CN206428193U - 一种煤加氢热解的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤加氢热解的系统。该系统包括煤加氢热解单元、旋风分离单元、液化残渣除尘单元以及液化残渣处理单元；煤加氢热解单元包括煤粉喷嘴、富氢气体喷嘴、激冷液化残渣喷嘴、混合半焦出口和热解混合物出口；旋风分离单元设有热解混合物入口、半焦出口以及除尘煤气1出口；液化残渣除尘单元设有除尘煤气1入口、除尘煤气2出口以及含尘液化残渣出口；液化残渣处理单元设置有液态含尘液化残渣入口和固态液化残渣粉出口。根据本实用新型提供的系统，根据液化残渣的特性，能够同时解决加氢热解过程中激冷剂的选择及粗煤气的除尘问题。
Description
技术领域
本实用新型属于化工技术领域，尤其涉及一种煤加氢热解的系统。
背景技术
煤加氢热解是指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下反应生成富甲烷气以及轻质油品的过程。与传统的煤热解相比，煤加氢热解具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。但是，目前煤粉加氢热解一般采用气流床，且热解温度较高，因此反应结束后的气固相先经激冷剂激冷，使热解产物的温度降低后进入后续分离过程，气固相的分离或通过改变反应器的半径，改变气体流动速度，或通过多级旋风分离的方法，但由于热解煤粉的粒度较小，因此在分离后的油气产物中存在较高的粉尘含量，这样不仅会增大油气产品的后续利用，而且会造成大量固体煤粉或半焦的浪费。因此，必须寻找一种合适的方法，能降低油气产品中的粉尘量，并使其回收利用。
在煤直接液化生产过程中，液化残渣的量约为原煤质量的30％，产量巨大。液化残渣为一种高炭、高挥发分、含有液化催化剂的物质，其在一定温度下会发生软化，产生流动性，且具有很强的粘结性，若进一步升高温度，在绝氧环境下热解热解会产生大量的油气产品，因此液化残渣的利用研究具有很重要的意义。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种中低阶煤粉加氢热解的系统和方法，根据液化残渣的特性，以同时解决加氢热解过程中激冷剂的选择及粗煤气的除尘问题。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种煤加氢热解的系统，包括 煤加氢热解单元、旋风分离单元、液化残渣除尘单元以及液化残渣处理单元；其中，
所述煤加氢热解单元包括煤粉喷嘴、富氢气体喷嘴、激冷液化残渣喷嘴、混合半焦出口和热解混合物出口，在所述煤加氢热解单元，煤粉与富氢气体反应的产物在激冷液化残渣激冷后热解形成粗煤气；
所述旋风分离单元设有热解混合物入口、半焦出口以及除尘煤气1出口，所述热解混合物入口与所述热解混合物出口相连，所述旋风分离单元用于对所述粗煤气进行处理得到除尘煤气1；
所述液化残渣除尘单元设有除尘煤气1入口、除尘煤气2出口以及含尘液化残渣出口；所述除尘煤气1入口与所述除尘煤气1出口相连；所述液化残渣除尘单元用于对所述除尘煤气1处理得到除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；
所述液化残渣处理单元设置有液态含尘液化残渣入口和固态液化残渣粉出口，所述液态含尘液化残渣入口和所述含尘液化残渣出口相连，所述固态液化残渣粉出口和所述激冷液化残渣喷嘴相连，所述液化残渣处理单元用于对所述含尘煤液化残渣油浆进行冷却和破碎筛分。
进一步地，所述系统还包括油气分离单元，所述油气分离单元设有除尘煤气2入口、循环冷却水入口、循环冷却水出口、轻油出口、净煤气出口以及重质焦油出口，所述除尘煤气2入口与所述除尘煤气2出口相连，所述油气分离单元用于对除尘煤气2进行处理得到净煤气、重质焦油和轻质焦油。
具体地，所述煤加氢热解单元使用的装置是气流床加氢热解炉。
所述旋风分离单元使用的装置是旋风分离器。
所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器。
所述油气分离单元使用的装置是水喷淋装置。
进一步地，所述油气分离单元内的冷却水入口管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴交错排列，所述冷却水入口管垂直方向上设有挡板，且所述挡板的低端位于所述净煤气出口的下方。
