CN106147879A - 一种快速热解油气处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种快速热解油气处理系统及方法。所述系统包括热解炉、急冷塔、分馏塔；热解炉设有热解油气出口、以及对立设置在炉体下部两侧的喷嘴；急冷塔设有热解油气入口、初冷油气出口、重质焦油出口；热解油气入口与热解炉的热解油气出口连接；重质焦油出口与喷嘴连接；分馏塔设有初冷油气入口；初冷油气入口与所述急冷塔的初冷油气出口连接。所述处理方法应用上述处理系统，包括：煤粉热解产生热解油气；热解油气在急冷塔中被急冷，得到初冷油气和重质焦油；重质焦油由喷嘴返回到热解炉下部进行裂化脱碳；初冷油气被所述分馏塔分馏。本发明使燃料在快速热解过程中多产出轻质焦油组分和热解气，不产出含尘重质的焦油。

Description

一种快速热解油气处理系统及方法

技术领域

本发明属于一种热解油气处理系统及方法。更具体的说，是在煤等燃料快速热解过程中，耦合煤焦油回收及分离过程获得轻质馏分油及热解气的系统及方法。

背景技术

煤炭分质利用被认为是煤炭清洁高效利用的有效途径，也是我国“十三五”煤化工重点发展的方向。煤炭的分质利用就是通过热解将煤炭中不同成分先分离出来，分离出来的产品包括煤气、焦油和半焦等。煤焦油通过加氢可以生产出汽油、柴油；半焦通过热解变成低挥发分、低硫的清洁燃料，代替散烧煤减少对大气的污染；煤气可直接作为燃料气使用。

煤炭分质利用“龙头”是煤的热解技术，要提取规模产量的焦油、煤气，煤分质利用需要规模化、大型化，单套煤热解装置规模越来越大型化，在低阶煤的分质利用过程中，快速热解一般处理粉煤原料，粉煤在热解炉中温度升高快，停留时间短，油气溢出速率快，热解油气携带了大量的粉尘，虽然经过除尘器处理，但只能除去较大的固体颗粒，热解油气经急冷塔冷却后，细小粉尘进入焦油中，因此获得的煤焦油中甲苯不溶物含量较高，不溶物的主要成分是煤灰、煤粉等，导致所得煤焦油黏度大、含重质组分多、热稳定性较差，属于重质、劣质焦油的范畴，这些缺点导致煤焦油的后续深加工难度较大；追求焦油高收率的热解工艺，并不能带来较好的经济效益。

为了解决上述问题，现有一种针对煤热解焦油的回收方法：将热解气与冷焦油在焦油回收塔中进行接触换热，使热解气中的焦油冷凝回收，一部分冷凝焦油经热量回收并经固液分离出粉尘后作为热解气的冷却介质，一部分循环回焦油回收塔底部，提高焦油在焦油回收塔底部的流速，防止粉尘沉积堵塞回收塔。该工艺利用重质焦油作为冷却介质，部分重质焦油需要经固液分离脱除粉尘，因此重质焦油中的粉尘很难除去，固液分离后获得一定量的难以利用的油泥，且重质焦油的后续深加工难度较大。此外，该方法中焦油回收塔上端装有填料，此段冷却温度低，热解气可能会携带少量重质焦油在此冷凝，长时间运行会堵塞冷却塔。

目前还有一种提高煤热解低温焦油品质的方法，该方法是将低温煤焦油或其蒸馏残渣加入原料煤中进行共热解，获取焦油和气态烃产物。具体做法是将低温煤焦油或其蒸馏残渣与原料煤进行均匀混合，共同进入热解炉中共热解，获得液体产物、热解气、半焦，液体产物为油水混合物，经油水分离后得到低温煤焦油。但该技术方案中低温煤焦油或其蒸馏残渣的粘度都较大，其与原料煤进行均匀混合的方式会使煤粉成块状或泥状，给原料筛分、破碎等处理带来困难。此外，热解油气采用水冷，会产生大量污水，同时热解油气热量也没有有效利用。

