CN103788969B - 一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺 - Google Patents

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本发明公开一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺,原料煤与石油炼制副产品在预热干燥区混合,经过预热后的煤与石油炼制副产品的混合物进入微波热解反应器进行热解反应生成半焦及热解气,热解气进入冷凝系统分离为焦油及煤气。该组合工艺能够使煤与石油炼制副产品在同一温度区间发生同步热解,产生协同效应,从而提高煤焦油产率,改善煤焦油的质量。

Description

-种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺
技术领域
[0001] 本发明属于煤炭热解技术领域,设及一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工 艺,具体地说设及一种低变质煤与石油炼制副产品利用微波共热解的组合工艺。
背景技术
[0002] 我国是一个富煤、缺油、少天然气的国家,煤炭在我国一次能源中所占的比例高达 75%左右,其中低变质煤炭资源(褐煤、长焰煤、气煤、不粘煤、弱粘煤等化煤炭资源的609似 上。由于低变质煤没有粘结性或粘结性很差,不能用于常规焦炉生产焦炭,一般只作为动力 煤使用或部分用于生产低热值的发生炉煤气。低变质煤中含有大量的富氨组分,将煤炭直 接燃烧,浪费了煤中潜在的可转化为具有高附加值的油、气和化学品富氨组分。低变质煤具 有低灰、低硫、低憐、高发热量、高挥发分和高化学活性的特点,特别适合低溫干馈生产半 焦、焦油和煤气。低溫干馈可W使煤中富氨组分W优质的液态的和气态的能源或化工原料 产出,实现煤的气、液、固组分的分质转化,是低变质煤高效利用的最佳途径。
[0003] 煤的低溫干馈(也称煤的热解)是指煤在隔绝空气条件下加热至400~750°C而发 生的包括一系列复杂的物理变化和化学反应过程。在运个过程中将发生交联键的断裂W及 重质组分的二次反应,最终生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦)等产物。煤的低溫干 馈除得到少量煤焦油和煤气外,主要产品为半焦,俗称兰炭。半焦硫含量低,可W作为洁净 固体燃料直接用来燃烧或气化,或者作为冶金原料。低溫煤焦油是重要的化工原料,低溫煤 焦油经加氨处理后也可作为发动机燃料。低溫干馈煤气热值高,是优质民用煤气和工业燃 料气。
[0004] 煤的干馈实质上是煤的热分解过程(通过复杂的链式自由基机理进行)。煤受热溫 度达到100~105°C时,首先干燥脱水,放出大部分外在水分;当溫度增至100~250°C时,发 生脱簇基反应,放出二氧化碳和部分化合水;溫度到300~350°C时,分解加剧,有挥发物产 生,主要是一氧化碳、硫化氨、气态控类和焦油蒸气;当达到450~650°C左右,焦油生成量通 常达到最高值,随着溫度的增高,煤气增多,半焦减少,焦油亦会发生再次分解,焦油产率随 之下降。
[0005] 目前国内研究煤炭热解技术的单位众多,比较典型的技术有大连理工大学开发的 褐煤固体热载体干馈多联产工艺、北京煤化所开发的MRF热解工艺、浙江大学和清华大学开 发的W流化床热解为基础的循环流化床热电多联产工艺、北京动力经济研究所和中国科学 院工程热物理研究所的W移动床为基础的热电气多联产工艺、济南锅炉厂的多联供工艺、 中国科学院山西煤化所和中国科学院过程工程研究所的"煤拔头工艺"等。运些工艺归结起 来主要有两大类:外热法和内热法(内热法又分为气体热载体工艺和固体热载体工艺),外 热法是利用炭化室外侧炉墙对煤料传热,虽然产生的煤气质量稳定,但传热不均匀,热效率 低,热解时间较长,挥发产物的二次裂解严重;内热法利用热载体直接对煤料传热,具有传 热均匀的优点,但气体热载体工艺产生的煤气会被稀释,增加煤气量,降低了煤气的有效成 分含量,对煤气的进一步综合利用不利,固体热载体工艺热效率低、半焦产品利用价值低、 工艺放大困难。目前煤的热解工艺存在的普遍问题是加热速度慢,热解时间长,焦油收率偏 低。
[0006] 微波是介于红外和无线电波之间的一种电磁波,其波长范围为100~0.1cm,相应的 频率范围为300~300000 MHz。与传统加热相比,由于微波加热直接作用于物质的分子或离 子、引起分子或离子的振动产生热量,而不是通过传统方式(热传导、热对流、热福射)传热, 因此它具有更快的加热效率。与常规电加热方式相比,它一般可W节电30%~50%
[0007] CN100810232680.4公开了一种低变质煤种的低溫煤干馈方法,该方法采用微波发 生装置作为加热热源,微波频率是0.3G化~300G化,将低变质煤种加热到300°C~800°C进 行低溫干馈,生成兰炭、焦油和煤气。该方法可W有效提高低变质煤低溫干馈焦油收率及气 体、固体产品的质量。但是由于煤属于微波弱吸收物质,导致热解时间过长,焦油收率偏低。
发明内容
[0008] 针对现有煤热解技术存在的缺陷或者不足,本发明的目的在于提供一种煤与石油 炼制副产品共热解的组合工艺,该方法使煤与石油炼制副产品在同一溫度区间发生同步热 解,产生协同效应,从而提高煤焦油产率,改善煤焦油的质量。
[0009] -种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺,原料煤与石油炼制副产品在预热干 燥区混合,经过预热后的煤与石油炼制副产品的混合物进入微波热解反应器进行热解反应 生成半焦及热解气,热解气进入冷凝系统分离为焦油及煤气。
[0010] 本发明组合工艺中所述的原料煤为褐煤、长焰煤、气煤、不粘煤、弱粘煤、泥炭等低 变质煤种,在所有的低变质煤种中优选褐煤。所述原料煤粒径优选<l〇〇mm,更优选<50mm。 此外,本发明组合工艺也可用于油页岩的低溫热解。