具体地，所述液化残渣处理单元包括液化残渣冷却罐以及破碎装置。
所述液化残渣冷却罐设置有所述液态含尘液化残渣入口和冷却后液化残渣出口。
所述破碎装置设有冷却后液化残渣入口和所述固态液化残渣粉出口，所述冷却后液化残渣入口和所述冷却后液化残渣出口相连。
进一步地，所述煤加氢热解单元包括反应区、激冷区和混合半焦储存区。
所述反应区设有所述反应煤粉喷嘴、所述富氢气体喷嘴和所述热解混合物出口，所述富氢气体喷嘴的个数为偶数，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周，所述煤粉喷嘴设置在所述气流床加氢热解炉炉顶。
所述激冷区设有所述激冷液化残渣喷嘴，所述激冷液化残渣喷嘴设置在所述反应区下方的炉壁上，所述激冷液化残渣喷嘴的个数为偶数，对称分布在炉体的四周。
所述混合半焦储存区设有混合半焦挡板、混合半焦刮板和所述混合半焦出口，所述混合半焦出口设置在所述气流床加氢热解炉的底端。
所述混合半焦挡板与水平方向的夹角为30-75°。
在本实用新型中，首先，利用液态液化残渣粘度高的特性，对热解粗煤气进行除尘；其次，当液化残渣中含尘量达到50％以上时，将其冷却后粉碎，作为固体激冷剂加入热解炉，对热解产物进行激冷，在起到激冷剂作用的同时，可充分利用热解半焦的显热，使喷入的液化残渣及携带的粉尘发生热解反应，达到液化残渣高附加值利用的目的，并使气体携带的粉尘在热解炉内再次热解，进一步产生油气产品，同时利用固体激冷剂的冲击，促使气固相的分离。
该实用新型具有以下有益效果：
(1)充分利用煤液化残渣的特性，将其同时作为粗煤气的除尘剂以及煤加氢热解反应的激冷剂，变废为宝；
(2)利用煤液化残渣作为除尘剂，除尘效率高，粉尘与液体煤液化残渣介质相溶性好，易于捕集粉尘；
(3)高温除尘过程中，煤液化残渣中的催化剂，对于煤气中的重质组分具有很好的催化裂解作用，提高焦油轻质组分质量；
(4)高含尘煤液化残渣作为激冷剂进入煤加氢热解炉，在起激冷 剂作用的同时，充分利用煤加氢热解混合产物的显热，发生热解，产生油气产品，提高了原料利用率，降低液化残渣热解能耗，且在整个过程中不产生污染排放。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1是本实用新型的生产工艺流程图；
图2是本实用新型的生产系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
本实用新型提出了一种煤加氢热解的方法，如图1，包括以下步骤：
第一步：煤粉加氢热解：将热解原料煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴和富氢气体喷嘴喷入煤加氢热解炉，充分混合后发生加氢热解反应；
热解反应后的混合物进入激冷室，与激冷剂液化残渣直接接触后降温至600℃以下，以防止二次反应；同时，激冷剂液化残渣在热解产物携带的高温下发生热解，产生热解油气，并与煤加氢热解所得产物混合，共同形成粗煤气，从油气出口采出；
所述煤粉的粒度＜100um；所述液化残渣的粒度＜1mm；
所述煤粉与富氢气体中氢气的质量比为1:0.2-0.5；
煤粉加氢热解反应的温度为800-1000℃；反应压力为2-4MPa，热解时间＜2s；
第二步：旋风分离：热解混合物从激冷室进入旋风分离器，进行一级分离，分离出5-100um以上的半焦，进入半焦系统，而由旋风分离器排出的油气混合物从顶端排出，得到除尘煤气1；
第三步：液化残渣除尘：由旋风分离器排出的除尘煤气1进入液态液化残渣容器，与液态的液化残渣进行直接接触后，得到除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；
所述液态液化残渣的温度为240-360℃；
第四步：油气分离：经液化残渣除尘后的除尘煤气2进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；
第五步：含尘液化残渣油浆处理：所述接触洗涤后得到的含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆排出到液化残渣冷却罐内冷却变为固体液化残渣，所得固体含尘液化残渣经破碎筛分后，作为激冷剂喷入煤加氢热解反应器内，液化残渣与所含粉尘共同作为激冷剂的同时发生热解，从而进一步获取油气资源。
