塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法
2023-09-17 07:49:20
專利名稱：塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法
技術領域：
本發明涉及的是煤化工領域，具體說是一種塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料工藝。
背景技術：
我國是富煤少油的國家，也是煤炭生產和消費大國，陝、蒙、晉交界的鄂爾多斯盆地富存大量煤炭，是我國煤炭的主產區。目前我國對中低溫煤焦油深加工和荒煤氣回收利用缺乏系統的技術手段，致使大量煤焦油低效燃燒，荒煤氣無法有效利用而直接排放，造成氮氧化物、二氧化硫汙染。在石油資源日益緊張的今天，利用煤炭及煤焦油生產石油替代產品具有十分重要意義。自上世紀初開始，西方一些國家率先進行煤的直接液化和間接液化以來，煤炭液化制油的技術研究和產業化還一直處於不斷探索階段。我國也將煤制油技術作為能源戰略研究給予高度重視，投入了大量人力、物力和財力進行研究、實踐，但其投資額巨大，工藝技術不穩定和轉化過程能耗過大等諸多問題亟待解決。現代煤化工以煤炭轉化生產潔淨能源和可替代石油化工的產品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等，它與能源、 化工技術結合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產業。新型煤化工產業將在中國能源的可持續利用中扮演重要的角色，是今後20年的重要發展方向，這對於中國減輕燃煤造成的環境汙染、降低中國對進口石油的依賴均有著重大意義。可以說，煤化工行業在中國面臨著新的市場需求和發展機遇。如何尋找一種更為簡捷、更為經濟、更為穩妥的途徑，實現煤炭制油的目標，已成為當今煤化工科技領域的重大難題。煤焦油的傳統加工方法以物理分離、提取單組分或窄組分產品為目標，從煤焦油中提煉洗油、輕油、蒽油、工業萘、粗酚及劣質浙青。由於煤焦油組分複雜、高附加值組分含量低、含量高的低附加值組分難以利用，常規提化工藝擺脫不掉流程複雜、設備多、能耗高、投資大，由於缺乏一套合適的加工方案，煤焦油只能簡單的直接利用(作燃料用，因硫氮含量高和不能完全燃燒，造成嚴重的硫排放汙染，市場價值極低)， 既降低了資源價值又嚴重汙染了環境(大氣和水源)，這種汙染天天發生，且隨著焦炭產量的持續增長而日見增長。上述問題已成為「煤一焦一化」產業鏈發展的「瓶頸」，急需一種具備環保效果和經濟效果的煤焦油利用方案，建設環保裝置，一方面解決石油資源的替代問題，另一方面解決數量龐大的煤焦油有效利用問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種將煤炭轉化成清潔燃料、提高煤炭附加值、解決石油替代資源的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法。本發明的目的是這樣實現的主要包括塊煤乾餾、乾餾煤氣提取氫氣、煤焦油的延遲焦化、煤焦油加氫裂化四個步驟，塊煤乾餾後析出乾餾煤氣和煤焦油，煤焦油換熱後對中低溫煤焦油進行延遲焦化，生成石油焦和餾分油，同時對乾餾煤氣集中回收製取99. 9%純度氫氣，在高溫、高壓和催化劑的作用下，氫氣與延遲焦化裝置脫出雜質的煤焦油在精製反應器中將硫化物、氮化物進行加氫反應，生成加氫精制生成油，然後將加氫精制生成油在裂化反應器中再次加氫裂化，再與加氫精制生成油一起進入低壓分離器分離出燃料氣後回分餾塔重新進行分餾，生成輕質化煤焦油，在加氫過程中產生出的硫化氫和氨氣分別送入硫磺回收裝置和氨精製裝置，最終得到硫磺和液氨產品。