CN105694943A - 一种多煤种联合转化的多联产方法 - Google Patents

一种多煤种联合转化的多联产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多煤种联合转化的多联产方法。该方法包括如下步骤：1)焦煤经煤洗选得到煤矸石、中煤和精煤，煤矸石与石灰石、长石经加工得到装饰墙板；2)气化煤和中煤进行配煤后与氧气反应得到粗合成气；3)气煤和/或焦煤与精煤经煤焦化得到焦炉气、煤焦油和焦炭；焦炉气经转化得到粗合成气，煤焦油经加氢得到液化石油气、石脑油和柴油；4)粗合成气经变换净化得到净化合成气；5)净化合成气经费托合成生成费托中间油品、费托合成水和费托尾气；费托合成水经费托合成处理得到化学品，费托尾气经尾气处理得到燃料气和液化石油气，费托中间油品经加工得到LPG、石脑油和柴油。本发明实现了多煤种综合利用；通过煤洗选实现了多阶煤分质利用。

Description

一种多煤种联合转化的多联产方法
技术领域
本发明涉及一种多煤种联合转化的多联产方法。
背景技术
中国是世界煤炭生产和消耗大国，2014年中国原煤产量为38.74亿吨，虽然较去年同期下降2.5％，但仍然占世界原煤产量的47.45％，高居世界首位。中国一次能源消费中煤炭占70％左右，火力发电用煤占煤炭消费总量的40％～43％。中国燃煤发电将继续增长，并将逐步取代燃油发电，煤气化、煤液化以及其他煤化工生产的规模也将逐年增长。由此可见现阶段煤炭仍然是中国能源的重要组成部分，以煤炭为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。
中国的煤炭资源极为丰富，但地域分布很不均匀，主要集中在西部和北部地区。全国保有储量和资源量中，肥煤、焦煤和瘦煤合计占14.7％，气煤占12.9％，用途广泛的中等变质烟煤的资源相对贫乏，而年轻的烟煤所占相对比重最大，其中不黏煤约占21.6％，长焰煤约占8.2％，弱黏煤约占2.6％，无烟煤和贫煤资源较丰富。
单一的燃煤发电是将煤化学能转化为热能再转化为电能，最高能效40％左右。煤气化联合循环发电(IGCC)是将煤的化学能转化为化学能和热能再转化为电能，最高能效45％左右；先进的多联产系统是将煤热解、部分气化或完全气化制得合成气，合成气经催化转化生成液体燃料和化学品，同时将可燃气体以及反应放热等余热回收，推动蒸汽轮机发电，最高能效可达60％。但现有的多联产系统或方法中的原料一般采用单一的煤种，没有充分考虑多煤种、多阶煤的综合利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多煤种联合转化的多联产方法，该方法是以煤的清洁高效综合利用为目的，以多煤种为原料，以煤洗选、煤气化为基础的焦－油－化－电－建材多联产方法。
本发明提供的一种多煤种联合转化的多联产方法，它包括如下步骤：
(1)原料焦煤经煤洗选得到煤矸石、中煤和精煤，煤矸石与原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工得到产品装饰墙板；
(2)原料气化煤和步骤(1)中所述中煤进行配煤后与氧气一起进入煤气化单元反应得到粗合成气；
(3)原料气煤和/或原料焦煤与步骤(1)中所述精煤一起经煤焦化得到焦炉气、煤焦油和产品焦炭；所述焦炉气进入焦炉气转化单元进行转化处理，得到粗合成气；所述煤焦油进入煤焦油加氢单元进行加氢处理，得到产品液化石油气、产品石脑油和产品柴油；
(4)步骤(2)中所述粗合成气与步骤(3)中所述粗合成气一起经变换净化单元处理，得到净化合成气；
(5)步骤(4)中所述净化合成气经费托合成生成费托中间油品、费托合成水和费托尾气；所述费托合成水经合成水处理得到产品化学品，所述费托尾气经尾气处理得到产品燃料气和产品液化石油气，所述费托中间油品进入油品加工单元得到产品液化石油气、产品石脑油和产品柴油。
上述的方法中，步骤(1)和步骤(3)中，根据国标GB/T5751-2009，所述原料焦煤包括两种，第一类是指干燥无灰基挥发分Vdaf＝10％～28％，黏结指数G>65，胶质层最大厚度Y≤25mm，最大膨胀度b≤150％的煤；另一类是指干燥无灰基挥发分Vdaf＝20％～28％，黏结指数G＝50～65的煤。
