CN209481565U - 一种煤热解增油装置 - Google Patents

Abstract

一种煤热解增油装置，包括自左向右依次连接的煤浆制备单元、缓冲罐、管式加热炉、生焦塔、分馏塔、焦油收集单元和焦炭收集单元；其中，煤浆制备单元煤浆制备单元包括自左向右依次连接的煤粉仓、螺旋给料机、流量计、搅拌器、煤浆罐和罐底泵；罐底泵与缓冲罐相连。本实用新型从煤的热解过程机理出发，以影响煤的一次热解为核心，通过强化煤热解过程中自由基的生成和自由基的逸出来实现煤热解增油。解决现有加氢热解氢耗高的问题。低变质煤中氧含量较高，且大多以酚羟基的形式存在，加氢热解过程中会和氢自由基反应生成水。该热解工艺过程采用煤油浆进料方式，进入热解炉内热解不会有扬尘现象发生(油包煤)，解决现有煤热解工艺过程中焦油收率低的问题。

Description

一种煤热解增油装置

技术领域

本实用新型属于煤化工技术领域，涉及一种煤热解增油装置。

背景技术

近年来我国的能源化工行业取得了一定的进步与发展，但也存在着一些问题，如以高碳化石燃料为主的能源结构产生的污染问题以及大量煤炭能源利用效率较低的问题等，严重制约着我国经济绿色低碳环保的发展进程。按照国家“十三五规划”对于煤化工行业的发展要求，进一步深化煤炭的清洁转化高效利用，使煤炭从燃料向燃料加工原料利用方向过渡；发挥煤化工与传统石油化工的协同作用，推进形成我国能源产业互相补充与协调发展的格局。

目前，我国已探明煤炭储量10200亿吨，其中极具加工利用价值的低变质煤(褐煤与次烟煤)占55％，蕴含于其中的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。煤热解产物(煤焦油、半焦和煤气)可为煤化工的下游延伸提供良好的基础原料。煤热解与煤的直接液化和间接液化等加工过程相比，总热效率高，不仅投资、生产成本低，而且可延伸煤化工产业链，促进产品多元化，实现产品的高附加值，丰富煤炭替代石油的途径。开发高效的煤热解技术对煤的有效转化利用和污染控制有着重要的应用价值和现实意义。

然而现有煤热解工艺中还存在一些亟待解决的问题，如：焦油产率较低，油尘分离困难和油品中重质组分含量高等。基于此，本实用新型选择通过控制煤热解一次反应过程来调控煤热解产物的组成和分布，开发新型煤热解增油技术。

中国专利CN104479711A，采用由醇类(甲醇、乙醇、乙二醇按一定体积比例混合)与四氢呋喃按体积比为2-10：1的混合溶液对煤样在温度为60-100℃，压力为0.1-0.5MPa下进行溶胀处理，并对热解工艺进行了改进，使得总挥发分产率提高3-7％，焦油产率提高3.4％。该实用新型使用的溶胀试剂醇类是由三种醇混合而成，这不但使得溶胀试剂成本昂贵，并且无法判断出是具体的哪一种醇类对煤样有预处理作用。

中国实用新型专利CN104479711A中描述了一种提高低阶煤热解煤焦油产率的方法，先后通过煤的干燥、溶胀和控制热解反应等方法可实现增加煤焦油收率。采用溶胀的溶剂有甲醇、乙醇、乙二醇和四氢呋喃等。该实用新型中涉及到溶胀溶剂会增加生产过程的成本，相比煤或煤焦油而言，溶胀所用溶剂的价格要高很多。该实用新型不是一种经济的方法去提高焦油产率。

实用新型内容

为克服现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种煤热解增油装置，可连续化操作，有效减少了挥发分与煤/煤焦发生二次反应，使焦油收率高，焦炭品质高，克服了现有煤热解转化过程中焦油产率低和煤热解焦油回收不完全等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种煤热解增油装置，包括自左向右依次连接的煤浆制备单元、缓冲罐、管式加热炉、生焦塔、分馏塔、焦油收集单元和焦炭收集单元；其中，煤浆制备单元包括自左向右依次连接的煤粉仓、螺旋给料机、流量计、搅拌器、煤浆罐和罐底泵；罐底泵与缓冲罐相连。

本实用新型进一步的改进在于，煤粉仓底部设置有插板阀；生焦塔内顶部开设有除焦口和泡沫塔油气出口，在生焦塔自上而下塔高2/3处一侧开设有预热油气出口，塔底部开设有排焦口，在生焦塔自上而下塔高2/3处另一侧开设有煤油浆进料口，生焦塔的一侧不同高度开设有若干料面指示计口。