发明内容

针对上述现有快速热解油气中粉尘含量高，导致煤焦油后续加工困难的问题，本发明提出一种快速热解油气处理系统及方法将含粉尘重质焦油进行二次脱碳，以便获得更多的轻质焦油和热解气。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的：

一种快速热解油气处理系统，包括热解炉、急冷塔、分馏塔；所述热解炉设有热解油气出口、以及对立设置在炉体下部两侧的喷嘴；所述急冷塔设有热解油气入口、初冷油气出口、重质焦油出口；所述热解油气入口与所述热解炉的热解油气出口连接；所述重质焦油出口与所述喷嘴连接；所述分馏塔设有初冷油气入口；所述初冷油气入口与所述急冷塔的初冷油气出口连接。

本发明还将所述分馏塔设有的重质馏分出口与所述急冷塔的急冷油入口连接，将分馏塔所得的重质馏分作为急冷塔的急冷油，冷却所得重质焦油进入热解炉二次热解；实现系统自给自足，节省能源。

为了尽可能大地去除热解油气中的灰尘、杂质，本发明进一步包括设置在所述热解炉和所述急冷塔之间的除尘器，所述除尘器设有进气口和出气口，所述进气口与所述热解炉的热解油气出口连接；所述出气口与所述急冷塔的热解油气入口连接。

作为优选实施方式，所述分馏塔在所述初冷油气入口的上方还设有洗油入口，所述洗油入口与所述重蜡油出口连接。

本发明还公开一种快速热解油气处理方法，应用上述处理系统，处理方法包括：

热解：煤粉热解产生热解油气；

急冷：热解油气在所述急冷塔中被急冷，得到初冷油气和重质焦油；重质焦油由喷嘴返回到热解炉下部进行裂化脱碳；

分馏：初冷油气被所述分馏塔分馏。

优选地，所述分馏步骤得到的重质馏分作为急冷油被导入急冷塔。

优选地，在急冷步骤之前，还包括将热解油气通入除尘器进行除尘的步骤。

优选地，将在分馏步骤中所得到的部分重质馏分导回分馏塔，作为分馏塔进料的洗油。

在热解炉中的热解温度为600～850℃，热解油气在急冷塔中被冷却至350～480℃，优选365～450℃，进入分馏塔的未被冷凝的油气温度优选为340～430℃。

在所述急冷步骤中，通过控制急冷油量来控制被冷却下来的重质焦油的干点，所述急冷步骤为多级喷淋。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明使燃料在快速热解过程中多产出轻质焦油组分和气体，不产出含尘重质的焦油，并可以充分利用热解半焦的热量使重质焦油进一步裂化脱碳，生成的焦炭会附着在半焦上，与半焦一起利用，实现重质焦油脱碳目的，获得更多的轻质焦油馏分和热解气；

(2)本发明对热解油气实现急冷塔喷淋、分馏塔底部进料洗涤的措施，大大减少了热解油气中携带的粉尘，可有效防止分馏塔的结焦。

(3)热解油气采用重质馏分冷却替代常规水或氨水冷却，避免了焦油与水乳化难以分离的问题，可减少污水的产生。

附图说明

图1为本发明快速热解油气处理系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明快速热解油气处理方法一实施例的流程示意图。

附图标记说明

1、粉煤，2、热解炉，3、半焦，4、热解油气，5、除尘器，6、除尘后热解油气，7、急冷塔，8、未冷凝热解油气，9、重质焦油，10、11、12、13.喷嘴，14、分馏塔，16、重质馏分，17、热解气，18、石脑油馏分，19、柴油馏分，20、蜡油馏分。

具体实施方式

本发明公开一种快速热解油气处理系统及方法，是将粉煤等燃料快速热解，产生的热解油气通过急冷油冷却，被冷却下来的含尘重质焦油返回热解炉，与热解炉中下行的热解固体产物(半焦)接触发生进一步裂化脱碳，提高热解气和轻质焦油的转化率，未被急冷油冷凝下来的热解油气经分馏塔分离出热解气和各轻质馏分，其中热解气可分离出的CO、H₂可作合成原料，其它低碳烃可作热解炉燃料气，各轻质馏分可再进一步深加工利用。

