專利名稱：一種煤干餾制油、煤半焦氣化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種，尤其涉及一種兼具煤制油、煤造氣兩個(gè)過程的工藝裝置技術(shù)
背景技術(shù)：
煤制油有兩條工藝路線，即煤直接液化和間接液化。煤直接液化以蒽油為溶劑，無論是否加氫；其機(jī)理都是萃取過程。目前，僅在南非有煤加氫直接液化工業(yè)化裝置，我國神華有一套小試裝置。催化萃取煤制油間歇式小試裝置有4套。因?yàn)橐ＷC煤液化生成的煤半焦，在與生成的油品及蒽油(溶劑)分離后，仍具有一定的流動(dòng)性；不能把生成的油品完全與生成的煤半焦分離。生成的煤半焦分離仍含有部分油品。煤直接液化生成的油品的收率很低。煤直接液化生成的煤半焦通常做動(dòng)力煤。 由于煤直接液化過程中，溶劑循環(huán)消耗能量；煤直接液化的生成單位油品能耗非常高，設(shè)備效率亦低下。煤間接液化即所謂的費(fèi)托合成。中國科學(xué)院山西煤化所與中國寰球工程公司遼寧分公司共同完成了伊泰、神華、潞安等項(xiàng)目。費(fèi)托合成就是將煤造氣，再用煤氣合成油的過程。油品質(zhì)量極高。約3. 5噸煤合成I噸油，其余以二氧化碳形式排入大氣。以綠色經(jīng)濟(jì)的角度，煤間接液化是全部工業(yè)中最不綠色的。煤造氣分為固定床和流化床兩種形式。以魯奇爐為代表的固定床工藝。床層高4000 mm，煤粒度20---40 mm。氧氣與水蒸氣混合從床層底部進(jìn)入爐內(nèi)。床層上部發(fā)生煤干餾。揮發(fā)分要從2040 mm粒度的煤中氣化、釋放過程耗時(shí)較長，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分受熱分解、焦化。煤焦油產(chǎn)量較低、且品質(zhì)差。燃燒與反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致煤氣中殘氧、含水量高。煤灰中殘?zhí)几?。以恩德爐為代表的流化床工藝。爐子內(nèi)部是一個(gè)空腔。煤粉從上部噴下，氧氣與水蒸氣混合從下部往上噴。燃燒與反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致煤氣中殘氧、含水量高。少量來不及燃燒的煤粉直接落到爐子底部導(dǎo)致，煤灰中殘?zhí)几摺２划a(chǎn)煤焦油。無論固定床工藝，還是流化床工藝均采用水直冷，產(chǎn)生大量灰水---即污水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤干餾制油、煤半焦氣化的方法。該工藝技術(shù)煤干餾將200目左右的煤粉與1000°C左右的煤氣混合。煤粉與煤氣的質(zhì)量大致相等。導(dǎo)致煤粉溫度瞬間上升至430-450°C左右。煤粉發(fā)生熱解，揮發(fā)份完全氣化。由于煤干餾制油發(fā)生的過程僅耗時(shí)2-3秒，即急冷至200°C以下，氣化后的煤揮發(fā)份來不及進(jìn)一步裂解；故煤揮發(fā)份沒有發(fā)生焦化反應(yīng)。煤揮發(fā)份經(jīng)過冷凝，得到煤(焦)油。該油品的收率及性質(zhì)與在實(shí)驗(yàn)室里采用溶劑萃取得到的油品的收率及性質(zhì)相比較，收率略高、性質(zhì)相同。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種煤干餾制油、煤半焦氣化的方法，包括以下步驟
(I)將煤粉與850-1150°C的高溫煤氣噴入到干餾段提升管，在干餾段提升管內(nèi)，煤粉與高溫煤氣充分混合，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的；(2)來自干餾段提升管的干餾產(chǎn)物與高溫煤氣的混合物進(jìn)入用于氣固分離的初級(jí)旋風(fēng)分離器，在初級(jí)旋風(fēng)分離器內(nèi)，煤干餾的固體產(chǎn)物煤半焦進(jìn)入煤半焦沉降器；煤焦油的油氣隨煤氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)入急冷器，在急冷器內(nèi)，煤焦油的油氣和煤氣在急冷油的作用下，溫度降至120°C —180°C之間，煤焦油液化，去油氣分離罐；(3)煤半焦粉在文丘里管頸部與純氧及水蒸汽混合進(jìn)入渦噴室，在渦噴室內(nèi)，煤半焦粉與純氧劇烈燃燒，渦噴室內(nèi)溫度在1400°C --180(TC之間，產(chǎn)生的一氧化碳及少量氫氣裹挾著熾熱的煤半焦粉噴入到氣化段提升管；熾熱的煤半焦粉再與氣化段提升管側(cè)壁噴入的水蒸汽發(fā)生水煤氣反應(yīng)，生成煤氣；(4)煤氣和煤灰離開氣化段提升管進(jìn)入煤灰沉降器，煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器的分離，用于步驟(I)使用，煤灰則進(jìn)入到煤灰沉降器的底部?！?br> 優(yōu)選的是，步驟(4)中進(jìn)入煤灰沉降器的煤灰，去外取熱器，在外取熱器發(fā)生蒸汽的同時(shí)，煤灰被冷卻；從外取熱器出來，來到煤灰冷卻器。煤灰在下落的過程中，與氮?dú)庀嘤觯贿M(jìn)一步冷卻，冷卻后的煤灰排入灰池，熱氮?dú)馊ッ焊稍锵到y(tǒng)。優(yōu)選的是，所述煤粉為200目。優(yōu)選的是，所述步驟(I)煤粉與1000°C的高溫煤氣噴入到干餾段提升管中。該工藝技術(shù)的煤干餾完全利用煤半焦氣化過程中產(chǎn)生的余熱。煤干餾能耗為零。煤干餾過程僅耗時(shí)2—3秒。這是除該工藝技術(shù)外，任何工藝技術(shù)都無法實(shí)現(xiàn)的。該工藝技術(shù)煤氣化先將430_450°C左右的煤半焦與氧氣燃燒。煤半焦與氧氣燃燒得目的是為水煤氣反應(yīng)提供充足的反應(yīng)量。水煤氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，且溫度在800°C以上。由于煤半焦與氧氣燃燒之前，溫度已達(dá)到430-450°C，與直接用煤氣化相比較，可節(jié)省超過20%的氧氣。同時(shí)，亦可多產(chǎn)出與節(jié)省氧氣摩爾數(shù)相同的氫氣。煤半焦與氧氣燃燒與水煤氣反應(yīng)是在不同的區(qū)域進(jìn)行的，燃燒與水煤氣反應(yīng)進(jìn)行的非常充分；煤氣中殘留氧氣和碳幾乎為零。煤氣中水蒸氣可控制在痕量水平。煤灰中的熱量充分被回收，排灰溫度小于100°C。該工藝裝置技術(shù)煤氣化產(chǎn)生的煤氣與煤揮發(fā)份的混合物被急冷油冷卻、冷凝；避免了用水直接冷卻、冷凝，產(chǎn)生污水。煤揮發(fā)份經(jīng)過冷凝，得到煤(焦)油。該工藝裝置技術(shù)產(chǎn)品收率高、單位產(chǎn)品能耗低、零污染。其它工藝，單爐最大年加工煤量為300000噸/年。該工藝裝置最大年加工煤量為10000000噸/年。本發(fā)明的有益效果在于，同時(shí)生產(chǎn)兩種產(chǎn)品，產(chǎn)品收率高、品質(zhì)好，單位產(chǎn)品能耗低、零污染。


圖I示出了本發(fā)明方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。參考圖I，用制粉機(jī)將煤粉碎至200目左右，裝入原料罐10。煤粉與8501150°C優(yōu)選為1000°c左右的高溫煤氣(H2+C0)在文丘里管頸部混合，噴入到干餾段提升管3中。因?yàn)槊悍鄣娜埸c(diǎn)在1200°C左右，在煤粉不熔化的前提下，煤氣溫度越高，煤氣與煤粉混合后的最終溫度越高，煤干餾后，得到的煤(焦)油越多。反之，煤干餾深度不夠。此處采用加熱的可以是任何適度的氣體，都能使煤發(fā)生干餾；優(yōu)選的是，采用煤氣，其為本發(fā)明干餾后的煤半焦與氧氣不充分燃燒，熾熱的碳微粒與水蒸氣反應(yīng)生成的，干餾利用了煤氣的余熱。在干餾段提升管3內(nèi)，煤粉與高溫煤氣(H2+C0)充分混合，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的；主要分解如下①a.含氧官能團(tuán)脫除，如一 C00H，碳氧絡(luò)合物等；b.含氧結(jié)構(gòu)的縮聚、重排；c.由電子自旋共振測量可見煤中自由基濃度緩慢增加。