本实用新型进一步的改进在于，生焦塔塔底部为锥形；并且生焦塔为多个；分馏塔与煤浆制备单元相连。

本实用新型进一步的改进在于，管式加热炉与生焦塔通过煤油浆进料管相连，煤油浆进料管内设置有煤油浆进料管内构件。

本实用新型进一步的改进在于，分馏塔顶端出气口连接有回流罐；分馏塔一侧中上部开设有油气进料口，分馏塔内设置有喷淋器，喷淋器与油气进料口相连；分馏塔另一侧下部开设有出焦油口。

本实用新型进一步的改进在于，分馏塔底端连接有一个循环泵。

本实用新型进一步的改进在于，分馏塔内顶部设置有压力控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：本实用新型通过低变质煤与煤焦油或其馏分混合制浆，煤油浆液通过管式炉预热后进入负压热解塔进行热解，使得煤热解焦油收率明显提高，该热解有效减少了挥发分与煤/煤焦发生二次反应，解决了现有煤热解工艺过程中油尘分离困难这一瓶颈问题。

进一步的，本实用新型在煤浆制备单元的煤浆送入管式炉预热，再通过煤油浆进料管，从生焦塔自上到下2/3处高的地方进入生焦塔进行热解，油气从塔顶部逸出并收集，焦炭残留在塔内。

进一步的，煤油浆进料管内设置有内构件，是为了增加煤油浆流动时的湍动程度，防止煤油浆沉积。分馏塔底设置循环泵，保证塔底油能够流动，防止塔底结焦。

进一步的，通过在分馏塔顶部设置压力控制器，使得在减压下进行的，通过分馏塔塔顶分离器的压力控制器控制焦炭塔顶压力，从而达到低压操作。

本实用新型从煤的热解过程机理出发，以影响煤的一次热解为核心，通过强化煤热解过程中自由基的生成和自由基的逸出来实现煤热解增油。解决现有加氢热解氢耗高的问题。低变质煤中氧含量较高，且大多以酚羟基的形式存在，加氢(加压)热解过程中会和氢自由基反应生成水。该热解工艺过程采用煤油浆进料方式，进入热解炉内热解不会有扬尘现象发生 (油包煤)，解决现有煤热解工艺过程中焦油收率低的问题。

煤与煤焦油或其馏分混合制浆从煤浆制备单元进入缓冲罐(目的让进料充分混合均匀，在原料因外系统原因中断的情况下，起到缓冲的作用)，再用泵送入加热炉对流段升温至 550-650℃左右，经过预热后的煤油浆通过煤油浆进料管进入生焦塔反应生成焦炭，聚集在生焦塔内，经过换热后的油气从分馏塔中上部的喷淋器中喷出进入分馏塔。本实用新型采用煤油浆进料方式，进入热解炉内热解不会有扬尘现象发生，使得焦油收率和焦油品质高，焦炭品质高。

本实用新型具有以下优点：(1)油煤共混减压热解，不仅实现了粉煤热解，而且难以加工的煤焦油重油也得到了进一步转化；(2)该热解工艺过程采用煤油浆进料方式，进入热解炉内热解不会有扬尘现象发生；(3)煤和煤焦油/煤焦油馏分共热解，溶剂溶胀+溶剂萃取作用强化了煤的一次热解过程中挥发性自由基的生成，负压条件强化了挥发性自由基的逸出，实现了煤热解增油；(4)本技术放大建厂投资少，可连续化生产。

附图说明

图1为煤热解增油工艺图；

图2为煤浆制备单元结构示意图；

图3为生焦塔结构示意图；

图4为煤油浆进样管结构示意图；

图5为分馏塔结构示意图；

图6为实施例1相色谱质谱联用分析结果；

图7为实施例1各组分含量结果。

图8为实施例2相色谱质谱联用分析结果；

图9为实施例2各组分含量结果。

图中，1、煤浆制备单元；2、缓冲罐；3、管式加热炉；4、生焦塔；5、分馏塔；6、焦油收集单元；7、焦炭收集单元；8、煤粉仓；9、螺旋给料机；10、流量计；11、搅拌器；12、煤浆罐；13、罐底泵；14、除焦口；15、泡沫塔油气出口；16、预热油气出口；17、排焦口； 18、煤油浆进料口；19、料面指示计口；20、煤油浆进样管内构件；21、煤油浆进样管；22、回流罐；23、出焦油口；24、循环泵；25、喷淋器；26、油气进料口；27、压力控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

