專利名稱：兩段提升管煤干餾、氣化工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤干餾、氣化技術(shù)，具體涉及一種兩段提升管煤干餾、氣化工藝及
裝直。
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(wú)論是否加氫，其機(jī)理都是萃取過(guò)程。目前，僅在南非有煤加氫直接液化工業(yè)化裝置，我國(guó)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(guò)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(guó)科學(xué)院山西煤化所與中國(guó)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(guò)程。所得到的油品質(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。從綠色經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，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4000mm,煤粒度20-40mm。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20-40mm粒度的煤中氣化、釋放，過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，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)己扛?。以恩德?tīng)t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(lái)不及燃燒的煤粉直接落到爐子底部導(dǎo)致，煤灰中殘?zhí)己扛?。不產(chǎn)煤焦油。無(wú)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)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種產(chǎn)品收率高、品質(zhì)好的兩段提升管煤干餾、氣化工藝及裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種兩段提升管煤干餾、氣化工藝，包括以下步驟:(I)將煤粉與850-1150°C的高溫煤氣充分混合，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的；(2)煤干餾的干餾產(chǎn)物與煤氣的混合物進(jìn)行氣固分離，氣體產(chǎn)物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，煤焦油液化，進(jìn)行油氣分離，得到煤焦油；(3)煤干餾的固體產(chǎn)物煤半焦粉在氧氣及水蒸氣的作用下燃燒，發(fā)生煤燃燒反應(yīng)；(4)煤半焦粉與水蒸汽發(fā)生水煤氣反應(yīng)，生成煤氣，煤氣經(jīng)氣固分離后產(chǎn)生的氣體回到步驟(I)中使用，煤灰經(jīng)冷卻后排入灰池。優(yōu)選的是:步驟(I)中所述煤粉為200目。優(yōu)選的是:步驟(I)中所述高溫煤氣為1000°C。優(yōu)選的是:步驟(2) 中所述的煤焦油的油氣在急冷前經(jīng)過(guò)二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)氣固分離。一種兩段提升管煤干餾、氣化裝置，包含:原料罐、干餾段提升管、氣化段提升管、煤半焦沉降器、初級(jí)旋風(fēng)分離器、渦噴室、旋風(fēng)分離器、外取熱器、煤灰沉降器及煤灰冷卻器，其中:原料罐:煤粉在原料罐與高溫煤氣混合后，噴入到干餾段提升管；干餾段提升管:煤粉發(fā)生分解，煤干餾的氣體產(chǎn)物進(jìn)入到煤半焦沉降器，干餾產(chǎn)物與煤氣混合物進(jìn)入初級(jí)旋風(fēng)分離器；初級(jí)旋風(fēng)分離器:用于分離煤干餾產(chǎn)物與煤氣的混合物，分離出的干餾產(chǎn)物煤半焦粉進(jìn)入到煤半焦沉降器；渦噴室:煤半焦粉與純氧劇烈燃燒，產(chǎn)生的一氧化碳及氫氣裹挾煤半焦粉，噴入氣化段提升管；氣化段提升管:氣化段提升管側(cè)壁噴入的水蒸氣與煤半焦粉發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)的煤氣進(jìn)入煤灰沉降器；煤灰沉降器:產(chǎn)生的氣體去往旋風(fēng)分離器，產(chǎn)生的煤灰進(jìn)入外取熱器；旋風(fēng)分離器:分離煤灰沉降器來(lái)的煤氣，分離出的氣體去往原料罐；外取熱器:發(fā)生蒸汽，冷卻從煤灰沉降器來(lái)的煤灰，冷卻后的煤灰去往煤灰冷卻器；煤灰冷卻器:煤灰被氮?dú)饫鋮s，冷卻后的煤灰排入灰池。優(yōu)選的是:所述的渦噴室的溫度為1400-1800°C。本發(fā)明的有益效果在于:能同時(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。本發(fā)明的煤干餾工藝將200目煤粉與質(zhì)量相等的850-1150°C的煤氣混合，導(dǎo)致煤粉溫度瞬間上升至430-450°C。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(guò)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(lái)不及進(jìn)一步裂解；故煤揮發(fā)份沒(méi)有發(fā)生焦化反應(yīng)。煤揮發(fā)份經(jīng)過(guò)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，收率高、性質(zhì)相同。本發(fā)明的煤干餾工藝完全利用煤半焦氣化過(guò)程中產(chǎn)生的余熱。煤干餾能耗為零。煤干餾過(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的煤氣化工藝先將430_450°C的煤半焦與氧氣燃燒。煤半焦與氧氣燃燒的目的是為水煤氣反應(yīng)提供充足的反應(yīng)熱。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 V，與直接用煤氣化相比較，可節(jié)省超過(guò)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。本發(fā)明煤氣化工藝產(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(guò)冷凝，得到煤(焦)油。本發(fā)明的工藝，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。


