CN103923703A - 以煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法。包括以下步骤：S1.将煤直接液化残渣制备成水煤浆；以及S2.将水煤浆与氧气混合以进行气化反应，得到粗合成气。该方法既实现了对煤直接液化残渣的充分高效利用，在气化过程中将煤直接液化残渣中含量较高的硫转化为H₂S并在后续粗合成气净化过程中进行回收处理，使得高效利用过程对环境无污染，产品附加值高，处理过程简单，对设备操作无不良影响；同时由于煤直接液化残渣的热值高、煤直接液化残渣中富集的煤液化所需的Fe系催化剂对煤气化过程有催化作用，使得最终得到的粗合成气中有效气成分含量较高。

Description

以煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法

技术领域

本发明涉及煤液化残渣处理技术领域，具体而言，涉及一种以煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法。

背景技术

煤直接液化是煤在适当的温度和压力条件下，直接催化加氢裂化，使其降解和加氢转化为液体油品的工艺过程。在直接液化过程中煤中未转化的有机体、无机矿物质以及外加的液化催化剂，构成了煤液化残渣的主体。液化残渣是煤直接液化过程中的一种副产物，是一种高炭、高灰和高硫的物质，其产率通常为液化原煤总量的30％左右，其热值在7000千卡/千克左右。

目前，世界上第一条煤直接液化生产线已在神华鄂尔多斯煤制油公司成功运营，神华鄂尔多斯煤制油工程规划建设年产500万吨油品，分两期建设，一期建成投产后，每年可产各种油品320万吨，预计年产液化残渣约200万吨。如此大量的液化残渣，如何对其进行处理并有效利用直接影响着煤液化过程中能源转化效率以及经济性。

目前，对煤直接液化残渣处理的主要的处理方式是直接燃烧，但由于煤直接液化残渣中的硫含量较高，在燃烧过程中会生成大量二氧化硫，严重污染了环境。随着环保法规要求日益严格，针对煤炭资源的大量消耗，如何对煤直接液化残渣进行清洁、高效利用成为今后的主要发展趋势。

发明内容

本发明旨在提供一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法，该方法可以对煤直接液化残渣进行充分高效利用，无二次污染且产品附加值高。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法，包括以下步骤：S1、将煤直接液化残渣制备成水煤浆；以及S2、将水煤浆与氧气混合以进行气化反应，得到粗合成气。

进一步地，步骤S1中将煤直接液化残渣与原煤混合以制备水煤浆。

进一步地，步骤S1包括：S11、将煤直接液化残渣与原煤混合，得到混合物；以及S12、对混合物进行研磨，并在研磨过程中加水制浆，得到水煤浆。

进一步地，步骤S1包括：将煤直接液化残渣颗粒研磨至99％的残渣粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到残渣浆液；将原煤研磨至99％的原煤颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到原煤浆液；以及将残渣浆液与原煤浆液混合，得到水煤浆。

进一步地，制备水煤浆的过程中还包括加入添加剂以提高浆液浓度的步骤。

进一步地，添加剂选自木质素、萘磺酸甲醛聚合物、木质素磺酸盐和脂肪族中的一种或多种。

进一步地，煤直接液化残渣与原煤的重量比为70:30～1:99，优选为60:40～20:80。

进一步地，在制备水煤浆之前，还包括对煤直接液化残渣进行预处理。

进一步地，对煤直接液化残渣进行预处理的步骤为：对从煤液化反应器中流出的煤直接液化残渣进行冷却直至残渣脆点以下，得到冷却后的煤直接液化残渣；以及对冷却后的煤直接液化残渣加压成型，得到直径为2～8mm的片状固体。

进一步地，步骤S2包括：将水煤浆与氧气混合，之后置于1200℃～1400℃下和4.0～8.7MPa下气化反应，得到粗合成气；以及对粗合成气进行净化、变换处理，得到粗合成气。

应用本发明的技术方案，通过先将煤直接液化残渣制备成水煤浆，然后将水煤浆与氧气混合气化反应得到粗合成气，本发明所提供的方法既实现了对煤直接液化残渣的充分高效利用，在气化过程中将煤直接液化残渣中含量较高的硫转化为H₂S并在后续粗合成气净化过程中进行回收处理，使得高效利用过程对环境无污染，产品附加值高，处理过程简单，对设备操作无不良影响；同时由于煤直接液化残渣的热值高、煤直接液化残渣中富集的煤液化所需的Fe系催化剂对煤气化过程有催化作用，使得最终得到的粗合成气中有效气成分含量较高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明一种典型实施例的以煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的工艺流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决目前煤直接液化残渣利用过程中存在环境污染以及产品附加值低的问题，本发明提供了一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法，包括以下步骤：S1、将煤直接液化残渣制备成水煤浆；以及将水煤浆与氧气混合以进行气化反应，得到粗合成气。