本实用新型还提出了一种煤加氢热解的系统，如图2：
本实用新型所描述的系统由煤加氢热解单元1、旋风分离单元2、液化残渣除尘单元3、油气分离单元4以及液化残渣处理单元5组成。
煤加氢热解单元1的装置可以是气流床加氢热解炉，包括反应区1-1、激冷区1-2和混合半焦储存区1-3；
反应区1-1设有反应煤粉喷嘴11、富氢气体喷嘴12和热解混合物出口13；所述富氢气体喷嘴12的个数为偶数，对称排列在煤粉喷嘴11的四周；且所述煤粉喷嘴11设置在热解炉炉顶，以便煤粉与富氢气体的充分混合；
激冷区1-2设有激冷液化残渣喷嘴14；所述激冷液化残渣喷嘴14设置在热解炉反应区1-1下方的热解炉侧壁上，以便使热解半焦与激冷 液化残渣进行充分混合；所述激冷液化残渣喷嘴14的个数为偶数，对称分布在炉体四周；
混合半焦储存区1-3设有混合半焦挡板15、混合半焦刮板16和混合半焦出口17；所述混合半焦挡板与水平夹角为30-75°，以便混合半焦的出料以及热解半焦与激冷半焦的混合；所述混合半焦出口设置在热解炉的底端，以加大出料口与激冷液化残渣入口的距离；
旋风分离单元2的装置可以是旋风分离器，设有热解混合物入口21、半焦出口22以及除尘煤气1出口23；所述热解混合物入口21与煤加氢热解单元1的热解混合物出口13相连；
液化残渣除尘单元3的装置可以是高温密闭保温容器，设有除尘煤气1入口31、除尘煤气2出口32以及含尘液化残渣出口33；所述除尘煤气1入口31与旋风分离单元2除尘煤气1出口23相连；
油气分离单元4的装置可以是水喷淋装置，设有除尘煤气2入口41、循环冷却水入口42、循环冷却水出口43、净煤气出口46、轻油出口47、以及重质焦油出口48；所述除尘煤气2入口41与液化残渣除尘单元3的除尘煤气2出口32相连；所述冷却水入口管上设置有多个喷嘴44；所述喷嘴的方向交错排列，以保证冷却水与除尘煤气2的充分接触；所述喷淋塔内与冷却水入口管垂直方向设置挡板45，且挡板的低端位于净煤气出口46的下方，进一步保证冷却水与荒煤气的充分接触；
液化残渣处理单元5的装置包括液化残渣冷却罐5-1以及破碎装置5-2；所述液化残渣冷却罐5-1设置有液态含尘液化残渣入口51；
所述含尘液化残渣入口51与液化残渣除尘单元3的含尘液化残渣出口33相连；所述液态液化残渣在冷却罐5-1内冷却后取出，从破碎装置的入口53进入破碎装置，破碎后的固态液化残渣粉从破碎装置出口54输出；
所述破碎装置出口54与煤加氢热解单元1的激冷液化残渣喷嘴14相连。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
实施例1
利用本实用新型的系统，将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴11和富氢气体喷嘴12喷入热解炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比为1:0.2，并在900℃，2MPa下发生热解反应，反应时间不超过2s；热解混合物在激冷室内与激冷液化残渣直接接触，降温至600℃以下；同时，激冷剂液化残渣在热解产物携带的高温下发生热解，产生热解油气，并与煤加氢热解所得产物混合，共同形成粗煤气和热解半焦，粗煤气从热解混合物出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；
热解混合物从激冷室进入旋风分离器，进行一级分离，分离出5-100um以上的半焦，进入半焦系统，而由旋风分离器排出的油气混合物从顶端排出，得到除尘煤气1；除尘煤气1进入液态液化残渣容器，与240℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气2进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆排出到液化残渣冷却罐内冷却变为固体液化残渣，所得固体含尘液化残渣经破碎筛分后，作为激冷剂喷入煤加氢热解反应器内，液化残渣与所含粉尘共同作为激冷剂的同时发生热解，从而进一步获取油气资源。
实施例2
