CN106281399B - 一种煤热解制油装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种煤热解制油装置及方法，包括气化炉，所述气化炉的顶部设有气化喷嘴，所述气化炉的上部为气化室，所述气化室的底部为激冷室，所述气化室的底部出口和激冷室通过下降管相连通，所述气化炉的底部设有渣出口；其特征在于：所述气化炉通过合成气输送通道连接热解室；所述热解室的顶部设有煤喷嘴，所述热解室的中部设有减温喷嘴，所述热解室的底部设有产品出口。本发明能同时满足煤气化和煤加氢的需要，不需要另外提供氢源；气化系统与热解系统相对独立，有利于反应器的稳定运行，有利于装置的大型化。

Description

一种煤热解制油装置及方法
技术领域
本发明涉及到化工设备，具体指一种煤热解制油装置及煤热解制油方法。
背景技术
煤直接加氢工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制以及制氢等部分。主要流程为：在高温高压下，高浓度煤浆中的煤发生热解，在催化剂作用下进行加氢和分解，最终成为稳定的液体分子。液化过程中，将煤、催化剂和循环油制成的煤浆，与制得的氢气混合送入反应器。在液化反应器内，煤首先发生热解反应，生成自由基“碎片”，不稳定的自由基“碎片”再与氢在催化剂存在条件下结合，形成分子量比煤低得多的初级加氢产物。出反应器的产物构成十分复杂，包括气、液、固三相。气相的主要成分是氢气，分离后循环返回反应器重新参加反应；固相为未反应的煤、矿物质及催化剂；液相则为轻油(粗汽油)、中油等馏份油及重油。液相馏份油经提质加工(如加氢精制、加氢裂化和重整等)得到合格的汽油、柴油和航空煤油等产品。重质的液固淤浆经进一步分离得到重油和残渣，重油作为循环溶剂用于煤浆制备。
现有的煤直接液化技术中，反应器反应压力高达17MPa-30Mpa，氢耗量高达6％-10％，流程复杂，投资成本高。工艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，装置生产能力降低，出液化反应器的产物组成复杂，固液两相分离困难，产油率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种反应条件温和、氢耗量小、产油率高的煤热解制油装置。
本发明所要解决的另一个技术费问题是针对现有技术的现状提供一种煤热解制油方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该煤热解制油装置，包括气化炉，所述气化炉的顶部设有气化喷嘴，所述气化炉的上部为气化室，所述气化室的底部为激冷室，所述气化室的底部出口和激冷室通过下降管相连通，所述气化炉的底部设有渣出口；
其特征在于：
所述气化炉通过合成气输送通道连接热解室；
所述热解室的顶部设有煤喷嘴4，所述热解室的中部设有减温喷嘴，所述热解室的底部设有产品出口。
所述气化室为热壁结构，所述气化室的底部为锥形结构；
所述气化炉的侧部上间隔设有多个蒸汽喷嘴，各所述蒸汽喷嘴的出口均对向所述气化室的出口与所述下降管的入口交接处。
所述热解室的下部相对于所述热解室的上部倾斜设置。该结构能够对油气和煤焦进行初步分离，方便下游的分离工序。
上述各方案中的所述气化喷嘴优选包括第一本体，所述第一本体上由内而外依次设有燃料通道、氧气通道、蒸汽通道和第一冷却通道。
作为改进，所述燃料通道与所述氧气通道之间的隔层采用耐磨材料制备，以保证使用寿命。
所述煤喷嘴可以根据需要选用现有技术中的任意一种，较好的，所述煤喷嘴包括第二本体，所述第二本体上设有粉煤通道，所述粉煤通道外设有第二冷却通道。
所述本体采用耐磨材料制备。
使用上述煤热解制油装置的煤热解制油方法，其特征在于包括下述步骤：
燃料、氧气和水蒸汽自所述气化喷嘴的对应通道内进入所述气化室内，在1000～1700℃、3～9MPa下反应，生成的合成气和液态渣从所述气化室的底部出口进入所述下降管内；
