CN109439351A - 低阶煤制高附加值全利用的工艺方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低阶煤处理的工艺方法和系统，将原料煤筛分分别得到粉煤和块煤，将粉煤进行气化处理、块煤进行热解处理；气化处理中得到的合成气经分离后的气体进入热解处理过程为热解提供热源；热解处理中块煤热解形成热解气和半焦，热解气经分离后的气体用于后续生产甲烷气和油品，热解气经分离后的细灰与半焦用于后续生产清洁炭。本发明通过将原煤筛分，块煤和粉煤单独进料，得到品质较高焦油，同时得到含甲烷含量高的热煤气。热解和气化均采用成熟流化床工艺，且两个系统可相互独立运行，因此可实现长周期可靠运行。

Description

低阶煤制高附加值全利用的工艺方法及系统
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种低阶煤制高附加值全利用的工艺方法及系统。
背景技术
我国能源结构是“富煤贫油少气”，煤炭在占一次能源消费比例高达60％以上。但随着国民经济的快速发展，我国对能源尤其是对石油和天然气的需求呈几何级数的念势增长，对外依存度日益增大。2017年，我国原油进口量突破4亿吨，对外依存度达到67.4％；天然气924.4亿立方米，对外依存度达到37％，我国油气能源资源过高的对外依存度，已经严重威胁到了我国能源安全。在液体燃料、气体燃料和化工原料领域中逐步扩大煤资源对油气资源的替代是不可避免的。
我国低阶煤资源丰富，已探明储量中低变质烟煤4321亿吨，褐煤1291亿吨，合计占已探明煤炭储量的55％以上，与年老煤相比，低阶煤蕴藏的含油挥发分更高，通过热解提质，可得到相当于1000亿吨油气资源。因此，通过对低阶煤高附加值全利用的工艺方法生产清洁炭、油品、天然气，不仅可以实现低阶煤的分质利用，而且可以实现低阶煤价值的提升、利用效率和经济效益的最大化。
近年来，国内外对低阶煤提质利用技术开发和试验研究颇多，也开发了多种热解提质技术，典型国外代表工艺有多级流化床处理粉煤的COED技术、回转炉热解Toscoal 技术，低阶煤提质联产焦油的LFC技术，澳大利亚的CSIRO流化床快速热解技术等。国内典型工艺有有大连理工大学开发的D-G新法固体热载体热解技术，神雾集团开发的神雾无热载体蓄热式旋转床煤热解工艺、煤炭科学研究总院开发的多段回转炉热解技术，北京国电富通开发的移动床低阶煤提质工艺、浙江大学集成半焦燃烧的循环流化床热电多联产技术等。虽然国内外开发热解提质工艺众多，但目前开发的热解工艺基本处于开发或中试实验，主要问题集中在装置无法规模化、工艺系统不完善、煤粉已发生设备堵塞、焦油含尘量较高品质差等，使得目前工艺装置无法实现长周期稳定可靠运行，从而不具备经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低阶煤处理的工艺方法及系统，通过将原煤筛分，块煤和粉煤单独进料，得到品质较高焦油，同时得到含甲烷含量高的热煤气。热解和气化均采用成熟流化床工艺，且两个系统可相互独立运行，因此可实现长周期可靠运行。
本发明的低阶煤处理的工艺方法，包括下述步骤：将原料煤筛分分别得到粉煤和块煤，将粉煤进行气化处理、块煤进行热解处理；气化处理中得到的合成气经分离后的气体进入热解处理过程为热解提供热源；热解处理中块煤热解形成热解气和半焦，热解气经分离后的气体用于后续生产甲烷气和油品，热解气经分离后的细灰与半焦用于后续生产清洁炭。
其中，气化处理中得到的合成气经分离后的细灰可以重新进行气化处理，提高气化效率。
其中，气化处理和热解处理全部采用流化床，气化处理和热解处理可以耦合又可以独立运行，当其中一个处理环节发生故障，可以切断耦合环节，另一个处理环节仍可以独立运行，从而保证生产的长周期性。
其中，所述原料煤筛分块煤和粉煤的划分粒径以6-10mm为界进行区分；粉煤气化操作压力为1-4MPa，气化操作温度为800-1100℃，热解操作压力为常压，热解操作温度为500-700℃。
其中，气化处理得到的合成气中甲烷含量较高，经热解后获得的热解气中甲烷含量可大于20％。
