CN104593037B - 一种复合式煤加氢炼油反应器及炼油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤粉热解炼油装置技术领域，具体涉及一种复合式煤加氢炼油反应器及炼油的方法。本发明主要解决现有的煤加氢热解反应存在资源消耗高、环境污染严重和成本高等问题。本发明一种复合式煤加氢炼油反应器，包括气化炉、反应器、高温旋风分离器、油气分离塔和一氧化碳变换系统，气化炉的顶部与反应器相通，反应器的顶部与高温旋风分离器相通，高温旋风分离器的底部出口经过半焦管道与气化炉的半焦入口相通，高温旋风分离器的顶部出口通过气管与油气分离塔的油气入口相连接；油气分离塔顶部的气体出口与一氧化碳变换系统的入口相连接，一氧化碳变换系统的出口与氢气压缩机相连，氢气压缩机的出口分别与一段氢气入口和二段氢气入口相通。

Description

一种复合式煤加氢炼油反应器及炼油的方法
技术领域
本发明属于煤粉热解炼油装置技术领域，具体涉及一种复合式煤加氢炼油反应器及炼油的方法。
背景技术
煤的快速加氢热解(FlashHydropyrolysis简称FHP)是国外最近开发的一种新的煤转化技术，它是以10000℃/s以上极快的升温速率加热煤，在温度800～950℃和压力3～10MPa条件下，煤于氢气氛中热解，仅以数秒的短停留时间完成反应，由此最大程度从煤中获取苯、甲苯、二甲苯(BTX)和苯酚、甲酚和二甲酚(PCX)等液态轻质的芳烃(HCL)和轻质油等，同时得到富甲烷的高热值煤气，其气、液态生成物的总碳转化率可达50％左右，国际上称之谓介于气化和液化之间的第三种煤转化技术。但是目前的煤制油技术还不成熟。当前的工艺技术在资源消耗尤其是水耗、电耗、环境污染二氧化碳排放等方面还存在重大问题。因此迫切需要一种节能的、工艺流程简单、水耗低、清洁环保的煤制油技术的开发。
发明内容
本发明主要针对现有的煤加氢热解反应存在资源消耗高、环境污染严重和成本高等问题，提供一种复合式煤加氢炼油反应器及炼油的方法。
本发明一种复合式煤加氢炼油反应器，包括气化炉、反应器、高温旋风分离器、油气分离塔和一氧化碳变换系统，在所述气化炉的中部设有一体化开工烧嘴，在气化炉的中下部设有四个煤烧嘴，四个煤烧嘴在同一水平面且沿气化炉圆周均匀分布，在气化炉的中上部设有四个半焦入口，四个半焦入口在同一水平面且沿气化炉圆周均匀分布，在气化炉的底部设有渣收集器，渣收集器的渣出口延伸到气化炉的外部，在气化炉的中上部设有压力传感器，气化炉的顶部与反应器相通；在所述反应器的下部设有一段氢气入口，一段氢气入口在同一水平面且沿反应器圆周均匀分布，在反应器的中下部设有一号温度传感器，在反应器的中上部设有煤粉入口，四个煤粉入口在同一水平面且沿反应器圆周均匀分布，在反应器的上部设有二段氢气入口，二段氢气入口在同一水平面且沿反应器圆周均匀分布，反应器的顶部通过输气管与高温旋风分离器的中上部相通，在输气管上设有二号温度传感器，在高温旋风分离器的中下部设有料位计，高温旋风分离器的底部出口经过半焦管道与气化炉的半焦入口相通，在半焦管道上设有一号阀组，半焦入口通过二号阀组与高压氮气相连接，高温旋风分离器的顶部出口通过气管与油气分离塔的油气入口相连接；油气分离塔的出油口设置在油气分离塔的下部，油气分离塔顶部的气体出口通过管道与一氧化碳变换系统的入口相连接，一氧化碳变换系统的出口与氢气压缩机相连，氢气压缩机的出口通过氢气管道分别与一段氢气入口和二段氢气入口相通。