参见图1，本实用新型的一种煤热解增油装置，包括自左向右依次连接的煤浆制备单元1、缓冲罐2、管式加热炉3、生焦塔4、分馏塔5、焦油收集单元6和焦炭收集单元7。

参见图2，煤浆制备单元1包括自左向右依次连接的煤粉仓8、螺旋给料机9、流量计10、搅拌器11、煤浆罐12和罐底泵13。将煤粉送至煤浆制备单元1的煤粉仓8，煤粉仓8中的煤粉通过底部插板阀输送至螺旋给料机9，由螺旋给料机9送至流量计10称重计量后借重力流至搅拌器11内，与分馏塔出来的煤焦油或煤焦油馏分进行搅拌，搅拌后的煤浆靠重力流向煤浆罐12，通过罐底泵13送至高压煤浆进料泵入口，然后进入缓冲罐2。煤浆制备单元中煤粉和煤焦油或其馏分混合制浆，带动煤粉运动即可。

参见图3，生焦塔4内顶部开设有除焦口14和泡沫塔油气出口15，在生焦塔4自上而下塔高2/3处右侧开设有预热油气出口16，塔底部开设有排焦口17，在生焦塔4自上而下塔高 2/3处左侧开设有煤油浆进料口18，生焦塔的左侧不同高度开设有若干料面指示计口19；生焦塔4是用厚锅炉钢板制成的空筒，是进行焦化反应的场所，生焦塔4的高度为30米以下，焦化反应在生焦塔4中进行，生成的焦炭也都积存在塔内，随着油料的不断引入，焦层逐渐升高；为了防止泡沫层从泡沫塔油气出口15冲出而引起油气管线及分馏塔5的结焦，在生焦塔4的不同高度位置，安装有能监测焦炭高度的料面指示计口19。生焦塔4塔底部为锥形，锥体底端开设有排焦口17，正常生产时用法兰盖封死，排焦时打开。

参见图4，管式加热炉3与生焦塔4通过煤油浆进料管21相连，煤油浆进料管21内设置有煤油浆进料管内构件20，增加煤油浆流动时的湍动程度，防止煤油浆沉积。煤油浆进料管内构件20包括搅拌叶片和凸起；煤油浆进料管内构件20内部设置有搅拌叶片，煤油浆进料管内构件20内壁设置若干凸起，凸起为表面光滑的圆弧状，为了把重质组分堆积在凸起处，搅拌叶片将其搅拌均匀，增加煤油浆流动时的湍动程度，防止煤油浆沉积。

参见图5，分馏塔5底端连接有一个循环泵24，为了保证塔底油能够流动，防止塔底结焦；分馏塔5顶端出气口连接有一个回流罐22；分馏塔5左侧中上部开设有油气进料口26，分馏塔5 设置有一个喷淋器25，喷淋器25与油气进料口26相连，并且喷淋器25与油气进料口26高度相同；右侧下部开设有一个出焦油口23。分馏塔5内顶部设置有压力控制器27，通过焦化分馏塔塔顶分离器的压力控制器27控制生焦塔顶压力，从而达到低压操作。

一种基于上述装置的煤热解增油工艺为：将煤粉送至煤浆制备单元1的煤粉仓8，煤粉仓8 中的煤粉通过底部插板阀输送至螺旋给料机9，由螺旋给料机9送至流量计10称重计量后借重力流至搅拌器11内，与分馏塔5出来的煤焦油或煤焦油馏分进行搅拌，搅拌后的煤浆靠重力流向煤浆罐12，通过罐底泵13送至高压煤浆进料泵入口，升压后进入缓冲罐2，再用泵送入预热单元管式加热炉3预热至550-650℃，通过煤油浆进料管21，从生焦塔4自上到下2/3高处进入生焦塔4进行热解，生焦塔4压力维持在0.05-0.2MPa，油气从生焦塔4顶部逸出并收集，焦炭残留在生焦塔4内。生焦塔4设置多个，当一个生焦塔4焦炭多时开始除去焦炭，通过四通阀将煤油浆切换至另一个生焦塔4。经过换热后的油气从分馏塔5中上部的喷淋器25中喷出，进入分馏塔5，分馏塔5获得的馏分可以用泵送到煤浆制备单元1。

