CN111826190A - 一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，包括富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III；通过富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III将低阶富油煤进行热裂解得到富氢合成气，焦油、半焦等产物进行加氢裂化制取氢气，得到的粗原料气进行化工加工获得DMC产品，对低阶富油煤进行全产物利用，在工程化层面实现了低阶煤提油与活性焦高效转化的直接耦合，焦油收率最高可达20％以上，并在同一个系统内实现活性焦高效转化的制取高品质富氢合成气；本发明具有系统集成化程度高、能效水平高、投资强度低、运行单耗低的优势。
Description
技术领域
本发明属于煤化工领域，涉及低阶煤清洁高效转化、梯级利用技术，具体涉及一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统。
背景技术
高挥发分、高化学反应活性的“富油煤”资源本身就是宝贵的石油资源，对于保障我国能源战略安全具有重要的意义。而如何实现“富油煤”资源尤其是常规煤炭资源开采过程中所产生的70％以上的粉煤资源的成本高附加值转化，是我国进行以“富油煤”为代表的低阶煤炭资源的高效转化技术研发的主流方向，其中，如何通过技术创新，在实现“富油煤”高效提油的同时实现活性半焦的高效转化，并在二者间形成反应所需能量、反应物料的闭环平衡与直接耦合，是“富油煤”资源的高能效及高附加值转化工程化技术开发所亟需攻克的技术难题。
针对目前国内外“富油煤”资源的高附加值转化工程化技术开发及现有的低阶煤炭资源转化技术所存在的瓶颈及挑战，亟需开发一种新型高效富油煤油气联产技术的化工集成工艺装置系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，实现了低阶煤提油与活性焦高效转化的直接耦合，并在同一个系统内实现活性焦高效转化制取高品质富氢合成气。
为实现上述目的本发明采用以下方案：
一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，包括富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III；
所述的富油煤转化系统I包括活性焦转化炉、富油煤热裂解反应炉、气固分流器、冷却缓冲料斗、粉料储仓、给料器、活性焦转化炉细渣冷却缓冲器和油-气高效分离装置；通过富油煤转化系统I将富油煤转化为焦油、重油及富氢合成气；
所述的油基化工系统II包括进料预处理装置、全馏分加氢裂化装置、馏分油加氢提质装置、轻馏分转化装置、轻烃转化装置、中馏分转化装置和重油-轻烃耦合制氢单元；在油基化工系统II中以
全馏分加氢裂化装置所产生的重油、轻烃及馏分油提质装置、轻馏分转化装置、轻烃转化装置所产生的轻烃为原料在重油-轻烃耦合制氢单元制取粗氢；
所述的轻馏分转化装置、轻烃转化装置输出的产品一为C2～C4低碳烯烃；
所述的中馏分转化装置输出的产品二为以BTX为主要组成的混合芳烃；
所述的重油-轻烃耦合制氢单元的重油制氢装置及轻烃制氢装置产生并汇合后的粗氢物流进入氢气提纯装置净化提纯至纯度≥95％后方作为富油煤转化系统I、油基化工系统II的合成原料；
所述的C1化工系统III包括粗原料气预处理单元、氢碳平衡转化单元、原料气提纯单元、C1化学合成单元、CO2分离提纯单元和DMC合成单元；在C1化工系统III中对富油煤转化系统I产生的粗原料气进行深度转化加工获得DMC产品，其中所用氢气来自油基化工系统II。
进一步，所述富油煤转化系统I中，富油煤热裂解反应炉底部物料入口通过阀组及衬里管道与活性焦转化炉高温气-固混合流体出口相连接，富油煤热裂解反应炉底部出口通过阀组及衬里管道与细渣冷却缓冲器入口相连接，细渣冷却缓冲器底部出口通过阀组及衬里管道与细渣显热回收系统相连接；
