CN106065338A - 从不同粒径的煤生产合成气体和热解产物的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于从不同粒径的煤生产合成气体和热解产物的工艺和设备。一种用于将煤转化成合成气体和副产物诸如例如焦油和石油的工艺，其中煤被分离成粗组分和细组分，所述粗组分在固定床压力气化中进行处理，所述细组分在热解中进行处理，并且分别获得的包含焦油、石油和石脑油的产物被组合和混合。

Description

从不同粒径的煤生产合成气体和热解产物的工艺和设备
技术领域
本发明涉及一种用于将煤转化成合成气体、焦油、石油、石脑油、气体冷凝物和灰分的工艺和设备，包括以下工艺步骤：
a)提供煤，
b)通过应用机械分离过程将煤分离成粗晶粒部分和细晶粒部分，
c)在设备中将煤的粗晶粒部分转化成合成气体、焦油、石油、气体冷凝物和灰分，该设备包括：第一设备区段，该第一设备区段带有固定床压力气化反应器，在该固定床压力气化反应器中，煤通过使用氧和蒸汽被气化为主要地包括一氧化碳和氢的粗合成气体，并且其中灰分被产生；第二设备区段，该第二设备区段包括连接到反应器以用于冷却和洗涤粗合成气体的单元，该粗合成气体产生冷却的合成气体和载有焦油和石油的气体冷凝物；以及第三设备区段，该第三设备区段用于将焦油和石油与气体冷凝物机械地分离，其中主要地包含焦油的产物流、主要地包含石油的产物流、主要地包含粉尘和焦油的产物流以及焦油和石油贫化的气体冷凝物流从第三设备区段排出，以用于进一步处理。
背景技术
这样的工艺是已知的。该工艺原理上在Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry,Sixth Edition,Vol.15,Gas Production,Chapter 4.4中描述。用于将焦油和石油与气体冷凝物机械地分离的、用专家术语称为“焦油分离器”的设备区段在Ullmannsder technischen Chemie,4th Edition,Vol.14,Kohle,Gaserzeugung,Chapter 6.1.1中描述。
工艺的无故障功能的先决条件是，固定床压力气化反应器的床能够被达到足够程度且均匀分布的工艺气体氧和蒸汽横越。为了实现这样，细晶粒组分在反应器中必须在使用之前从煤分离。在许多情形中，煤的分离的细晶粒组分被用作用于产生工艺蒸汽的可燃烧材料。然而，出现了煤的细晶粒组分如此之大以致其总计达到50wt-％，使得其超过用于产生工艺蒸汽的煤需求并且难以经济地使用过量的细晶粒煤用于其它目的。作为可燃烧材料的该用途的进一步的缺点在于，不能从煤的该部分获得有价值的产物，诸如焦油和石油。
发明内容
在根据如下面详细所述的本发明的工艺中，现有技术的缺点被克服，这在于，煤的细晶粒组分的至少一部分通过热解被转化成焦炭以及焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气，其中焦炭被供给进一步的用途且焦油蒸气和石油蒸气被冷凝，并且焦油被掺合到来自步骤c)的主要地包含焦油的产物流，并且石油被掺合到来自步骤c)的主要地包含石油的产物流，而石脑油蒸气作为一部分被供应给另外的用途且作为另一部分被冷凝，且由此获得的液体石脑油被掺合到来自步骤c)的主要地包含石油的产物流。
这样，来自煤的有价值产物诸如焦油和石油的产量增加，因为煤的细晶粒组分不再仅仅被燃烧或废弃，如根据现有技术的通常实践那样。通过从对本领域的技术人已知的热解工艺(在文献中偶尔也称为碳化工艺)有目的的选择，以及通过对本领域的技术人员众所周知的有目的的工艺管理，能够影响热解产物焦油、石油和石脑油的质量。通过混合根据本发明从气化和从热解产生的焦油和石油，由根据本发明的工艺产生的焦油和石油的质量因此也能够被选择性地影响。
所适合于本发明的是例如LURGI-RUHRGAS carbonization process,cf.Ullmannsder technischen Chemie,4th Edition,Vol.3,p.463。
在本发明的意义上，碳化被理解为热解。热解条件被理解为在主要地非氧化条件下提供有机化合物的热化学分解的物理-化学条件。它们本身从现有技术是已知的并且包括高温的设定和主要地缺乏氧化剂，即，例如在排除空气的情况下进行加热。本领域的技术人员将依赖于待处理的原料合适地选择热解条件。
本发明的优选方面
