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一種快速熱解油氣處理系統(tǒng)及方法與流程

文檔序號:11807085閱讀:568來源:國知局
一種快速熱解油氣處理系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明屬于一種熱解油氣處理系統(tǒng)及方法。更具體的說,是在煤等燃料快速熱解過程中,耦合煤焦油回收及分離過程獲得輕質(zhì)餾分油及熱解氣的系統(tǒng)及方法。



背景技術(shù):

煤炭分質(zhì)利用被認(rèn)為是煤炭清潔高效利用的有效途徑,也是我國“十三五”煤化工重點(diǎn)發(fā)展的方向。煤炭的分質(zhì)利用就是通過熱解將煤炭中不同成分先分離出來,分離出來的產(chǎn)品包括煤氣、焦油和半焦等。煤焦油通過加氫可以生產(chǎn)出汽油、柴油;半焦通過熱解變成低揮發(fā)分、低硫的清潔燃料,代替散燒煤減少對大氣的污染;煤氣可直接作為燃料氣使用。

煤炭分質(zhì)利用“龍頭”是煤的熱解技術(shù),要提取規(guī)模產(chǎn)量的焦油、煤氣,煤分質(zhì)利用需要規(guī)?;⒋笮突?,單套煤熱解裝置規(guī)模越來越大型化,在低階煤的分質(zhì)利用過程中,快速熱解一般處理粉煤原料,粉煤在熱解爐中溫度升高快,停留時(shí)間短,油氣溢出速率快,熱解油氣攜帶了大量的粉塵,雖然經(jīng)過除塵器處理,但只能除去較大的固體顆粒,熱解油氣經(jīng)急冷塔冷卻后,細(xì)小粉塵進(jìn)入焦油中,因此獲得的煤焦油中甲苯不溶物含量較高,不溶物的主要成分是煤灰、煤粉等,導(dǎo)致所得煤焦油黏度大、含重質(zhì)組分多、熱穩(wěn)定性較差,屬于重質(zhì)、劣質(zhì)焦油的范疇,這些缺點(diǎn)導(dǎo)致煤焦油的后續(xù)深加工難度較大;追求焦油高收率的熱解工藝,并不能帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。

為了解決上述問題,現(xiàn)有一種針對煤熱解焦油的回收方法:將熱解氣與冷焦油在焦油回收塔中進(jìn)行接觸換熱,使熱解氣中的焦油冷凝回收,一部分冷凝焦油經(jīng)熱量回收并經(jīng)固液分離出粉塵后作為熱解氣的冷卻介質(zhì),一部分循環(huán)回焦油回收塔底部,提高焦油在焦油回收塔底部的流速,防止粉塵沉積堵塞回收塔。該工藝?yán)弥刭|(zhì)焦油作為冷卻介質(zhì),部分重質(zhì)焦油需要經(jīng)固液分離脫除粉塵,因此重質(zhì)焦油中的粉塵很難除去,固液分離后獲得一定量的難以利用的油泥,且重質(zhì)焦油的后續(xù)深加工難度較大。此外,該方法中焦油回收塔上端裝有填料,此段冷卻溫度低,熱解氣可能會(huì)攜帶少量重質(zhì)焦油在此冷凝,長時(shí)間運(yùn)行會(huì)堵塞冷卻塔。

目前還有一種提高煤熱解低溫焦油品質(zhì)的方法,該方法是將低溫煤焦油或其蒸餾殘?jiān)尤朐厦褐羞M(jìn)行共熱解,獲取焦油和氣態(tài)烴產(chǎn)物。具體做法是將低溫煤焦油或其蒸餾殘?jiān)c原料煤進(jìn)行均勻混合,共同進(jìn)入熱解爐中共熱解,獲得液體產(chǎn)物、熱解氣、半焦,液體產(chǎn)物為油水混合物,經(jīng)油水分離后得到低溫煤焦油。但該技術(shù)方案中低溫煤焦油或其蒸餾殘?jiān)恼扯榷驾^大,其與原料煤進(jìn)行均勻混合的方式會(huì)使煤粉成塊狀或泥狀,給原料篩分、破碎等處理帶來困難。此外,熱解油氣采用水冷,會(huì)產(chǎn)生大量污水,同時(shí)熱解油氣熱量也沒有有效利用。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對上述現(xiàn)有快速熱解油氣中粉塵含量高,導(dǎo)致煤焦油后續(xù)加工困難的問題,本發(fā)明提出一種快速熱解油氣處理系統(tǒng)及方法將含粉塵重質(zhì)焦油進(jìn)行二次脫碳,以便獲得更多的輕質(zhì)焦油和熱解氣。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:

