CN113477186B - 一种重质焦油选择性催化提质装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种重质焦油选择性催化提质装置及其方法，涉及一种催化提质装置及其方法，该装置分为加热区和反应器，反应器内部布置设有孔隙或孔道的内构件，固体燃料从顶部给入固体燃料通道，被外侧高温区域实施热解，热解产物径向通过中心低温的固体燃料床层，轻质焦油和气体从反应器的上段区域直接进入轻质组分通道，直接排出反应器；随着床层下移，中心床层温度逐渐升高，吸附的重质焦油重新脱附，进入重质焦油通道，然后经催化剂层催化裂解提质。热解产生的半焦从反应器下段排出。本发明实现了对品质较差的重质焦油进行选择性催化裂解，提高了焦油品质，避免了轻质焦油催化裂解造成焦油收率明显下降，在焦油收率降低最小化的基础上实现了焦油品质的提升。

Description

一种重质焦油选择性催化提质装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种焦油催化裂解装置及其方法，特别是涉及一种重质焦油选择性催化提质装置及其方法。

背景技术

碳氢固体燃料包含煤、生物质、油页岩、城市固废等，目前主要的利用方式为直接燃烧和气化，这两种方式都没有高效利用固体燃料中具有高附加值的挥发分。通过热解技术可以将富氢挥发分在较温和条件下以优质液态产物和气相产物的形式析出，同时得到富碳的半焦。热解焦油可以提取高价值的芳香化学品或者加氢制取燃料油，在一定程度上弥补我国油品供给的不足，热解气热值较高，经净化后可直接作为城市煤气，还可以燃烧发电供热或者合成氨、甲醇等化学品，半焦可以作为燃料或气化原料等，因此固体燃料热解技术可以提高固体燃料的利用价值。

目前常见的热解技术按照热量来源方式可分为内热式和外热式，内热式热解传热较快，焦油产率高，但是焦油含尘量较高，容易堵塞管路；外热式热解主要通过热传导和热辐射的方式将热量传入热解室内，主要的优势是焦油含尘量低，缺点是焦油产率太低，且焦油中的重质组分含量较高，品质较差。

为解决上述问题，几十年来国内外相关人员开展了大量研究工作，如中国专利CN102703097B公开了一种用于宽粒径分布煤的干馏装置及方法，该装置内还可设置传热性能好、由耐高温材料制成的内构件，强化加热墙对燃料层和燃料层内的传热，使得煤干馏过程中所产生的气相产物能及时溢出，同时改善了传热传质效果，减少二次反应，有利于提高焦油产率与品质。

再如，CN108300504B提供了一种提高重油品质和轻油产率的方法，利用Ni基催化剂同时催化甲烷重整和重油裂解的特点，将富甲烷气体和重油(或富重油油品)同时在Ni基催化剂上进行反应，实现耦合提质，达到同时提高轻油含量和轻油产率的目的。但该方法中，重质焦油和轻质焦油全部发生催化反应，不可避免出现轻质焦油转换为重质部分和热解煤气，导致焦油产率下降。因此本领域亟需一种只对重质焦油催化提质，而轻质焦油不发生裂解的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重质焦油选择性催化提质装置及其方法，本发明对焦油中重质成分进行催化提质，既提高了焦油品质，又避免了轻质焦油在催化裂解过程中转化为半焦和气体而降低焦油产率的发生。同时，内构件热解过程可显著降低热解二次反应，提高焦油收率，同时内侧颗粒床层可过滤外侧热解挥发分的灰分，显著降低焦油的含尘量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种重质焦油选择性催化提质装置，所述装置包括外部加热炉和内部反应器，内部反应器上设置内构件，内构件上设有供挥发分通过的孔隙或孔道；内构件与反应器外壁之间形成固体燃料通道，内构件内部为挥发分通道；其中挥发分通道分为轻质组分通道和重质组分通道，轻质组分通道为挥发分通道上部区域的外侧，重质组分通道为挥发分通道的下部区域及上部区域的内侧部分；重质组分通道与催化剂床层连接。

所述的一种重质焦油选择性催化提质装置，所述重质组分通道和轻质组分通道之间用耐热钢隔断，避免轻质组分和重质组分的互窜。

一种重质焦油选择性催化提质方法，所述方法包括以下步骤：

1）碳氢固体燃料从上端进料口给入固体燃料通道，被外侧高温炉加热升温开始热解，热解产生挥发分径向流过中心低温固体燃料层，重质焦油被吸附冷凝在低温颗粒表面，轻油和热解气体经内构件上段区域直接进入轻质组分通道；