进一步地，本发明在气化炉的外壁设有壳体，在壳体的中下部设有冷却水进口，在壳体的中上部设有冷却水出口。
本发明所述反应器的内表面设有耐火层。
本发明炼油的方法包括以下步骤：
(1)、从一体化开工烧嘴进入氧气和柴油，柴油的流量为0.3～1.0Kg/s，氧气流量为0.2～0.5kg/s，通过一体化开工烧嘴上的点火器进行点火，待气化炉内的温度达到800～1000℃，压力达到0.6～1.0MPa时开始加煤粉和氧气；
(2)、加煤粉和氧气时首先通过一体化开工烧嘴旁边的煤烧嘴投加，然后再通过与已经投加的煤烧嘴相对峙的煤烧嘴投加，随着煤粉的燃烧一体化开工烧嘴退出，待一体化开工烧嘴退出后，相继通过其他的煤烧嘴继续投加，投加时煤粉流量为1.02～1.05kg/s，氧气流量为0.9～1.00kg/s；
(3)、待气化炉内温度升至1450～1650℃，压力升至3.2～3.6Mpa，煤粉气化反应开始产生以一氧化碳和氢气为主的合成气，以一氧化碳和氢气为主的合成气经过反应器和高温旋风分离器后进入油气分离塔，调节油气分离塔内的温度由510℃降至50℃，以一氧化碳和氢气为主的合成气在油气分离塔内实现分离，分离成油品和混合气体，油品从油气分离塔底部的出油口流出，混合气体从油气分离塔顶部的气体出口出来，先通过温度为450℃，压力为4.8Mpa的高压蒸汽换热器加热至160℃，进入一氧化碳变换系统，在一氧化碳变换系统内一氧化碳与饱和水蒸气高温反应生成氢气，生成的氢气先通过温度为100℃，压力为7.2Mpa的锅炉水换热器降温至200℃，再经过氢气压缩机后通过氢气管道进入反应器的一段氢气入口和二段氢气入口，通过一段氢气入口和二段氢气入口进入的氢气对气化炉内的合成气进行激冷，同时氢气温度提升至1300℃左右，此时通过反应器的煤粉入口投加煤粉，投加量为1.05～3kg/s，投加的煤粉与氢气在反应器内进行热解反应，其中经一氧化碳变换系统内的温度为400～450℃，压力为3.0～3.2Mpa，通过一段氢气入口和二段氢气入口进入的氢气与气化炉内生成的合成气的体积比为0.8:1；
(4)、煤粉和氢气在反应器内发生热解反应生成气体和半焦，气体和半焦进入高温旋风分离器，在高温旋风分离器内实现气固分离，分离出来的高温半焦依靠重力通过半焦管道进入气化炉，在气化炉内再次进行气化反应，待半焦进入气化炉后，保持煤烧嘴中氧气的投加量不变，同时煤烧嘴的投煤量开始减少至维持气化炉内温度在1450～1650℃，同时反应器煤粉入口的投煤量开始增加至2.5～3kg/s；
(5)、在气化炉内进行气化反应前通过冷却水进口通入冷水，通过冷却水出口回收冷却水，用于气化炉反应热的回收。
本发明采用上述技术方案，通过一体化开工烧嘴实现气化炉点火，70微米左右的煤粉通过煤粉烧嘴喷入气化炉内部，在氧气氛围下燃烧，燃烧所得1300-1500℃的高温合成气CO+H2和部分灰尘上行，在进入反应器前被返回来的氢气激冷至1000℃左右，形成高浓度氢气和一氧化碳混合气体。混合气体上行进入反应器，反应器开始投入煤粉，在氢气氛围下利用高温热解的条件，最大程度的提取煤中的挥发分，并且不改变煤中碳的原有结构，实现煤的梯级利用，热解后的半焦部分进入高温旋风分离器，部分返回气化炉，进入气化炉的半焦进行气化反应，同时进入高温旋风分离器的半焦在高温旋风分离器作用下进行分离，分离所得的半焦依靠重力作用返回气化炉，进行二次气化反应，高温合成气在进入反应器时，通过返回的氢气实现激冷，确保了氢气氛围。该工艺运行期间不使用天然气，靠自身产生的氢气以及变换后的氢气进一步提纯，实现循环利用，并且实现了煤的梯级利用，产生二氧化碳和废水量非常少，对环境污染小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明煤烧嘴结构示意图；