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴11和富氢气体喷嘴12喷入热解炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比为1:0.5，并在900℃，4MPa 下发生热解反应，反应时间不超过2s；热解混合物在激冷室内与激冷液化残渣直接接触，降温至600℃以下；同时，激冷剂液化残渣在热解产物携带的高温下发生热解，产生热解油气，并与煤加氢热解所得产物混合，共同形成粗煤气和热解半焦，粗煤气从热解混合物出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；
热解混合物从激冷室进入旋风分离器，进行一级分离，分离出5-100um以上的半焦，进入半焦系统，而由旋风分离器排出的油气混合物从顶端排出，得到除尘煤气1；除尘煤气1进入液态液化残渣容器，与360℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气2进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆排出到液化残渣冷却罐内冷却变为固体液化残渣，所得固体含尘液化残渣经破碎筛分后，作为激冷剂喷入煤加氢热解反应器内，液化残渣与所含粉尘共同作为激冷剂的同时发生热解，从而进一步获取油气资源。
实施例3
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴11和富氢气体喷嘴12喷入热解炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比为1:0.3，并在800℃，3MPa下发生热解反应，反应时间不超过2s；热解混合物在激冷室内与激冷液化残渣直接接触，降温至600℃以下；同时，激冷剂液化残渣在热解产物携带的高温下发生热解，产生热解油气，并与煤加氢热解所得产物混合，共同形成粗煤气和热解半焦，粗煤气从热解混合物出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；
热解混合物从激冷室进入旋风分离器，进行一级分离，分离出5-100um以上的半焦，进入半焦系统，而由旋风分离器排出的油气混合 物从顶端排出，得到除尘煤气1；除尘煤气1进入液态液化残渣容器，与300℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气2进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆排出到液化残渣冷却罐内冷却变为固体液化残渣，所得固体含尘液化残渣经破碎筛分后，作为激冷剂喷入煤加氢热解反应器内，液化残渣与所含粉尘共同作为激冷剂的同时发生热解，从而进一步获取油气资源。
实施例4
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于100um的煤粉和富氢气体分别通过煤粉喷嘴11和富氢气体喷嘴12喷入热解炉内，煤粉与富氢气体在下行的过程中充分混合，所述煤粉与所述富氢气体中氢气的质量比为1:0.4，并在1000℃，3MPa下发生热解反应，反应时间不超过2s；热解混合物在激冷室内与激冷液化残渣直接接触，降温至600℃以下；同时，激冷剂液化残渣在热解产物携带的高温下发生热解，产生热解油气，并与煤加氢热解所得产物混合，共同形成粗煤气和热解半焦，粗煤气从热解混合物出口采出，热解半焦从炉底的半焦出口采出；
热解混合物从激冷室进入旋风分离器，进行一级分离，分离出5-100um以上的半焦，进入半焦系统，而由旋风分离器排出的油气混合物从顶端排出，得到除尘煤气1；除尘煤气1进入液态液化残渣容器，与320℃液化残渣进行直接接触，得除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气2进入油气分离单元，经水喷淋降温进一步除尘，得到净煤气；喷淋后的液体经油水分离后，得到重质焦油和轻质焦油，水循环利用；含尘煤液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆排出到液化残渣冷却罐内冷却变为固体液化残渣，所得固体含尘液化残渣经破碎筛分后，作为激冷剂喷入煤加氢热解 反应器内，液化残渣与所含粉尘共同作为激冷剂的同时发生热解，从而进一步获取油气资源。