其中，热解气经分离后的气体经一次净化得到煤焦油和一次净化气，一次净化气分两路，一路返回热解处理过程进行干燥块煤，一路进行二次净化；二次净化产物分两路，一路经变换处理和甲烷化处理合成天然气，一路经提氢获得氢原料与一次净化得到的煤焦油进行加氢处理生产油品。
其中，一次净化处理过程包括脱硫、脱氨、TSA变温吸附脱萘和焦油步骤；二次净化处理过程包括气体压缩、二次脱硫步骤；加氢处理过程包括预处理的粗过滤，高速离心分离出焦油、渣和水，以及减压蒸馏和加氢精制工艺；油品包括石脑油、柴油、混合芳烃。
其中，变换处理过程包括对二次净化产物进行水热变换处理，获得合成甲烷的工艺气并副产饱和蒸汽；甲烷化处理过程包括使合成甲烷的工艺气进行多次甲烷化反应得到甲烷气。
本发明还提供了低阶煤处理工艺系统，包括筛分单元、以及与筛分单元的不同筛分出料口连接的气化单元和热解单元，所述气化单元的分离气体出料口与所述热解单元的进料口连接，所述热解单元的分离固体出料口与成型单元连接，所述热解单元的分离气体出料口与一次净化单元的进料口连接；所述一次净化单元的气体出料口分为两路，一路与热解单元连接，一路与二次净化单元连接；所述一次净化单元的固体出料口与煤焦油加氢单元连接；二次净化单元的出料口分为两路，一路依次连接合成气变换单元和甲烷化单元，一路依次连接分离氢单元和所述煤焦油加氢单元。
所述气化单元和热解单元全部采用流化床，可以耦合又可以独立运行。
所述热解单元的分离固体出料口包括热解半焦出料口和热解气经分离的细灰出料口，根据不同热解炉装置的设计形式，该两个出料口可以合并设计为一个。
本发明所提供的低阶煤处理的工艺方法及系统，具有如下优势：
1、采用低阶煤，块煤和粉煤单独进料，在一定程度上解决煤焦油煤尘含量过高问题；
2、气化单元和热解单元串联，实现气化合成气热量的充分利用；
3、气化气体与块煤进行热解，得到热解气中甲烷含量显著增高；
4、气化单元和热解单元可单独独立运行，保证项目长周期稳定生产；
5、通过本工艺方法，可用于生产清洁炭、天然气、油品等高附加值产品，实现低阶煤高附加值全利用。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明工艺方法的示意图。
图2是本发明工艺系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。
低阶煤原料首先在筛分单元进行筛分，按粒径大小分别获得块煤和粉煤，块煤和粉煤的划分粒径可以根据需要进行调整，一般以6-10mm为界进行区分，例如筛分成≥10mm块煤和<10mm粉煤。作为实施例的一个低阶煤原料的煤质分析结果如表1所示。
将粉煤送入气化单元进行气化，在2MPa压力、1100℃条件下转化成合成气，作为实施例的合成气组成见表2。气化单元中设有旋风分离装置(旋风分离器)，或者气化单元与单独的旋风分离装置连接，合成气经旋风分离器去除细灰后进入热解单元的热解反应器，为热解提供热源，经旋风分离器的细灰重新进入气化炉再次气化，粗灰从气化炉底部排出形成炉渣。
块煤进入热解单元在650℃进行热解，热解热量部分或全部利用来自气化单元合成气的热量，热解得到半焦和热解气，作为实施例的热解气组成见表3。半焦从热解炉底部排出，热解单元中也设有旋风分离装置，或者热解单元与单独的旋风分离装置连接，热解气进入旋风分离器经过气固分离，分离出的细灰与半焦一起送入成型单元成型得到清洁炭。与细灰分离后的热解气进入净化单元进行后续处理。
净化单元包括串联的一次净化单元和二次净化单元。热解气在一次净化单元中经油气分离得到煤焦油和一次净化气，一次净化处理过程可以包括脱硫、脱氨、TSA变温吸附脱萘和焦油步骤。一次净化气出口分为两路，一路净化气返回热解单元进行干燥块煤，另一路净化气进入二次净化单元。二次净化单元可以包括气体压缩、二次脱硫步骤，二次脱硫后气体一部分送至变换单元，另一部分送至分离氢单元提氢，提取的氢气和一次净化单元分离的煤焦油一并送至煤焦油加氢单元进行处理，得到不同产品。煤焦油加氢单元的处理可以包括预处理的粗过滤，高速离心分离出焦油、渣和水，以及减压蒸馏和加氢精制工艺，最终可以得到石脑油、柴油、混合芳烃等油品。