换句话说，本发明耦合了煤的快速热解和热解油气回收及分离过程，使煤的快速热解过程中多产出轻质组分和气体，减少重质焦油的产出，耦合工艺可以充分利用热解半焦的热量使重质焦油进一步裂化，生焦会附着在半焦上，与半焦一起利用，实现重质焦油脱碳目的，获得更多的轻质焦油和热解气。

为了实现上述发明宗旨，本发明公开一种快速热解油气处理组合系统，包括热解炉、急冷塔、分馏塔；热解炉设有热解油气出口、以及对立设置在炉体下部两侧的喷嘴；急冷塔设有热解油气入口、初冷油气出口、重质焦油出口；热解油气入口与热解炉的热解油气出口连接；重质焦油出口与喷嘴连接；分馏塔设有初冷油气入口；初冷油气入口与急冷塔的初冷油气出口连接。

图1为本发明快速热解油气处理系统一具体实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例的快速热解油气处理组合系统包括热解炉2、除尘器5、急冷塔7和分馏塔14。

煤粉1有热解炉2的进料口进入，在热解炉内热解，生成热解油气4和半焦3。

热解油气4中含有大量的粉尘，经过除尘器5，除去较大的固体颗粒，得到除尘后的热解油气6。

除尘后的热解油气6进入急冷塔7，在冷却油的喷淋作用下，重质组分被冷凝成重质焦油9；轻质组分未被冷凝，以气态从急冷塔7上方溢出。重质焦油9由对立设置在炉体下部两侧的喷嘴10、11以及12、13送回至热解炉的底部，与热解炉中下行的热解固体产物(半焦)接触发生进一步裂化脱碳，提高热解气和轻质焦油的转化率。喷嘴10、11对立设置，喷嘴12、13对立设置。喷嘴成对对立设置，能够彼此抵消对下落物料的冲击力。

本实施例中，急冷塔7的急冷油可进一步采用多级喷淋方式，即不同高度上开设不同的冷却油喷淋孔。多级喷淋进一步减少了热解油气中携带的粉尘。操作人员可通过控制急冷油的喷淋量来控制被冷却下来的重质焦油的干点，所述“干点”指重质焦油的最终组分的沸点。也就是说，操作人员可通过控制急冷油的喷淋量，来控制重质焦油9的成分。

未冷凝热解油气8被当做原料，由急冷塔被送入分馏塔14分馏，分馏得到重质馏分16和热解气17、石脑油馏分18、柴油馏分19、蜡油馏分20等各轻质馏分，其中，所得热解气可分离出的CO、H₂可作合成原料，其它低碳烃可作热解炉燃料气，各轻质馏分可再进一步深加工利用。重质馏分16可送入急冷塔7，与急冷塔7的喷淋系统相连，作为急冷油用。分馏塔14可以是常压蒸馏塔，也可以是减压蒸馏塔。

本发明还可以将在分馏步骤中所得到的另一部分重质馏分被送回急冷塔，作为分馏塔进料的洗油，最终与热解油气冷凝所得重质组分一起，作为重质焦油9送入热解炉进行二次裂化脱碳。

本发明公开的快速热解油气处理方法，具体包括以下步骤：

(1)粉煤进入下行床热解炉，产生的热解油气经除尘器除去大颗粒机械杂质后进入急冷塔，在急冷塔中进行喷淋冷却，

(2)急冷塔中被冷却下来的含尘重质焦油返回到热解炉下方，通过对置喷嘴喷入热解炉中，与下行热解固体产物(半焦)接触，重质焦油进一步发生裂化脱碳反应生成焦炭和油气，焦炭附着在半焦上，半焦自热解炉底部排出；

