CN111676079A - 一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺，包括净化处理机构。本发明通过配合使用的粉碎器与除渣器以对石油原料进行粉碎与净化处理，通过提升石油原料的洁净度与纯度以确保石油焦炭组合物的形成品质；利用经盐酸稀释后形成的改性煤提升石油原料中的含碳量；向经高温煅烧与高温焦化后形成的残、渣油与沥青添加纳米镍粉、盐酸溶液，并对后期形成的固体焦炭进行硫酸与电解处理；利用热冲反应釜对膨胀石墨进行高温加热，并对膨化器内的高温膨胀石墨进行持续均匀的水‑醇溶液喷灌加湿，使得膨胀石墨自身内部结构逐渐宽松，从而使得焦炭化合物能够在催化过程对催化剂进行快速吸收实现高效的催化反应。

Description

一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺

技术领域

本发明涉及催化石油焦炭化合物的加工技术领域，尤其涉及一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺。

背景技术

全球经济的高速发展离不开各种矿产能源资源，持久的无节制开采与消耗使得各种能源资源愈加紧张甚至渐趋枯竭，但因为科学技术的发展与对能源资源认知水平的提高，使得具有较低燃料值的含碳原料如石油焦炭和煤制备价值增加的气体产物受到了越来越多的关注。石油焦炭是来源于延迟焦化或流化焦化碳源如原油残渣和用于改质。油砂的焦化过程的通常为固体的碳质残渣，尤其是在中温条件下，由于其高度结晶的碳和提高的来源于重油的有机硫水平而通常具有弱气化反应性。从现有技术水平的专业技术角度来说，只有通过使用催化剂才可以提高石油焦炭的较低反应性。

现有技术下对石油焦炭组合物的制备与催化气化仍存以下技术难题：其一，虽然单独的石油焦炭反应可具有极高的理论碳转化率，但在保持床组成、床在气化反应器中的流化、控制可能的液相和床在气化反应器中的结块和炭排除方面有其自身的困难，使得可从石油中提取出来的含碳量极其有限；其二，石油焦炭固有地具有低水分含量和极低的浸水容量，且石油原料中夹杂有大量的杂质，在制备石油焦炭组合物的过程中未能对含在其中的杂质进行清理，使得掺杂于石油焦炭组合物中的杂质严重影响自身品质；其三，石油焦炭组合物在形成固体焦炭后自身结构紧凑，即密度较大，在后期反应的过程中不仅影响对催化物的接触吸收效率，更会造成催化反应的不彻底，从而造成石油焦炭组合物与催化物的污染与浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中难以对的问题，而提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，包括净化处理机构、煅烧机构、焦化机构、二次石墨反应机构与热冲击机构，所述净化处理机构与煅烧机构之间设置有螺杆给料机构，且二次石墨反应机构与热冲击机构之间设置有増湿催化机构；

所述净化处理机构包括有星形进料器、闭锁料斗、粉碎器与除渣器；

所述煅烧机构包括有燃烧炉、分离机与冷却定型机；

所述螺杆给料机构包括有研磨器、电磁阀与反应器；

所述二次石墨反应机构包括有分离除渣机、硫酸处理器与电解仪；

所述热冲击机构包括有热冲反应机、膨化器与干燥器；

所述増湿催化机构包括有混合反应釜、可控阀与喷灌器。

优选地，所述净化处理机构、煅烧机构、焦化机构、二次石墨反应机构与热冲击机构依次设置。

优选地，所述净化处理机构与煅烧机构通过除渣器与燃烧炉相连接，且螺杆给料机构中的反应器与燃烧炉相连接。

优选地，所述煅烧机构通过冷却定型机与焦化机构相连接，且二次石墨反应机构通过分离除渣机与焦化机构相连接。

优选地，所述二次石墨反应机构与热冲击机构通过在电解仪与热冲反应机相连接，且増湿催化机构中的喷灌器与膨化器相连接。

优选地，所述热冲反应机包括有热冲反应釜与加热器。

一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备工艺，包括以下步骤：

步骤S1，通过控制闭锁料斗经星形进料器向除渣器中输入1-3分量石油，利用运行的粉碎器对石油中的固体颗粒进行粉碎操作1-2h；

步骤S2，在粉碎过程中，向研磨器中输入0.5-1.5分量的原煤，并开启研磨器对原煤进行粉碎，通过控制电磁阀向研磨器中的原煤添加1-1.5分量纯度为35％-40％的盐酸溶液，以获取改性煤；