2）随着固体燃料床层下移，中心燃料床层温度逐渐升高，吸附的重质焦油重新脱附，径向从内构件下段进入重质组分通道，再经催化剂层进行催化提质，生成轻质焦油和热解气体，如H₂、CO、CO₂、CH₄；

3）轻质组分通道组分和重质组分通道催化提质的组分共同进入焦油分离回收单元和气体净化单元；

4）热解产生半焦从固体燃料通道底部排出。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，所述反应器热量由外部加热炉提供，反应器温度分布为由上到下逐渐升高，由外向内逐渐降低。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，所述固体燃料包括但不限于煤、油页岩、生物质。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法， 所述催化剂包括但不限于半焦、天然矿石、金属氧化物、分子筛。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，催化剂层通入富氢气体、水蒸气，重质焦油经催化裂解、焦油改性，生成高品质的轻质焦油和热解气体。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，重质组分通道通入空气或纯氧气体，使得该区域温度不低于重油冷凝温度（通常为500℃），以避免重油冷凝阻塞通道。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，固体燃料通道底部内侧的温度不低于固体燃料完全热解对应的温度。

所述的一种重质焦油选择性催化提质方法， 催化剂床层温度应维持在重质焦油催化效果最佳时对应的温度区间。

本发明的优点与效果是：

本发明内构件热解过程中，轻质焦油和热解气体主要从反应器上段析出，重质焦油主要在反应器下段析出，将重质组分和轻质组分分离，实现主要对焦油中重质成分进行催化提质，既提高了焦油品质，又避免了轻质焦油在催化裂解过程中转化为半焦和气体而降低焦油产率的发生。此外，内构件热解过程可显著降低热解二次反应，提高焦油收率，同时内侧颗粒床层可过滤外侧热解挥发分的灰分，显著降低焦油的含尘量。

附图说明

图1为本发明一种焦油选择性催化裂解装置示意图；

图2为本发明反应原理示意图。

图中部件：1.外部加热炉;2.反应器，其中2-1.碳氢固体燃料通道，2-2.内构件，2-3.挥发分通道：2-3-1为轻质组分通道、2-3-2为重质组分通道；3为催化剂床层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明装置包括外部加热炉和内部反应器，反应器上布置内构件，内构件上设有供挥发分通过的孔隙或孔道。内构件与反应器外壁之间形成固体燃料通道，内构件内部为挥发分通道。其中挥发分通道分为轻质组分通道和重质组分通道，轻质组分通道为挥发分通道上部区域的外侧，重质组分通道为挥发分通道的下部区域及上部区域的内侧部分。重质组分通道与催化剂床层连接。反应器热量由外部加热炉提供，反应器温度分布为由上到下逐渐升高，由外向内逐渐降低。

实施例

如图1所示，一种焦油选择性催化提质的装置，包括外部加热炉1和内部反应器2，所述的内部反应器2上设置内构件2-2，内构件2-2上设有供挥发分通过的孔隙或孔道，使得热解产生挥发分径向流动。内构件2-2与反应器2外壁之间形成固体燃料通道2-1，固体燃料通道2-1顶部设置固体燃料给料口，固体燃料通道2-1底部设置排渣口，用于排放热解形成的半焦。固体燃料通道2-1上不设有气体出口，使得热解挥发分只能通过内构件2-2上的孔隙或孔道排出。

内构件2-2内部为挥发分通道2-3。其中挥发分通道2-3分为轻质组分通道2-3-1和重质组分通道2-3-2，轻质组分通道2-3-1为挥发分通道2-3上部区域的外侧，重质组分通道2-3-2为挥发分通道2-3的下部区域及上部区域的内侧部分。重质组分通道2-3-2与催化剂床层3连接。排渣口与熄焦设备、半焦仓依次相连。

轻质组分通道出口和催化剂床层出口共同与冷却塔连接，冷却塔底部设置焦油储罐，下部设置煤气出口。

反应器2热量由外部加热炉1提供，且由于固体燃料从反应器上段加入，下部排出。因此，反应器2温度分布为由上到下逐渐升高，由外向内逐渐降低，如图2所示。

重质组分通道2-3-2和轻质组分通道2-3-1之间用耐热钢隔断，避免轻质组分和重质组分的互窜。

本发明的基于上述焦油选择性催化提质的方法，包括以下步骤：

1）碳氢固体燃料从上端进料口给入固体燃料通道2-1，被外侧高温炉1加热升温开始热解，热解产生挥发分径向流过中心低温固体燃料层，由于内侧温度低于外侧，最大限度降低了热解产生挥发分的二次反应。同时内侧燃料层可作为过滤介质，使得挥发分含尘量大幅降低。同时，当挥发分通过内侧低温燃料层时，重质焦油被吸附冷凝在低温颗粒表面，轻油和热解气体经内构件2-2上段区域直接进入轻质组分通道2-3-1。

