專利名稱：一種聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法，具體地說(shuō)涉及一種以煤原料高效地聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法。
背景技術(shù)：
隨著石油和天然氣資源的日益匱乏，煤焦油的價(jià)格成增加趨勢(shì)。當(dāng)前的煤氣化技術(shù)多為單一過(guò)程，如已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的德士古水煤漿氣化技術(shù)和shell干粉煤氣化技術(shù)等， 在較高的溫度和壓力下，將煤變成合成氣，忽略煤本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，強(qiáng)制將所有碳全部轉(zhuǎn)化，這種工藝過(guò)程除了對(duì)反應(yīng)器的材質(zhì)要求較高外，也浪費(fèi)了煤中所包含的烴類資源。隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，煤的分級(jí)、潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)被提上了研究日程，如被世界各國(guó)廣泛重視的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，其主要特點(diǎn)是從煤的結(jié)構(gòu)入手，根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)采取相應(yīng)的轉(zhuǎn)化手段。基于此，本發(fā)明提出一種聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法，主要目的是實(shí)現(xiàn)煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化，既利用了煤中寶貴的烴類資源，同時(shí)提高過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種由煤聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法，包括下列步驟a.將煤粉加入到包含煤熱解區(qū)和煤焦氣化區(qū)的氣化爐的煤熱解區(qū)，并使該煤粉與來(lái)自煤焦氣化區(qū)的煤焦氣化產(chǎn)物料流接觸以至少部分地?zé)峤馑雒悍郏砂航褂秃秃铣蓺獾臍怏w料流和煤焦；b.將所述煤焦送入煤焦氣化區(qū)并與通入所述煤焦氣化區(qū)的包含水蒸氣和氧氣的氣化劑接觸，以生成包含合成氣的煤焦氣化產(chǎn)物料流和煤焦氣化殘?jiān)撁航箽饣a(chǎn)物料流向上進(jìn)入所述煤熱解區(qū)，該煤焦氣化殘?jiān)懦鲈撁航箽饣瘏^(qū)。


圖I為本發(fā)明的方法的示意性工藝流程圖。可以理解的是，附圖僅僅是說(shuō)明性的，不打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍應(yīng)由權(quán)利要求的內(nèi)容所確定。發(fā)明詳述本發(fā)明的方法所采用的核心氣化設(shè)備是氣化爐。該氣化爐一般豎直放置或傾斜放置，傾斜放置時(shí)其傾斜角度足以使得爐中的固體物料例如煤粉在其自身重力下向下運(yùn)動(dòng)。 在最一般的情況下，可將氣化爐從上至下分為兩區(qū)或兩段，按照各段的功能，依次為煤熱解區(qū)和煤焦氣化區(qū)。其中，所述煤熱解區(qū)具有至少一個(gè)煤進(jìn)料口和至少一個(gè)氣體出料口 ；所述煤焦氣化區(qū)具有至少一個(gè)氣化劑進(jìn)料口、至少一個(gè)排渣口、任選的循環(huán)固體物料進(jìn)料口和氣化劑分布板；且所述氣化爐內(nèi)還具有用于將由煤在煤熱解區(qū)中部分熱解后產(chǎn)生的煤焦從所述煤熱解區(qū)導(dǎo)入所述煤焦氣化區(qū)的溢流管。