通过先将煤直接液化残渣制备成水煤浆，然后将水煤浆与氧气混合气化得到粗合成气，本发明所提供的方法既实现了对煤直接液化残渣的高效利用，在气化过程中将煤直接液化残渣中含量较高的硫转化为H₂S并在后续粗合成气净化过程中进行回收处理，使得高效利用过程对环境无污染，产品附加值高，处理过程简单，对设备操作无不良影响；同时由于煤直接液化残渣的热值高、煤直接液化残渣中富集的煤液化所需的Fe系催化剂对煤气化反应具有催化作用，使得最终得到的粗合成气中有效气成分含量较高。

利用煤直接液化残渣制备水煤浆时，根据本发明的一种典型实施方式，步骤S1中将煤直接液化残渣与原煤混合以制备水煤浆。优选地，步骤S1包括：S11、将煤直接液化残渣与原煤混合，得到混合物；以及S12、对混合物进行研磨，并在研磨过程中加水制浆，得到水煤浆。

除了将煤直接液化残渣与原煤直接混合后对混合物进行研磨并制备水煤浆之外，根据本发明的另一种典型实施方式，如图1所示，步骤S1包括：将煤直接液化残渣研磨至99％的残渣颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到残渣浆液；将原煤研磨至99％的原煤颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到原煤浆液；以及将残渣浆液与原煤浆液混合，得到水煤浆。当所选原煤煤种的可磨性与煤直接液化残渣的可磨性差异较大时，采用先制备残渣浆液和原煤浆液后混合的方式制备水煤浆更容易使煤或油渣的粒径分布达到入气化炉的要求。

为了提高水煤浆的成浆浓度，降低气化过程中的煤耗和氧耗，根据本发明的一种典型实施方式，制备水煤浆的过程中还包括加入添加剂以提高浆液浓度的步骤。优选地，添加剂选自木质素、萘磺酸甲醛聚合物、木质素磺酸盐和脂肪族中的一种或多种。

无论是采用煤直接液化残渣与原煤直接混合的方式，还是采用先制备残渣浆液和原煤浆液后混合的方式制备水煤浆，优选地，煤直接液化残渣与原煤的重量比为70:30～1:99，优选为60:40～20:80。如果煤直接液化残渣与原煤的重量比低高于70:30，则会出现煤浆性能下降如粘度高或易发送沉淀等问题。经综合考虑，本发明将煤直接液化残渣与原煤的重量比控制在上述范围内。

从煤直接液化反应器出来的液化残渣温度在200～400℃之间，状态为粘稠液体，无法直接用于煤浆制备。为了便于制备水煤浆，在制备水煤浆步骤之前，还包括对煤直接液化残渣进行预处理的过程。本发明中对煤直接液化残渣进行预处理的步骤为：对从煤液化反应器中流出的煤直接液化残渣进行冷却直至残渣脆点以下，得到冷却后的煤直接液化残渣；以及对冷却后的煤直接液化残渣加压成型，得到直径为2～8mm的片状固体。

根据本发明的一种典型实施方式，将水煤浆与氧气气化反应制备粗合成气的步骤包括：将水煤浆与氧气混合，之后置于1200℃～1400℃下和4.0MPa～8.7MPa下气化反应，得到粗合成气；以及对粗合成气进行净化、变换处理，得到粗合成气。具体反应温度和压力由气化原料灰分的熔融特性和下游装置对压力的要求来确定。

本发明还提供了一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的装置。如图1所示，该装置包括：磨煤机10、煤浆储罐20以及气化炉40，磨煤机10上设有进料口和出料口，煤浆储罐20的进料口与磨煤机10的出料口连接；气化炉40的入口或烧嘴通过煤浆泵30与煤浆储罐20的出料口连接，氧气同样经气化炉烧嘴并在此处与煤浆混合后喷入气化炉。离开气化炉40的粗合成气经过净化系统50进行变换、净化等处理得到下游装置所需的合格气体。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果：