②a. — CH2 一 CHz 一、一 CHz 一 O 等鍵能較低的橋鍵斷裂，生成“自由基碎片”；b.氫化芳環(huán)發(fā)生脫氫反應(yīng)，對(duì)“自由基碎片’，供氫；c.部分含氧、含氮和含硫裂解，產(chǎn)生CO、 C02、H20、NH3和H2S等；d.烷基官能團(tuán)和脂環(huán)結(jié)構(gòu)裂解，產(chǎn)生以CH4為主的氣態(tài)烴等；e.半焦中自由基濃度增加，氫含量降低。③a.芳香結(jié)構(gòu)通過縮聚放出Hz，分子量增加；b.芳香結(jié)構(gòu)中的氫化芳環(huán)脫氫，放出H2，芳香結(jié)構(gòu)空間排列有序化，向假石墨結(jié)構(gòu)過渡；c.烷基側(cè)鍵斷裂產(chǎn)生CHt和其他烴類；d.羰基、醚鍵和含氧雜環(huán)裂解放出CO，其他含硫、含氮結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)變化產(chǎn)生小分子量的含硫、含氮化合物。例如苯、甲苯、奈、蒽、菲、酚等幾十種成分的干餾產(chǎn)物與煤氣(H2+C0)的混合物在干餾段提升管的末端的溫度在380-450°C左右。大致質(zhì)量相同的高溫煤氣與常溫煤粉混合，及煤粉中揮發(fā)份的氣化吸熱后，溫度下降。煤干餾的氣體產(chǎn)物進(jìn)入到煤半焦沉降器2，經(jīng)過旋風(fēng)分離器，400°C左右的煤干餾的氣體產(chǎn)物一煤(焦)油的油氣(超低溫煤焦油，主要為苯、甲苯、奈、蒽、菲、酚等幾十種成分)隨煤氣(H2+C0)進(jìn)入急冷器。在急冷器內(nèi)，煤(焦)油的油氣和煤氣在急冷油的作用下，溫度降至120°C --18(TC之間，煤(焦)油液化；去油氣分離罐。在煤焦油油氣進(jìn)入到急冷器之前還可以經(jīng)過二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)旋風(fēng)分離器。來自干餾段提升管3的干餾產(chǎn)物與煤氣(H2+C0)的混合物進(jìn)入用于氣固分離的初級(jí)旋風(fēng)分離器21。在初級(jí)旋風(fēng)分離器21內(nèi)，煤干餾的固體產(chǎn)物煤半焦粉進(jìn)入煤半焦沉降器2。煤半焦粉在文丘里管頸部與純氧及少量水蒸汽混合進(jìn)入渦噴室I。在渦噴室I內(nèi)，煤半焦粉與純氧劇烈燃燒。渦噴室內(nèi)溫度在1400°C ---1800°C之間，產(chǎn)生的一氧化碳及少量氫氣裹挾著熾熱的煤半焦粉(象沙塵暴)噴入氣化段提升管。此處，水蒸汽的作用是使煤半焦霧化，從而使煤半焦與氧氣充分混合。如果不加水蒸汽則會(huì)使煤半焦與氧氣不能充分混合，從而不能充分、均勻地燃燒；甚至煤半焦與煤灰結(jié)塊(因?yàn)槿紵窃谘醪蛔愕臈l件下進(jìn)行的)。熾熱的煤半焦粉與氣化段提升管4側(cè)壁噴入的水蒸汽發(fā)生水煤氣反應(yīng)。生成煤氣(H2+C0)。水煤氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。煤氣(H2+C0)離開氣化段提升管4進(jìn)入煤灰沉降器8時(shí)，溫度在1000°C左右。此后，煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器81，去原料罐10底部的文丘里管，與煤粉混合，一起去干餾段提升管3進(jìn)行煤干餾。進(jìn)入煤灰沉降器8的煤灰，去外取熱器11。在外取熱器11發(fā)生蒸汽的同時(shí)，煤灰被冷卻。從外取熱器出來，來到煤灰冷卻器9。煤灰在下落的過程中，與氮?dú)庀嘤觯贿M(jìn)一步冷卻，冷卻后的煤灰排入灰池，熱氮?dú)馊ッ焊稍锵到y(tǒng)。該工藝技術(shù)煤氣化先將430---450°C左右的煤半焦與氧氣燃燒。煤半焦與氧氣燃燒得目的是為水煤氣反應(yīng)提供充足的反應(yīng)量。水煤氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，且溫度在800°C以上。由于煤半焦與氧氣燃燒之前，溫度已達(dá)到430---450°C，與直接用煤氣化相比較，可節(jié)省超過20%的氧氣。同時(shí)，亦可多產(chǎn)出與節(jié)省氧氣摩爾數(shù)相同的氫氣。煤半焦與氧氣燃燒與水煤氣反應(yīng)是在不同的區(qū)域進(jìn)行的，燃燒與水煤氣反應(yīng)進(jìn)行的非常充分；煤氣中殘留氧氣和碳幾乎為零。煤氣中水蒸氣可控制在痕量水平。煤灰中的熱量充分被回收，排灰溫度小于 100。。。該工藝裝置技術(shù)煤氣化產(chǎn)生的煤氣與煤揮發(fā)份的混合物被急冷油冷卻、冷凝；避免了用水直接冷卻、冷凝，產(chǎn)生污水。煤揮發(fā)份經(jīng)過冷凝，得到煤(焦)油。
