CN220432719U - 一种全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，半焦炉顶部尾气出口与半焦尾气粗净化系统尾气进口连接，半焦尾气粗净化系统净化尾气出口与加压单元粗净化尾气进口连接；加压单元产品出口与脱硫脱碳系统产品进口连接；脱硫脱碳系统合成气出口连接等温甲烷化系统合成气进口；等温甲烷化装置底部出水口与电解单元顶部进水口连接。采用可再生能源水解制氢和氧，氧气用于和CO2混合后作为助燃气提高半焦尾气质量，减少后续尾气净化费用，提升了半焦尾气的利用价值；氢气用于和半焦尾气混合制备甲烷，提高了半焦尾气H/C比，实现了新能源电制气和传统半焦行业的耦合，减少了二氧化碳的排放，提高了经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤化工技术领域，具体涉及一种全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置。
背景技术
低变质无粘结性或弱粘结性的高挥发分煤在中低温条件下热解后的固体炭质产品称为半焦，晋、陕、蒙、宁交界地区大量储藏有大量的半焦生产用煤，半焦可以替代一般焦炭，广泛应用于铁合金、电石、合成气等行业。
目前大都采用内热式直立炉生产兰炭，每生产1吨兰炭大约副产700Nm3的兰炭尾气。采用内热式直立炉生产的兰炭尾气具有以下特点：(1)H2含量较低，通常为20～28％，CO含量在10％左右；(2)氮气含量过高，通常为37～43％，CO2含量一般大于10％，热值较低，不宜作居民用燃料气，目前大部分作为工业燃料气，用于小型发电、镁铝加工等行业，经济效益低。H2、CO是重要的基础化学原料，以此为原料可生产一系列高价值化工产品，但是半焦中大量存在的N2导致脱氮成本高。因此低成本地脱除半焦尾气中的氮气，实现半焦尾气资源的高价值利用，具有较大的开发潜力和广阔的发展前途。2008年以前，兰炭企业规模较小，使兰炭尾气的化工利用受到限制，近几年随着“关小上大”产业调整，为兰炭尾气综合利用提供了基础。
目前脱除半焦尾气中的氮气有两种主要工艺，一种是后处理工艺，使用PSA、冷冻等工艺对净化后的半焦尾气进行脱氮。这种方法存在尾气处理量大，投资高，能耗高等问题，经实践检验，脱氮成本高，不宜采用；另一种是前置处理工艺，通过减少进入半焦尾气中的氮气，达到降低氮气含量的目的。外热式干馏炉可将含氮高温烟气与半焦尾气隔离，从而获得低氮气含量的半焦尾气，但是外热式干馏炉生产规模无法扩大，不适合大规模应用。当前，使用富氧或纯氧替代空气作为助燃剂与燃料气燃烧，减少内热式干馏炉高温烟气中的氮气量，减少半焦尾气中氮气含量的技术正引起研究者的关注。一种技术方案是采用专用的纯氧烧嘴进行纯氧燃烧，但是纯氧烧嘴投资较高，难以推广；一种技术方案是采用稀释燃烧的技术，当前研究较多的是采用蒸汽作为稀释介质，但是此方案蒸汽消耗量大，经济性较差，同时蒸汽易冷凝，损坏高温烟道。
由于我国富煤、少油、缺气的能源现状，加上经济的不断发展，天然气的缺口越来越大。与天然气气源严重短缺相反的是中国电力供应市场已进入相对过剩时代。当下严重的弃风弃光现象阻碍了可再生能源的发展。电制气(P2G)技术属于能源存储转换技术，适用于大规模电能存储，对改善我国现在富煤、少油、缺气的现状有重要意义。
在煤制天然气领域，合成气甲烷化是非常重要的一段工序。甲烷化反应的特点是强放热，每1％CO生成甲烷的绝热温升为74℃，每1％CO2生成甲烷的绝热温升是60℃。目前，甲烷化工艺技术主要掌握在DAVY，TOPSOE，VESTA等国外专利商中，且在国内商业化运行的大唐克旗、庆华、内蒙古汇能等工业装置上均为DAVY或TOSPOE国外专利商的绝热循环工艺，即采用多段绝热反应器串并联和产品气循环的形式生产符合要求的天然气。采用此工艺绝热反应器数量多，系统压降大；同时反应器出口温度高，需要多个耐高温换热设备，设备投资高。
发明内容
本实用新型的目的就是针对上述技术缺陷，提供了一种提高半焦尾气和化工产品质量、降低设备投资及提高经济性的全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置。
为实现上述目的，本实用新型提供一种全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，包括半焦炉、半焦尾气粗净化系统、加压单元、脱硫脱碳系统、等温甲烷化系统及电解单元；半焦炉顶部尾气出口与半焦尾气粗净化系统尾气进口连接，半焦尾气粗净化系统底部回炉尾气出口与半焦炉的燃料气进口连接，半焦尾气粗净化系统净化尾气出口与加压单元粗净化尾气进口连接；加压单元产品出口与脱硫脱碳系统产品进口连接；脱硫脱碳系统合成气出口连接等温甲烷化系统合成气进口；等温甲烷化装置底部出水口与电解单元顶部进水口连接，电解单元顶部氢气出口与等温甲烷化装置底部氢气进口连接，脱硫脱碳系统底部二氧化碳尾气出口和电解单元氧气出口均与半焦炉助燃气进口连接。
进一步地，所述等温甲烷化系统甲烷出口连接有深冷单元。
进一步地，还包括给电解单元供电的发电装置。
