CN115125044B - 一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，低阶煤被制成粗煤粉、细煤粉，粗煤粉被热解及气化后，副产油泥返回被热解，副产粗灰、细灰和含酚废水用于制焦煤浆，所产一体化煤气、焦油被进一步深度转化。细煤粉被制成焦煤浆后被气化，所产煤基合成气经变换净化及分离后，产出二氧化碳、硫化氢、氢气、富氢合成气。天然气与水蒸气共转化后产出气基合成气，部分送去与煤基合成气混合，另一部分与部分一体化煤气被深加工后产出含氧有机物、燃料油、润滑油基础油、低芳溶剂油，过程中副产废水制焦煤浆，副产合成尾气、不凝气与另一部分一体化煤气共同燃烧发电，所产中温烟气作为粉煤干燥的热源；该方法的技术集成、经济和环保效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及低阶煤利用技术，具体涉及一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法。
背景技术
我国低阶煤储量很丰富，低阶煤的分质转化利于提高过程的综合能源转化效率，是煤炭高效清洁利用的重要方法。其中，低阶煤热解或间接液化是分质转化的重要技术组成部分。
与块煤或者籽煤热解技术相比，粉煤快速热解能够大幅提高煤焦油产品的收率，加之，原煤之中小颗粒产品的占比在随着机械化采煤技术覆盖率的不断提升而增加，从而使得粉煤快速热解技术具有很大竞争力。尤其是流化床粉煤热解气化一体化技术，该技术以粉煤在热解段快速热解所产热半焦为循环流化床气化段的碳源，以气化段所产高温合成气为热解段粉煤热解过程的热源并作为热解自由基稳定剂的氢源，实现了两个不同反应区域之间物料和热量的耦合。
然而，流化床粉煤热解气化一体化技术对原料煤粉的粒径分布范围有较严苛的要求。细粉比例高会导致多产的细焦末在反应器内难以停留致使气化段缺碳，且细粉后移至净化系统并与所产液态煤焦油混合在一起，液固分离过程中吸附带走大量焦油产物致使装置焦油收率下降；粗粉比例高会在加大进料期间气力输送过程难度的同时，降低焦油产率，且气化段易出现粉体流化异常并引发床层被烧结疤或结块，致使装置被迫停车的生产事故。
流化床气化过程加入的蒸汽有部分不能被裂解且粉煤热解副产热解水均进入气体净化系统，会产生大量含酚废水，这部分废水处理成本较高，是制约热解行业快速发展的一个关键症结。流化床粉煤热解气化一体化技术的另一症结在于，床层气化温度受到煤灰熔点限制而远低于气流床气化温度，进而导致粗灰和细灰中碳含量很高，造成资源利用不充分。
粉煤热解过程中由于旋风除尘效率的局限性，难免在气体净化系统内副产部分油泥，该油泥目前同样不能够被高值化利用。
另外，天然气与蒸汽重整制合成气技术相对成熟，但该方法所产合成气之中氢气与一氧化碳的比值相对较高，然而流化床粉煤热解气化一体化技术所产煤气中氢气与一氧化碳的比值较低，上述两种气体分别需要通过补碳、部分水煤气变换后才能满足下游油品合成的需要。
可见，针对现有低阶煤分级分质转化过程中的诸多不足，亟需开发一种能够实现中间副产物在系统内消纳、系统内物料互供热量互补、废弃物可以资源化循环利用的低阶煤分级分质高效综合转化方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，将低阶煤和天然气利用进行联产，实现系统内物料的综合转化，提高经济和环保效益。
为实现上述目的本发明采用如下技术方案：
一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，包括以下步骤：
1)、部分低阶煤被送入分级制粉单元，在发电单元所产中温烟气的烘干、输送及筛分作用下，经分级制粉单元磨制的粉煤被分割成粗煤粉、细煤粉两种规格的原料煤粉；