本发明的特定方面的特征在于，在权利要求1的步骤b)中提到的煤的细晶粒部分由低于5mm的颗粒尺寸所限定。颗粒尺寸通过用具有5mm的网眼宽度的筛子进行筛分来调节。在被热解的细晶粒煤部分和在固定床压力气化反应器中处理的粗晶粒部分之间的该边界处，利用多种煤类型给出了在气化反应器中固定床的良好贯通流。
本发明的另一个特定方面的特征在于，通过热解获得的焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气被冷却，使得焦油蒸气和石油蒸气被完全地冷凝而石脑油蒸气被部分地冷凝，并且其中由此获得的液体焦油相、液体石油相和液体石脑油相被引入在步骤c)中提到的第三设备区段内，并且在所述第三设备区段中被引入载有焦油和石油的气体冷凝物内，并且其中石脑油蒸气的未被冷凝部分被供应给另一个用途。该方面的优点在于，热解产物的冷凝能够靠近热解装置被实现，由此避免了蒸气穿过导管在较大距离上进行输送。
本发明的另一个特定方面的特征在于，在步骤c)中提到的第三设备区段中热解期间获得的焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气被引入在其中包含的气体冷凝物相内，该气体冷凝物相载有焦油和石油，其中焦油蒸气和石油蒸气被完全冷凝并且与在步骤c)中获得的焦油和石油一起从气体冷凝物分离，并且其中石脑油蒸气被部分地冷凝并且与石油一起从气体冷凝物分离并，而石脑油蒸气的未被冷凝部分被供应给另一用途。该方面的优点在于，不需要分离的单元来用于蒸气的冷凝。
本发明的另一个特定方面的特征在于，在根据权利要求1的步骤d)的热解中产生的焦炭至少部分地用作热载体，用于在根据权利要求1的步骤c)的固定床压力气化反应器中执行的气化使用的蒸汽的生成。由于在设备内的焦炭的使用，避免了出售和输送到更遥远的使用地点的成本。
本发明的另一个特定方面的特征在于，石脑油蒸气的未被冷凝部分用作在煤的细晶粒部分的热解中的热载体。该措施增加工艺的能量效率。
示例性实施方式
本发明的进一步的特征、优点和可能的应用也能够从示例性实施例和用数字表示的实施例以及附图的以下说明中获得。所描述的和/或示出的所有特征本身或以任何组合形成本发明的主题，而与它们在权利要求书中的包括或它们的反向引用无关。
附图说明
在仅有的附图中
图1示出了根据本发明的工艺的示意性框图。
具体的实施方式
下面参考附图的图1解释根据本发明的工艺。
在机械分离装置2中，例如在筛分机中，提供的煤1被分离成粗晶粒组分3和细晶粒组分4。在第一设备区段5中，煤的粗晶粒组分3通过使用氧6和蒸汽7而被气化成粗合成气体8，其中灰分9被产生。粗合成气体8被从第一设备区段5传输到第二设备区段10内并且在那里被冷却和洗涤并作为合成气体11被供应给进一步的处理。在第二设备区段10中的处理期间，获得了载有焦油、石油和粉尘的气体冷凝物12。
煤1的细晶粒组分4作为一个部分4a被供应给热解(pyrolysis)处理18并且作为另一部分4b被供应给另一个用途，例如作为可燃烧材料的用途。在热解处理18中，煤通过空气19的剂量添加而被转化成焦炭20、碳化产物21和废气22。产生的焦炭20被供应到用于生成蒸汽的设备23，其被馈给有水24。产生的蒸汽7被引入第一设备区段5内。在热解18中产生的废气22(其也包含石脑油)被供应给进一步的处理。在热解处理期间，此外获得了主要地由焦油、石油和石脑油组成的碳化产物21，并且依赖于在热解和冷却处理期间应用的工艺条件的碳化产物21以气态或液体形式存在。
加载的气态冷凝物12和通过冷却而液化的碳化产物21被传输到设备区段13内并且在其中进行混合。在该设备区段13中，主要地包含焦油的产物流14、主要地包含石油的产物流15(其也包含石脑油)、以及包含粉尘和包含焦油的产物流16以机械方式例如借助于沉淀池(settling tank)与气体冷凝物分离，该沉淀池通常被称为焦油分离器。净化的气体冷凝物17被供应给进一步的处理。
工业适用性
本发明提供了用于将煤转化成合成气体和有价值的副产物诸如焦油的工艺，其中煤的细组分也有效地用于副产物的生产。
附图标记列表
1 煤
2 分离装置
3 煤的粗晶粒组分
4 煤的细晶粒组分，a用于热解，b用于其它目的
5 第一设备区段，例如固定床压力气化
6 氧
7 蒸汽
8 粗合成气体
9 灰分
10 第二设备区段，冷却和洗涤
11 粗合成气体
12 加载的气体冷凝物
13 第三设备区段，例如焦油分离器
14 包含焦油的产物流
15 包含石油和石脑油的产物流
16 包含粉尘和焦油的产物流
17 气体冷凝物
18 热解
19 空气
20 焦炭
21 碳化产物
22 废气，也包含石脑油
