CN104017609B - 一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置及工艺，该装置包括下催化床、上催化床与复合分馏塔，下催化床分为除尘区与催化区两部分，除尘区与催化区之间通过通气挡板分隔，除尘区与热解煤气进气管相连，催化区通过第一煤气管路连接上催化床，上催化床通过第二煤气管路连接复合分馏塔。来自煤炭中低温干馏炉或焦炉的荒煤气依次进入下催化床与上催化床，利用煤气自身携带的物理显热和催化剂再生过程的放热来保证催化床温度不低于热解煤气温度，即在温度不降低的条件下完成热解煤气除尘、裂解过程，随后裂解组分再进入复合分馏塔，在复合分馏塔中将裂解组分分馏，从而得到洁净煤气、轻油、酚油、萘油、蒽油、洗油、沥青等组分。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤热解气体处理装置及工艺，具体地说是涉及一种煤热解气体(尤其是中低温干馏煤气或焦炉荒煤气)的干法净化、催化裂解及馏分回收装置及工艺。
背景技术
中、低温干馏通常是指煤在500-800℃，隔绝空气加热，受热分解生成半焦、煤焦油、煤气的过程。高温干馏(炼焦)温度则在900℃以上，其产品为焦炭、高温煤焦油和煤气。目前煤气的处理工艺是先将煤气用氨水喷淋冷却，回收含尘煤焦油(浪费煤气携带的显热，同时造成了废水污染，煤焦油中有粉尘导致其利用价值低，工艺还很复杂)。然后送到煤焦油加工工厂，再加热进行精馏，分离出馏分(焦油再加热，浪费能量，投资大)。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置及工艺。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，包括下催化床、上催化床与复合分馏塔，下催化床分为除尘区与催化区两部分，除尘区与催化区之间通过通气挡板分隔，除尘区与热解煤气进气管相连，除尘区上部设置有滤料进料斗，除尘区下部设置有滤料排出管，催化区通过第一煤气管路连接上催化床，上催化床通过第二煤气管路连接复合分馏塔；所述上催化床设置在下催化床的上方，上催化床的上部通过第一催化剂输送管连接催化剂再生器，上催化床的下部通过第二催化剂输送管连接下催化床催化区的上部，下催化床催化区的下部通过待生催化剂输送管连接催化剂再生器；所述复合分馏塔上设置有塔顶气体排出管路、若干侧线产品排出管路与塔底沥青排出管路。
优选的，所述通气挡板为百叶窗挡板或孔板，通气挡板竖向布置，其底端插入到下催化床除尘区的中下部。
优选的，所述下催化床和上催化床均为非对称结构，下催化床和上催化床的锥形排料出口两边设置不同的倾角，以使得颗粒在自由下行过程中，进气侧颗粒流动的速度高于出气侧。该结构主要是基于下催化床和上催化床进气侧催化剂负担较重，失活快的考虑，用以缩短其再生周期。
优选的，所述下催化床催化区的下部还连接有失活催化剂排出管。
优选的，所述催化剂再生器上连接有烧炭用气体输送管，还连接有新鲜催化剂补充管路，并通过烟气排出管路连接旋风分离器，旋风分离器上设置有出风管与粉尘排出管。
优选的，所述复合分馏塔上还连接有外循环管路，在外循环管路上设置有换热器与回流用循环泵，在塔顶气体排出管路、侧线产品排出管路与塔底沥青排出管路上也均设置有换热器。
一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收工艺，步骤如下：
(1)来自中低温干馏炉或焦炉的热解煤气经热解煤气进气管输送至下催化床的除尘区，在除尘区自上而下缓慢下行的滤料与热解煤气错流接触，以捕集热解煤气中的粉尘；
(2)热解煤气经除尘区除尘后进入下催化床的催化区，在催化区自上而下缓慢下行的催化剂颗粒与热解煤气错流接触，在继续除尘的同时催化热解煤气发生裂解反应；