2)、粗煤粉与多相洗涤分离单元所副产的油泥均被送入热解气化一体化单元，在该单元内与氧气、水蒸气的混合介质发生化学反应后，产出含尘含油煤气、粗灰；
3)、含尘含油煤气被通入旋风除尘单元之后，产出含油降尘煤气、细灰，其中含油降尘煤气直接被引入多相洗涤分离单元，产出油泥、一体化煤气、焦油、含酚废水、工业酚；
4)、天然气通过天然气净化单元处理后得到净化天然气，随后与水蒸气在转化单元内反应后，产出气基合成气；
5)、部分气基合成气与部分一体化煤气在煤气净化单元内处理后，产出第二净二氧化碳、第二净硫化氢、净化合成气、第二净废水；
6)、部分低阶煤与细煤粉、粗灰、细灰、含酚废水、第一净废水、第二净废水、含油废水在焦煤浆制备单元内混合磨制后输出焦煤浆；所得焦煤浆与氧气在焦煤浆气化单元内经化学反应后产出煤基合成气、灰渣；
7)、煤基合成气与部分气基合成气混合后通入气体变换净化及分离单元，经该单元处理后产出第一净二氧化碳、第一净硫化氢、氢气、富氢合成气、第一净废水；第一净二氧化碳、第二净二氧化碳混合后输出二氧化碳，第一净硫化氢、第二净硫化氢混合后经硫回收单元转化输出硫磺；
8)、净化合成气与富氢合成气混合后通入合成单元，在该单元转化后产出合成尾气、液相产物、含氧有机物；液相产物与焦油、氢气在油品提质加工单元加工后产出不凝气、含油废水、燃料油、润滑油基础油、低芳溶剂油；
9)、部分一体化煤气与合成尾气、不凝气在发电单元与空气燃烧后产出中温烟气、电力。
进一步，所述低阶煤的工业分析项目数据中空气干燥基挥发分含量不小于29％，且根据GB/T 219-2008测得该煤种所对应煤灰软化温度不低于1220℃。
进一步，所述粗煤粉、细煤粉的水分含量均不高于4％，粗煤粉之中粒径小于60μm或者大于600μm粉体的质量占比均不超过5％，细煤粉之中粒径大于60μm粉体的质量占比不超过5％。
进一步，所述氧气之中氧气分子的体积占比不低于99.2％；所述粗灰、细灰、灰渣之中碳元素的质量占比分别不低于20％、不低于25％、不高于15％，所述中温烟气的温度须高于该介质露点35℃以上；所述净化天然气之中，含硫分子总数占净化天然气总分子数的比例不超过0.5ppm。
进一步，所述热解气化一体化单元之内的热解区域和气化区域均进行着气固两相流的流态化反应过程，且热解区所产热半焦流入气化区作为气化原料而气化区所产高温合成气流入热解区为热解反应过程提供热源和还原性气氛；热解区域、气化区域反应温度分别控制在5205680℃、90051100℃范围内，反应压力均控制在0.656.8MPaG范围内。
进一步，所述氧气、水蒸气须混合后再通入热解气化一体化单元，且温度高于混合介质露点30℃以上，温度调控方案包括但不限于氧气预热、蒸汽过热、混合气加热，且正常运行期间混合介质中水蒸汽与氧气的分子数比例控制在1.5:155.5:1范围内。
进一步，所述油泥之中四氢呋喃不溶物的质量占比不低于42％，所述工业酚须满足GB/T 3709-1997之中的技术指标要求；所述焦油之中酚类物质的质量占比不超过2％；所述焦煤浆之中固体相质量占比在56％567％范围。
进一步，所述焦煤浆气化单元内反应器类型选用气流床湿法气化反应器且个数不少于2台，正常运行期间，反应温度在120051450℃范围，反应压力在257.8MPaG范围。
进一步，所述气体变换净化及分离单元之内包含但不限于水煤气变换反应装置、低温甲醇洗装置、气体变压吸附装置；所述合成单元正常运行期间，反应温度在2005250℃范围，反应压力在254.5MPaG范围；该单元所选用的催化剂中含有铁元素或钴元素之中的一种或两种。
