CN1912070A - 不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，解决了现有不粘结性或弱粘结性煤无法单独进行炼焦制取合成气的问题。包括：将不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；将得到的粉煤送进干馏反应器，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；将干馏煤气、焦油蒸汽进行冷后，分离出干馏煤气和煤焦油；将干馏半焦送入煤气发生器和氧气、水蒸气反应产生发生煤气和煤灰；将发生煤气送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后作为合成甲醇气。本发明的原料利用率高能够达到100％。粉煤流化干馏油收率高，可达铝甑值的150－180％。干馏半焦可全部产生发生煤气，最终只剩灰分。干馏出的液态产品加上合成气合成的液态产品要比煤炭液化的收率高。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，尤其涉及一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏及干馏半焦制取合成气的工艺。
背景技术
褐煤是一种不粘结性或弱粘结性煤，它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。长焰煤的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm，易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。气煤挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
不粘结性或弱粘结性煤包括：褐煤、长焰煤、气煤。其中含有丰富的有机质使每吨煤能产生至少50公斤煤焦油，即煤中含有5％以上的煤焦油。近年来世界范围的研究表明，褐煤、长焰煤、气煤等不粘结性或弱粘结性煤是一个储量丰富但几乎还未被很好利用的资源。国际能源署的一项估计表明，2000-2030年的未来三十年间，中国如以现在的经济增长速度发展，其增量能源需求将占世界增量能源需求的20％。可以说，未来中国经济发展的焦点在能源，能源战略是我国发展战略的重要组成部分。就目前我国已探明的一次性能源储量情况来看，我国是一个缺油、少气，而煤炭资源相对丰富的国家，“缺油、少气、富煤”是我国的基本国情。在探明的化石能源储量中煤炭占94.3％，石油天然气仅占5.7％。随着国际原油价格的不断攀升和国内逐年递增的原油需求，国内石油产量已经远远不能满足国民经济高速发展的需要。因此，为保证我国国民经济的可持续发展，优化我国能源结构，降低对石油进口的依存度，充分利用我国丰富的煤炭资源优势，大力发展煤化工高新技术产业，以煤化工产品替代石油化工产品，已经成为我国能源战略的必然选择。
现有处理褐煤、长焰煤、气煤等不粘结性或弱粘结性煤的工业化技术是将其作为发电燃料、锅炉燃料、气化原料等。现有技术无法对不粘结性或弱粘结性媒进行处理制取合成气。例如：
①炼焦：把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。但是褐煤、长焰煤、气煤等不粘结性或弱粘结性煤不能单独作为炼焦的用煤，而且只有气煤可以作为炼焦配煤的一个煤种。
②气化：气化是将煤转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。但气化受炉型、煤种、水份、粒度的限制是一种投资很高，气化效率不是很高的工艺。
③低温干馏：把煤置于550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气。但同时产生的半焦(半焦的结构与石墨相似，也是微晶层片状结构，但它的结构不像石墨那样完全有规则的排列。半焦的化学组成与原煤的煤阶、显微组分含量及热加工工程有直接关系。就有机成分而言，其元素组成主要是碳、氢和氧，原煤中的氮和硫元素在热解过程中几乎已大部分消耗，少量的氮、硫元素以杂环化合物的形式存在于半焦中。半焦中碳元素所占比例达95％，它构成半焦的骨架。)不能很好的得到利用。
④加氢液化：将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物。但目前煤液化总体液体收率为4.3吨煤出1吨油，而且投资相当高，运行成本也相当大。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种以褐煤、长焰煤、气煤为原料，且能提高原料利用率的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，包括如下步骤：
步骤1，将不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；
步骤2，将得到的粉煤送进干馏反应器进行高温加热，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；
步骤3，将所述干馏煤气、焦油蒸汽进行冷却后，分离出干馏煤气和煤焦油；
步骤4，将所述干馏半焦送入煤气发生器，和氧气、水蒸气反应产生合成气和煤灰；