[0011] 本发明组合工艺中,所述石油炼制副产品,其初馈点大于220°C、密度在980~ 1150kg/m3、芳控质量含量大于40%。所述石油炼制副产品选自劣质常减压渣油、催化裂化回 炼油、澄清油或油浆、焦化重油、减粘渣油、重质循环油的抽出芳控、外甩油浆的抽出芳控、 焦化蜡油的抽出芳控、润滑油芳控抽提装置的抽出芳控、乙締裂解焦油等馈分中的一种或 几种,优选为催化裂化回炼油、澄清油或油浆;更优选为催化裂化油浆。
[0012] 本发明组合工艺中,所述的原料煤与石油炼制副产品的质量比为1:10~10:1;优 选为1:5~5:1;更优选为1:5~1:1。原料煤与石油炼制副产品充分混合过程可W借助于揽 拌设备。
[0013] 本发明组合工艺中,可将石油炼制副产品加热后与煤在预热干燥区混合,也可将 煤加热后与石油炼制副产品在预热干燥区混合,或者将煤与石油炼制副产品在预热干燥区 混合后一起加热。
[0014] 本发明组合工艺中,煤与石油炼制副产品在预热干燥区混合后预热至100~320°C 之间。
[0015] 本发明组合工艺中,所述的微波热解反应器微波频率为0.3G化~300G化,将煤与 石油炼制副产品的混合物加热至400°C~750°C进行低溫干馈。优选低溫干馈溫度为500°C ~750°C,更优选为600°C~750°C。
[0016] 研究结果表明,原料煤和富含芳控的石油炼制副产品混合后快速共热解可W产生 协同效应。在煤的热解过程中引入富含芳控的石油炼制副产品,其主要作用包括:供氨、分 散隔离自由基。低变质煤基本结构单元由I~3个芳环或氨化芳环构成,芳环或氨化芳环上 有较丰富的桥键相互连接。低变质煤在400~750°C之间热解时,桥键断裂,形成许多1~3个 芳环或氨化芳环的自由基。提高煤焦油收率的关键在于及时分散自由基并使其得到活性 氨。本发明中所述石油炼制副产品H/C比较高,富含芳控,可W做为煤热解过程中廉价、优良 的供氨剂。将煤与富含芳控的石油炼制副产品在同一溫度范围内发生同步热解,形成大量 气体分子和自由基,通过石油炼制副产品的供氨作用,一定程度上抑制了半焦的生成,增加 了煤焦油产率。
[0017] 除了能够提高煤焦油的产率外,与现有技术相比较,本发明煤与石油炼制副产品 共热解的组合工艺还具有如下优点:
[0018] 1、富含芳控的石油炼制副产品极性强,相对于原料煤具有较好的微波吸收能力 (相对于煤),将原料煤与石油炼制副产品混合后利用微波共热解可W提高加热速率(与煤 单独微波热解相比),更快的达到热解所需的反应溫度;
[0019] 2、石油炼制副产品是一种低附加值产品,来源广泛、价格低廉,尤其是催化裂化油 浆,中国每年FCC外甩油浆高达300万tW上,外甩油浆多数作为锅炉燃料油,经济效益低,将 煤与石油炼制副产品共热解,可对煤热解焦油芳控含量过高起到调节作用,同时也为炼厂 难W加工的低附加值产品找到了一条新的加工途径,此外,催化裂化油浆中含有催化裂化 催化剂粉末(约为2~6 g/L),运部分催化剂加速了煤和煤裂解后的大分子的进一步裂化;
[0020] 3、本发明将原料煤与石油炼制副产品混合预热后在进行微波热解反应,极大的缩 短了油煤混合物在微波反应器内达到热解溫度所需的时间,提高了效率。
附图说明
[0021] 图1为本发明一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺流程示意图。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图及实施例对本发明所提供的组合工艺进行进一步的说明,但并不因 此而限制本发明。本发明组合工艺中所设及到的m%均为质量百分比。
[0023] 原料煤经过粉碎后,将粒度<100mm的煤料与石油炼制副产品在预热干燥区充分 揽拌混合,原料煤与石油炼制副产品的质量比为1:10~10:1,预热后原料煤与石油炼制副 产品混合物的溫度可达100~320°C;预热后原料煤与石油炼制副产品混合物进入微波热解 反应器,在常压、微波加热溫度为400~750°C条件下进行煤和石油炼制副产品的共热解,反 应生成的半焦经冷却至常溫后收集,可W作为优质的民用和动力用燃料(气化发电、高炉喷 吹,生产铁合金),生成的热解气经冷凝系统分离为焦油和煤气。焦油可W作为化工原料,或 者经加氨处理后作为发动机燃料。煤气是优质民用煤气和工业燃料气。
[0024] 下面的实施例将对本发明所提供的方法予W进一步的说明,但并不因此而使本发 明受到任何限制。
[0025] 实施例1
[0026] 选用陕北某地区保罗纪煤(褐煤),其工业分析见表1。石油炼制副产品选用某炼厂 RFCC油浆,RFCC油浆的物化性质见表2。按质量比为3:7将一定粒度巧~50mm)的原料煤与催 化裂化油浆在预热干燥区充分揽拌混合后进行预热,预热后的原料煤与催化裂化油浆混合 物的溫度为150°C。将原料煤与催化裂化油浆混合物WlOOg/min的速度连续加入微波热解 反应器。微波频率为2450MHz,热解溫度稳定在650°C,载气为氮气,载气流速0.化/min。热解 反应生成的半焦经冷却至常溫后收集,热解产生的高溫气体经冷凝系统分离为焦油和煤 气。热解产品的收率见表3。
[0027] 对比例1
[002引将实施例1所用的粒度为5~50mm的原料煤在预热干燥区预热至150°C,WlOOg/ min的速度连续加入微波热解反应器,其余操作条件同实施例1。热解产品的收率见表3。
[00巧]对比例2
[0030] 将实施例1所用的催化裂化油浆在预热干燥区加热至150°C,W100 g/min的速度连 续加入微波热解反应器,其余操作条件同实施例1。热解产品的收率见表3。
[0031] 表1煤样的工业分析 「AAOO1
Figure CN103788969BD00061
LUUJ/J 卿飘脾段广物订重结巧巧巧,与平独畑聚卿賊飘脾W广準卿和距,共飘脾巧巧 降低了半焦产率,增加了焦油产率及煤气产率。煤与油浆快速共热解组合工艺不仅提高了 焦油的产率,而且改善了焦油的品质,使得焦油组分更加轻质化。
[0038]煤与石油炼制副产品共热解组合工艺技术可W生产更多的煤焦油,可W实现两者 的洁净、高效、综合利用,运对保护环境、提高资源利用效率和企业的经济效益、实现可持续 发展都具有重要的意义。