(3)经下催化床催化区催化裂解后的煤气再经第一煤气管路输送至上催化床，在上催化床中煤气继续与自上而下的催化剂错流接触，进行更加充分的裂解；
(4)经上催化床催化裂解后的气体再经第二煤气管路输送至复合分馏塔，在复合分馏塔中分离出塔顶气体产品、侧线产品与塔底沥青产品。
优选的，新鲜或再生后的催化剂先进入上催化床，此处主要是对气体中难裂解的组分进行裂解；催化剂活性降低后，进入下催化床，此处主要是对易裂解的组分进行裂解；经下催化床使用后失活的催化剂可进入催化剂再生器中进行再生。
优选的，在催化剂再生反应器中失活的催化剂进行烧炭再生，烧炭用气体是由空气和惰性气体混合而成，并利用烧炭产生的热量提高催化剂温度，烧炭的温度通过调节气体中的氧含量进行控制，但需要避免因烧炭温度过高引起催化剂失活。
优选的，所述除尘区使用的滤料为惰性颗粒或失活催化剂颗粒，所述催化剂与滤料均为颗粒状，粒度范围为1-10mm，更加优选3-8mm。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明避免了现有工艺采用氨水喷淋荒煤气带来的水污染问题，在不降温的条件下直接除尘，并利用煤气自身携带的物理显热和催化剂再生过程的放热来保证催化床温度不低于热解煤气温度，完成裂解过程，裂解气体再在不降温的状态下直接进入复合分馏塔，在复合分馏塔中将裂解组分分馏，从而得到洁净煤气、轻油、酚油、萘油、蒽油、洗油、沥青等组分，整个装置集除尘、催化、分馏于一体，工艺紧凑、热量利用最佳、投资少、用最简单的方式实现了热解煤气干法除尘、裂解及焦油馏分的分离，整个过程能量利用合理，无废水、废渣产生，有效解决了现有工艺存在的含尘荒煤气和重质焦油堵塞下游冷却管路的问题，及含尘焦油难以利用、资源浪费问题，以及焦油蒸馏处理过程能耗高等问题。
(2)本发明下催化床除尘区和催化区用百叶窗或孔板分隔滤料，防止颗粒互串，下催化床除尘区的百叶窗挡板或孔板没有插到床体的最下部，主要是考虑到利用颗粒自身流动性，将发生沉降的粉尘带出，避免了频繁的维护操作。
(3)本发明上、下催化床都可以采用非对称结构，以使得床层中粉尘含量高、催化负担重一侧的催化剂移动的相对快一些，负担轻一侧的催化剂移动的相对慢一些，这样可以节约催化剂使用量，延长催化剂再生周期。解决了综合利用催化剂烧炭再生产生的热量维持循环催化剂的温度(避免了焦油在床内冷凝)。催化剂可循环使用。
(4)本发明中再生后的催化剂及补充的新鲜催化剂(活性高)先进入上催化床，此处主要是对气体中难裂解的组分进行裂解(可以认为是二级裂解)；催化剂活性降低后，进入下催化床，此处主要是对易裂解组分进行裂解(可以认为是一级裂解)，这样的排布利用了催化剂的活性特点，延长了催化剂失活周期。
(5)本发明使用的催化剂可连续再生，通过在催化剂再生器中通入空气和惰性气体的混合气，以使催化剂烧炭再生，并利用烧炭产生的热量，提高催化剂温度，以保证进入催化床催化剂的温度不低于煤气温度；当然如果燃烧温度过高，也需从再生器中取走热量，防止催化剂温度过高失去活性；失效催化剂可供除尘区使用，降低成本，废物利用。
(6)本发明下催化床(除尘区与催化区)及上催化床均可连续操作，除尘颗粒或催化剂颗粒的排出速度，可根据处理负荷进行调整。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中：1.热解煤气进气管；2.下催化床；3.下催化床除尘区；4.除尘滤料进料斗；5.含尘滤料排出管；6.第一煤气管路；7.上催化床；8.第一催化剂输送管；9.催化剂再生器；10.旋风分离器；11.烧炭用气体输送管；12.新鲜催化剂补充管路；13.烟气排出管路；14.出风管；15.第二煤气管路；16.换热器；17.回流用循环泵；18.塔顶气体排出管路；19.侧线产品一排出管路；20.侧线产品二排出管路；21.塔底沥青排出管路；22.待生催化剂提升输送管；23.失活催化剂排出管；24.第二催化剂输送管；25.粉尘排出管；26.复合分馏塔。