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，在步骤4中所述合成气包括一氧化碳和氢气，所述煤气发生器内水蒸气、氧气的配比为4-8∶1，最佳配比为6∶1。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，还包括步骤5，将所述合成气送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后作为合成甲醇气，一氧化碳变换反应器内一氧化碳和氢气的体积比1∶2。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，还包括：
步骤5’，与步骤5同时，将热载体、步骤1得到的粉煤和步骤4得到的合成气送到干馏反应器。此步骤的作用在于，保证干流反应器内的流化条件，促进流化作用，有利于传热。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，所述热载体为高温石英砂、高温废催化剂、或步骤4得到的煤灰。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，所述干馏反应器为提升管反应器、鼓泡式流化床反应器或移动床反应器，最佳选择为为提升管反应器，其顶部设沉降器，沉降器内设三级旋分。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，干馏反应器反应条件为：操作压力0.1-0.2MPa，操作温度450-800℃，气固比1.0-20∶1(v/v)。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，干馏反应器反应压力0.18MPa，反应温度600℃，气固比4.5∶1(v/v)。
优选的：在所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺中，煤气发生器反应压力0.18Mpa，反应温度790℃，气固比4.5∶1(v/v)。
流化床反应原理：是以粒度为0-10毫米的小颗粒为原料，在煤气发生器内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。
本发明利用流化床反应原理，将粉煤送进干馏反应器同时加入热载体进行高温加热，将褐煤、长焰煤、气煤等不粘结性或弱粘结性煤中所含的挥发份气化，同时高温蒸汽、高温合成气对褐煤、长焰煤、气煤等不粘结性或弱粘结性煤中的有机物还有一定的溶解作用，即流化干馏脱油脱气。分离出焦油和干馏煤气后的干馏半焦在氧气和水蒸气的条件下，产生合成气。
本发明的原料利用率高，能够达到100％。粉煤流化干馏油收率高，可达铝甑值的150-180％。干馏半焦可全部产生发生煤气，最终只剩灰分。干馏出的液态产品加上合成气合成的液态产品要比煤炭液化的收率高，总的液态产品收率为大约3吨煤出1吨液体产品。装置运行压力低，运行安全，投资少。
附图说明
图1为本发明不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明不粘结性或弱粘结性煤包括：褐煤、长焰煤、气煤利用本工艺生产煤焦油合成气。
参照附图1，本发明一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，包括如下步骤：
步骤1，将云南先锋煤矿的不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；其粒度在0-1000微米，呈正态分布。
步骤2，将得到的粉煤送进干馏反应器进行高温加热，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；干馏反应器反应压力0.1-0.2MPa，操作温度450-800℃，气固比1.0-20∶1(v/v)，气体为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳和氮气的混和气体，固体为粉煤。干馏反应器可以使用提升管反应器、鼓泡式流化床反应器或移动床反应器。
步骤3，将所述干馏煤气、焦油蒸汽进行冷却后，分离出干馏煤气和煤焦油；
步骤4，将所述干馏半焦送入煤气发生器和氧气、水蒸气(水蒸气、氧气的体积比为4-8∶1)反应产生合成气(一氧化碳和氢气)和煤灰；煤气发生器反应压力0.18Mpa，反应温度790℃，气固比4.5∶1(v/v)，气体为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳和氮气的混和气体，固体为煤灰。将得到的高温煤灰、高温合成气与步骤1得到的粉煤送到干馏反应器。以保证干流反应器内的流化条件，促进流化作用，有利于传热。
步骤5，将所述合成气(一氧化碳和氢气)送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后可作为合成甲醇气，一氧化碳和氢气的体积比1∶2。
实施例2
本发明一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，包括如下步骤：
步骤1，将哈尔滨依兰煤矿的不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；其粒度在20-600微米，呈正态分布。为了充分加热和便于流化反应。