具體步驟為(1)塊煤乾餾步驟粒度20 IOOmm的塊煤在500 850°C的狀態下，在炭化爐內被炭化成焦炭，同時產生乾餾煤氣和焦油蒸汽，在經過冷凝冷卻分離後得到乾餾煤氣和煤焦油；(2)乾餾煤氣提取氫氣步驟乾餾煤氣先進行一氧化碳變換，然後進行變壓吸附， 吸附除去氫氣以外的其它雜質(CH4、CO、CO2, H2O等)，使工業氫純度大於99. 9%，滿足煤焦油加氫的使用要求；(3)煤焦油的延遲焦化步驟煤焦油換熱後直接進入加熱爐，對煤焦油進行改質， 以利於下一步原料油加氫條件的優化，中低溫煤焦油經換熱器至200-30(TC後，送至加熱爐，加熱到450--510°C，進入焦炭塔進行裂解和縮合反應，生成石油焦和餾分油；石油焦聚結在焦炭塔內；(4)煤焦油加氫裂化步驟煤焦油經過延遲焦化裝置改質後，引入加熱爐加熱後並與氫氣按比例混合後進入精製反應器，然後經換熱進入高壓分離器分離，分離出氫氣經循環壓縮機回到精製反應器，得到加氫精制生成油進入低壓分離器，分離出低分燃料氣後進入分餾塔，進行分餾，分餾後的輕質化煤焦油引出分餾塔，加氫尾油進入裂化加熱爐加熱後與氫氣按比例混合後進入裂化反應器，在催化劑的條件下，進行裂化反應，生成小分子的加氫裂化生成油及燃料氣，然後進入低壓分離器分離出燃料氣後進入分餾塔，與加氫精制生成油一起進行分餾。本發明還有這樣一些技術特徵1、塊煤粒度為20-100mm，煤種包括褐煤、長焰煤、弱粘煤或不粘煤，乾餾溫度為 500 850 ；2、延遲焦化的原料為全餾分或切去一部分前餾分的餾分油，加熱爐出口溫度為 450-510°C，煤焦油經過延遲焦化裝置改質後生成石油焦和油氣，高溫油氣自焦炭塔頂至分餾塔下段，經過洗滌板從蒸發段上升進入蠟油集油箱以上分餾段，分餾出富氣、汽油、柴油和蠟油餾份得到餾分油；3、延遲焦化所用中低溫煤焦油是本發明自產的煤焦油或是外購的中低溫煤焦油；4、乾餾煤氣變壓吸附提取氫氣時吸附雜質包括CH4、CO、CO2, H2O ；5、乾餾煤氣經過一氧化碳變換再進行變壓吸附提取氫氣；6、加氫精制和加氫裂化是一段串聯或是兩段工藝，加氫精制和加氫裂化的反應壓力為8. 0-16. OMpa，氫油體積比為800-2000 1，平均反應溫度為300_420°C ；7、加氫精制生成油和加氫裂化生成油共用一個分餾系統或分別對應自己的分餾系統；
8、炭化爐爐型為內熱式直立爐或外熱式直立爐或兩段爐。本發明以資源合理利用和環保、開發石油替代資源為目標，利用煉油工業現代技術向煤化工領域改進性移植，以煤炭生產優質、清潔燃料。本發明的關鍵是利用延遲焦化和加氫裂化工藝技術，調整工藝條件，實現煤炭乾餾產生的中低溫煤焦油改質的最終目的。由於煤焦油是煤炭乾餾段的熱裂化產物，性質複雜，化學組成主要是芳香族化合物，烷烴和烯烴含量較少，還含有少量含氧、含氮、含硫化合物。含氧化合物主要是具有弱酸性的各種相應的酚類。含氮化合物主要是具有弱鹼性的吡啶、喹啉及其衍生物。含硫化合物主要是噻吩、硫醇、硫酚、硫雜茚等。由烴類加氫裂化反應機理和煤焦油裂化反應特徵以及煤焦油性質可知，該類油芳烴、膠質、浙青質含量高，大分子鏈狀烴類含量少，在溫度、壓力、催化劑和臨氫條件下，煤焦油中的硫化物、氮化物、氧化物分別與氫氣發生反應生成硫化氫、氨和水， 膠質和浙青質則生成小分子的烴類和焦炭，芳烴及長鏈大分子烴類則分別飽和和裂解生成環烷烴和短鏈的小分子烴類，最終達到煤焦油改質的目的。本發明的工藝方法有效地保證了煤炭資源的梯級利用，轉化率高，能耗低，實現了循環經濟、低碳發展的目標，降低了環境汙染，開闢了石油資源替代的新途徑。