當(dāng)該氣化爐工作時(shí)，固體物料，例如煤，從所述煤進(jìn)料口進(jìn)入煤熱解區(qū)，并從上向下運(yùn)動(dòng)，最終生成煤焦氣化殘?jiān)?，從氣化爐底部的排渣口離開氣化爐，而包含水蒸氣和氧氣的氣化劑，則從所述氣化劑進(jìn)料口進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)，并從下向上運(yùn)動(dòng)，最終從氣化爐頂部的氣體出料口離開氣化爐。固體物料和氣體物料在氣化爐內(nèi)基本上呈逆流接觸的形式。本發(fā)明的氣化爐，基本上越靠近底部溫度越高，越靠近頂部溫度越低。此外，氣化爐兩區(qū)之間可以用多孔分布板隔開，該多孔分布板上具有供氣體物料通過(guò)的孔。該多孔分布板上還貫通設(shè)有呈兩端開放的溢流管，該溢流管用于使固體物料例如煤、煤焦自上而下從上層的煤熱解區(qū)通過(guò)溢流管流向下層的煤焦氣化區(qū)。在氣化爐的各區(qū)都可根據(jù)需要設(shè)有用于將物料，例如煤和氣化劑等通入氣化爐的進(jìn)料設(shè)備，這些進(jìn)料設(shè)備是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，例如料倉(cāng)、旋轉(zhuǎn)給料設(shè)備以及必要的連接管道，等等。此夕卜，在氣化爐的頂部和底部還設(shè)有供氣體和煤焦氣化殘?jiān)x開氣化爐的常規(guī)出料設(shè)備。本發(fā)明的方法中，煤和氣化劑的進(jìn)料位置可以根據(jù)需要加以選擇或調(diào)整。例如，至少一部分煤可以從本發(fā)明的氣化爐的煤熱解區(qū)和/或煤焦氣化區(qū)的任意一處或幾處進(jìn)入氣化爐，但優(yōu)選將大部分煤、更優(yōu)選將全部的煤從煤熱解區(qū)進(jìn)入氣化爐。氣化劑則從煤焦氣化區(qū)的底部和/或側(cè)面通入氣化爐中，優(yōu)選從煤焦氣化區(qū)的底部和側(cè)面共同通入。對(duì)本發(fā)明中使用的煤沒(méi)有限制，其可以選自煙煤、無(wú)煙煤、褐煤等，并且優(yōu)選在進(jìn)入本發(fā)明的氣化爐之前被粉碎成煤粉，煤粉的粒度一般可為6_以下。本發(fā)明的步驟a發(fā)生在氣化爐的煤熱解區(qū)，加入到該區(qū)中的煤粉與來(lái)自煤焦氣化區(qū)的煤焦氣化產(chǎn)物料流接觸以至少部分地?zé)峤馑雒悍?，形成包含煤焦油的合成氣的氣體料流和煤焦，其中所述合成氣是指包含氫氣和一氧化碳的氣體混合物，所述煤焦是指煤粉被部分熱解后產(chǎn)生的產(chǎn)物。其中所述“至少部分熱解“包括如下幾種情況使全部煤粉發(fā)生部分熱解、使部分煤粉發(fā)生全部熱解和使部分煤粉發(fā)生部分熱解，換句話說(shuō)，“至少部分”是在煤粉的量和熱解反應(yīng)進(jìn)行程度二者中至少一者不是完全的。該煤熱解區(qū)中的所有氣體從所述氣體出料口離開氣化爐，而所述煤焦則經(jīng)由所述溢流管沿氣化爐向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到所述煤焦氣化區(qū)。在該步驟a中，將至少一部分煤從所述煤熱解區(qū)通入氣化爐，優(yōu)選將絕大部分煤、甚至更優(yōu)選將全部的煤從所述煤熱解區(qū)通入氣化爐。這樣做的好處是充分利用了煤焦在煤焦氣化區(qū)中的氣化反應(yīng)所放出的熱量，該熱量隨著煤焦氣化產(chǎn)物料流向上進(jìn)入煤熱解區(qū)，與從煤熱解區(qū)進(jìn)入氣化爐的煤接觸，使該煤預(yù)熱并快速熱解，生成合成氣和煤焦油， 其中煤焦油來(lái)自煤中所含的揮發(fā)份。焦油在該區(qū)的條件下隨著氣體產(chǎn)物離開氣化爐，而煤焦則向下進(jìn)入到氣化爐的煤焦氣化區(qū)繼續(xù)反應(yīng)。