一種快速熱解油氣處理系統(tǒng),包括熱解爐、急冷塔、分餾塔;所述熱解爐設(shè)有熱解油氣出口、以及對立設(shè)置在爐體下部兩側(cè)的噴嘴;所述急冷塔設(shè)有熱解油氣入口、初冷油氣出口、重質(zhì)焦油出口;所述熱解油氣入口與所述熱解爐的熱解油氣出口連接;所述重質(zhì)焦油出口與所述噴嘴連接;所述分餾塔設(shè)有初冷油氣入口;所述初冷油氣入口與所述急冷塔的初冷油氣出口連接。

本發(fā)明還將所述分餾塔設(shè)有的重質(zhì)餾分出口與所述急冷塔的急冷油入口連接,將分餾塔所得的重質(zhì)餾分作為急冷塔的急冷油,冷卻所得重質(zhì)焦油進(jìn)入熱解爐二次熱解;實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自給自足,節(jié)省能源。

為了盡可能大地去除熱解油氣中的灰塵、雜質(zhì),本發(fā)明進(jìn)一步包括設(shè)置在所述熱解爐和所述急冷塔之間的除塵器,所述除塵器設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口,所述進(jìn)氣口與所述熱解爐的熱解油氣出口連接;所述出氣口與所述急冷塔的熱解油氣入口連接。

作為優(yōu)選實(shí)施方式,所述分餾塔在所述初冷油氣入口的上方還設(shè)有洗油入口,所述洗油入口與所述重蠟油出口連接。

本發(fā)明還公開一種快速熱解油氣處理方法,應(yīng)用上述處理系統(tǒng),處理方法包括:

熱解:煤粉熱解產(chǎn)生熱解油氣;

急冷:熱解油氣在所述急冷塔中被急冷,得到初冷油氣和重質(zhì)焦油;重質(zhì)焦油由噴嘴返回到熱解爐下部進(jìn)行裂化脫碳;

分餾:初冷油氣被所述分餾塔分餾。

優(yōu)選地,所述分餾步驟得到的重質(zhì)餾分作為急冷油被導(dǎo)入急冷塔。

優(yōu)選地,在急冷步驟之前,還包括將熱解油氣通入除塵器進(jìn)行除塵的步驟。

優(yōu)選地,將在分餾步驟中所得到的部分重質(zhì)餾分導(dǎo)回分餾塔,作為分餾塔進(jìn)料的洗油。

在熱解爐中的熱解溫度為600~850℃,熱解油氣在急冷塔中被冷卻至350~480℃,優(yōu)選365~450℃,進(jìn)入分餾塔的未被冷凝的油氣溫度優(yōu)選為340~430℃。

在所述急冷步驟中,通過控制急冷油量來控制被冷卻下來的重質(zhì)焦油的干點(diǎn),所述急冷步驟為多級噴淋。

本發(fā)明的有益效果在于:

(1)本發(fā)明使燃料在快速熱解過程中多產(chǎn)出輕質(zhì)焦油組分和氣體,不產(chǎn)出含塵重質(zhì)的焦油,并可以充分利用熱解半焦的熱量使重質(zhì)焦油進(jìn)一步裂化脫碳,生成的焦炭會(huì)附著在半焦上,與半焦一起利用,實(shí)現(xiàn)重質(zhì)焦油脫碳目的,獲得更多的輕質(zhì)焦油餾分和熱解氣;

(2)本發(fā)明對熱解油氣實(shí)現(xiàn)急冷塔噴淋、分餾塔底部進(jìn)料洗滌的措施,大大減少了熱解油氣中攜帶的粉塵,可有效防止分餾塔的結(jié)焦。

(3)熱解油氣采用重質(zhì)餾分冷卻替代常規(guī)水或氨水冷卻,避免了焦油與水乳化難以分離的問題,可減少污水的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明快速熱解油氣處理系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本發(fā)明快速熱解油氣處理方法一實(shí)施例的流程示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1、粉煤,2、熱解爐,3、半焦,4、熱解油氣,5、除塵器,6、除塵后熱解油氣,7、急冷塔,8、未冷凝熱解油氣,9、重質(zhì)焦油,10、11、12、13.噴嘴,14、分餾塔,16、重質(zhì)餾分,17、熱解氣,18、石腦油餾分,19、柴油餾分,20、蠟油餾分。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開一種快速熱解油氣處理系統(tǒng)及方法,是將粉煤等燃料快速熱解,產(chǎn)生的熱解油氣通過急冷油冷卻,被冷卻下來的含塵重質(zhì)焦油返回?zé)峤鉅t,與熱解爐中下行的熱解固體產(chǎn)物(半焦)接觸發(fā)生進(jìn)一步裂化脫碳,提高熱解氣和輕質(zhì)焦油的轉(zhuǎn)化率,未被急冷油冷凝下來的熱解油氣經(jīng)分餾塔分離出熱解氣和各輕質(zhì)餾分,其中熱解氣可分離出的CO、H2可作合成原料,其它低碳烴可作熱解爐燃料氣,各輕質(zhì)餾分可再進(jìn)一步深加工利用。