图3是本发明一段氢气入口结构示意图；
图4是本发明二段氢气入口结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种复合式煤加氢炼油反应器，包括气化炉1、反应器2、高温旋风分离器3、油气分离塔4和一氧化碳变换系统5，在所述气化炉1的中部设有一体化开工烧嘴6，在气化炉1的中下部设有四个煤烧嘴7，四个煤烧嘴7在同一水平面且沿气化炉1圆周均匀分布，在气化炉1的中上部设有四个半焦入口8，四个半焦入口8在同一水平面且沿气化炉1圆周均匀分布，在气化炉1的底部设有渣收集器9，渣收集器9的渣出口10延伸到气化炉1的外部，在气化炉1的中上部设有压力传感器11，气化炉1的顶部与反应器2相通；在所述反应器2的下部设有一段氢气入口12，一段氢气入口12在同一水平面且沿反应器2圆周均匀分布，在反应器2的中下部设有一号温度传感器13，在反应器2的中上部设有煤粉入口14，四个煤粉入口14在同一水平面且沿反应器2圆周均匀分布，在反应器2的上部设有二段氢气入口15，二段氢气入口15在同一水平面且沿反应器2圆周均匀分布，反应器2的顶部通过输气管16与高温旋风分离器3的中上部相通，在输气管16上设有二号温度传感器17，在高温旋风分离器3的中下部设有料位计34，高温旋风分离器3的底部出口18经过半焦管道19与气化炉1的半焦入口8相通，在半焦管道19上设有一号阀组28，半焦入口8通过二号阀组29与高压氮气30相连接，高温旋风分离器3的顶部出口21通过气管22与油气分离塔4的油气入口23相连接；油气分离塔4的出油口24设置在油气分离塔4的下部，油气分离塔4顶部的气体出口25通过管道与一氧化碳变换系统5的入口相连接，一氧化碳变换系统5的出口与氢气压缩机27相连，氢气压缩机27的出口通过氢气管道26分别与一段氢气入口12和二段氢气入口15相通，在本发明在气化炉1的外壁设有壳体31，在壳体31的中下部设有冷却水进口32，在壳体31的中上部设有冷却水出口33，在所述反应器2的内表面设有耐火层20。
实施例2
一种炼油的方法包括以下步骤：
(1)、从一体化开工烧嘴6进入氧气和柴油，柴油的流量为0.3～1.0Kg/s，氧气流量为0.2～0.5kg/s，通过一体化开工烧嘴6上的点火器进行点火，待气化炉1内的温度达到800～1000℃，压力达到0.6～1.0MPa时开始加煤粉和氧气；
(2)、加煤粉和氧气时首先通过一体化开工烧嘴旁边的煤烧嘴7投加，然后再通过与已经投加的煤烧嘴相对峙的煤烧嘴7投加，随着煤粉的燃烧一体化开工烧嘴退出，待一体化开工烧嘴退出后，相继通过其他的煤烧嘴7继续投加，投加时煤粉流量为1.02～1.05kg/s，氧气流量为0.9～1.00kg/s；