該煤熱解區(qū)中的溫度主要通過(guò)加入的氣化劑的流量及加入到該區(qū)中的煤粉的進(jìn)料量來(lái)調(diào)節(jié)，一般是500-700°C。煤熱解區(qū)的壓力為 O. I 4. OMPa (本文中所有的壓力均為絕對(duì)壓力)。本發(fā)明的步驟b發(fā)生在氣化爐的煤焦氣化區(qū)。在該步驟中，將所述煤焦送入煤焦氣化區(qū)并與通入所述煤焦氣化區(qū)的包含水蒸氣和氧氣的氣化劑接觸，以生成包含合成氣的煤焦氣化產(chǎn)物料流和煤焦氣化殘?jiān)撁航箽饣a(chǎn)物料流向上進(jìn)入所述煤熱解區(qū)，該煤焦氣化殘?jiān)懦鲈撁航箽饣瘏^(qū)。在該煤焦氣化區(qū)中發(fā)生的主要反應(yīng)如下2C+2H20 — 2H2+2C0 (I)C+02 —CO2(2)2C+02 — 2C0(3)C0+H20 — C02+H2(4)所述煤焦氣化區(qū)的反應(yīng)溫度為900 1100°C，壓力為O. I 4. OMPa0在煤焦氣化區(qū)中，反應(yīng)所需熱量主要來(lái)自煤中的碳與氣化劑中的氧氣之間發(fā)生的燃燒反應(yīng)。
其中所述氣化劑中的氧氣與所述煤粉之比為O. 2-1. ONm3氧氣/kg煤，所述氣化劑中的水蒸氣與所述煤粉之比為O. 1-0. 8kg水蒸氣/kg煤。其中Nm3是指換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) (298K, 101. 325kPa)下的氣體的體積。在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，可將所述氣化劑分為兩股進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)， 第一股流經(jīng)位于所述煤焦氣化區(qū)中的氣化劑分布板以分布式進(jìn)入；第二股從位于氣化劑分布板的中心孔集中進(jìn)入，并通過(guò)控制第二股的氣速來(lái)控制煤焦氣化區(qū)的排渣。以上第一股與第二股之間的流量比可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體工藝條件加以確定，例如，為5 I 至 30 I。在本發(fā)明的更優(yōu)選的實(shí)施方案中，可將所述氣化劑分為三股進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)，第一股流經(jīng)位于所述煤焦氣化區(qū)中的氣化劑分布板以分布式進(jìn)入；第二股從位于氣化劑分布板的中心孔集中進(jìn)入；第三股通過(guò)設(shè)置在所述氣化劑分布板上方的射流管進(jìn)入。這樣做的好處是有效地避免中心管因結(jié)渣而堵塞。以上第一股第二股第三股的流量比可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體工藝條件加以確定，例如，為5-30 I 0.5-10。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，還包括以下步驟將所述包含煤焦油和合成氣的氣體料流經(jīng)過(guò)任選的除塵，然后進(jìn)行氣液分離，得到包含合成氣的氣體料流和液體煤焦油。其中除塵操作可以通過(guò)本領(lǐng)域常規(guī)的除塵技術(shù)來(lái)進(jìn)行，例如通過(guò)旋風(fēng)分離器來(lái)進(jìn)行。該除塵操作可以不存在，但是優(yōu)選存在?？蓪⒊龎m操作所收集的固體細(xì)顆粒返回至所述氣化爐的煤焦氣化區(qū)，以便使其中所含的碳得以重新發(fā)生氣化反應(yīng)，提高碳的利用率。其中，通過(guò)在間接式冷卻器中冷卻所述包含煤焦油和合成氣的氣體料流來(lái)進(jìn)行所述氣液分離，和/或通過(guò)另外的氣液分離器(優(yōu)選為非冷卻式氣液分離器)來(lái)進(jìn)行所述氣液分離。其中所述間接式冷卻器將所述氣體料流的溫度冷卻至其中大部分煤焦油能夠變成液體的溫度，例如冷卻到煤焦油的沸點(diǎn)溫度以下，優(yōu)選冷卻至常溫。該間接式冷卻器可使用液體水、優(yōu)選常溫冷卻水作為冷卻介質(zhì)。