換句話說,本發(fā)明耦合了煤的快速熱解和熱解油氣回收及分離過程,使煤的快速熱解過程中多產(chǎn)出輕質(zhì)組分和氣體,減少重質(zhì)焦油的產(chǎn)出,耦合工藝可以充分利用熱解半焦的熱量使重質(zhì)焦油進(jìn)一步裂化,生焦會(huì)附著在半焦上,與半焦一起利用,實(shí)現(xiàn)重質(zhì)焦油脫碳目的,獲得更多的輕質(zhì)焦油和熱解氣。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明宗旨,本發(fā)明公開一種快速熱解油氣處理組合系統(tǒng),包括熱解爐、急冷塔、分餾塔;熱解爐設(shè)有熱解油氣出口、以及對立設(shè)置在爐體下部兩側(cè)的噴嘴;急冷塔設(shè)有熱解油氣入口、初冷油氣出口、重質(zhì)焦油出口;熱解油氣入口與熱解爐的熱解油氣出口連接;重質(zhì)焦油出口與噴嘴連接;分餾塔設(shè)有初冷油氣入口;初冷油氣入口與急冷塔的初冷油氣出口連接。

圖1為本發(fā)明快速熱解油氣處理系統(tǒng)一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示,本實(shí)施例的快速熱解油氣處理組合系統(tǒng)包括熱解爐2、除塵器5、急冷塔7和分餾塔14。

煤粉1有熱解爐2的進(jìn)料口進(jìn)入,在熱解爐內(nèi)熱解,生成熱解油氣4和半焦3。

熱解油氣4中含有大量的粉塵,經(jīng)過除塵器5,除去較大的固體顆粒,得到除塵后的熱解油氣6。

除塵后的熱解油氣6進(jìn)入急冷塔7,在冷卻油的噴淋作用下,重質(zhì)組分被冷凝成重質(zhì)焦油9;輕質(zhì)組分未被冷凝,以氣態(tài)從急冷塔7上方溢出。重質(zhì)焦油9由對立設(shè)置在爐體下部兩側(cè)的噴嘴10、11以及12、13送回至熱解爐的底部,與熱解爐中下行的熱解固體產(chǎn)物(半焦)接觸發(fā)生進(jìn)一步裂化脫碳,提高熱解氣和輕質(zhì)焦油的轉(zhuǎn)化率。噴嘴10、11對立設(shè)置,噴嘴12、13對立設(shè)置。噴嘴成對對立設(shè)置,能夠彼此抵消對下落物料的沖擊力。

本實(shí)施例中,急冷塔7的急冷油可進(jìn)一步采用多級噴淋方式,即不同高度上開設(shè)不同的冷卻油噴淋孔。多級噴淋進(jìn)一步減少了熱解油氣中攜帶的粉塵。操作人員可通過控制急冷油的噴淋量來控制被冷卻下來的重質(zhì)焦油的干點(diǎn),所述“干點(diǎn)”指重質(zhì)焦油的最終組分的沸點(diǎn)。也就是說,操作人員可通過控制急冷油的噴淋量,來控制重質(zhì)焦油9的成分。

未冷凝熱解油氣8被當(dāng)做原料,由急冷塔被送入分餾塔14分餾,分餾得到重質(zhì)餾分16和熱解氣17、石腦油餾分18、柴油餾分19、蠟油餾分20等各輕質(zhì)餾分,其中,所得熱解氣可分離出的CO、H2可作合成原料,其它低碳烴可作熱解爐燃料氣,各輕質(zhì)餾分可再進(jìn)一步深加工利用。重質(zhì)餾分16可送入急冷塔7,與急冷塔7的噴淋系統(tǒng)相連,作為急冷油用。分餾塔14可以是常壓蒸餾塔,也可以是減壓蒸餾塔。

本發(fā)明還可以將在分餾步驟中所得到的另一部分重質(zhì)餾分被送回急冷塔,作為分餾塔進(jìn)料的洗油,最終與熱解油氣冷凝所得重質(zhì)組分一起,作為重質(zhì)焦油9送入熱解爐進(jìn)行二次裂化脫碳。