富油煤热裂解反应炉顶部出口一通过阀组及衬里管道与油-气高效分离装置的入口相连接，富油煤热裂解反应炉顶部出口二通过衬里管道与气固分流器入口相连接，气固分流器底部出口通过衬里管道与冷却缓冲料斗入口相连接，气固分流器气相出口输出的粗原料气物流送入油基化工系统II；冷却缓冲料斗底部出口通过阀组及衬里管道与粉料储仓入口相连接，粉料储仓底部出口通过阀组及衬里管道与给料器相连接，给料器出口与活性焦转化炉活性焦入口喷嘴相连接，活性焦转化炉底部出口通过阀组及衬里管道与粗渣显热回收系统相连接。
进一步，所述油基化工系统II中，进料预处理装置与全馏分加氢裂化装置的入口相连接，全馏分加氢裂化装置的液相出口与馏分油加氢提质装置的入口相连接，馏分油加氢提质装置的轻馏分出口与轻馏分转化装置入口相连接，馏分油加氢提质装置的中馏分出口与中馏分转化装置入口相连接，全馏分加氢裂化装置顶部的轻烃出口、馏分油加氢提质装置顶部的轻烃出口、轻馏分转化装置顶部的轻烃出口通过管道汇合后分为两个支路:支路1与轻烃转化装置的入口相连接，支路2与轻烃制氢装置的入口相连接，全馏分加氢裂化装置底部的重油出口与重油制氢装置入口相连接，重油制氢装置顶部粗氢出口与轻烃制氢装置顶部的出口汇合后与氢气提纯装置入口相连接，重油-轻烃耦合制氢单元输出的纯氢物流分别与全馏分加氢裂化装置的入口、馏分油加氢提质装置的入口及C1化工系统III的原料气提纯单元的入口相连接。
进一步，所述的重油-轻烃耦合制氢单元，包括重油制氢装置，轻烃制氢装置，氢气提纯装置。
进一步，所述轻烃制氢装置为干法重整制氢装置、湿法蒸汽重整制氢装置、氧气部分氧化法制氢装置或混合制氢装置。
进一步，所述的全馏分加氢裂化装置以富油煤转化系统I所产的焦油或重质原油、常减压渣油、页岩油、稠油；或上述重油与粉煤配制的油-煤浆中的一种或两种以上按比例组成的混合原料作为进料。
进一步，所述C1化工系统III中，来自富油煤转化系统I的粗原料气物流通过管道与粗原料气预处理装置的入口相连接，粗原料气预处理装置的出口通过管道与氢碳平衡转化单元入口相连接，氢碳平衡转化单元的出口通过管道与原料气提纯单元入口相连接，原料气提纯单元的底部出口通过管道与C1化学合成单元入口相连接，原料气提纯单元的顶部出口与C1化学合成单元顶部出口汇合后通过管道与CO2分离提纯单元入口相连接，CO2分离提纯单元的出口通过管道与DMC合成单元入口相连接，C1化学合成单元底部出口通过管道与C1化工产品下游深加工系统相连接，DMC合成单元底部出口通过管道与DMC产品储存系统相连接。
进一步，所述的活性焦转化炉以富油煤热裂解反应炉产生的活性焦为原料，以粉煤、石油焦、生物质、页岩中的一种或两种以上按比例配制而成的混合原料作为进料。
进一步，所述富油煤热裂解反应炉包括自下而上依次设置的分散区、反应区和分离区；所述活性焦转化炉包括自下而上分设置的冷却区、第一反应区和第二反应区。进一步，所述富油煤热裂解反应炉反应器内表观空速为0.5～15m/s，惰性颗粒床料的循环倍率为50～300倍，操作压力为1～10MPaG，反应温度500～800℃；所述活性焦转化炉操作压力为1～10MPaG，冷却区的温度为180～300℃，第一反应区反应温度为1300～1800℃，第二反应区的反应温度比第一反应区高1～50℃。
与现有的技术相比，本发明所产生的有益效果及竞争优势为：
1)突破了常规低阶煤转化技术路线。本发明的富油煤转化系统I中活性焦转化炉以富油煤热裂解反应炉产生的活性焦为原料，以粉煤、石油焦、生物质、页岩中的一种或两种以上按比例配制而成的混合原料作为进料。突破了常规低阶煤热解、干馏工艺对煤炭资源利用效率低、综合附加值低、焦油收率低，且通常都以块煤、粒煤为原料，所产生的合成气品质差、工艺过程污染严重等技术缺陷；