上述的方法中，步骤(1)中，所述装饰墙板加工按照常规的方法进行加工；步骤(1)中经煤洗选得到的煤矸石主要用于装饰墙板的加工，是否用于蒸汽锅炉根据蒸汽需求量而定；步骤(1)中经煤洗选得到的中煤主要用于与步骤(2)中所述气化煤配煤，剩余中煤用于步骤(1)中蒸汽锅炉燃烧生产蒸汽。
上述的方法中，步骤(1)中，所述原料焦煤经煤洗选后还得到煤泥；步骤(2)中，所述氧气由原料空气在蒸汽的作用下经空分得到，所述蒸汽来自下述1)-4)中的任一种进入蒸汽锅炉燃烧产生的蒸汽：
1)步骤(1)中所述煤泥；
2)步骤(1)中与所述原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工后剩余的煤矸石和步骤(1)中所述煤泥；
3)步骤(2)中与所述原料气化煤经配煤后剩余的中煤和步骤(1)中所述煤泥；
4)步骤(1)中与所述原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工后剩余的煤矸石、步骤(2)中与所述原料气化煤经配煤后剩余的中煤和步骤(1)中所述煤泥。
上述的方法中，步骤(2)中，所述配煤步骤中，所述中煤的比例不宜过高，否则会对煤气产率有较大影响，所述中煤的质量占所述中煤和所述气化煤配煤总量的20％～50％。
上述的方法中，步骤(2)中，所述煤气化单元的气化反应条件依据现有常规技术的煤气化进行；所述粗合成气主要组分(有效气)为氢气和一氧化碳，其余为二氧化碳、甲烷、氮气、含硫气体等杂质。
上述的方法中，步骤(3)中，根据国标GB/T5751-2009，所述气煤包括两种，第一类是指干燥无灰基挥发分Vdaf＝28％～37％，黏结指数G＝50～65，胶质层最大厚度Y≤25mm，最大膨胀度b≤220％的煤；另一类是指干燥无灰基挥发分Vdaf>37％，黏结指数G>35，胶质层最大厚度Y≤25mm，最大膨胀度b≤220％的煤。
上述的方法中，步骤(3)中，所述气煤和所述焦煤的量根据供应情况可任意比例，总量根据步骤(1)中所述精煤而定，一般与精煤的量接近；所述煤焦化的处理量根据步骤(3)中所述产品焦炭、所述焦炉气转化以及所述煤焦油加氢的需求量综合考虑；所述煤焦化反应条件依据现有常规技术进行。
上述的方法中，步骤(3)中，所述焦炉气转化条件依据现有常规技术进行；所述粗合成气主要组分(有效气)为氢气和一氧化碳，其余为二氧化碳、甲烷、氮气等杂质；所述煤焦油加氢处理条件依据现有常规技术进行。
上述的方法中，步骤(4)中，所述粗合成气的组分包含氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气、含硫气体等；所述净化合成气的组分包含氢气和一氧化碳；所述变换净化处理条件依据现有常规技术进行。
上述的方法，步骤(4)中，所述粗合成气经变换净化单元处理后还得到硫化氢，所述硫化氢经硫回收过程得到产品硫磺。
上述的方法中，步骤(5)中，所述费托合成可依据现有技术进行，具体如CN102212381B；所述合成水处理方法依据现有技术进行，具体如CN103523986B、CN103435211B等专利中所述方案；所述费托尾气处理方法依据现有技术进行，具体如CN102614764B、CN102614763B等专利中所述方案。
上述的方法中，步骤(5)中，所述费托尾气经尾气处理后还得到氢气；所述煤焦油加氢单元和/或所述油品加工单元中的氢气来自下述1)-4)中的任一种：
1)步骤(5)中所述氢气；
2)步骤(5)中所述氢气、步骤(2)中所述粗合成气中分离得到的氢气；
3)步骤(5)中所述氢气、步骤(3)中所述粗合成气中分离得到的氢气；
4)步骤(5)中所述氢气、步骤(2)中所述粗合成气中分离得到的氢气和步骤(3)中所述粗合成气中分离得到的氢气。
步骤(3)中所述煤焦油加氢和步骤(5)中所述油品加工消耗的氢气主要来自步骤(5)中所述尾气处理的到的氢气，如果尾气处理得到的氢气量不够用于煤焦油加氢和油品加工，可以从步骤(2)中所述粗合成气和/或步骤(3)中所述粗合成气中分离出一部分氢气补充氢气消耗。