Claims (8)

1. 一种煤与石油炼制副产品共热解的组合工艺,其特征在于:原料煤与石油炼制副产 品在预热干燥区混合,经过预热后的煤与石油炼制副产品的混合物进入微波热解反应器进 行热解反应生成半焦及热解气,热解气进入冷凝系统分离为焦油及煤气,所述石油炼制副 产品为催化裂化油浆,其初馏点大于220°c、密度在980~1150kg/m 3、芳烃质量含量大于 40% 〇
2. 根据权利要求1所述的组合工艺,其特征在于:所述的原料煤为褐煤、长焰煤、气煤、 不粘煤、弱粘煤、泥炭。
3. 根据权利要求1所述的组合工艺,其特征在于:所述原料煤粒径小于100mm。
4. 根据权利要求2或3所述的组合工艺,其特征在于:所述的原料煤为褐煤,原料煤的粒 径小于50mm〇
5. 根据权利要求1所述的组合工艺,其特征在于:原料煤与石油炼制副产品的质量比为 1:10 ~10:1〇
6. 根据权利要求1或5所述的组合工艺,其特征在于:原料煤与石油炼制副产品的质量 比为1:5~5:1。
7. 根据权利要求1所述的组合工艺,其特征在于:煤与石油炼制副产品在预热干燥区混 合后预热至100~320°C之间。
8. 根据权利要求1所述的组合工艺,其特征在于:微波热解反应器微波频率为0.3GHz~ 300GHz,将煤与石油炼制副产品的混合物加热至400 °C~750 °C进行低温干馏。
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