實(shí)施例給出以下實(shí)施例以舉例說(shuō)明本發(fā)明，這些實(shí)施例并非限制性的。參見圖1，該圖示意性地示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的工藝流程圖。以來(lái)自陜西神木的煙煤為氣化原料，破碎至6mm以下，加入到帶有攪拌裝置的料倉(cāng)I中待用。氣化爐4至少包含處于其上段的煤熱解區(qū)19和處于其下段的煤焦氣化區(qū)20 兩個(gè)區(qū)，兩區(qū)之間以多孔分布板6隔開，且通過(guò)至少一根溢流管5使煤熱解區(qū)的固體物料能夠溢流進(jìn)入煤焦氣化區(qū)。工藝啟動(dòng)時(shí)，先在氣化爐的下段添加額外的煤焦顆粒，堆積成床層，并將溢流管5的下端埋入該床層中，將1000°C左右的熱煙氣從進(jìn)氣口 7進(jìn)入氣化爐4， 把氣化爐4加熱到700-800°C，停止加熱，打開調(diào)速電機(jī)2，通過(guò)螺旋加料器3把原料煤加入到處于氣化爐4上段的煤熱解區(qū)19中，待溢流管5的溢流穩(wěn)定后，停止通入熱煙氣，并將來(lái)自空分裝置的氧氣通過(guò)進(jìn)氣口 7進(jìn)入氣化劑分布板9下面的氣室，再通過(guò)氣化劑分布板進(jìn)入處于氣化爐4下段的煤焦氣化區(qū)20中，氧氣與煤的比例為O. 4Nm3/kg,待物料燃燒至爐溫穩(wěn)定后，再來(lái)自蒸汽發(fā)生器的蒸汽分別通過(guò)分布板9和中心管10通入氣化爐4，蒸汽溫度 3000C，入爐蒸汽總量與原料煤比為O. 4kg/kg。通過(guò)調(diào)節(jié)入爐的氧氣和蒸汽流量可控制煤焦氣化區(qū)的反應(yīng)溫度在900-1100攝氏度之間。氣化爐操作穩(wěn)定后，煤焦氣化區(qū)中的煤焦則主要靠來(lái)自氣化爐上段的煤熱解區(qū)的煤焦溢流來(lái)供應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流管5和多孔分布板6之間的壓降關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的溢流。反應(yīng)產(chǎn)生的煤焦氣化殘?jiān)芍行墓?0排入渣斗11，可定時(shí)通過(guò)閥12排放。離開氣化爐的焦油和煤氣經(jīng)過(guò)一級(jí)旋風(fēng)分離器13和二級(jí)旋風(fēng)分離器 14后進(jìn)入煤氣冷卻器15,該煤氣冷卻器15米用間接冷卻的方法,煤氣被冷卻水冷卻至40°C 以下，同時(shí)大部分焦油氣體在煤氣冷卻器15中被冷凝為液體焦油。冷卻后的合成氣進(jìn)入氣液分離器17，在那里將仍殘存的一些煤焦油與合成氣分離開。來(lái)自煤氣冷卻器15和氣液分離器17的液體焦油排入粗焦油儲(chǔ)罐16，脫水后得到粗焦油產(chǎn)品，離開氣液分離器17的合成氣進(jìn)入氣柜18，得到成品合成氣。一級(jí)旋風(fēng)分離器13內(nèi)的飛灰(主要為固體小顆粒) 通過(guò)返料裝置返回氣化爐，二級(jí)旋風(fēng)分離器14內(nèi)的灰渣排入另一渣斗11，可定時(shí)排放。表I示出了參照以上實(shí)施例的工業(yè)實(shí)驗(yàn)中所采用的三組示例性的具體工藝條件