Claims (6)
1.一种煤加氢热解的系统，包括煤加氢热解单元、旋风分离单元、液化残渣除尘单元以及液化残渣处理单元；其中，
所述煤加氢热解单元包括煤粉喷嘴、富氢气体喷嘴、激冷液化残渣喷嘴、混合半焦出口和热解混合物出口，在所述煤加氢热解单元，煤粉与富氢气体反应的产物在激冷液化残渣激冷后热解形成粗煤气；
所述旋风分离单元设有热解混合物入口、半焦出口以及除尘煤气1出口，所述热解混合物入口与所述热解混合物出口相连，所述旋风分离单元用于对所述粗煤气进行处理得到除尘煤气1；
所述液化残渣除尘单元设有除尘煤气1入口、除尘煤气2出口以及含尘液化残渣出口；所述除尘煤气1入口与所述除尘煤气1出口相连；所述液化残渣除尘单元用于对所述除尘煤气1处理得到除尘煤气2以及含尘煤液化残渣油浆；
所述液化残渣处理单元设置有液态含尘液化残渣入口和固态液化残渣粉出口，所述液态含尘液化残渣入口和所述含尘液化残渣出口相连，所述固态液化残渣粉出口和所述激冷液化残渣喷嘴相连，所述液化残渣处理单元用于对所述含尘煤液化残渣油浆进行冷却和破碎筛分。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括油气分离单元，所述油气分离单元设有除尘煤气2入口、循环冷却水入口、循环冷却水出口、轻油出口、净煤气出口以及重质焦油出口，所述除尘煤气2入口与所述除尘煤气2出口相连，所述油气分离单元用于对除尘煤气2进行处理得到净煤气、重质焦油和轻质焦油。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述煤加氢热解单元使用的装置是气流床加氢热解炉；
所述旋风分离单元使用的装置是旋风分离器；
所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器；
所述油气分离单元使用的装置是水喷淋装置。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述油气分离单元内的冷却水入口管上设置有多个喷嘴，所述喷嘴交错排列，所述冷却水入口管垂直方向上设有挡板，且所述挡板的低端位于所述净煤气出口的下方。
5.根据权利要求1-4任一所述的系统，其特征在于，
所述液化残渣处理单元包括液化残渣冷却罐以及破碎装置；
所述液化残渣冷却罐设置有所述液态含尘液化残渣入口和冷却后液化残渣出口；
所述破碎装置设有冷却后液化残渣入口和所述固态液化残渣粉出口，所述冷却后液化残渣入口和所述冷却后液化残渣出口相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述煤加氢热解单元包括反应区、激冷区和混合半焦储存区；
所述反应区设有所述反应煤粉喷嘴、所述富氢气体喷嘴和所述热解混合物出口，所述富氢气体喷嘴的个数为偶数，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周，所述煤粉喷嘴设置在所述煤加氢热解单元顶部；
所述激冷区设有所述激冷液化残渣喷嘴，所述激冷液化残渣喷嘴设置在所述反应区下方的炉壁上，所述激冷液化残渣喷嘴的个数为偶数，对称分布在炉体的四周；
所述混合半焦储存区设有混合半焦挡板、混合半焦刮板和所述混合半焦出口，所述混合半焦出口设置在所述煤加氢热解单元的底端；
所述混合半焦挡板与水平方向的夹角为30-75°。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106497594A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-03-15 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种煤加氢热解的系统和方法 |
| CN114479889A (zh) * | 2020-11-13 | 2022-05-13 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 生产煤焦油的方法及装置、煤制燃料油的方法及装置 |
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