进一步，所述氢气之中氢气分子的体积占比不低于98％，且氢气的露点不高于-10℃；所述富氢合成气、净化合成气混合后所形成的混合介质中，含硫分子总数占混合介质总分子数的比例不超过0.1ppm；所述含氧有机物包含但不限于醇类、酮类、醛类、醚类化合物，所述不凝气的露点不高于35℃，所述燃料油包含但不限于液化石油气、汽油馏分油、柴油馏分油；所述低芳溶剂油之中芳烃物质的质量占比不超过1％。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明将原煤制备单元所产煤粉按照粒度进行分级，并将粗粒度、细粒度粉煤分别作为下游流化床、气流床反应器的原料。煤粉的分级分选利用过程在充分提高下游各深加工装置加工效率的同时，有效降低了粉煤制备过程的能耗。尤其是粗粉的选用显著减少了热解气化一体化单元下游系统内的油泥量，从而降低了下游系统内焦油损失量，而将细粉用于级配制浆在显著提高焦煤浆固相浓度的同时强化了该浆体的稳定性。
第二，本发明选用流化床粉煤热解气化一体化单元作为关键加工环节，在同一个反应器内将粉煤热解所产热半焦作为流化床气化的原料，而半焦气化所产高温合成气作为粉煤热解的热源。该单元实现了粉煤热解和所产半焦气化两种反应过程中物料和热量的高度耦合，同时高效消纳了该单元下游系统内的油泥，实现了中间副产物在系统内的高质转化。
第三，本发明充分利用多相洗涤分离单元所产的含酚废水、气体变换净化及分离单元所产的第一净废水、煤气净化单元所产的第二净废水、油品提质加工单元所产的含油废水均用于制浆，在大幅降低水处理成本的同时提高了水焦煤浆的稳定性。
第四，本发明将热解气化一体化单元排出的粗灰和细灰作为焦煤浆的原料，实现了高含碳废弃物在系统内的资源化转化利用，大幅降低了固废的外排量。由于受到煤灰熔点的限制，流化床气化最高反应温度被操控在远低于气流床气化温度的区间内，致使床层内半焦转化速率很局限进而导致床层外排粗灰碳含量较高，加之旋风除尘单元所收集细灰碳含量更高，用于制浆实现了两种废弃物的深度转化。
第五，本发明将发电单元的外排中温烟气作为分级制粉单元烘干过程的惰性热源气，实现了粉煤分级分质转化过程中系统整体能效的提升。
第六，本发明将天然气转化得到的合成气与粉煤经热解气化一体化单元转化所得到的煤气混合后作为油品合成的原料气，充分利用了两种气体中氢气与一氧化碳比例差异较大的特征，辅以气体变换净化及分离单元副产的富氢合成气作为第三种原料气，实现了不同气头原料的氢碳互补，大幅减少了水煤气变换反应比例，过程节能和二氧化碳减排效果明显。
第七，本发明将粉煤热解过程所产焦油与合成气经合成单元所产液相产物共同加氢提质加工，使得全系统的规模经济效应得以提升，也使得产品的综合性能得到改善。
第八，本发明将合成单元外排的合成尾气、油品提质加工单元外排的不凝气与热解气化一体化单元下游分离出的一体化煤气一同用于燃烧发电，实现了系统内物料的综合转化，技术集成创新的经济性得以显著体现。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
其中：a、分级制粉单元；b、热解气化一体化单元；c、旋风除尘单元；d、多相洗涤分离单元；e、发电单元；f、焦煤浆制备单元；g、焦煤浆气化单元；h、气体变换净化及分离单元；i、硫回收单元；j、天然气净化单元；k、转化单元；x、煤气净化单元；y、合成单元；z、油品提质加工单元；
1、氧气；2、低阶煤；3、水蒸气；4、天然气；5、粗煤粉；6、细煤粉；7、含尘含油煤气；8、粗灰；9、净化天然气；10、含油降尘煤气；11、细灰；12、焦煤浆；13、气基合成气；14、油泥；15、一体化煤气；16、焦油；17、含酚废水；18、煤基合成气；19、第一净二氧化碳；20、第一净硫化氢；21、氢气；22、富氢合成气；23、第一净废水；24、第二净二氧化碳；25、第二净硫化氢；26、净化合成气；27、合成尾气；28、液相产物；29、不凝气；30、含油废水；31、工业酚；32、中温烟气；33、电力；34、灰渣；35、二氧化碳；36、硫磺；37、含氧有机物；38、燃料油；39、润滑油基础油；40、低芳溶剂油；41、第二净废水。