本發(fā)明公開的快速熱解油氣處理方法,具體包括以下步驟:

(1)粉煤進(jìn)入下行床熱解爐,產(chǎn)生的熱解油氣經(jīng)除塵器除去大顆粒機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入急冷塔,在急冷塔中進(jìn)行噴淋冷卻,

(2)急冷塔中被冷卻下來的含塵重質(zhì)焦油返回到熱解爐下方,通過對置噴嘴噴入熱解爐中,與下行熱解固體產(chǎn)物(半焦)接觸,重質(zhì)焦油進(jìn)一步發(fā)生裂化脫碳反應(yīng)生成焦炭和油氣,焦炭附著在半焦上,半焦自熱解爐底部排出;

(3)急冷塔中未被冷卻的油氣進(jìn)入分餾塔進(jìn)行分餾,塔頂分離出熱解氣,側(cè)線分離出石腦油餾分、柴油餾分、蠟油餾分,塔底分離出重質(zhì)餾分;

(4)重質(zhì)餾分一部分作為急冷塔的急冷油,通過噴淋方式冷卻來自熱解爐的油氣,一部分作為分餾塔進(jìn)料的洗油,進(jìn)一步脫除油氣中的粉塵雜質(zhì)。

如圖2所示,本發(fā)明一實(shí)施例的處理方法流程為:

熱解:煤粉熱解產(chǎn)生熱解油氣;

除塵:將熱解油氣通入除塵器進(jìn)行除塵;

急冷:熱解油氣在所述急冷塔中被急冷,得到初冷油氣和重質(zhì)焦油;重質(zhì)焦油由噴嘴返回到熱解爐下部進(jìn)行裂化脫碳;在急冷步驟中,通過控制急冷油量來控制被冷卻下來的重質(zhì)焦油的干點(diǎn),急冷可以設(shè)置多級噴淋。

分餾:初冷油氣被所述分餾塔分餾。將在分餾步驟中所得到的部分重質(zhì)餾分可用作急冷塔的急冷油和分餾塔的洗油,對熱解油氣在分離前進(jìn)行進(jìn)一步地除塵。

粉煤或其它含碳體在熱解爐中的熱解溫度為600~850℃,熱解油氣在急冷塔中被冷卻至350~480℃,優(yōu)選365~450℃,進(jìn)入分餾塔的未被冷凝的油氣溫度優(yōu)選為340~430℃。

本發(fā)明含塵重質(zhì)焦油在熱解爐中與熱解固體(半焦)接觸,半焦作為重質(zhì)焦油裂化生成焦炭的載體,可以避免焦炭附著在熱解爐內(nèi)壁。

本發(fā)明中的熱解油氣可進(jìn)一步提純氫氣和其它低碳烴,氫氣可為焦油餾分的加氫輕質(zhì)化提供氫源,其它氣體組分可作為原料或燃料。

本發(fā)明分餾步驟得到的重質(zhì)餾分作為急冷油被導(dǎo)入急冷塔。

需要說明的是,本發(fā)明中所涉及的熱解油氣的處理方法尤其適用于低階煤快速熱解過程中熱解油氣的處理,同樣也適用于油母頁巖、油砂、天然瀝青、生物質(zhì)、垃圾等通過熱解或干餾而獲得油氣的處理過程。

下面用實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明,但是實(shí)施例并不因此而限制本發(fā)明的使用范圍。具體實(shí)施方式按照圖2所示工藝流程,本發(fā)明實(shí)施例采用低階煤作為熱解原料煤,其主要性性質(zhì)見表1。

表1琿春低階煤主要性質(zhì)

實(shí)施例1

低階粉煤(<3mm)在熱解爐中的熱解溫度為750℃,熱解氣經(jīng)除塵器除去大顆粒的雜質(zhì)后在急冷塔中被冷卻至450℃,經(jīng)轉(zhuǎn)油線輸送以420℃進(jìn)入分餾塔,在急冷塔中熱解油氣中的粉塵被噴淋洗滌至重質(zhì)焦油中,重質(zhì)焦油通過熱解爐上的對置噴嘴噴入爐內(nèi),與熱解固體半焦接觸發(fā)生深度裂化生焦,產(chǎn)生輕質(zhì)焦油餾分、焦炭和裂化氣體,焦炭被固定在熱解后的半焦上,與半焦一起得到利用。其主要產(chǎn)物分布見表2。