进一步地，所述发电装置为风电发电或者光伏发电。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1)本实用新型采用可再生能源电解制氢和氧，氧气用于和CO2混合后作为助燃气提高半焦尾气质量，减少后续尾气净化费用，提升了半焦尾气的利用价值；氢气用于和半焦尾气混合制备甲烷，实现了新能源电制气和传统半焦行业的耦合，减少了二氧化碳的排放，实现了可再生能源的高效存储；
2)使用二氧化碳稀释干馏热载体气，提高热载体气中的碳含量，增加半焦尾气及焦油的产量，提升了半焦制备的经济性；
3)采用多种工艺组合，实现了半焦尾气的提质和综合利用，甲烷化产生的副产物水循环进入电解单元，实现循环利用。
4)采用等温反应器作为甲烷化反应器，反应温度低于450℃，一氧化碳转化率高，减少反应器数量，降低等温反应器内反应剧烈程度，催化剂稳定性提高，设备投资低。
附图说明
图1为本实用新型全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置结构流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。
如图1所示全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，包括半焦炉1、半焦尾气粗净化系统2、加压单元3、脱硫脱碳系统4、等温甲烷化系统5、深冷单元6、电解单元7及风光发电装置8。半焦炉1顶部尾气出口与半焦尾气粗净化系统2尾气进口连接，半焦尾气粗净化系统2底部回炉尾气出口与半焦炉1的燃料气进口连接，半焦尾气粗净化系统2净化尾气出口与加压单元3粗净化尾气进口连接；压缩单元3产品出口与脱硫脱碳系统4产品进口连接；脱硫脱碳系统4合成气出口连接等温甲烷化系统5合成气进口，等温甲烷化系统5甲烷出口与深冷单元6连接；等温甲烷化系统5底部出水口与电解单元7顶部进水口连接，电解单元7顶部氢气出口与等温甲烷化系统5底部氢气进口连接，脱硫脱碳系统4底部二氧化碳尾气出口和电解单元7氧气出口均与半焦炉1助燃气进口连接，发电单元8给电解单元供电。
原料煤送入半焦炉1中，生产的半焦产品由半焦炉1底部排出，半焦炉1顶部尾气出口排出的半焦尾气送入半焦尾气粗净化系统2进行净化处理，回收焦油产品，一部分粗净化的尾气作为燃料气回送半焦炉1的燃料气进口，其余粗净化的尾气送入加压单元3，回收LPG产品后进入脱硫脱碳系统4，副产硫磺产品，脱硫脱碳系统4排出的二氧化碳尾气与来自电解单元7的纯氧混合后，作为助燃气送入半焦炉1的助燃气进口中，在半焦炉1中，助燃气和燃料气混合燃烧生成热载体烟气，作为半焦制备所需的热载体气，用于热解原料煤，生成半焦、焦油和半焦尾气。
脱硫脱碳系统4排出的半焦尾气与来自电解单元7的氢气进入等温甲烷化系统5，(等温甲烷化系统5中的反应温度低于450℃)生成的甲烷产品气经过深冷单元6后得到液化天然气产品。等温甲烷化系统5产生的水补充进入电解单元7，电解单元的电力来自于发电装置8，发电装置8为风电发电或者光伏发电。
本实用新型全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，通过全流程整合，耦合绿电电解、半焦制备和甲烷生产过程，将不便于存储的绿电通过电解制绿氢和氧气，改进了半焦生产流程，提高了半焦尾气质量，联合半焦尾气和电解氢气制备液化天然气，实现了半焦生产、半焦尾气提质利用、绿电资源存储的整合，创造了较高的经济效益、社会效益和环境效益。
Claims (4)
1.一种全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，其特征在于：包括半焦炉(1)、半焦尾气粗净化系统(2)、加压单元(3)、脱硫脱碳系统(4)、等温甲烷化系统(5)及电解单元(7)；半焦炉(1)顶部尾气出口与半焦尾气粗净化系统(2)尾气进口连接，半焦尾气粗净化系统(2)底部回炉尾气出口与半焦炉(1)的燃料气进口连接，半焦尾气粗净化系统(2)净化尾气出口与加压单元(3)粗净化尾气进口连接；加压单元(3)产品出口与脱硫脱碳系统(4)产品进口连接；脱硫脱碳系统(4)合成气出口连接等温甲烷化系统(5)合成气进口；等温甲烷化系统(5)底部出水口与电解单元(7)顶部进水口连接，电解单元(7)顶部氢气出口与等温甲烷化系统(5)底部氢气进口连接，脱硫脱碳系统(4)底部二氧化碳尾气出口和电解单元(7)氧气出口均与半焦炉(1)助燃气进口连接。
2.根据权利要求1所述的全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，其特征在于：所述等温甲烷化系统(5)甲烷出口连接有深冷单元(6)。
3.根据权利要求1所述的全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，其特征在于：还包括给电解单元(7)供电的发电装置(8)。
4.根据权利要求3所述的全流程整合提质中低温煤干馏联产化工产品装置，其特征在于：所述发电装置(8)为风电发电或者光伏发电。
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