步骤S3，先将粉碎器内的石油输入燃烧炉中，再向燃烧炉中输入改性煤，并对其混合物进行加热至100℃-110℃后输入分离机中，分别获得残油、渣油与沥青，再将残油、渣油与沥青分别输送至冷却定型机中冷却3h-5h；

步骤S4，将冷却至常温的残油、渣油与沥青分别输送至焦化机构中，并向焦化机构中投入5-10分量纳米镍粉，控制焦化机构内温度在3h-4h内升至450℃-500℃直至形成焦炭；

步骤S5，将温度下降至250℃-275℃的固体焦炭从反应器输送至分离除渣机中，使得固体焦炭在旋转运动过程中过滤掉残渣杂质，再将洁净的固体焦炭输送至硫酸处理器中，并向硫酸处理器中输入3-5分量纯度为12％-15％的硫酸溶液，持续浸泡1.5h-2h，再利用电解仪对位于硫酸溶液中的焦炭进行恒压电解，获取膨胀石墨；

步骤S6，将膨胀石墨输送至热冲反应釜中，控制加热器将热冲反应釜内的温度升高至600℃-650℃，与此同时，向混合反应釜中导入2-4分量纯度为40％-45％的水-醇溶液；

步骤S7，将膨胀石墨输送至膨化器中，在3h-4.5h时间段内通过控制可控阀与喷灌器向膨化器中喷灌水-醇溶液，直至膨胀石墨的体积增大150％-175％，再将膨化后的膨胀石墨输送至干燥器中静置5h-7h至常温。

优选地，所述步骤S2中原煤与盐酸溶液接触后温度升高至50℃-55℃后实现稀释，改性煤为流体。

优选地，所述步骤S5中电解仪利用铅板作为阴极，且设定恒定电压为1200V。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

1、本发明在净化处理机构中设置配合使用的粉碎器与除渣器以对石油原料进行粉碎与净化处理，通过提升石油原料的洁净度与纯度以确保石油焦炭组合物的形成品质；再通过研磨高纯度原煤，利用经盐酸稀释后形成的改性煤提升石油原料中的含碳量，以对石油原料进行进一步的品质改善。

2、本发明对石油原料依次进行高温煅烧与高温焦化操作，并向分类形成的残油、渣油与沥青中分别加入纳米镍粉，以对经盐酸浸湿后形成的残油、渣油与沥青进行高度的收紧；利用二次石墨反应机构中的硫酸浸泡与电解处理，可对固体焦炭进行除杂改性，消除有害杂质的同时可以使得提升膨胀石墨的含量。

3、本发明在热冲反应釜中对膨胀石墨进行高温加热，并利用増湿催化机构中的可控阀与喷灌器向位于膨化器内的高温膨胀石墨进行持续均匀的水-醇溶液喷灌加湿，可使膨胀石墨的单个体积进行明显的膨胀增大，从而提升膨胀石墨自身内部结构的宽松程度，使得焦炭化合物能够在催化过程对催化剂进行快速吸收与反应。