(3)急冷塔中未被冷却的油气进入分馏塔进行分馏，塔顶分离出热解气，侧线分离出石脑油馏分、柴油馏分、蜡油馏分，塔底分离出重质馏分；

(4)重质馏分一部分作为急冷塔的急冷油，通过喷淋方式冷却来自热解炉的油气，一部分作为分馏塔进料的洗油，进一步脱除油气中的粉尘杂质。

如图2所示，本发明一实施例的处理方法流程为：

热解：煤粉热解产生热解油气；

除尘：将热解油气通入除尘器进行除尘；

急冷：热解油气在所述急冷塔中被急冷，得到初冷油气和重质焦油；重质焦油由喷嘴返回到热解炉下部进行裂化脱碳；在急冷步骤中，通过控制急冷油量来控制被冷却下来的重质焦油的干点，急冷可以设置多级喷淋。

分馏：初冷油气被所述分馏塔分馏。将在分馏步骤中所得到的部分重质馏分可用作急冷塔的急冷油和分馏塔的洗油，对热解油气在分离前进行进一步地除尘。

粉煤或其它含碳体在热解炉中的热解温度为600～850℃，热解油气在急冷塔中被冷却至350～480℃，优选365～450℃，进入分馏塔的未被冷凝的油气温度优选为340～430℃。

本发明含尘重质焦油在热解炉中与热解固体(半焦)接触，半焦作为重质焦油裂化生成焦炭的载体，可以避免焦炭附着在热解炉内壁。

本发明中的热解油气可进一步提纯氢气和其它低碳烃，氢气可为焦油馏分的加氢轻质化提供氢源，其它气体组分可作为原料或燃料。

本发明分馏步骤得到的重质馏分作为急冷油被导入急冷塔。

需要说明的是，本发明中所涉及的热解油气的处理方法尤其适用于低阶煤快速热解过程中热解油气的处理，同样也适用于油母页岩、油砂、天然沥青、生物质、垃圾等通过热解或干馏而获得油气的处理过程。

下面用实施例来详细说明本发明，但是实施例并不因此而限制本发明的使用范围。具体实施方式按照图2所示工艺流程，本发明实施例采用低阶煤作为热解原料煤，其主要性性质见表1。

表1珲春低阶煤主要性质

实施例1

低阶粉煤(<3mm)在热解炉中的热解温度为750℃，热解气经除尘器除去大颗粒的杂质后在急冷塔中被冷却至450℃，经转油线输送以420℃进入分馏塔，在急冷塔中热解油气中的粉尘被喷淋洗涤至重质焦油中，重质焦油通过热解炉上的对置喷嘴喷入炉内，与热解固体半焦接触发生深度裂化生焦，产生轻质焦油馏分、焦炭和裂化气体，焦炭被固定在热解后的半焦上，与半焦一起得到利用。其主要产物分布见表2。

由表2可知，采用本发明方法轻质馏分(石脑油馏分+柴油馏分)收率为46.52％(占收到基焦油重量百分比)，蜡油馏分收率为38.43％，重质馏分收率仅为15.14％，轻油收率和蜡油收率显著高于对比例；热解气中C1、C2气体含量明显高于对比例，主要是由于重质焦油热裂化所致；热解气产量也显著高于对比例。

实施例2

低阶粉煤(<3mm)在热解炉中的热解温度为600℃，热解气经除尘器除去大颗粒的杂质后在急冷塔中被冷却至350℃，经转油线输送以340℃进入分馏塔，在急冷塔中热解油气中的粉尘被喷淋洗涤至重质焦油中，重质焦油通过热解炉上的对置喷嘴喷入炉内，与热解固体半焦接触发生深度裂化生焦，产生轻质焦油馏分、焦炭和裂化气体，焦炭被固定在热解后的半焦上，与半焦一起得到利用。其主要产物分布见表2。

实施例3

低阶粉煤(<3mm)在热解炉中的热解温度为850℃，热解气经除尘器除去大颗粒的杂质后在急冷塔中被冷却至480℃，经转油线输送以430℃进入分馏塔，在急冷塔中热解油气中的粉尘被喷淋洗涤至重质焦油中，重质焦油通过热解炉上的对置喷嘴喷入炉内，与热解固体半焦接触发生深度裂化生焦，产生轻质焦油馏分、焦炭和裂化气体，焦炭被固定在热解后的半焦上，与半焦一起得到利用。其主要产物分布见表2。