上述的方法中，步骤(5)中，所述费托合成水经合成水处理后还得到用于全工艺系统的产品工艺水。
上述的方法中，步骤(3)中，所述方法还包括在所述煤焦化后回收用于发电的干熄焦蒸汽的步骤；步骤(5)中，所述方法还包括在所述费托合成后回收用于发电的蒸汽的步骤。
本发明多联产方法，即煤的焦－油－化－电－建材联产集成转化技术方案，集成了先进的煤炭转化与煤基清洁燃料加工系统集成技术，可实现多煤种的联合分质转化、多过程的有机结合，同时将余热回收，可使多个煤种得到综合梯级利用，全过程的能效可达到48％以上。
本发明的方法具有以下优点：
1)原料包括石灰石、长石、气煤、焦煤、气化煤等，实现了多煤种综合利用；通过煤洗选实现了多阶煤分质利用。
2)将煤洗选、煤焦化、煤气化、天然气转化、合成气经费托合成生产液体燃料和化学品、煤焦油加氢等过程有机结合，实现了多过程集成；同时将低阶煤、可燃气体以及反应放热等余热回收，整个工艺过程多联产、高能效。
3)主要产品包括装饰墙板、焦炭、LPG、石脑油、柴油、硫磺等，产品丰富，可灵活应对市场需求。
附图说明
图1为本发明多煤种联合转化的多联产工艺方法流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、采用本发明多煤种联合转化的多联产方法生产多种产品
按图1所示流程进行多种煤的联合转化，具体步骤如下：
(1)内蒙古焦原煤(700万吨/年)经煤洗选制得煤矸石(154.56万吨/年)、煤泥(14.07万吨/年)、中煤(213.22万吨/年)以及精煤(318.15万吨/年)，煤洗选前后煤质分析如表1所示。一部分洗选的煤矸石(146.56万吨/年)与石灰石(20.94万吨/年)、长石(10.47万吨/年)共同加工生产得到产品外墙装饰板(1271m2/h)。
表1、煤洗选前后煤质分析
(2)原料空气在蒸汽的作用下经空分得到氧气和氮气，其中蒸汽来自上述步骤(1)中剩余的另一部分洗选的煤矸石(8万吨/年)、洗选的煤泥(14.07万吨/年)和一部分洗选的中煤(93.22万吨/年)进入锅炉系统生产的蒸汽，并供全系统使用；
原料气化煤和剩余的另一部分洗选的中煤(120.00万吨/年)制成配煤水煤浆后与经空分得到的氧气一起进入水煤浆气化单元反应得到粗合成气(70.22万Nm3/h)，配煤后得到的水煤浆的性质如表2所示。
表2、配煤(70％气化煤+30％洗中煤)水煤浆性质
(3)洗选的精煤(318.15万吨/年)与焦煤(235.10万吨/年)、气煤(97.50万吨/年)一起捣固焦化，生产焦炉气(26.03万Nm3/h)、产品煤焦油(22.05万吨/年)和产品焦炭(494.57万吨/年)，产生的焦化黑水可进入气煤化系统配制水煤浆。焦炭的质量如表3所示。
表3、焦炭质量分析
焦炉气送入焦炉气转化单元进行转化处理得到粗合成气(34.68万Nm3/h)，煤焦油送入煤焦油加氢单元进行加氢处理得到产品LPG、产品石脑油和产品柴油。
(4)步骤(2)中煤气化的粗合成气(70.22万Nm3/h)与步骤(3)中焦炉尾气转化后的粗合成气(34.68万Nm3/h)一起先分离出一部分氢气(3.83万Nm3/h)用于油品加氢(煤焦油加氢和油品加工加氢)，剩余部分送到下游变换净化单元。经过水煤气变换调节将粗合成气的H2/CO调至合适的比值，然后送到低温甲醇洗单元脱除二氧化碳(二氧化碳排出或回用)及硫化氢得到净化合成气(101.07万Nm3/h)，净化后的合成气再进一步经过精脱硫系统把关。含硫化氢的尾气送到克劳斯硫回收单元制取产品硫磺(5889吨/年)。
(5)步骤(4)中得到的净化合成气进入下游费托合成单元生产费托尾气、费托合成水(149.73万吨/年)和费托合成中间油品(149.73万吨/年)；费托合成水经过处理得到含氧有机物(化学品)后，水返回到气化装置回用。费托合成排出的含烃尾气送到低温油洗单元回收LPG后，直接送到PSA单元制氢，PSA制取的氢气供全厂(煤焦油加氢和油品加工加氢)使用，解析气送燃料气管网作为燃料使用，二氧化碳排出或回用。油品加工系统将费托合成生产的中间油品和煤焦油经过分别经过加氢精制、加氢裂化和分馏等工艺处理后生产工艺的最终产品LPG(8.24万吨/年)、石脑油(48.61万吨/年)和柴油(110.28万吨/年)。主要油品的品质如表4所示。