(3)、待气化炉内温度升至1450～1650℃，压力升至3.2～3.6Mpa，煤粉气化反应开始产生以一氧化碳和氢气为主的合成气，以一氧化碳和氢气为主的合成气经过反应器和高温旋风分离器后进入油气分离塔4，调节油气分离塔4内的温度由510℃降至50℃，以一氧化碳和氢气为主的合成气在油气分离塔4内实现分离，分离成油品和混合气体，油品从油气分离塔4底部的出油口流出，混合气体从油气分离塔4顶部的气体出口25出来，先通过温度为450℃，压力为4.8Mpa的高压蒸汽换热器加热至160℃，进入一氧化碳变换系统5，在一氧化碳变换系统5内一氧化碳与饱和水蒸气高温反应生成氢气，生成的氢气先通过温度为100℃，压力为7.2Mpa的锅炉水换热器降温至200℃，再经过氢气压缩机后通过氢气管道进入反应器的一段氢气入口12和二段氢气入口15，通过一段氢气入口12和二段氢气入口15进入的氢气对气化炉内的合成气进行激冷，同时氢气温度提升至1300℃左右，此时通过反应器的煤粉入口14投加煤粉，投加量为1.05～3kg/s，投加的煤粉与氢气在反应器内进行热解反应，其中经一氧化碳变换系统5内的温度为400～450℃，压力为3.0～3.2Mpa，通过一段氢气入口12和二段氢气入口15进入的氢气与气化炉内生成的合成气的体积比为0.8:1；
(4)、煤粉和氢气在反应器内发生热解反应生成气体和半焦，气体和半焦进入高温旋风分离器，在高温旋风分离器内实现气固分离，分离出来的高温半焦依靠重力通过半焦管道进入气化炉，在气化炉内再次进行气化反应，待半焦进入气化炉后，保持煤烧嘴7中氧气的投加量不变，同时煤烧嘴7的投煤量开始减少至维持气化炉内温度在1450～1650℃，同时反应器煤粉入口14的投煤量开始增加至2.5～3kg/s；
(5)、在气化炉内进行气化反应前通过冷却水进口32通入冷水，通过冷却水出口33回收冷却水，用于气化炉反应热的回收。

Claims (4)

1.一种复合式煤加氢炼油反应器，其特征是包括气化炉(1)、反应器(2)、高温旋风分离器(3)、油气分离塔(4)和一氧化碳变换系统(5)，在所述气化炉(1)的中部设有一体化开工烧嘴(6)，在气化炉(1)的中下部设有多个煤烧嘴(7)，多个煤烧嘴(7)在同一水平面且沿气化炉(1)圆周均匀分布，在气化炉(1)的中上部设有多个半焦入口(8)，多个半焦入口(8)在同一水平面且沿气化炉(1)圆周均匀分布，在气化炉(1)的底部设有渣收集器(9)，渣收集器(9)的渣出口(10)延伸到气化炉(1)的外部，在气化炉(1)的中上部设有压力传感器(11)，气化炉(1)的顶部与反应器(2)相通；在所述反应器(2)的下部设有一段氢气入口(12)，一段氢气入口(12)在同一水平面且沿反应器(2)圆周均匀分布，在反应器(2)的中下部设有一号温度传感器(13)，在反应器(2)的中上部设有煤粉入口(14)，多个煤粉入口(14)在同一水平面且沿反应器(2)圆周均匀分布，在反应器(2)的上部设有二段氢气入口(15)，二段氢气入口(15)在同一水平面且沿反应器(2)圆周均匀分布，反应器(2)的顶部通过输气管(16)与高温旋风分离器(3)的中上部相通，在输气管(16)上设有二号温度传感器(17)，在高温旋风分离器(3)的中下部设有料位计(34)，高温旋风分离器(3)的底部出口(18)经过半焦管道(19)与气化炉(1)的半焦入口(8)相通，在半焦管道(19)上设有一号阀组(28)，半焦入口(8)通过二号阀组(29)与高压氮气(30)相连接，高温旋风分离器(3)的顶部出口(21)通过气管(22)与油气分离塔(4)的油气入口(23)相连接；油气分离塔(4)的出油口(24)设置在油气分离塔(4)的下部，油气分离塔(4)顶部的气体出口(25)通过管道与一氧化碳变换系统(5)的入口相连接，一氧化碳变换系统(5)的出口与氢气压缩机(27)相连，氢气压缩机(27)的出口通过氢气管道(26)分别与一段氢气入口(12)和二段氢气入口(15)相通。
