.0001-0.005MPa。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于从焦炭塔送出的油气进入分馏塔，在分馏塔中分馏出的气体再经过真空泵送去进一步处理，其中通过控制真空泵的吸气口压力来控制喉管压力。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于干馏热解反应器包括回转式反应器、带式反应器、固定床反应器、旋转床反应器或流化床反应器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于所述粉煤包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤或气煤，其中粉煤按铝甑试验测得的含油率基于干基大于或等于5％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于从焦炭塔送出的油气经历分馏、加氢和后精制，最后得到轻质化清洁燃料、液化气、烯烃、液化天然气和燃料气。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于从焦炭塔送出的油气从焦炭塔顶部进入分馏塔，在分馏塔侧线得到加氢原料油去加氢装置生产轻质化清洁燃料油，气体则通过压缩升压后进入吸收稳定装置和气体分离装置分离出液化气和烯烃产品，干气经过脱硫脱碳装置将硫、二氧化碳脱除后进入膜分离装置分离出氢气，然后经过低温换热器进入低温精馏塔，分别在低温精馏塔塔底和塔顶得到液化天然气和燃料气。