具体实施方式
结合附图，一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，包括下催化床2、上催化床7与复合分馏塔26，下催化床分为下催化床除尘区3与下催化床催化区两部分，除尘区与催化区之间通过百叶窗挡板分隔物料，百叶窗挡板竖向布置，其底端插入到下催化床除尘区3的中下部。下催化床除尘区3与热解煤气进气管1相连，除尘区上部设置有除尘滤料进料斗4，除尘区下部设置有含尘滤料排出管5。催化区通过第一煤气管路6连接上催化床7，上催化床7通过第二煤气管路15连接复合分馏塔26。上催化床7设置在下催化床2的上方，上催化床7的上部通过第一催化剂输送管8连接催化剂再生器9，上催化床7的下部通过第二催化剂输送管24连接下催化床催化区的上部，下催化床催化区的下部通过待生催化剂提升输送管22连接催化剂再生器9。待生催化剂提升输送管22还与失活催化剂排出管23相连接。催化剂再生器9上连接有烧炭用气体输送管11、新鲜催化剂补充管路12，并通过烟气排出管路13连接旋风分离器10，旋风分离器10上设置有出风管14与粉尘排出管25。下催化床2和上催化床7均为非对称结构，下催化床和上催化床的锥形排料出口两边设置不同的倾角，以使得颗粒在自由下行过程中，进气侧流动的速度高于出气侧。该结构主要是基于下催化床和上催化床进气侧催化剂负担较重，失活快的考虑，用以缩短其再生周期。复合分馏塔26上连接有塔顶气体排出管路18、侧线产品一排出管路19、侧线产品二排出管路20与若干个外循环管路，在塔顶气体排出管路18、侧线产品一排出管路19、侧线产品二排出管路20上均设置有换热器16，在外循环管路上设置有换热器16与回流用循环泵17，其中设置于复合分馏塔底部的外循环管路还与塔底沥青排出管路21连接，在塔底沥青排出管路21上也设置有换热器16。
上述侧线产品排出管路共设置2个，当然根据生产需要也可设置更多个。
本发明的工艺流程如下：
来自中低温干馏炉或焦炉的热解煤气经热解煤气进气管1输送至下催化床除尘区3，在除尘区自上而下缓慢下行的除尘滤料与热解煤气错流接触，以捕集热解煤气中的粉尘，该除尘滤料可选用惰性颗粒或失活催化剂。热解煤气经除尘区除尘后进入下催化床的催化区，在催化区与自上而下缓慢下行的催化剂颗粒错流接触，在继续除尘的同时催化剂催化热解煤气发生裂解反应。经下催化床催化区催化裂解后的煤气再经第一煤气管路6输送至上催化床7，在上催化床7中煤气继续与自上而下的催化剂错流接触，进行更加充分的裂解。经上催化床7催化裂解后的气体再经第二煤气管路15输送至复合分馏塔26，在复合分馏塔中分离出塔顶气体产品、侧线产品与塔底沥青产品。
上述新鲜或再生后的催化剂先进入上催化床7，此处主要是对气体中难裂解的组分进行裂解。催化剂活性降低后，进入下催化床2，此处主要是对易裂解的组分进行裂解。经下催化床2使用后失活的催化剂可进入催化剂再生器9中进行烧炭再生。烧炭用气体是由空气和惰性气体(如氮气、烟道气)按一定比例混合而成，并利用烧炭产生的热量提高催化剂温度，烧炭的温度可通过调节气体中的氧含量进行控制，以保证进入上催化床7及下催化床2催化剂的温度不低于煤气温度。但需要注意的是，烧炭温度不能过高，以避免因烧炭温度过高引起催化剂失活。
上述工艺过程中除尘过程主要发生在下催化床除尘区，当然下催化床催化区甚至上催化床都有除尘作用，只是程度不同。上述催化剂与滤料都是颗粒状，粒度范围为1-10mm，更加优选3-8mm。上述装置及工艺同样可用于其他固体物料热解过程，如生物质热解。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：包括下催化床、上催化床与复合分馏塔，下催化床分为除尘区与催化区两部分，除尘区与催化区之间通过通气挡板分隔，除尘区与热解煤气进气管相连，除尘区上部设置有滤料进料斗，除尘区下部设置有滤料排出管，催化区通过第一煤气管路连接上催化床，上催化床通过第二煤气管路连接复合分馏塔；所述上催化床设置在下催化床的上方，上催化床的上部通过第一催化剂输送管连接催化剂再生器，上催化床的下部通过第二催化剂输送管连接下催化床催化区的上部，下催化床催化区的下部通过待生催化剂输送管连接催化剂再生器；所述复合分馏塔上设置有塔顶气体排出管路、若干侧线产品排出管路与塔底沥青排出管路。