具体实施方式
下面结合附图和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。
如图1所示，一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，包括以下步骤：
1)、部分低阶煤2被送入分级制粉单元a，在发电单元e所产中温烟气32的烘干、输送及筛分作用下，经分级制粉单元a磨制的粉煤被分割成粗煤粉5、细煤粉6两种规格的原料煤粉；
2)、粗煤粉5与多相洗涤分离单元d所副产的油泥14均被送入热解气化一体化单元b，在该单元内与氧气1、水蒸气3的混合介质发生化学反应后，产出含尘含油煤气7、粗灰8；
3)、含尘含油煤气7被通入旋风除尘单元c之后，产出含油降尘煤气10、细灰11，其中含油降尘煤气10直接被引入多相洗涤分离单元d，产出油泥14、一体化煤气15、焦油16、含酚废水17、工业酚31；
4)、天然气4通过天然气净化单元j处理后得到净化天然气9，随后与水蒸气3在转化单元k内反应后，产出气基合成气13；
5)、部分气基合成气13与部分一体化煤气15在煤气净化单元x内处理后，产出第二净二氧化碳24、第二净硫化氢25、净化合成气26、第二净废水41；
6)、部分低阶煤2与细煤粉6、粗灰8、细灰11、含酚废水17、第一净废水23、第二净废水41、含油废水30在焦煤浆制备单元f内混合磨制后输出焦煤浆12。所得焦煤浆12与氧气1在焦煤浆气化单元g内经化学反应后产出煤基合成气18、灰渣34；
7)、煤基合成气18与部分气基合成气13混合后通入气体变换净化及分离单元h，经该单元处理后产出第一净二氧化碳19、第一净硫化氢20、氢气21、富氢合成气22、第一净废水23。第一净二氧化碳19、第二净二氧化碳24混合后输出二氧化碳35，第一净硫化氢20、第二净硫化氢25混合后经硫回收单元i转化输出硫磺36；
8)、净化合成气26与富氢合成气22混合后通入合成单元y，在该单元转化后产出合成尾气27、液相产物28、含氧有机物37。液相产物28与焦油16、氢气21在油品提质加工单元z加工后产出不凝气29、含油废水30、燃料油38、润滑油基础油39、低芳溶剂油40；
9)、部分一体化煤气15与合成尾气27、不凝气29在发电单元e与空气燃烧后产出中温烟气32、电力33。
所述低阶煤2的工业分析项目数据中空气干燥基挥发分含量不小于29％，且根据GB/T 219-2008测得该煤种所对应煤灰软化温度不低于1220℃。
所述粗煤粉5、细煤粉6的水分含量均不高于4％，粗煤粉5之中粒径小于60μm或者大于600μm粉体的质量占比均不超过5％，细煤粉6之中粒径大于60μm粉体的质量占比不超过5％。
所述氧气1之中氧气分子的体积占比不低于99.2％。
所述热解气化一体化单元b之内的热解区域和气化区域均进行着气固两相流的流态化反应过程，且热解区所产热半焦流入气化区作为气化原料而气化区所产高温合成气流入热解区为热解反应过程提供热源和还原性气氛。正常运行期间，热解区域、气化区域反应温度分别控制在5205680℃、90051100℃范围内，反应压力均控制在0.656.8MPaG范围内。
所述氧气1、水蒸气3须混合后再通入热解气化一体化单元b，且温度高于混合介质露点30℃以上，温度调控方案包括但不限于氧气预热、蒸汽过热、混合气加热，且正常运行期间混合介质中水蒸汽与氧气的分子数比例控制在1.5:155.5:1范围内。
所述油泥14之中四氢呋喃不溶物的质量占比不低于42％，所述工业酚31须满足GB/T 3709-1997之中的技术指标要求。
所述焦油16之中酚类物质的质量占比不超过2％。
所述焦煤浆12之中固体相质量占比在56％567％范围。