综上所述，本发明通过配合使用的粉碎器与除渣器以对石油原料进行粉碎与净化处理，通过提升石油原料的洁净度与纯度以确保石油焦炭组合物的形成品质；利用经盐酸稀释后形成的改性煤提升石油原料中的含碳量，以对石油原料进行进一步的品质改善；向经高温煅烧与高温焦化后形成的残、渣油与沥青添加纳米镍粉、盐酸溶液，并对后期形成的固体焦炭进行硫酸与电解处理，以对其实现除杂改性，同时增加膨胀石墨含量；利用热冲反应釜对膨胀石墨进行高温加热，并对膨化器内的高温膨胀石墨进行持续均匀的水-醇溶液喷灌加湿，使得膨胀石墨自身内部结构逐渐宽松，从而使得焦炭化合物能够在催化过程对催化剂进行快速吸收实现高效的催化反应。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的净化处理机构组成示意图；

图3为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的煅烧机构组成示意图；

图4为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的螺杆给料机构组成示意图；

图5为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的二次石墨反应机构组成示意图；

图6为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的热冲击机构组成示意图；

图7为本发明提出的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统的増湿催化机构组成示意图。

图中：1净化处理机构、11星形进料器、12闭锁料斗、13粉碎器、14除渣器、2煅烧机构、21燃烧炉、22分离机、23冷却定型机、3螺杆给料机构、31研磨器、32电磁阀、33反应器、4焦化机构、5二次石墨反应机构、51分离除渣机、52硫酸处理器、53电解仪、6热冲击机构、61热冲反应机、611热冲反应釜、612加热器、62膨化器、63干燥器、7増湿催化机构、71混合反应釜、72可控阀、73喷灌器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-7，一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺，包括净化处理机构1、煅烧机构2、焦化机构4、二次石墨反应机构5与热冲击机构6，净化处理机构1与煅烧机构2之间设置有螺杆给料机构3，且二次石墨反应机构5与热冲击机构6之间设置有増湿催化机构7；

净化处理机构1包括有星形进料器11、闭锁料斗12、粉碎器13与除渣器14，在星形进料器11与闭锁料斗12的配合运行控制下，可对石油原料的供料进行定量定质把控，同时利用粉碎器13与除渣器14可对掺杂于石油原料中的杂质进行清理；

煅烧机构2包括有燃烧炉21、分离机22与冷却定型机23，利用分离机22可对经煅烧后产生的残油、渣油与沥青进行分类收集，并在冷却定型机23的作用下实现降温定型；

螺杆给料机构3包括有研磨器31、电磁阀32与反应器33，利用电磁32可对从研磨器31进入反应器33内的原煤与盐酸溶液进行流量控制，使得原煤能够达到符合标准设定的稀释程度；

二次石墨反应机构5包括有分离除渣机51、硫酸处理器52与电解仪53，需要说明的是，电解仪53为可调节的恒定电压设备，使得通过铅板可对固体焦炭进行电解操作，从而获取膨胀石墨；

热冲击机构6包括有热冲反应机61、膨化器62与干燥器63，热冲反应机61可对膨胀石墨进行预热，膨胀石墨进入膨化器62后被再次加热，且在水-醇溶液的同步増湿条件下，可使膨胀石墨实现持续渐进式的膨化；

増湿催化机构7包括有混合反应釜71、可控阀72与喷灌器73，混合反应釜71用于对水-醇溶液的搅拌，喷灌器73在可控阀72控制下对膨化器62内膨胀石墨进行喷灌。

具体参照说明附图1，净化处理机构1、煅烧机构2、焦化机构4、二次石墨反应机构5与热冲击机构6依次设置。

净化处理机构1与煅烧机构2通过除渣器14与燃烧炉21相连接，且螺杆给料机构3中的反应器33与燃烧炉21相连接，以为石油原料提供由原煤与盐酸稀释后形成的改性煤。

煅烧机构2通过冷却定型机23与焦化机构4相连接，且二次石墨反应机构5通过分离除渣机51与焦化机构4相连接。

二次石墨反应机构5与热冲击机构6通过在电解仪53与热冲反应机61相连接，且増湿催化机构7中的喷灌器73与膨化器62相连接，以为位于膨化器62内的膨胀石墨提供水-醇溶液。