以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種由煤聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法，包括下列步驟a.將煤粉加入到包含煤熱解區(qū)和煤焦氣化區(qū)的氣化爐的煤熱解區(qū)，并使該煤粉與來(lái)自煤焦氣化區(qū)的煤焦氣化產(chǎn)物料流接觸以至少部分地?zé)峤馑雒悍?，生成包含煤焦油和合成氣的氣體料流和煤焦；b.將所述煤焦送入煤焦氣化區(qū)并與通入所述煤焦氣化區(qū)的包含水蒸氣和氧氣的氣化劑接觸，以生成包含合成氣的煤焦氣化產(chǎn)物料流和煤焦氣化殘?jiān)?，該煤焦氣化產(chǎn)物料流向上進(jìn)入所述煤熱解區(qū)，該煤焦氣化殘?jiān)懦鲈撁航箽饣瘏^(qū)。
2.權(quán)利要求I的方法，其中煤熱解區(qū)的溫度在500-700°C范圍內(nèi)，煤焦氣化區(qū)溫度在 900-1100°C范圍內(nèi)，氣化爐內(nèi)的絕對(duì)壓力在O. 1-4. OMPa范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述氣化劑中的氧氣與所述煤粉之比為O.2-1. ONm3氧氣/kg煤,所述氣化劑中的水蒸氣與所述煤粉之比為O. 1-0. 8kg水蒸氣/kg煤。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，還包括以下步驟將所述包含煤焦油和合成氣的氣體料流經(jīng)過(guò)任選的除塵，然后進(jìn)行氣液分離，得到包含合成氣的氣體料流和液體煤焦油。
5.權(quán)利要求4的方法，其中通過(guò)在間接式冷卻器中冷卻所述包含煤焦油和合成氣的氣體料流來(lái)進(jìn)行所述氣液分離，和/或通過(guò)氣液分離器來(lái)進(jìn)行所述氣液分離。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述氣化劑分為兩股進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)，第一股流經(jīng)位于所述煤焦氣化區(qū)中的氣化劑分布板以分布式進(jìn)入；第二股從位于氣化劑分布板的中心孔集中進(jìn)入；并通過(guò)控制第二股的氣速來(lái)控制煤焦氣化區(qū)的排渣。
7.權(quán)利要求I的方法，其中所述煤焦通過(guò)溢流管向下進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)。
8.權(quán)利要求I的方法，其中所述氣化劑分為三股進(jìn)入所述煤焦氣化區(qū)，第一股流經(jīng)位于所述煤焦氣化區(qū)中的氣化劑分布板以分布式進(jìn)入；第二股從位于氣化劑分布板的中心孔集中進(jìn)入；第三股通過(guò)設(shè)置在所述分布板上方的射流管進(jìn)入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由煤聯(lián)產(chǎn)合成氣和煤焦油的方法，包括下列步驟a.將煤粉加入到包含煤熱解區(qū)和煤焦氣化區(qū)的氣化爐的煤熱解區(qū)，并使該煤粉與來(lái)自煤焦氣化區(qū)的煤焦氣化產(chǎn)物料流接觸以至少部分地?zé)峤馑雒悍郏砂航褂秃秃铣蓺獾臍怏w料流和煤焦；b.將所述煤焦送入煤焦氣化區(qū)并與通入所述煤焦氣化區(qū)的包含水蒸氣和氧氣的氣化劑接觸，以生成包含合成氣的煤焦氣化產(chǎn)物料流和煤焦氣化殘?jiān)撁航箽饣a(chǎn)物料流向上進(jìn)入所述煤熱解區(qū)，該煤焦氣化殘?jiān)懦鲈撁航箽饣瘏^(qū)。
文檔編號(hào)C10J3/60GK102604683SQ20111043064
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者孫志強(qiáng), 崔鑫, 康守國(guó), 李克忠, 畢繼誠(chéng), 毛燕東, 祖靜茹 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司