該工藝裝置技術(shù)產(chǎn)品收率高、單位產(chǎn)品能耗低、零污染。其它工藝，單爐最大年加工煤量為300000噸/年。該工藝裝置最大年加工煤量為10000000噸/年。
權(quán)利要求
1.一種煤干餾制油、煤半焦氣化的方法，其特征在于，包括以下步驟 (I)將煤粉與850-1150°C的高溫煤氣噴入到干餾段提升管，在干餾段提升管內(nèi)，煤粉與高溫煤氣充分混合，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的； (2 )來自干餾段提升管的干餾產(chǎn)物與高溫煤氣的混合物進(jìn)入用于氣固分離的初級(jí)旋風(fēng)分離器，在初級(jí)旋風(fēng)分離器內(nèi)，煤干餾的固體產(chǎn)物煤半焦進(jìn)入煤半焦沉降器；煤焦油的油氣隨煤氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)入急冷器，在急冷器內(nèi)，煤焦油的油氣和煤氣在急冷油的作用下，溫度降至120°C —180°C之間，煤焦油液化，去油氣分離罐； (3)煤半焦粉在文丘里管頸部與純氧及水蒸汽混合進(jìn)入渦噴室，在渦噴室內(nèi)，煤半焦粉與純氧劇烈燃燒，渦噴室內(nèi)溫度在1400°C --180(TC之間，產(chǎn)生的一氧化碳及少量氫氣裹挾著熾熱的煤半焦粉噴入到氣化段提升管；熾熱的煤半焦粉再與氣化段提升管側(cè)壁噴入的水蒸汽發(fā)生水煤氣反應(yīng)，生成煤氣； (4)煤氣和煤灰離開氣化段提升管進(jìn)入煤灰沉降器，煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器的分離，用于步驟(I)使用，煤灰則進(jìn)入到煤灰沉降器的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(4)中進(jìn)入煤灰沉降器的煤灰，去外取熱器，在外取熱器發(fā)生蒸汽的同時(shí)，煤灰被冷卻；從外取熱器出來，來到煤灰冷卻器。煤灰在下落的過程中，與氮?dú)庀嘤?，被進(jìn)一步冷卻，冷卻后的煤灰排入灰池，熱氮?dú)馊ッ焊稍锵到y(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述煤粉為200目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(I)煤粉與1000°C的高溫煤氣噴入到干餾段提升管中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤干餾制油、煤半焦氣化的方法，該工藝技術(shù)將200目左右的煤粉與高溫煤氣混合，煤粉與煤氣的質(zhì)量大致相等。導(dǎo)致煤粉溫度瞬間上升至430---450℃左右。煤粉發(fā)生熱解，揮發(fā)份完全氣化。由于煤干餾制油發(fā)生的過程僅耗時(shí)2-3秒，即急冷至200℃以下，氣化后的煤揮發(fā)份來不及進(jìn)一步裂解；故煤揮發(fā)份沒有發(fā)生焦化反應(yīng)。煤揮發(fā)份經(jīng)過冷凝，得到煤(焦)油，該油品的收率及性質(zhì)與在實(shí)驗(yàn)室里采用溶劑萃取得到的油品的收率及性質(zhì)相比較，收率略高、性質(zhì)相同。
文檔編號(hào)C10J3/64GK102876342SQ20121041386
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者金先奎, 魏剛, 魏崢 申請(qǐng)人:金先奎, 魏剛, 魏崢