2)实现了低阶粉煤提油及半焦高效转化的直接耦合。常规的焦化工艺、低阶煤热解、块煤干馏工艺在获取少量煤焦油的同时，通常还会副产块状兰炭、半焦，副产的兰炭、半焦附加值较低，本发明通过富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III将低阶富油煤进行热裂解得到富氢合成气，焦油、半焦等产物进行加氢裂化制取氢气，得到的粗原料气进行化工加工获得DMC产品，对低阶富油煤进行全产物利用，在工程化层面实现了低阶煤提油与活性焦高效转化的直接耦合，焦油收率最高可达20％以上，并在同一个系统内实现活性焦高效转化的制取高品质富氢合成气。
3)装置性能稳定、可靠。现阶段的低阶煤热、干馏技术均存在工艺流程冗长、设备结构复杂、系统集成化程度低、装置运行苛刻度高，无法实现长周期、稳定、安全运行，基于本发明所述的一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置核心设备的独特结构设计及诸元工艺过程耦合、操作条件温和等竞争优势，可实现连续、安全稳定运行。
4)装置运行成本低。相比常规工艺技术，本发明所公开的全新的低阶煤高效油气联产并深度转化生产高附加值化工产品的集成系统具有系统操作苛刻度低、系统集成化程度高、能效水平高、投资强度低、运行单耗低等显著的竞争优势。
附图说明
图1为本发明的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统示意图
图中：10-活性焦转化炉、20-富油煤热裂解反应炉、30-气固分流器、40-冷却缓冲料斗、50-粉料储仓、60-给料器、70-细渣冷却缓冲器、80-油-气高效分离装置；300-进料预处理装置、400-全馏分加氢裂化装置、500-馏分油加氢提质装置、600-轻馏分转化装置、610-轻烃转化装置、620-产品一、630-产品二、650-中馏分转化装置、700-粗原料气预处理单元、701-粗原料气物流、710-氢碳平衡转化单元、720-原料气提纯单元、730-C1化学合成单元、740-CO2分离提纯单元、750-DMC合成单元、760-C1化工产品下游深加工系统、770-DMC产品储存系统、800-重油-轻烃耦合制氢单元、810-重油制氢装置、820-轻烃制氢装置、830-氢气提纯装置、850-粗氢物流、860-第一提纯氢气物流、870-第二提纯氢气物流、21-富油煤热裂解反应炉底部物料入口、22-富油煤热裂解反应炉顶部出口一、23-富油煤热裂解反应炉顶部出口二、24-富油煤热裂解反应炉底部出口、11-活性焦转化炉高温气-固混合流体出口、12-活性焦转化炉活性焦入口喷嘴、71-细渣冷却缓冲器入口、72-细渣冷却缓冲器底部出口、108-细渣显热回收系统、31-气固分流器入口、107-粗渣显热回收系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1，一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，包括富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III；
所述的富油煤转化系统I包括活性焦转化炉10、富油煤热裂解反应炉20、气固分流器30、冷却缓冲料斗40、粉料储仓50、给料器60、活性焦转化炉细渣冷却缓冲器70、油-气高效分离装置80。
富油煤热裂解反应炉底部物料入口21通过阀组及衬里管道与活性焦转化炉高温气-固混合流体出口11相连接，富油煤热裂解反应炉底部出口24通过阀组及衬里管道与细渣冷却缓冲器入口71相连接，细渣冷却缓冲器底部出口72通过阀组及衬里管道与细渣显热回收系统108相连接。