2.根据权利要求1所述的一种复合式煤加氢炼油反应器，其特征是在气化炉(1)的外壁设有壳体(31)，在壳体(31)的中下部设有冷却水进口(32)，在壳体(31)的中上部设有冷却水出口(33)。
3.根据权利要求1所述的一种复合式煤加氢炼油反应器，其特征是在所述反应器(2)的内表面设有耐火层(20)。
4.一种利用权利要求1所述复合式煤加氢炼油反应器炼油的方法，其特征是包括以下步骤：
(1)、从一体化开工烧嘴(6)进入氧气和柴油，柴油的流量为0.3～1.0Kg/s，氧气流量为0.2～0.5kg/s，通过一体化开工烧嘴(6)上的点火器进行点火，待气化炉(1)内的温度达到800～1000℃，压力达到0.6～1.0MPa时开始加煤粉和氧气；
(2)、加煤粉和氧气时首先通过一体化开工烧嘴旁边的煤烧嘴(7)投加，然后再通过与已经投加的煤烧嘴相对峙的煤烧嘴(7)投加，随着煤粉的燃烧一体化开工烧嘴退出，待一体化开工烧嘴退出后，相继通过其他的煤烧嘴(7)继续投加，投加时煤粉流量为1.02～1.05kg/s，氧气流量为0.9～1.00kg/s；
(3)、待气化炉内温度升至1450～1650℃，压力升至3.2～3.6Mpa，煤粉气化反应开始产生以一氧化碳和氢气为主的合成气，以一氧化碳和氢气为主的合成气经过反应器和高温旋风分离器后进入油气分离塔(4)，调节油气分离塔(4)内的温度由510℃降至50℃，以一氧化碳和氢气为主的合成气在油气分离塔(4)内实现分离，分离成油品和混合气体，油品从油气分离塔(4)底部的出油口流出，混合气体从油气分离塔(4)顶部的气体出口(25)出来，先通过温度为450℃，压力为4.8Mpa的高压蒸汽换热器加热至160℃，进入一氧化碳变换系统(5)，在一氧化碳变换系统(5)内一氧化碳与饱和水蒸气高温反应生成氢气，生成的氢气先通过温度为100℃，压力为7.2Mpa的锅炉水换热器降温至200℃，再经过氢气压缩机后通过氢气管道进入反应器的一段氢气入口(12)和二段氢气入口(15)，通过一段氢气入口(12)和二段氢气入口(15)进入的氢气对气化炉内的合成气进行激冷，同时氢气温度提升至1300℃，此时通过反应器的煤粉入口(14)投加煤粉，投加量为1.05～3kg/s，投加的煤粉与氢气在反应器内进行热解反应，其中经一氧化碳变换系统(5)内的温度为400～450℃，压力为3.0～3.2Mpa，通过一段氢气入口(12)和二段氢气入口(15)进入的氢气与气化炉内生成的合成气的体积比为0.8:1；
(4)、煤粉和氢气在反应器内发生热解反应生成气体和半焦，气体和半焦进入高温旋风分离器，在高温旋风分离器内实现气固分离，分离出来的高温半焦依靠重力通过半焦管道进入气化炉，在气化炉内再次进行气化反应，待半焦进入气化炉后，保持煤烧嘴(7)中氧气的投加量不变，同时煤烧嘴(7)的投煤量开始减少至维持气化炉内温度在1450～1650℃，同时反应器煤粉入口(14)的投煤量开始增加至2.5～3kg/s；
(5)、在气化炉内进行气化反应前通过冷却水进口(32)通入冷水，通过冷却水出口(33)回收冷却水，用于气化炉反应热的回收。
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