下面实施例和对比例中所采用的均为神华煤直接液化厂所提供的煤直接液化残渣，该残渣的分析数据如表1所示。

表1

实施例1

1)预处理步骤

将从煤液化反应器中流出的高温液体煤直接液化残渣送入残渣成型机间接冷却至残渣脆

点以下，然后成型为2～8mm的片状固体。

2)制备水煤浆步骤

将步骤1)中预处理后的片状煤直接液化残渣，在磨煤机中研磨至99％的颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，在制浆过程中还添加改性木质素添加剂，得到质量百分比浓度为70％的残渣浆液；将原煤置于另一磨煤机中研磨至99％颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，在制浆过程中还添加改性木质素添加剂，得到质量百分比浓度为60％的原煤浆液。

将残渣浆液与原煤浆液(按干基比例3:2混合)送入煤浆储罐中进行搅拌混合，得到浓度为63wt％的水煤浆；通过煤浆泵将水煤浆送入气化炉，并向气化炉内通入氧气。得到的干基粗合成气成分如表2所示。在气化炉内，煤直接液化残渣和原煤与氧气在高温加压条件下发生反应生成粗合成气，其中气化炉的操作温度为1200℃，气化压力为4.0MPa，离开气化炉的粗合成气经过净化系统净化处理后得到净粗合成气。

实施例2

操作步骤及原料与实施例1相同，不同之处在于将残渣浆液与原煤浆液(按干基比例70:30混合)送入煤浆储罐中进行搅拌混合，得到浓度为64wt％的水煤浆。

实施例3

原料及配比实施例1相同，不同之处在于首先将煤直接液化残渣与原煤混合得到混合物，然后将混合物置于磨煤机中研磨至99％的颗粒粒径小于1.0mm，并在研磨过程中加水制浆，得到浓度为63wt％的水煤浆，通过煤浆泵将水煤浆送入气化炉，并向气化炉内通入氧气。

对比例1

操作步骤与实例1相同，不同之处在于只采用原煤，未添加煤直接液化残渣。

实施例1至5及对比例1中制备的粗合成气成分见表2。

表2.粗合成气组成

从表2的数据可以看出，实施例1至3中有效气成分都在80％以上，对比例1中单纯地采用原煤制备水煤浆，未添加煤直接液化残渣，使得气化时粗合成气中的有效气(CO+H₂)含量仅为78.64％，远低于采用本发明的技术方案制备的粗合成气中的有效气含量。

可见采用本发明的技术方案，通过先将煤直接液化残渣制备成水煤浆，然后将水煤浆与氧气混合气化反应得到粗合成气，本发明所提供的方法既实现了对煤直接液化残渣的充分高效利用，在气化过程中将煤直接液化残渣中含量较高的硫转化为H₂S并在后续粗合成气净化过程中进行回收处理，使得高效利用过程对环境无污染，产品附加值高，处理过程简单，对设备操作无不良影响；同时由于煤直接液化残渣的热值高、煤直接液化残渣中富集的煤液化所需的Fe系催化剂对气化同样有催化作用，使得最终得到的粗合成气中有效气成分含量较高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将所述煤直接液化残渣制备成水煤浆；以及

S2、将所述水煤浆与氧气混合以进行气化反应，得到所述粗合成气。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中将所述煤直接液化残渣与原煤混合以制备所述水煤浆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、将所述煤直接液化残渣与原煤混合，得到混合物；以及

S12、对所述混合物进行研磨，并在所述研磨过程中加水制浆，得到所述水煤浆。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

将所述煤直接液化残渣颗粒研磨至99％的残渣粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到残渣浆液；

将原煤研磨至99％的原煤颗粒粒径小于1mm，并在研磨过程中加水制浆，得到原煤浆液；以及

将所述残渣浆液与所述原煤浆液混合，得到所述水煤浆。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，制备所述水煤浆的过程中还包括加入添加剂以提高浆液浓度的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在，所述添加剂选自木质素、萘磺酸甲醛聚合物、木质素磺酸盐和脂肪族中的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在，所述煤直接液化残渣与所述原煤的重量比为70:30～1:99，优选为60:40～20:80。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制备所述水煤浆之前，还包括对所述煤直接液化残渣进行预处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述煤直接液化残渣进行预处理的步骤为：

对从煤液化反应器中流出的所述煤直接液化残渣进行冷却直至残渣脆点以下，得到冷却后的煤直接液化残渣；以及

对冷却后的所述煤直接液化残渣加压成型，得到直径为2～8mm的片状固体。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

将所述水煤浆与所述氧气混合，之后置于1200℃～1400℃下和4.0～8.7MPa下气化反应，得到粗合成气；以及

对所述粗合成气进行净化、变换处理，得到所述粗合成气。