送至的变换单元气体经水热变换处理获得合成甲烷的工艺气，具体过程包括：首先进入气液分离器分离出可能产生的冷凝液，然后注入水蒸气，将水汽比调整到0.8左右，温度约97℃的混合气经变换气换热器与变换炉初期换热后温度约170℃，再经变换进气加热到240℃后进入过滤器，气体进入可控移热变换炉进行变换反应，通过埋在催化剂床层的水移热管束将反应热及时移出得到合成甲烷的工艺气，同时副产4.0MPa饱和蒸汽。
合成甲烷的工艺气进入甲烷合成单元制成甲烷气，甲烷合成单元包括依次串联的第一甲烷化反应器、第二甲烷化反应器、第三甲烷化反应器，最终得到甲烷气。
表1煤质分析数据
表2气化合成气组分(干基)
表3热解气组分(干基)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低阶煤处理的工艺方法，包括下述步骤：将原料煤筛分分别得到粉煤和块煤，将粉煤进行气化处理、块煤进行热解处理；气化处理中得到的合成气经分离后的气体进入热解处理过程为热解提供热源；热解处理中块煤热解形成热解气和半焦，热解气经分离后的气体用于后续生产甲烷气和油品，热解气经分离后的细灰与半焦用于后续生产清洁炭。
2.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，气化处理中得到的合成气经分离后的细灰重新进行气化处理。
3.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，气化处理和热解处理全部采用流化床，气化处理和热解处理耦合或独立运行。
4.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，所述原料煤筛分块煤和粉煤的划分粒径以6-10mm为界进行区分；粉煤气化操作压力为1-4MPa，气化操作温度为800-1100℃，热解操作压力为常压，热解操作温度为500-700℃。
5.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，经热解后获得的热解气中甲烷含量可大于20％。
6.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，热解气经分离后的气体经一次净化得到煤焦油和一次净化气，一次净化气分两路，一路返回热解处理过程进行干燥块煤，一路进行二次净化；二次净化产物分两路，一路经变换处理和甲烷化处理合成天然气，一路经提氢获得氢原料与一次净化得到的煤焦油进行加氢处理生产油品。
7.根据权利要求6所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，一次净化处理过程包括脱硫、脱氨、TSA变温吸附脱萘和焦油步骤；二次净化处理过程包括气体压缩、二次脱硫步骤；加氢处理过程包括预处理的粗过滤，高速离心分离出焦油、渣和水，以及减压蒸馏和加氢精制工艺；油品包括石脑油、柴油、混合芳烃。
8.根据权利要求1所述的低阶煤处理的工艺方法，其特征在于，变换处理过程包括对二次净化产物进行水热变换处理，获得合成甲烷的工艺气并副产饱和蒸汽；甲烷化处理过程包括使合成甲烷的工艺气进行多次甲烷化反应得到甲烷气。
9.一种低阶煤处理工艺系统，包括筛分单元、以及与筛分单元的不同筛分出料口连接的气化单元和热解单元，所述气化单元的分离气体出料口与所述热解单元的进料口连接，所述热解单元的分离固体出料口与成型单元连接，所述热解单元的分离气体出料口与一次净化单元的进料口连接；所述一次净化单元的气体出料口分为两路，一路与热解单元连接，一路与二次净化单元连接；所述一次净化单元的固体出料口与煤焦油加氢单元连接；二次净化单元的出料口分为两路，一路依次连接合成气变换单元和甲烷化单元，一路依次连接分离氢单元和所述煤焦油加氢单元。
10.根据权利要求9所述的低阶煤处理工艺系统，其特征在于，所述气化单元和热解单元全部采用流化床，耦合或独立运行；
所述热解单元的分离固体出料口包括热解半焦出料口和热解气经分离的细灰出料口，该两个出料口分别或合并设计。
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