表4、主要油品的性质
同时，煤焦化干熄焦回收蒸汽(压力3.8MPa，温度430℃，320t/h)和费托合成副产反应余热蒸汽(压力2.5MPa，温度230℃，500t/h)采用透平发电机组分别可发电64MW和75MW，合计发电139MW。整个工艺中煤间接液化的效率约为37％，总的能效约为48％。

Claims (7)

1.一种多煤种联合转化的多联产方法，它包括如下步骤：
(1)原料焦煤经煤洗选得到煤矸石、中煤和精煤，煤矸石与原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工得到产品装饰墙板；
(2)原料气化煤和步骤(1)中所述中煤进行配煤后与氧气一起进入煤气化单元反应得到粗合成气；
(3)原料气煤和/或原料焦煤与步骤(1)中所述精煤一起经煤焦化得到焦炉气、煤焦油和产品焦炭；所述焦炉气进入焦炉气转化单元进行转化处理，得到粗合成气；所述煤焦油进入煤焦油加氢单元进行加氢处理，得到产品液化石油气、产品石脑油和产品柴油；
(4)步骤(2)中所述粗合成气与步骤(3)中所述粗合成气一起经变换净化单元处理，得到净化合成气；
(5)步骤(4)中所述净化合成气经费托合成生成费托中间油品、费托合成水和费托尾气；所述费托合成水经合成水处理得到产品化学品，所述费托尾气经尾气处理得到产品燃料气和产品液化石油气，所述费托中间油品进入油品加工单元得到产品液化石油气、产品石脑油和产品柴油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述原料焦煤经煤洗选后还得到煤泥；步骤(2)中，所述氧气由原料空气在蒸汽的作用下经空分得到，所述蒸汽来自下述1)-4)中的任一种进入蒸汽锅炉燃烧产生的蒸汽：
1)步骤(1)中所述煤泥；
2)步骤(1)中与所述原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工后剩余的煤矸石和步骤(1)中所述煤泥；
3)步骤(2)中与所述原料气化煤经配煤后剩余的中煤和步骤(1)中所述煤泥；
4)步骤(1)中与所述原料石灰石、原料长石一起经装饰墙板加工后剩余的煤矸石、步骤(2)中与所述原料气化煤经配煤后剩余的中煤和步骤(1)中所述煤泥。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述配煤步骤中，所述中煤的质量占所述中煤和所述气化煤配煤总量的20％～50％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述粗合成气经变换净化单元处理后还得到硫化氢，所述硫化氢经硫回收过程得到产品硫磺。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述费托尾气经尾气处理后还得到氢气；所述煤焦油加氢单元和/或所述油品加工单元中的氢气来自下述1)-4)中的任一种：
1)步骤(5)中所述氢气；
2)步骤(5)中所述氢气、步骤(2)中所述粗合成气中分离得到的氢气；
3)步骤(5)中所述氢气、步骤(3)中所述粗合成气中分离得到的氢气；
4)步骤(5)中所述氢气、步骤(2)中所述粗合成气中分离得到的氢气和步骤(3)中所述粗合成气中分离得到的氢气。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述费托合成水经合成水处理后还得到用于全工艺系统的产品工艺水。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述方法还包括在所述煤焦化后回收用于发电的干熄焦蒸汽的步骤；步骤(5)中，所述方法还包括在所述费托合成后回收用于发电的蒸汽的步骤。
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