水蒸汽通过所述蒸汽喷嘴喷向气化室的出口物料，对出口物料进行一次降温，同时与出口物料中的合成气进行二次反应，增加合成气中的氢气含量；
液态渣在重力作用下经由所述下降管进入所述激冷室，冷却后从所述渣出口排出；控制所述激冷室内温度小于等于300℃；
合成气经由所述合成气输送通道进入所述热解室内；
煤粉从所述煤喷嘴喷入到所述热解室内，煤粉在高温临氢条件下进行煤加氢快速热解反应，产出油气并生成煤渣；控制所述热解室内反应温度为600～1500℃，反应压力3～9MPa；
冷却介质从所述减温喷嘴喷入所述热解室内，对热解室产物进行冷却，冷却后的产物从所述产品出口排至下游。
控制进入所述热解室内合成气中氢气含量为干基煤粉质量的5.5％。
所述产品出口内的物料出口温度为490-510℃。
所述燃料为煤粉、焦粉或天然气。
与现有技术相比，本发明所提供的煤热解制油装置及煤热解制油方法本发明提供一种应用煤快速热解技术的外置组合反应器，可以满足煤快速热解的工业化应用。本反应器可以同时满足煤气化和煤加氢的需要，不需要另外提供氢源。其气化系统与热解系统相对独立，有利于反应器的稳定运行，有利于装置的大型化。
附图说明
图1为本发明实施例示意图；
图2为本发明实施例中气化喷嘴的剖视示意图；
图3为本发明实施例中煤喷嘴的剖视示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图3所示，该煤热解制油装置包括相互连通的气化炉1和热解室3。
气化炉1自上而下依次包括气化室11、下降管12和激冷室13。气化室11为热壁反应器结构，其顶部设有气化喷嘴2，其下部为锥形结构，其底部出口15连通下降管12的入口。
下降管12连接有冷却水管道16，通过冷却水管道16向下降管12表面通入激冷水，在下降管内壁形成水膜保护下降管。下降管12的入口为外扩的喇叭口，以方便承接气化室出口物料。下降管12的出口插入到激冷室13的液面内。
激冷室13连接有激冷水管道17，通过激冷水管道向激冷室内输送激冷水；激冷室13的底部设有渣出口14。
蒸汽喷嘴6，有多个，间隔设置在气化炉的侧壁上并沿气化炉的周向均匀布置；各蒸汽喷嘴6的出口均对向气化室的底部出口与下降管的入口交界处，以使蒸汽喷向气化室出口物料。本实施例中蒸汽喷嘴6的轴线与气化室的底部锥形侧壁平行。
气化炉1的合成气出口通过合成气输送通道32连接热解室3。
热解室3分为上部和下部两部分，热解室上部竖直设置，热解室3的下部相对于热解室的上部倾斜设置，以使热解室内产物中的气相和固相进行初步分层，方便下游工序的分离。
热解室3的顶部设有煤喷嘴4，热解室的中部设有减温喷嘴5，热解室3的底部设有产品出口31。
上述蒸汽喷嘴6和减温喷嘴5的结构可根据需要选用现有技术中的任意一种或多种组合使用。
气化喷嘴2包括第一本体，第一本体上由内而外依次设有燃料通道22、氧气通道23、蒸汽通道24和第一冷却通道25；燃料通道22与所述氧气通道23之间的隔层26采用耐磨材料制备。
煤喷嘴4包括第二本体41，第二本体41上设有粉煤通道42，粉煤通道42外设有第二冷却通道43。第二本体41采用耐磨材料制备。
使用上述煤热解制油装置的煤热解制油方法包括下述步骤：
燃料、氧气和水蒸汽自所述气化喷嘴2的对应通道内进入气化室11内，在1500℃、4MPa下反应，生成的合成气和液态渣从气化室11的底部出口进入下降管12内；
燃料可以根据方便选用煤粉、焦粉或天然气。
水蒸汽通过所述蒸汽喷嘴6喷向气化室的出口物料，对出口物料进行一次降温，同时与出口物料中的合成气进行二次反应，增加合成气中的氢气含量；
液态渣在重力作用下经由下降管12进入激冷室13，冷却后从渣出口14排出；控制激冷室内温度小于等于300℃；
合成气经由合成气输送通道6进入所述热解室3内；煤粉从煤喷嘴4喷入到热解室3内，煤粉在高温临氢条件下进行煤加氢快速热解反应，产出油气并生成煤渣；控制所述热解室3内反应温度为1300℃，反应压力3.8MPa；进入热解室3内合成气中氢气含量为干基煤粉质量的5.5％。