2）随着固体燃料床层下移，中心燃料床层温度逐渐升高，吸附的重质焦油重新脱附，这部分重油径向从内构件2-2下段进入重质组分通道2-3-2，然后进入催化剂层床层3发生重油的催化裂解提质反应，使得重油裂解为轻油和热解不可凝气体，如H₂、CO、CO₂、CH₄等。

3）轻质组分通道挥发分和重质组分通道催化提质的组分共同进入冷却塔，焦油被冷凝为液体从冷凝塔底部流入焦油储罐，热解不可凝气体经净化作其他用途。

4）热解产生半焦从固体燃料通道2-1底部排出。当热解半焦作为重油裂解催化剂时，部分高温半焦直接输送到催化剂床层3，其余半焦经冷却处理后输送到半焦仓，作其他用途。

其中，催化剂床层3的催化剂包括但不限于半焦、天然矿石、金属氧化物、分子筛等。

催化剂层3可通入适量富氢气体、水蒸气，重质焦油经催化裂解、焦油改性，生成高品质的轻质焦油和热解气体。

重质组分通道2-3-2可通入适量空气，使得该区域温度不低于重油冷凝温度（通常为500℃），以避免重油冷凝阻塞通道。

固体燃料通道2-1底部内侧的温度不低于固体燃料完全热解对应的温度。

催化剂床层3温度应维持在重质焦油催化效果最佳时对应的温度区间。

需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施方法进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。

Claims (9)

1.一种重质焦油选择性催化提质装置，其特征在于，所述装置包括外部加热炉（1）和内部反应器（2），内部反应器（2）上设置内构件（2-2），内构件（2-2）上设有供挥发分通过的孔隙；内构件（2-2）与反应器（2）外壁之间形成固体燃料通道（2-1），内构件（2-2）内部为挥发分通道（2-3）；其中挥发分通道（2-3）分为轻质组分通道（2-3-1）和重质组分通道（2-3-2），轻质组分通道（2-3-1）为挥发分通道（2-3）上部区域的外侧，重质组分通道（2-3-2）为挥发分通道（2-3）的下部区域及上部区域的内侧部分；重质组分通道（2-3-2）与催化剂床层（3）连接；

所述反应器（2）热量由外部加热炉（1）提供，反应器（2）温度分布为由上到下逐渐升高，由外向内逐渐降低。

2.根据权利要求1所述的一种重质焦油选择性催化提质装置，其特征在于，所述重质组分通道（2-3-2）和轻质组分通道（2-3-1）之间用耐热钢隔断。

3.一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于，采用如权利要求1或权利要求2所述的装置，方法包括以下步骤：

1）碳氢固体燃料从上端进料口给入固体燃料通道（2-1），被外侧高温炉加热升温开始热解，热解产生挥发分径向流过中心低温固体燃料层，重质焦油被吸附冷凝在低温颗粒表面，轻油和热解气体经内构件（2-2）上段区域直接进入轻质组分通道（2-3-1）；

2）随着固体燃料床层下移，中心燃料床层温度逐渐升高，吸附的重质焦油重新脱附，径向从内构件（2-2）下段进入重质组分通道（2-3-2），再经催化剂层（3）进行催化提质，生成轻质焦油和热解气体；

3）轻质组分通道（2-3-1）组分和重质组分通道（2-3-2）催化提质的组分共同进入焦油分离回收单元和气体净化单元；

4）热解产生半焦从固体燃料通道（2-1）底部排出。

4.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于，所述固体燃料包括煤、油页岩、生物质。

5.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于， 所述催化剂包括半焦、天然矿石、金属氧化物、分子筛。

6.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于，催化剂层（3）通入富氢气体、水蒸气，重质焦油经催化裂解、焦油改性，生成高品质的轻质焦油和热解气体。

7.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于，重质组分通道（2-3-2）通入空气或纯氧气体，使得该区域温度不低于重油冷凝温度，以避免重油冷凝阻塞通道。

8.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于，固体燃料通道（2-1）底部内侧的温度不低于固体燃料完全热解对应的温度。

9.根据权利要求3所述的一种重质焦油选择性催化提质方法，其特征在于， 催化剂床层（3）温度应维持在重质焦油催化效果最佳时对应的温度区间。

Images