所述焦煤浆气化单元g内反应器类型选用气流床湿法气化反应器且个数不少于2台，正常运行期间，反应温度在120051450℃范围，反应压力在257.8MPaG范围。
所述气体变换净化及分离单元h之内包含但不限于水煤气变换反应装置、低温甲醇洗装置、气体变压吸附装置。
所述氢气21之中氢气分子的体积占比不低于98％，且氢气21的露点不高于-10℃。
所述富氢合成气22、净化合成气26混合后所形成的混合介质中，含硫分子总数占混合介质总分子数的比例不超过0.1ppm。
所述净化天然气9之中，含硫分子总数占净化天然气9总分子数的比例不超过0.5ppm。
所述合成单元y正常运行期间，反应温度在2005250℃范围，反应压力在254.5MPaG范围。该单元所选用的催化剂中含有铁元素或钴元素之中的一种或两种。
所述含氧有机物37包含但不限于醇类、酮类、醛类、醚类化合物，所述不凝气29的露点不高于35℃，所述燃料油38包含但不限于液化石油气、汽油馏分油、柴油馏分油。
所述低芳溶剂油40之中芳烃物质的质量占比不超过1％。
所述粗灰8、细灰11、灰渣34之中碳元素的质量占比分别不低于20％、不低于25％、不高于15％，所述中温烟气32的温度须高于该介质露点35℃以上。
以上所列出的具体实施例是为了更好的对本发明的结构原理进行说明，并不对本发明进行限制，凡在本发明内涵之内所作的任何修改、等同替换和改进等，也不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、部分低阶煤（2）被送入分级制粉单元（a），在发电单元（e）所产中温烟气（32）的烘干、输送及筛分作用下，经分级制粉单元（a）磨制的粉煤被分割成粗煤粉（5）、细煤粉（6）两种规格的原料煤粉；所述低阶煤（2）的工业分析项目数据中空气干燥基挥发分含量不小于29%，且根据GB/T 219-2008测得低阶煤（2）所对应煤灰软化温度不低于1220 ℃；所述粗煤粉（5）、细煤粉（6）的水分含量均不高于4%，粗煤粉（5）之中粒径小于60 μm或者大于600 μm粉体的质量占比均不超过5%，细煤粉（6）之中粒径大于60 μm粉体的质量占比不超过5%；
2）、粗煤粉（5）与多相洗涤分离单元（d）所副产的油泥（14）均被送入热解气化一体化单元（b），在该单元内与氧气（1）、水蒸气（3）的混合介质发生化学反应后，产出含尘含油煤气（7）、粗灰（8）；
所述热解气化一体化单元（b）之内的热解区域和气化区域均进行着气固两相流的流态化反应过程，且热解区所产热半焦流入气化区作为气化原料而气化区所产高温合成气流入热解区为热解反应过程提供热源和还原性气氛；热解区域、气化区域反应温度分别控制在520~680 ℃、900~1100 ℃范围内，反应压力均控制在0.6~6.8 MPaG范围内；
3）、含尘含油煤气（7）被通入旋风除尘单元（c）之后，产出含油降尘煤气（10）、细灰（11），其中含油降尘煤气（10）直接被引入多相洗涤分离单元（d），产出油泥（14）、一体化煤气（15）、焦油（16）、含酚废水（17）、工业酚（31）；
4）、天然气（4）通过天然气净化单元（j）处理后得到净化天然气（9），随后与水蒸气（3）在转化单元（k）内反应后，产出气基合成气（13）；
5）、部分气基合成气（13）与部分一体化煤气（15）在煤气净化单元（x）内处理后，产出第二净二氧化碳（24）、第二净硫化氢（25）、净化合成气（26）、第二净废水（41）；