2.根据权利要求1所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：所述通气挡板为百叶窗挡板或孔板，通气挡板竖向布置，其底端插入到下催化床除尘区的中下部。
3.根据权利要求1所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：所述下催化床和上催化床均为非对称结构，下催化床和上催化床的锥形排料出口两边设置不同的倾角，以使得颗粒在自由下行过程中，进气侧颗粒流动的速度高于出气侧。
4.根据权利要求1所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：所述下催化床催化区的下部还连接有失活催化剂排出管。
5.根据权利要求1所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：所述催化剂再生器上连接有烧炭用气体输送管，还连接有新鲜催化剂补充管路，并通过烟气排出管路连接旋风分离器，旋风分离器上设置有出风管与粉尘排出管。
6.根据权利要求1所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收装置，其特征在于：所述复合分馏塔上还连接有外循环管路，在外循环管路上设置有换热器与回流用循环泵，在塔顶气体排出管路、侧线产品排出管路与塔底沥青排出管路上也均设置有换热器。
7.一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收工艺，其特征在于步骤如下：
(1)来自中低温干馏炉或焦炉的热解煤气经热解煤气进气管输送至下催化床的除尘区，在除尘区自上而下缓慢下行的滤料与热解煤气错流接触，以捕集热解煤气中的粉尘；
(2)热解煤气经除尘区除尘后进入下催化床的催化区，在催化区自上而下缓慢下行的催化剂颗粒与热解煤气错流接触，在继续除尘的同时催化热解煤气发生裂解反应；
(3)经下催化床催化区催化裂解后的煤气再经第一煤气管路输送至上催化床，在上催化床中煤气继续与自上而下的催化剂错流接触，进行更加充分的裂解；
(4)经上催化床催化裂解后的气体再经第二煤气管路输送至复合分馏塔，在复合分馏塔中分离出塔顶气体产品、侧线产品与塔底沥青产品。
8.根据权利要求7所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收工艺，其特征在于：新鲜或再生后的催化剂先进入上催化床，此处主要是对气体中难裂解的组分进行裂解；催化剂活性降低后，进入下催化床，此处主要是对易裂解的组分进行裂解；经下催化床使用后失活的催化剂进入催化剂再生器中进行再生。
9.根据权利要求8所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收工艺，其特征在于：在催化剂再生反应器中失活的催化剂进行烧炭再生，烧炭用气体是由空气和惰性气体混合而成，并利用烧炭产生的热量提高催化剂温度，烧炭的温度通过调节气体中的氧含量进行控制，但需要避免因烧炭温度过高引起催化剂失活。
10.根据权利要求7所述的一种煤热解气体干法净化、裂解及馏分回收工艺，其特征在于：所述除尘区使用的滤料为惰性颗粒，所述催化剂与滤料均为颗粒状，粒度范围为1-10mm。
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