圖1示出了本發(fā)明的 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(shuō)明。參考圖1，用制粉機(jī)將煤粉碎至200目，裝入原料罐10。煤粉與850_1150°C優(yōu)選為1000°C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。煤粉溫度瞬間上升至430-450°C，發(fā)生熱解，揮發(fā)份完全氣化，耗時(shí)2-3秒。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。本發(fā)明中采用加熱的可以是任何適當(dāng)?shù)臍怏w，都能使煤發(fā)生干餾；優(yōu)選的是，采用煤氣，其為本發(fā)明干餾后的煤半焦粉與氧氣不充分燃燒，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，煤粉溫度瞬間上升至430-450°C，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的；耗時(shí)2-3秒，主要分解如下:①a.含氧官能團(tuán)脫除，如-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(cè)量可見(jiàn)煤中自由基濃度緩慢增加。②a.-CH2-CH2-^-CH2-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、co2、h2o、nh3和H2S等；d.燒基官能團(tuán)和脂環(huán)結(jié)構(gòu)裂解，廣生以CH4為主的氣態(tài)經(jīng)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(guò)縮聚放出H2，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(guò)渡；c.烷基側(cè)鍵斷裂產(chǎn)生CH4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3的末端的溫度在380-450°C。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(guò)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+co)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。在煤焦油油氣進(jìn)入到急冷器之前還可以經(jīng)過(guò)二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)旋風(fēng)分離器。來(lái)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I內(nèi)溫度在1400°C -1800°C，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4。此處，水蒸汽的作用是使煤半焦粉霧化，從而使煤半焦粉與氧氣充分混合。如果不加水蒸汽則會(huì)使煤半焦粉與氧氣不能充分混合，從而不能充分、均勻地燃燒；甚至煤半焦粉與煤灰結(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(kāi)氣化段提升管4進(jìn)入煤灰沉降器8時(shí)，溫度在100(TC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11出來(lái)，來(lái)到煤灰冷卻器9。煤灰在下落的過(guò)程中，與氮?dú)庀嘤?，煤灰被進(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)。本發(fā)明的煤氣化工藝先將430_450°C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)熱。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(guò)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。本發(fā)明煤氣化產(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(guò)冷凝，得到煤(焦)油。

采用本發(fā)明的工藝，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
1.一種兩段提升管煤干餾、氣化工藝，其特征在于:包括以下步驟: (1)將煤粉與850-1150°C的高溫煤氣充分混合，煤粉發(fā)生分解，揮發(fā)份氣化達(dá)到煤干餾的目的； (2)煤干餾的干餾產(chǎn)物與煤氣的混合物進(jìn)行氣固分離，氣體產(chǎn)物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，煤焦油液化，進(jìn)行油氣分離，得到煤焦油； (3)煤干餾的固體產(chǎn)物煤半焦粉在氧氣及水蒸氣的作用下燃燒，發(fā)生煤燃燒反應(yīng)； (4)煤半焦粉與水蒸汽發(fā)生水煤氣反應(yīng)，生成煤氣，煤氣經(jīng)氣固分離后產(chǎn)生的氣體回到步驟(I)中使用，煤灰經(jīng)冷卻后排入灰池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(I)中所述煤粉的粒度為200目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(I)中所述高溫煤氣為1000°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于:步驟(2)中所述的煤焦油的油氣在急冷之前經(jīng)過(guò)二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)氣固分離。
5.一種兩段提升管煤干餾、氣化裝置，其特征在于:包含:原料罐、干餾段提升管、氣化段提升管、煤半焦沉降器、初級(jí)旋風(fēng)分離器、渦噴室、旋風(fēng)分離器、外取熱器、煤灰沉降器及煤灰冷卻器，其中: 原料罐:煤粉在原料罐與高溫煤氣混合后，噴入到干餾段提升管； 干餾段提升管:煤粉發(fā)生分解，煤干餾的氣體產(chǎn)物進(jìn)入到煤半焦沉降器，干餾產(chǎn)物與煤氣混合物進(jìn)入初級(jí)旋風(fēng)分離器； 初級(jí)旋風(fēng)分離器:用于分離煤干餾產(chǎn)物與煤氣的混合物，分離出的干餾固體產(chǎn)物煤半焦粉進(jìn)入到煤半焦沉降器； 渦噴室:煤半焦粉與純氧劇烈燃燒，產(chǎn)生的一氧化碳及氫氣裹挾煤半焦粉，噴入氣化段提升管； 氣化段提升管:氣化段提升管側(cè)壁噴入的水蒸氣與煤半焦粉發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)的煤氣進(jìn)入煤灰沉降器； 煤灰沉降器:產(chǎn)生的氣體去往旋風(fēng)分離器，產(chǎn)生的煤灰進(jìn)入外取熱器； 旋風(fēng)分離器:分離煤灰沉降器來(lái)的煤氣，分離出的氣體去往原料罐； 外取熱器:發(fā)生蒸汽，冷卻從煤灰沉降器來(lái)的煤灰，冷卻后的煤灰去往煤灰冷卻器； 煤灰冷卻器:煤灰被氮?dú)饫鋮s，冷卻后的煤灰排入灰池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩段提升管煤干餾、氣化裝置，其特征在于:其特征在于:所述的渦噴室的溫度為1400-1800°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種兩段提升管煤干餾、氣化工藝，該工藝將粒度為200目的煤粉與質(zhì)量相等的850-1150℃高溫煤氣混合，煤粉溫度瞬間上升至430-450℃，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(guò)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(lái)不及進(jìn)一步裂解；故煤揮發(fā)份沒(méi)有發(fā)生焦化反應(yīng)。煤揮發(fā)份經(jīng)過(guò)冷凝，得到煤(焦)油，所述油品的收率及性質(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，收率高、性質(zhì)相同。
文檔編號(hào)C10J3/48GK103173233SQ20131011220
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月2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