步骤2，将得到的粉煤送进干馏反应器，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；干馏反应器反应压力0.18MPa，操作温度600℃，气固比4.5∶1(v/v)。干馏反应器选择提升管反应器，其顶部设沉降器，沉降器内设三级旋分，最大程度减少合成气中的煤灰含量。
步骤3，将所述干馏煤气、焦油蒸汽进行冷后，分离出干馏煤气和煤焦油；
步骤4，将所述干馏半焦送入煤气发生器和氧气、水蒸气(水蒸气、氧气的体积比为4-8∶1)反应产生合成气(一氧化碳和氢气)和煤灰；煤气发生器反应压力为0.18Mpa，反应温度790℃，气固比4.5∶1(v/v)。将得到的高温煤灰与高温石英砂送到干馏反应器。以保证干流反应器内的流化条件，促进流化作用，有利于传热。
步骤5，将所述合成气(一氧化碳和氢气)送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后可作为合成甲醇气，一氧化碳和氢气的体积比1∶2。
实施例3
本发明一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，包括如下步骤：
步骤1，将陕北凉水井煤矿的不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；其粒度在20-600微米，呈正态分布。
步骤2，将得到的粉煤送进干馏反应器，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；干馏反应器反应压力0.18MPa，操作温度600℃，气固比4.5∶1(v/v)。干馏反应器选择提升管反应器，其顶部设沉降器，沉降器内设三级旋分，最大程度减少发生煤气中的煤灰含量。
步骤3，将所述干馏煤气、焦油蒸汽进行冷后，分离出干馏煤气和煤焦油；
步骤4，将所述干馏半焦送入煤气发生器和氧气、水蒸气(水蒸气、氧气的体积比为6∶1)反应产生合成气(一氧化碳和氢气)和煤灰；煤气发生器反应压力0.18Mpa，反应温度790℃，气固比4.5∶1(v/v)。将新鲜的粉煤煤灰与高温废催化剂送到干馏反应器，该催化剂的牌号为CA-2000或CC-15。以保证干流反应器内的流化条件，促进流化作用，有利于传热。
步骤5，将所述合成气(一氧化碳和氢气)送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后可作为合成甲醇气，一氧化碳和氢气的体积比1∶2。
Claims (9)
1、一种不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，包括如下步骤：
步骤1，将所述不粘结性或弱粘结性煤进行粉碎制成粉煤；
步骤2，将得到的粉煤送进干馏反应器进行高温加热，生成干馏煤气、焦油蒸汽和干馏半焦；
步骤3，将所述干馏煤气、焦油蒸汽进行冷却后，分离出干馏煤气和煤焦油；
步骤4，将所述干馏半焦送入煤气发生器和氧气、水蒸气反应产生合成气和煤灰。
2、根据权利要求1所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：在步骤4中所述合成气包括一氧化碳和氢气，所述煤气发生器内水蒸气、氧气的体积比为4-8∶1，最佳配比为6∶1。
3、根据权利要求2所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于还包括：
步骤5，将所述合成气送入一氧化碳变换反应器调整合成气成分后作为合成甲醇气，变换后一氧化碳和氢气的体积比为1∶2。
4、根据权利要求3所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于还包括：
步骤5’，与步骤5同时，将热载体、步骤1得到的粉煤和步骤4得到的合成气送到干馏反应器。
5、根据权利要求4所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：所述热载体为高温石英砂或高温废催化剂，该催化剂的牌号为CA-2000或CC-15。
6、根据权利要求5所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：所述干馏反应器为提升管反应器或鼓泡式流化床反应器或移动床反应器，最佳选择为为提升管反应器，其顶部设沉降器，沉降器内设三级旋分。
7、根据权利要求6所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：干馏反应器反应条件为：操作压力0.1-0.2MPa，操作温度450-800℃，气固比1.0-20∶1(v/v)。
8、根据权利要求7所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：干馏反应器反应压力0.18MPa，反应温度600℃，气固比4.5∶1(v/v)。
9、根据权利要求1所述的不粘结性或弱粘结性煤流化干馏制取合成气的工艺，其特征在于：煤气发生器反应压力0.18Mpa，反应温度790℃，气固比4.5∶1(v/v)。
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