本实用新型中煤焦油为低温煤焦油、中低温煤焦油、中温煤焦油或高温煤焦油，煤焦油馏分为其100-170℃、170-240℃、240-270℃、270-300℃、300-340℃、340-390℃馏分。煤与煤焦油或其馏分混合制浆(可带动煤粉运动即可)。

实施例1和2中所用煤样的工业分析和元素分析见表1。

表1煤样的工业分析和元素分析

*差减法

实施例1和2采用的试验装置见图1。

实施例1

以陕北某化工厂低阶煤作为原料，其工业分析和元素分析见表1，将煤粉与煤焦油混合 (煤油浆)加入外热式热解炉(电加热)中，室温下以一定的升温速率升温至600℃(加热炉底部气体分布器通入一定量的氮气)，并保持一定时间；在加入煤油浆的同时，在第一焦油冷凝塔和第二焦油冷凝塔中的蛇管内通入循环冷却水，开启真空器，并将压力控制为20kPa。试验结束后，测定并计算得到热解半焦、焦油、热解水和热解气的产率见表2。焦油收率明显提高。试验得到的焦油进行气相色谱质谱联用分析，结果见图6及图7，从图6和图7可以看出，试验得到的焦油由芳香烃(35.9％)、脂肪烃(26.88％)、酸性化合物(30.35％)、含氧化合物(5.91％)、含氮化合物(0.69％)、含硫化合物(0％)和未知化合物(0.27％)组成，芳香烃主要以一环的苯类为主，酸性化合物主要以酚类为主，其中发现了少量菲酚、四氢菲酚等高级酚类物质，含氧化合物主要以酮类和醇类为主。

表2实施例1焦油、热解半焦、热解气的产率

实施例2

本实用新型是以陕北某化工厂低阶煤作为原料，其工业分析和元素分析见表1，将一定量的煤与其馏分混合制浆加入管式加热炉中，预热至600℃，从生焦单元塔高2/3处进入生焦塔进行热解，生焦塔压力维持在0.1MPa，油气从塔顶部逸出并收集，焦炭残留在塔内。测定并计算焦油收集单元和焦炭收集单元收集的焦油、热解半焦、热解水和热解气的产率见表3。焦油收率明显提高。试验得到的焦油进行气相色谱质谱联用分析，结果见图8及图9，从图8 和图9可以看出，焦油组成可分为芳香烃(52.74％)、脂肪烃(21.22％)、酸性化合物(19.82％)、含氧化合物(6.12％)、含氮化合物(0％)、含硫化合物(0％)和未知化合物(0.1％)。其中芳香烃含量最高，主要为一环的苯类、二环的烷基芴、烷基萘，四环的苯并[a]蒽，该焦油中还发现了0.68％的丁基化羟基甲苯。

表3实施例焦油、热解半焦、热解气的产率

Claims (7)

1.一种煤热解增油装置，其特征在于，包括自左向右依次连接的煤浆制备单元(1)、缓冲罐(2)、管式加热炉(3)、生焦塔(4)、分馏塔(5)、焦油收集单元(6)和焦炭收集单元(7)；其中，煤浆制备单元(1)包括自左向右依次连接的煤粉仓(8)、螺旋给料机(9)、流量计(10)、搅拌器(11)、煤浆罐(12)和罐底泵(13)；罐底泵(13)与缓冲罐(2)相连。

2.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，煤粉仓(8)底部设置有插板阀；生焦塔(4)内顶部开设有除焦口(14)和泡沫塔油气出口(15)，在生焦塔(4)自上而下塔高2/3处一侧开设有预热油气出口(16)，塔底部开设有排焦口(17)，在生焦塔(4)自上而下塔高2/3处另一侧开设有煤油浆进料口(18)，生焦塔的一侧不同高度开设有若干料面指示计口(19)。

3.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，生焦塔(4)塔底部为锥形；并且生焦塔(4)为多个；分馏塔(5)与煤浆制备单元(1)相连。

4.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，管式加热炉(3)与生焦塔(4)通过煤油浆进料管(21)相连，煤油浆进料管(21)内设置有煤油浆进料管内构件(20)。

5.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，分馏塔(5)顶端出气口连接有回流罐(22)；分馏塔(5)一侧中上部开设有油气进料口(26)，分馏塔(5)内设置有喷淋器(25)，喷淋器(25)与油气进料口(26)相连；分馏塔(5)另一侧下部开设有出焦油口(23)。

6.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，分馏塔(5)底端连接有一个循环泵(24)。

7.根据权利要求1所述的一种煤热解增油装置，其特征在于，分馏塔(5)内顶部设置有压力控制器(27)。