实施例4

低阶粉煤(<3mm)在热解炉中的热解温度为700℃，热解气经除尘器除去大颗粒的杂质后在急冷塔中被冷却至465℃，经转油线输送以380℃进入分馏塔，在急冷塔中热解油气中的粉尘被喷淋洗涤至重质焦油中，重质焦油通过热解炉上的对置喷嘴喷入炉内，与热解固体半焦接触发生深度裂化生焦，产生轻质焦油馏分、焦炭和裂化气体，焦炭被固定在热解后的半焦上，与半焦一起得到利用。其主要产物分布见表2。

对比例

采用实施例1中相同低阶煤，其它操作相同，不同点在于在急冷塔中冷却的重质焦油直接排出收集。主要产物分布见表2。

表2实施例及对比例主要产物分布

由表2可知，采用本发明方法轻质馏分(石脑油馏分+柴油馏分)收率显著高于对比例；热解气中C1、C2气体含量明显高于对比例，主要是由于重质焦油热裂化所致；热解气产量也显著高于对比例。

本发明使煤的快速热解过程中多产出轻质焦油组分和气体，不产出含尘重质焦油，并可以充分利用热解半焦的热量使重质焦油进一步裂化脱碳，生成的焦炭会附着在半焦上，与半焦一起利用，实现重质焦油脱碳目的，获得更多的轻质焦油馏分和热解气；本发明对热解油气实现急冷塔喷淋、分馏塔底部进料洗涤，大大减少了热解油气中携带的粉尘，可有效防止分馏塔的结焦；同时，热解油气采用重质馏分冷却替代常规水或氨水冷却，避免了焦油与水乳化难以分离的问题，可减少污水的产生。

本发明公开的内容论及的是示例性实施例，在不脱离权利要求书界定的保护范围的情况下，可以对本发明的各个实施例进行各种改变和修改。因此，所描述的实施例旨在涵盖落在所附权利要求书的保护范围内的所有此类改变、修改和变形。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分使用。

Claims (10)

1.一种快速热解油气处理系统，其特征在于，包括热解炉、急冷塔、分馏塔；

所述热解炉设有热解油气出口、以及对立设置在炉体下部两侧的喷嘴；

所述急冷塔设有热解油气入口、初冷油气出口、重质焦油出口；所述热解油气入口与所述热解炉的热解油气出口连接；所述重质焦油出口与所述喷嘴连接；

所述分馏塔设有初冷油气入口；所述初冷油气入口与所述急冷塔的初冷油气出口连接。

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述分馏塔设有的重质馏分出口与所述急冷塔的急冷油入口连接。

3.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，进一步包括设置在所述热解炉和所述急冷塔之间的除尘器，所述除尘器设有进气口和出气口，所述进气口与所述热解炉的热解油气出口连接；所述出气口与所述急冷塔的热解油气入口连接。

4.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述分馏塔在所述初冷油气入口的上方还设有洗油入口，所述洗油入口与所述重蜡油出口连接。

5.一种快速热解油气处理方法，应用如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，包括：

热解：煤粉热解产生热解油气；

急冷：热解油气在所述急冷塔中被急冷，得到初冷油气和重质焦油；重质焦油由喷嘴返回到热解炉下部进行裂化脱碳；

分馏：初冷油气被所述分馏塔分馏。

6.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述分馏步骤得到的重质馏分作为急冷油被导入急冷塔。

7.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在急冷步骤之前，还包括将热解油气通入除尘器进行除尘的步骤。

8.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，将在分馏步骤中所得到的部分重质馏分导回分馏塔，作为分馏塔进料的洗油。

9.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在热解炉中的热解温度为600～850℃，热解油气在所述急冷塔中被冷却至350～480℃，优选为365～450℃，进入所述分馏塔的未被冷凝的油气温度优选为340～430℃。

10.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，在所述急冷步骤中，通过控制急冷油量来控制被冷却下来的重质焦油的干点，所述急冷步骤采用多级喷淋。