圖1是本發明的工藝流程框圖。
(五)具體實施方案下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明結合圖1，粒度20 IOOmm的塊煤7進入直立爐1，在500 850°C的狀態下，在直立爐內被炭化成焦炭10，同時產生乾餾煤氣和焦油蒸汽，在經過冷凝冷卻分離後得到乾餾煤氣8和煤焦油9。乾餾煤氣8經過一氧化碳變換，然後進入變壓吸附裝置5，吸附除去氫氣以外的其它雜質(014、0)、0)2、!120等)，製取純度大於99.9(%的氫氣16，滿足煤焦油加氫的使用要求，另產出解析氣17。外購煤焦油20及本發明自產的煤焦油9經換熱器至300°C左右後，送至加熱爐，加熱到500°C左右，進入焦炭塔2進行裂解和縮合反應，生成石油焦12和餾分油11 (即為加氫原料油)；石油焦12聚結在焦炭塔2內。經過延遲焦化裝置改質後的餾分油11，引入加熱爐加熱並與氫氣按氫油體積比為 800 2000 1的比例混合，混合後進入精製反應器3得到加氫精制生成油13，加氫精制生成油13經換熱進入高壓分離器分離，分離出氫氣經循環壓縮機回到精製反應器，生成油進入低壓分離器，分離出低分燃料氣後進入分餾塔4進行分餾，分餾後的1#輕質化煤焦油 14、姊輕質化煤焦油15引出分餾塔4，加氫尾油19進入裂化加熱爐加熱後與氫氣按體積比 800 2000 1的比例混合後進入裂化反應器6，進行裂化反應，生成加氫裂化生成油18， 與加氫精制生成油13 —起進入低壓分離器分離出燃料氣後回分餾塔4重新進行分餾。本發明所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料工藝根據原料和生產目的不同而不同，例如幾個煤礦原料煤煤質指標分析，見表一；原料溫煤焦油的主要性質，見表二 ；目的產品為1#輕質化煤焦油和2#輕質化煤焦油，主要性質見表三；工藝條件見表四。
表1原料煤主要指標
權利要求
1.一種塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於它主要包括塊煤乾餾、乾餾煤氣提取氫氣、煤焦油的延遲焦化、煤焦油加氫裂化四個步驟，塊煤乾餾後析出乾餾煤氣和煤焦油，煤焦油換熱後對中低溫煤焦油進行延遲焦化，生成石油焦和餾分油，同時對乾餾煤氣集中回收製取99. 9%純度氫氣，在高溫、高壓和催化劑的作用下，氫氣與延遲焦化裝置脫出雜質的煤焦油在精製反應器中將硫化物、氮化物進行加氫反應，生成加氫精制生成油，然後將加氫精制生成油在裂化反應器中再次加氫裂化，再與加氫精制生成油一起進入低壓分離器分離出燃料氣後回分餾塔重新進行分餾，生成輕質化煤焦油，在加氫過程中產生出的硫化氫和氨氣分別送入硫磺回收裝置和氨精製裝置，最終得到硫磺和液氨產
2.根據權利要求1所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的步驟具體包括(1)塊煤乾餾步驟粒度20 IOOmm的塊煤在500 850°C的狀態下，在炭化爐內被炭化成焦炭，同時產生乾餾煤氣和焦油蒸汽，在經過冷凝冷卻分離後得到乾餾煤氣和煤焦油；(2)乾餾煤氣提取氫氣步驟乾餾煤氣先進行一氧化碳變換，然後進行變壓吸附，吸附除去氫氣以外的其它雜質(CH4、CO、CO2, H2O等)，使工業氫純度大於99. 