富油煤热裂解反应炉顶部出口一22通过阀组及衬里管道与油-气高效分离装置80的入口相连接，富油煤热裂解反应炉顶部出口二23通过衬里管道与气固分流器入口31相连接，气固分流器30底部出口通过衬里管道与冷却缓冲料斗40入口相连接，气固分流器30气相出口输出的粗原料气物流701送入油基化工系统II；冷却缓冲料斗40底部出口通过阀组及衬里管道与粉料储仓50入口相连接，粉料储仓50底部出口通过阀组及衬里管道与给料器60相连接，给料器60出口与活性焦转化炉活性焦入口喷嘴12相连接，活性焦转化炉10底部出口通过阀组及衬里管道与粗渣显热回收系统107相连接。
所述的活性焦转化炉10可以富油煤热裂解反应炉20产生的活性焦为原料、粉煤、石油焦、生物质、页岩等富碳原料中的一种或两种以上按比例配制而成的混合原料作为进料。
所述的油基化工系统II包括进料预处理装置300、全馏分加氢裂化装置400、馏分油加氢提质装置500、轻馏分转化装置600、轻烃转化装置610、中馏分转化装置650、重油-轻烃耦合制氢单元800。所述的重油-轻烃耦合制氢单元800，包括重油制氢装置810，轻烃制氢装置820，氢气提纯装置830。
所述的全馏分加氢裂化装置400以富油煤转化系统I所产的焦油、重质原油、常减压渣油、页岩油、稠油、油-煤浆中的一种或两种以上按比例配制而成的混合原料作为进料。进料预处理装置300与全馏分加氢裂化装置400的入口相连接，全馏分加氢裂化装置400的液相出口与馏分油加氢提质装置500的入口相连接，馏分油加氢提质装置500的轻馏分出口与轻馏分转化装置600入口相连接，馏分油加氢提质装置500的中馏分出口与中馏分转化装置650入口相连接，全馏分加氢裂化装置400顶部的轻烃出口、馏分油加氢提质装置500顶部的轻烃出口、轻馏分转化装置600顶部的轻烃出口通过管道汇合后分为两个支路:支路1与轻烃转化装置610的入口相连接，支路2与轻烃制氢装置820的入口相连接，全馏分加氢裂化装置400底部的重油出口与重油制氢装置810入口相连接，重油制氢装置810顶部粗氢出口与轻烃制氢装置820顶部的出口汇合后与氢气提纯装置830入口相连接，重油-轻烃耦合制氢单元800输出的提纯氢气物流分为两个支路，其中，第二提纯氢气物流870与全馏分加氢裂化装置400的入口、馏分油加氢提质装置500的入口相连接，第一提纯氢气物流860与C1化工系统III的原料气提纯单元720的入口相连接。
所述的C1化工系统III包括粗原料气预处理单元700、氢碳平衡转化单元710、原料气提纯单元720、C1化学合成单元730、CO2分离提纯单元740、DMC合成单元750。
粗原料气物流701通过管道与粗原料气预处理装置700的入口相连接，粗原料气预处理装置700的出口通过管道与氢碳平衡转化单元710入口相连接，氢碳平衡转化单元710的出口通过管道与原料气提纯单元720入口相连接，原料气提纯单元720的底部出口通过管道与C1化学合成单元730入口相连接，原料气提纯单元720的顶部出口与C1化学合成单元730顶部出口汇合后通过管道与CO2分离提纯单元740入口相连接，CO2分离提纯单元740的出口通过管道与DMC(碳酸二甲酯,)合成单元750入口相连接，C1化学合成单元730底部出口通过管道与C1化工产品下游深加工系统760相连接，DMC合成单元750底部出口通过管道与DMC产品储存系统770相连接。
所述的富油煤热裂解反应炉20包括自下而上依次设置的分散区、反应区和分离区。
所述的活性焦转化炉10包括自下而上分设置的冷却区、第一反应区和第二反应区，冷却区。
所述的轻烃制氢装置820可以是干法重整制氢、湿法蒸汽重整制氢、氧气部分氧化法制氢或混合制氢。
所述的富油煤热裂解反应炉20反应器内表观空速为0.5～15m/s，惰性颗粒床料105的循环倍率为50～300倍，操作压力为1～10MPaG，反应温度500～800℃。
所述的活性焦转化炉10操作压力为1～10MPaG，冷却区的温度为180～300℃，第一反应区反应温度为1300～1800℃，第二反应区的反应温度比第一反应区高1～50℃。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：包括富油煤转化系统I、油基化工系统II、C1化工系统III；