热冲反应机61包括有热冲反应釜611与加热器612，热冲反应釜611可对膨胀石墨进行运动式的预热，而加热器是612可对膨胀石墨进行更高程度的加热。

上述用于催化气化的石油焦炭组合物的制备工艺包括以下步骤：

步骤S1，通过控制闭锁料斗12经星形进料器11向除渣器14中输入1-3分量石油，石油原料中夹杂有一定量的固体颗粒，利用运行的粉碎器13对石油中的固体颗粒进行粉碎操作1-2h，可对固体颗粒进行粉碎；

步骤S2，在粉碎过程中，向研磨器31中输入0.5-1.5分量的原煤，并开启研磨器31对原煤进行粉碎，研磨器31可采用双盘式研磨设备，既可对原煤进行研磨，又可以促进盐酸溶液与原煤的混合，通过控制电磁阀32向研磨器31中的原煤添加1-1.5分量纯度为35％-40％的盐酸溶液，以获取改性煤；

步骤S3，先将粉碎器13内的石油输入燃烧炉21中，再向燃烧炉21中输入改性煤，并对其混合物进行加热至100℃-110℃后输入分离机22中，分别获得残油、渣油与沥青，再将残油、渣油与沥青分别输送至冷却定型机23中冷却3h-5h，使得残油、渣油与沥青进行半流体或固态式的定型；

步骤S4，将冷却至常温的残油、渣油与沥青分别输送至焦化机构4中，并向焦化机构4中投入5-10分量纳米镍粉，控制焦化机构4内温度在3h-4h内升至450℃-500℃直至形成焦炭，需要说明的是，根据残油、渣油与沥青的固结程度，对其使用的纳米镍粉分量存在差异，可按照1：1.5:3的比例进行投放；

步骤S5，将温度下降至250℃-275℃的固体焦炭从反应器33输送至分离除渣机51中，使得固体焦炭在旋转运动过程中过滤掉残渣杂质，再将洁净的固体焦炭输送至硫酸处理器52中，并向硫酸处理器52中输入3-5分量纯度为12％-15％的硫酸溶液，持续浸泡1.5h-2h，再利用电解仪53对位于硫酸溶液中的焦炭进行恒压电解，获取膨胀石墨；

步骤S6，将膨胀石墨输送至热冲反应釜611中，控制加热器612将热冲反应釜611内的温度升高至600℃-650℃，与此同时，向混合反应釜71中导入2-4分量纯度为40％-45％的水-醇溶液，需要说明的是，水-醇溶液可预先冷却，使其温度在-10℃-0℃的状态下进行喷灌；

步骤S7，将膨胀石墨输送至膨化器62中，在3h-4.5h时间段内通过控制可控阀72与喷灌器73向膨化器62中喷灌水-醇溶液，直至膨胀石墨的体积增大150％-175％，再将膨化后的膨胀石墨输送至干燥器63中静置5h-7h至常温，至此，膨胀后的膨胀石墨内部结构宽松，即密度与结构强度降低，其表面会出现一定数量的微孔。

步骤S2中原煤与盐酸溶液接触后温度升高至50℃-55℃后实现稀释，改性煤为流体，有助于使改性煤与石油原料进行融合。

步骤S5中电解仪53利用铅板作为阴极，且设定恒定电压为1200V。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，包括净化处理机构(1)、煅烧机构(2)、焦化机构(4)、二次石墨反应机构(5)与热冲击机构(6)，其特征在于，所述净化处理机构(1)与煅烧机构(2)之间设置有螺杆给料机构(3)，且二次石墨反应机构(5)与热冲击机构(6)之间设置有増湿催化机构(7)；