9 %，滿足煤焦油加氫的使用要求；(3)煤焦油的延遲焦化步驟煤焦油換熱後直接進入加熱爐，對煤焦油進行改質，以利於下一步原料油加氫條件的優化，中低溫煤焦油經換熱器至200--300°C後，送至加熱爐，加熱到450-51(TC，進入焦炭塔進行裂解和縮合反應，生成石油焦和餾分油；石油焦聚結在焦炭塔內；(4)煤焦油加氫裂化步驟煤焦油經過延遲焦化裝置改質後，引入加熱爐加熱後並與氫氣按比例混合後進入精製反應器，然後經換熱進入高壓分離器分離，分離出氫氣經循環壓縮機回到精製反應器，得到加氫精制生成油進入低壓分離器，分離出低分燃料氣後進入分餾塔，進行分餾，分餾後的輕質化煤焦油引出分餾塔，加氫尾油進入裂化加熱爐加熱後與氫氣按比例混合後進入裂化反應器，在催化劑的條件下，進行裂化反應，生成小分子的加氫裂化生成油及燃料氣，然後進入低壓分離器分離出燃料氣後進入分餾塔，與加氫精制生成油一起進行分餾。
3.根據權利要求2所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的塊煤粒度為20-100mm，煤種包括褐煤、長焰煤、弱粘煤或不粘煤。
4.根據權利要求3所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的延遲焦化的原料為全餾分或切去一部分前餾分的餾分油，加熱爐出口溫度為 450-510°C，煤焦油經過延遲焦化裝置改質後生成石油焦和油氣，油氣自焦炭塔頂至分餾塔下段，經過洗滌板從蒸發段上升進入蠟油集油箱以上分餾段，分餾出富氣、汽油、柴油和蠟油餾份得到餾分油。
5.根據權利要求4所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的延遲焦化所用中低溫煤焦油包括本發明自產的煤焦油或外購的中低溫煤焦油。
6.根據權利要求5所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的乾餾煤氣變壓吸附提取氫氣時吸附雜質包括CH4、CO、CO2, H2O0
7.根據權利要求6所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的乾餾煤氣經過一氧化碳變換再進行變壓吸附提取氫氣。
8.根據權利要求7所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的加氫精制和加氫裂化是一段串聯或是兩段工藝，加氫精制和加氫裂化的反應壓力為 8. 0-16. OMpa，氫油體積比為800-2000 1，平均反應溫度為300_420°C。
9.根據權利要求8所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的加氫精制生成油和加氫裂化生成油共用一個分餾系統或分別對應自己的分餾系統。
10.根據權利要求9所述的塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，其特徵在於所述的炭化爐爐型為內熱式直立爐或外熱式直立爐或兩段爐。
全文摘要
本發明提供了一種塊煤乾餾中低溫煤焦油製取輕質化燃料的方法，主要包括塊煤乾餾、乾餾煤氣提取氫氣、煤焦油的延遲焦化、煤焦油加氫裂化四個步驟。本發明的關鍵是利用延遲焦化和加氫裂化工藝技術，調整工藝條件，實現煤炭乾餾產生的中低溫煤焦油改質的最終目的。本發明的工藝方法有效地保證了煤炭資源的梯級利用，轉化率高，能耗低，實現了循環經濟、低碳發展的目標，降低了環境汙染，開闢了石油資源替代的新途徑。
文檔編號C01B3/50GK102337144SQ201010230968
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者喬錘, 關金濤, 呂子勝, 吳法明, 孟宇, 張曉東, 李秀輝, 毛世強, 王善霞, 王守峰, 肖茂偉, 趙寧, 顏冬青, 齊向樸 申請人:陝西煤業化工集團神木天元化工有限公司