所述的富油煤转化系统I包括活性焦转化炉(10)、富油煤热裂解反应炉(20)、气固分流器(30)、冷却缓冲料斗(40)、粉料储仓(50)、给料器(60)、活性焦转化炉细渣冷却缓冲器(70)和油-气高效分离装置(80)；通过富油煤转化系统I将富油煤转化为焦油、重油及富氢合成气；
所述的油基化工系统II包括进料预处理装置(300)、全馏分加氢裂化装置(400)、馏分油加氢提质装置(500)、轻馏分转化装置(600)、轻烃转化装置(610)、中馏分转化装置(650)和重油-轻烃耦合制氢单元(800)；在油基化工系统II中以全馏分加氢裂化装置(400)所产生的重油、轻烃及馏分油提质装置(500)、轻馏分转化装置(600)、轻烃转化装置(610)所产生的轻烃为原料在重油-轻烃耦合制氢单元(800)制取粗氢；
所述的轻馏分转化装置(600)、轻烃转化装置(610)输出的产品一(620)为C2～C4低碳烯烃；
所述的中馏分转化装置(650)输出的产品二(630)为以BTX为主要组成的混合芳烃；
所述的重油-轻烃耦合制氢单元(800)的重油制氢装置(810)及轻烃制氢装置(820)产生并汇合后的粗氢物流(850)进入氢气提纯装置(830)净化提纯至纯度≥95％后方作为富油煤转化系统I、油基化工系统II的合成原料；
所述的C1化工系统III包括粗原料气预处理单元(700)、氢碳平衡转化单元(710)、原料气提纯单元(720)、C1化学合成单元(730)、CO2分离提纯单元(740)和DMC合成单元(750)；在C1化工系统III中对富油煤转化系统I产生的粗原料气进行深度转化加工获得DMC产品，其中所用氢气来自油基化工系统II。
2.根据权利要求1所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述富油煤转化系统I中，富油煤热裂解反应炉底部物料入口(21)通过阀组及衬里管道与活性焦转化炉高温气-固混合流体出口(11)相连接，富油煤热裂解反应炉底部出口(24)通过阀组及衬里管道与细渣冷却缓冲器入口(71)相连接，细渣冷却缓冲器底部出口(72)通过阀组及衬里管道与细渣显热回收系统(108)相连接；
富油煤热裂解反应炉顶部出口一(22)通过阀组及衬里管道与油-气高效分离装置(80)的入口相连接，富油煤热裂解反应炉顶部出口二(23)通过衬里管道与气固分流器入口(31)相连接，气固分流器(30)底部出口通过衬里管道与冷却缓冲料斗(40)入口相连接，气固分流器(30)气相出口输出的粗原料气物流(701)送入油基化工系统II；冷却缓冲料斗(40)底部出口通过阀组及衬里管道与粉料储仓(50)入口相连接，粉料储仓(50)底部出口通过阀组及衬里管道与给料器(60)相连接，给料器(60)出口与活性焦转化炉活性焦入口喷嘴(12)相连接，活性焦转化炉(10)底部出口通过阀组及衬里管道与粗渣显热回收系统(107)相连接。
3.根据权利要求1所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述油基化工系统II中，进料预处理装置(300)与全馏分加氢裂化装置(400)的入口相连接，全馏分加氢裂化装置(400)的液相出口与馏分油加氢提质装置(500)的入口相连接，馏分油加氢提质装置(500)的轻馏分出口与轻馏分转化装置(600)入口相连接，馏分油加氢提质装置(500)的中馏分出口与中馏分转化装置(650)入口相连接，全馏分加氢裂化装置(400)顶部的轻烃出口、馏分油加氢提质装置(500)顶部的轻烃出口、轻馏分转化装置(600)顶部的轻烃出口通过管道汇合后分为两个支路:支路1与轻烃转化装置(610)的入口相连接，支路2与轻烃制氢装置(820)的入口相连接，全馏分加氢裂化装置(400)底部的重油出口与重油制氢装置(810)入口相连接，重油制氢装置(810)顶部粗氢出口与轻烃制氢装置(820)顶部的出口汇合后与氢气提纯装置(830)入口相连接，重油-轻烃耦合制氢单元(800)输出的提纯氢气物流分为两个支路，其中，第二提纯氢气物流(870)与全馏分加氢裂化装置(400)的入口、馏分油加氢提质装置(500)的入口相连接，第一提纯氢气物流(860)与C1化工系统III的原料气提纯单元(720)的入口相连接。