23 蒸汽生成
24 水

Claims (7)

1.一种用于将煤转化成合成气体、焦油、石油、石脑油、气体冷凝物和灰分的工艺，包括以下所述工艺步骤：
a)提供煤，
b)通过应用机械分离工艺将煤分离成粗晶粒部分和细晶粒部分，
c)在设备中将煤的所述粗晶粒部分转化成合成气体、焦油、石油、气体冷凝物和灰分，所述设备包括：第一设备区段，所述第一设备区段带有固定床压力气化反应器，在所述固定床压力气化反应器中，煤通过使用氧和蒸汽被气化成主要地包括一氧化碳和氢的粗合成气体，并且在所述固定床压力气化反应器中灰分被产生；第二设备区段，所述第二设备区段包括连接到所述反应器以用于冷却和洗涤所述粗合成气体的单元，所述粗合成气体产生冷却的合成气体和载有焦油和石油的气体冷凝物；以及第三设备区段，所述第三设备区段用于将焦油和石油与气体冷凝物机械地分离，其中主要地包含焦油的产物流、主要地包含石油的产物流、主要地包含粉尘和焦油的产物流以及焦油和石油贫化的气体冷凝物流从所述第三设备区段排出，以用于进一步处理，其特征在于，
d)在步骤b)中获得的煤的所述细晶粒部分的至少一部分通过热解被转化成焦炭以及焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气，其中焦炭被供应给进一步的用途且焦油蒸气和石油蒸气被冷凝，并且焦油被掺合到来自步骤c)的所述主要地包含焦油的产物流，并且石油被掺合到来自步骤c)的所述主要地包含石油的产物流，而石脑油蒸气作为一部分被供应给另一个用途，并且作为另一部分被冷凝，且由此获得的液体石脑油被掺合到来自步骤c)的所述主要地包含石油的产物流。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在权利要求1的步骤b)中提到的煤的所述细晶粒部分由低于5mm的颗粒尺寸所限定。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所获得的焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气被冷却，使得焦油蒸气和石油蒸气被完全地冷凝而石脑油蒸气被部分地冷凝，并且其中由此获得的液体焦油相、液体石油相和液体石脑油相被引入在权利要求1的步骤c)中提到的所述第三设备区段内，并且在所述第三设备区段中被引入载有焦油和石油的所述气体冷凝物内，并且其中石脑油蒸气的未被冷凝部分被供应给另一个用途。
4.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在权利要求1的步骤c)中提到的所述第三设备区段中进行热解期间获得的焦油蒸气、石油蒸气和石脑油蒸气被引入在其中容纳的气体冷凝物相内，所述气体冷凝物相载有焦油和石油，其中焦油蒸气和石油蒸气被完全冷凝并且与在权利要求1的步骤c)中获得的焦油和石油一起从所述气体冷凝物分离，并且其中石脑油蒸气被部分地冷凝并且与石油一起从所述气体冷凝物分离，而石脑油蒸气的未被冷凝部分被供应给另一个用途。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，在根据权利要求1的步骤d)的热解中产生的焦炭至少部分地用作热载体，用于在根据权利要求1的步骤c)的固定床压力气化反应器中执行的气化所使用的所述蒸汽的生成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其特征在于，石脑油蒸气的未被冷凝部分用作在煤的所述细晶粒部分的热解中的热载体。
7.一种用于将煤转化成合成气体、焦油、石油、石脑油、气体冷凝物和灰分的设备，包括以下所述设备区段：
-用于将煤机械分离成粗晶粒组分和细晶粒组分的装置，
-用于将煤的所述粗晶粒组分固定床压力气化成粗合成气体并伴随有灰分的形成的装置，
-用于冷却和洗涤所述粗合成气体并伴随有气体冷凝物的形成的装置，
-用于将产物流与所述气体冷凝物机械分离的焦油分离器，
-用于热解煤的所述细晶粒组分的装置，
-用于生成蒸汽的装置，所述用于生成蒸汽的装置利用在用于热解的所送装置中产生的焦炭操作，
-并且包括用于在所述设备区段之间传输中间产物的装置，
其特征在于，用于热解的所述装置通过用于碳化产物的传输装置与所述焦油分离器连接，并且所述用于生成蒸汽的装置通过用于蒸气的传输装置与用于固定床压力气化的所述装置连接。
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