冷却水从减温喷嘴5喷入到热解室3内，对热解室产物进行冷却，冷却后的产物从产品出口31排至下游，控制产品出口31内的物料出口温度为500℃。
将本实施例与常规煤制油方法进行比较，结果见表1。
表1
煤炭直接液化 煤炭间接液化 煤炭干馏 实施例
氢耗 制氢装置 制氢装置 ----- 不需额外补充氢气
项目煤耗 3.5吨/吨油品 4吨/吨油品 25吨/吨油品 3.34吨/吨油品

Claims (9)

1.一种煤热解制油装置，包括气化炉(1)，所述气化炉(1)的顶部设有气化喷嘴(2)，所述气化炉的上部为气化室(11)，所述气化室(11)的底部为激冷室(13)，所述气化室(11)的底部出口和激冷室(13)通过下降管(12)相连通，所述气化炉(1)的底部设有渣出口(14)；
其特征在于：
所述气化炉(1)通过合成气输送通道(32)连接热解室(3)；
所述热解室(3)的顶部设有煤喷嘴(4)，所述热解室的中部设有减温喷嘴(5)，所述热解室(3)的底部设有产品出口(31)；
所述气化室(11)为热壁结构，所述气化室(11)的底部为锥形结构；
所述下降管(12)的入口为外扩的喇叭口；
所述气化炉(1)的侧部上间隔设有多个蒸汽喷嘴(6)，各所述蒸汽喷嘴(6)的出口均对向所述气化室的出口与所述下降管的入口交接处；
所述蒸汽喷嘴(6)的轴线与气化室的底部锥形侧壁平行。
2.根据权利要求1所述的煤热解制油装置，其特征在于所述热解室(3)的下部相对于所述热解室的上部倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的煤热解制油装置，其特征在于所述气化喷嘴(2)包括第一本体，所述第一本体上由内而外依次设有燃料通道(22)、氧气通道(23)、蒸汽通道(24)和第一冷却通道(25)。
4.根据权利要求3所述的煤热解制油装置，其特征在于所述燃料通道(22)与所述氧气通道(23)之间的隔层(26)采用耐磨材料制备。
5.根据权利要求4所述的煤热解制油装置，其特征在于所述煤喷嘴(4)包括第二本体(41)，所述第二本体(41)上设有粉煤通道(42)，所述粉煤通道(42)外设有第二冷却通道(43)。
6.根据权利要求5所述的煤热解制油装置，其特征在于所述第二本体(41)采用耐磨材料制备。
7.使用如权利要求1至6任一权利要求所述的煤热解制油装置的煤热解制油方法，其特征在于包括下述步骤：
燃料、氧气和水蒸汽自所述气化喷嘴(2)的对应通道内进入所述气化室(11)内，在1000～1700℃、3～9MPa下反应，生成的合成气和液态渣从所述气化室(11)的底部出口进入所述下降管(12)内；
水蒸汽通过所述蒸汽喷嘴(6)喷向气化室的出口物料，对出口物料进行一次降温，同时与出口物料中的合成气进行二次反应，增加合成气中的氢气含量；
液态渣在重力作用下经由所述下降管(12)进入所述激冷室(13)，冷却后从所述渣出口(14)排出；控制所述激冷室内温度小于等于300℃；
合成气经由所述合成气输送通道(32)进入所述热解室(3)内；
煤粉从所述煤喷嘴(4)喷入到所述热解室(3)内，煤粉在高温临氢条件下进行煤加氢快速热解反应，产出油气并生成煤渣；控制所述热解室(3)内反应温度为600～1500℃，反应压力3～9MPa；
冷却介质从所述减温喷嘴(5)喷入所述热解室(3)内，对热解室产物进行冷却，冷却后的产物从所述产品出口(31)排至下游。
8.根据权利要求7所述的煤热解制油方法，其特征在于进入所述热解室(3)内合成气中氢气含量为干基煤粉质量的4～10％；所述产品出口(31)内的物料出口温度为490-510℃。
9.根据权利要求8所述的煤热解制油方法，其特征在于所述燃料为煤粉、焦粉或天然气。
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