4.根据权利要求3所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述的重油-轻烃耦合制氢单元(800)，包括重油制氢装置(810)，轻烃制氢装置(820)，氢气提纯装置(830)。
5.根据权利要求4所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述轻烃制氢装置(820)为干法重整制氢装置、湿法蒸汽重整制氢装置、氧气部分氧化法制氢装置或混合制氢装置。
6.根据权利要求3所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其或特征在于：所述的全馏分加氢裂化装置(400)以富油煤转化系统I所产的焦油重质原油、常减压渣油、页岩油、稠油或上述重油与粉煤配制的油-煤浆中的一种或两种以上按比例组成的混合原料作为进料。
7.根据权利要求1所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述C1化工系统III中，来自富油煤转化系统I的粗原料气物流(701)通过管道与粗原料气预处理装置(700)的入口相连接，粗原料气预处理装置(700)的出口通过管道与氢碳平衡转化单元(710)入口相连接，氢碳平衡转化单元(710)的出口通过管道与原料气提纯单元(720)入口相连接，原料气提纯单元(720)的底部出口通过管道与C1化学合成单元(730)入口相连接，原料气提纯单元(720)的顶部出口与C1化学合成单元(730)顶部出口汇合后通过管道与CO2分离提纯单元(740)入口相连接，CO2分离提纯单元(740)的出口通过管道与DMC合成单元(750)入口相连接，C1化学合成单元(730)底部出口通过管道与C1化工产品下游深加工系统(760)相连接，DMC合成单元(750)底部出口通过管道与DMC产品储存系统(770)相连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述的活性焦转化炉(10)以富油煤热裂解反应炉(20)产生的活性焦为原料，以粉煤、石油焦、生物质、页岩中的一种或两种以上按比例配制而成的混合原料作为进料。
9.根据权利要求1-7任一项所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述富油煤热裂解反应炉(20)包括自下而上依次设置的分散区、反应区和分离区；所述活性焦转化炉(10)包括自下而上分设置的冷却区、第一反应区和第二反应区。
10.根据权利要求1-7任一项所述的基于富油煤油气联产技术的化工集成系统，其特征在于：所述富油煤热裂解反应炉(20)反应器内表观空速为0.5～15m/s，惰性颗粒床料(105)的循环倍率为50～300倍，操作压力为1～10MPaG，反应温度500～800℃；所述活性焦转化炉(10)操作压力为1～10MPaG，冷却区的温度为180～300℃，第一反应区反应温度为1300～1800℃，第二反应区的反应温度比第一反应区高1～50℃。
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| CN212800244U (zh) * | 2020-08-13 | 2021-03-26 | 杭州联烃能源科技研究有限公司 | 一种基于富油煤油气联产技术的化工集成系统 |
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