所述净化处理机构(1)包括有星形进料器(11)、闭锁料斗(12)、粉碎器(13)与除渣器(14)；

所述煅烧机构(2)包括有燃烧炉(21)、分离机(22)与冷却定型机(23)；

所述螺杆给料机构(3)包括有研磨器(31)、电磁阀(32)与反应器(33)；

所述二次石墨反应机构(5)包括有分离除渣机(51)、硫酸处理器(52)与电解仪(53)；

所述热冲击机构(6)包括有热冲反应机(61)、膨化器(62)与干燥器(63)；

所述増湿催化机构(7)包括有混合反应釜(71)、可控阀(72)与喷灌器(73)。

2.根据权利要求1所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，其特征在于，所述净化处理机构(1)、煅烧机构(2)、焦化机构(4)、二次石墨反应机构(5)与热冲击机构(6)依次设置。

3.根据权利要求2所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统及其工艺，其特征在于，所述净化处理机构(1)与煅烧机构(2)通过除渣器(14)与燃烧炉(21)相连接，且螺杆给料机构(3)中的反应器(33)与燃烧炉(21)相连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，其特征在于，所述煅烧机构(2)通过冷却定型机(23)与焦化机构(4)相连接，且二次石墨反应机构(5)通过分离除渣机(51)与焦化机构(4)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，其特征在于，所述二次石墨反应机构(5)与热冲击机构(6)通过在电解仪(53)与热冲反应机(61)相连接，且増湿催化机构(7)中的喷灌器(73)与膨化器(62)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备系统，其特征在于，所述热冲反应机(61)包括有热冲反应釜(611)与加热器(612)。

7.一种上述权利要求1-6任一所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

步骤S1，通过控制闭锁料斗(12)经星形进料器(11)向除渣器(14)中输入1-3分量石油，利用运行的粉碎器(13)对石油中的固体颗粒进行粉碎操作1-2h；

步骤S2，在粉碎过程中，向研磨器(31)中输入0.5-1.5分量的原煤，并开启研磨器(31)对原煤进行粉碎，通过控制电磁阀(32)向研磨器(31)中的原煤添加1-1.5分量纯度为35％-40％的盐酸溶液，以获取改性煤；

步骤S3，先将粉碎器(13)内的石油输入燃烧炉(21)中，再向燃烧炉(21)中输入改性煤，并对其混合物进行加热至100℃-110℃后输入分离机(22)中，分别获得残油、渣油与沥青，再将残油、渣油与沥青分别输送至冷却定型机(23)中冷却3h-5h；

步骤S4，将冷却至常温的残油、渣油与沥青分别输送至焦化机构(4)中，并向焦化机构(4)中投入5-10分量纳米镍粉，控制焦化机构(4)内温度在3h-4h内升至450℃-500℃直至形成焦炭；

步骤S5，将温度下降至250℃-275℃的固体焦炭从反应器(33)输送至分离除渣机(51)中，使得固体焦炭在旋转运动过程中过滤掉残渣杂质，再将洁净的固体焦炭输送至硫酸处理器(52)中，并向硫酸处理器(52)中输入3-5分量纯度为12％-15％的硫酸溶液，持续浸泡1.5h-2h，再利用电解仪(53)对位于硫酸溶液中的焦炭进行恒压电解，获取膨胀石墨；

步骤S6，将膨胀石墨输送至热冲反应釜(611)中，控制加热器(612)将热冲反应釜(611)内的温度升高至600℃-650℃，与此同时，向混合反应釜(71)中导入2-4分量纯度为40％-45％的水-醇溶液；

步骤S7，将膨胀石墨输送至膨化器(62)中，在3h-4.5h时间段内通过控制可控阀(72)与喷灌器(73)向膨化器(62)中喷灌水-醇溶液，直至膨胀石墨的体积增大150％-175％，再将膨化后的膨胀石墨输送至干燥器(63)中静置5h-7h至常温。

8.根据权利要求6所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中原煤与盐酸溶液接触后温度升高至50℃-55℃后实现稀释，改性煤为流体。

9.根据权利要求6所述的一种用于催化气化的石油焦炭组合物的制备工艺，其特征在于，所述步骤S5中电解仪(53)利用铅板作为阴极，且设定恒定电压为1200V。

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