由表2可知,采用本發(fā)明方法輕質(zhì)餾分(石腦油餾分+柴油餾分)收率為46.52%(占收到基焦油重量百分比),蠟油餾分收率為38.43%,重質(zhì)餾分收率僅為15.14%,輕油收率和蠟油收率顯著高于對比例;熱解氣中C1、C2氣體含量明顯高于對比例,主要是由于重質(zhì)焦油熱裂化所致;熱解氣產(chǎn)量也顯著高于對比例。

實(shí)施例2

低階粉煤(<3mm)在熱解爐中的熱解溫度為600℃,熱解氣經(jīng)除塵器除去大顆粒的雜質(zhì)后在急冷塔中被冷卻至350℃,經(jīng)轉(zhuǎn)油線輸送以340℃進(jìn)入分餾塔,在急冷塔中熱解油氣中的粉塵被噴淋洗滌至重質(zhì)焦油中,重質(zhì)焦油通過熱解爐上的對置噴嘴噴入爐內(nèi),與熱解固體半焦接觸發(fā)生深度裂化生焦,產(chǎn)生輕質(zhì)焦油餾分、焦炭和裂化氣體,焦炭被固定在熱解后的半焦上,與半焦一起得到利用。其主要產(chǎn)物分布見表2。

實(shí)施例3

低階粉煤(<3mm)在熱解爐中的熱解溫度為850℃,熱解氣經(jīng)除塵器除去大顆粒的雜質(zhì)后在急冷塔中被冷卻至480℃,經(jīng)轉(zhuǎn)油線輸送以430℃進(jìn)入分餾塔,在急冷塔中熱解油氣中的粉塵被噴淋洗滌至重質(zhì)焦油中,重質(zhì)焦油通過熱解爐上的對置噴嘴噴入爐內(nèi),與熱解固體半焦接觸發(fā)生深度裂化生焦,產(chǎn)生輕質(zhì)焦油餾分、焦炭和裂化氣體,焦炭被固定在熱解后的半焦上,與半焦一起得到利用。其主要產(chǎn)物分布見表2。

實(shí)施例4

低階粉煤(<3mm)在熱解爐中的熱解溫度為700℃,熱解氣經(jīng)除塵器除去大顆粒的雜質(zhì)后在急冷塔中被冷卻至465℃,經(jīng)轉(zhuǎn)油線輸送以380℃進(jìn)入分餾塔,在急冷塔中熱解油氣中的粉塵被噴淋洗滌至重質(zhì)焦油中,重質(zhì)焦油通過熱解爐上的對置噴嘴噴入爐內(nèi),與熱解固體半焦接觸發(fā)生深度裂化生焦,產(chǎn)生輕質(zhì)焦油餾分、焦炭和裂化氣體,焦炭被固定在熱解后的半焦上,與半焦一起得到利用。其主要產(chǎn)物分布見表2。

對比例

采用實(shí)施例1中相同低階煤,其它操作相同,不同點(diǎn)在于在急冷塔中冷卻的重質(zhì)焦油直接排出收集。主要產(chǎn)物分布見表2。

表2實(shí)施例及對比例主要產(chǎn)物分布

由表2可知,采用本發(fā)明方法輕質(zhì)餾分(石腦油餾分+柴油餾分)收率顯著高于對比例;熱解氣中C1、C2氣體含量明顯高于對比例,主要是由于重質(zhì)焦油熱裂化所致;熱解氣產(chǎn)量也顯著高于對比例。

本發(fā)明使煤的快速熱解過程中多產(chǎn)出輕質(zhì)焦油組分和氣體,不產(chǎn)出含塵重質(zhì)焦油,并可以充分利用熱解半焦的熱量使重質(zhì)焦油進(jìn)一步裂化脫碳,生成的焦炭會(huì)附著在半焦上,與半焦一起利用,實(shí)現(xiàn)重質(zhì)焦油脫碳目的,獲得更多的輕質(zhì)焦油餾分和熱解氣;本發(fā)明對熱解油氣實(shí)現(xiàn)急冷塔噴淋、分餾塔底部進(jìn)料洗滌,大大減少了熱解油氣中攜帶的粉塵,可有效防止分餾塔的結(jié)焦;同時(shí),熱解油氣采用重質(zhì)餾分冷卻替代常規(guī)水或氨水冷卻,避免了焦油與水乳化難以分離的問題,可減少污水的產(chǎn)生。

本發(fā)明公開的內(nèi)容論及的是示例性實(shí)施例,在不脫離權(quán)利要求書界定的保護(hù)范圍的情況下,可以對本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行各種改變和修改。因此,所描述的實(shí)施例旨在涵蓋落在所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)的所有此類改變、修改和變形。此外,除上下文另有所指外,以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式,反之亦然。另外,除非特別說明,那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分使用。

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