6）、部分低阶煤（2）与细煤粉（6）、粗灰（8）、细灰（11）、含酚废水（17）、第一净废水（23）、第二净废水（41）、含油废水（30）在焦煤浆制备单元（f）内混合磨制后输出焦煤浆（12）；所得焦煤浆（12）与氧气（1）在焦煤浆气化单元（g）内经化学反应后产出煤基合成气（18）、灰渣（34）；所述氧气（1）之中氧气分子的体积占比不低于99.2%；所述粗灰（8）、细灰（11）、灰渣（34）之中碳元素的质量占比分别不低于20%、不低于25%、不高于15%，所述中温烟气（32）的温度须高于该介质露点35 ℃以上；所述净化天然气（9）之中，含硫分子总数占净化天然气（9）总分子数的比例不超过0.5 ppm；
7）、煤基合成气（18）与部分气基合成气（13）混合后通入气体变换净化及分离单元（h），经该单元处理后产出第一净二氧化碳（19）、第一净硫化氢（20）、氢气（21）、富氢合成气（22）、第一净废水（23）；第一净二氧化碳（19）、第二净二氧化碳（24）混合后输出二氧化碳（35），第一净硫化氢（20）、第二净硫化氢（25）混合后经硫回收单元（i）转化输出硫磺（36）；
8）、净化合成气（26）与富氢合成气（22）混合后通入合成单元（y），在该单元转化后产出合成尾气（27）、液相产物（28）、含氧有机物（37）；液相产物（28）与焦油（16）、氢气（21）在油品提质加工单元（z）加工后产出不凝气（29）、含油废水（30）、燃料油（38）、润滑油基础油（39）、低芳溶剂油（40）；
9）、部分一体化煤气（15）与合成尾气（27）、不凝气（29）在发电单元（e）与空气燃烧后产出中温烟气（32）、电力（33）。
2.根据权利要求1所述用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于：所述氧气（1）、水蒸气（3）须混合后再通入热解气化一体化单元（b），且温度高于混合介质露点30℃以上，温度调控方案包括氧气预热、蒸汽过热、混合气加热，且正常运行期间混合介质中水蒸汽与氧气的分子数比例控制在1.5:1~5.5:1范围内。
3.根据权利要求1所述用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于：所述油泥（14）之中四氢呋喃不溶物的质量占比不低于42%，所述工业酚（31）须满足GB/T 3709-1997之中的技术指标要求；所述焦油（16）之中酚类物质的质量占比不超过2%；所述焦煤浆（12）之中固体相质量占比在56%~67%范围。
4.根据权利要求1所述用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于：所述焦煤浆气化单元（g）内反应器类型选用气流床湿法气化反应器且个数不少于2台，正常运行期间，反应温度在1200~1450 ℃范围，反应压力在2~7.8 MPaG范围。
5.根据权利要求1所述用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于：所述气体变换净化及分离单元（h）之内包含水煤气变换反应装置、低温甲醇洗装置、气体变压吸附装置；所述合成单元（y）正常运行期间，反应温度在200~250 ℃范围，反应压力在2~4.5MPaG范围；该单元所选用的催化剂中含有铁元素或钴元素之中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述用低阶煤与天然气制取油品联产电的方法，其特征在于：所述氢气（21）之中氢气分子的体积占比不低于98%，且氢气（21）的露点不高于 -10 ℃；所述富氢合成气（22）、净化合成气（26）混合后所形成的混合介质中，含硫分子总数占混合介质总分子数的比例不超过0.1 ppm；所述含氧有机物（37）包含醇类、酮类、醛类、醚类化合物，所述不凝气（29）的露点不高于35 ℃，所述燃料油（38）包含液化石油气、汽油馏分油、柴油馏分油；所述低芳溶剂油（40）之中芳烃物质的质量占比不超过1%。
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