专利名称：一种联产合成气和煤焦油的方法
技术领域：
本发明属于一种联产合成气和煤焦油的方法，具体地说涉及一种以煤原料高效地联产合成气和煤焦油的方法。
背景技术：
随着石油和天然气资源的日益匮乏，煤焦油的价格成增加趋势。当前的煤气化技术多为单一过程，如已实现产业化的德士古水煤浆气化技术和shell干粉煤气化技术等， 在较高的温度和压力下，将煤变成合成气，忽略煤本身的结构特点，强制将所有碳全部转化，这种工艺过程除了对反应器的材质要求较高外，也浪费了煤中所包含的烃类资源。随着能源危机的出现和人们环保意识的增强，煤的分级、洁净转化技术被提上了研究日程，如被世界各国广泛重视的多联产技术，其主要特点是从煤的结构入手，根据煤质特点采取相应的转化手段。基于此，本发明提出一种联产合成气和煤焦油的方法，主要目的是实现煤的分级转化，既利用了煤中宝贵的烃类资源，同时提高过程的经济性。发明概述本发明涉及一种由煤联产合成气和煤焦油的方法，包括下列步骤a.将煤粉加入到包含煤热解区和煤焦气化区的气化炉的煤热解区，并使该煤粉与来自煤焦气化区的煤焦气化产物料流接触以至少部分地热解所述煤粉，生成包含煤焦油和合成气的气体料流和煤焦；b.将所述煤焦送入煤焦气化区并与通入所述煤焦气化区的包含水蒸气和氧气的气化剂接触，以生成包含合成气的煤焦气化产物料流和煤焦气化残渣，该煤焦气化产物料流向上进入所述煤热解区，该煤焦气化残渣排出该煤焦气化区。
图I为本发明的方法的示意性工艺流程图。可以理解的是，附图仅仅是说明性的，不打算以任何方式限制本发明的范围。本发明的范围应由权利要求的内容所确定。发明详述本发明的方法所采用的核心气化设备是气化炉。该气化炉一般竖直放置或倾斜放置，倾斜放置时其倾斜角度足以使得炉中的固体物料例如煤粉在其自身重力下向下运动。 在最一般的情况下，可将气化炉从上至下分为两区或两段，按照各段的功能，依次为煤热解区和煤焦气化区。其中，所述煤热解区具有至少一个煤进料口和至少一个气体出料口 ；所述煤焦气化区具有至少一个气化剂进料口、至少一个排渣口、任选的循环固体物料进料口和气化剂分布板；且所述气化炉内还具有用于将由煤在煤热解区中部分热解后产生的煤焦从所述煤热解区导入所述煤焦气化区的溢流管。当该气化炉工作时，固体物料，例如煤，从所述煤进料口进入煤热解区，并从上向下运动，最终生成煤焦气化残渣，从气化炉底部的排渣口离开气化炉，而包含水蒸气和氧气的气化剂，则从所述气化剂进料口进入所述煤焦气化区，并从下向上运动，最终从气化炉顶部的气体出料口离开气化炉。固体物料和气体物料在气化炉内基本上呈逆流接触的形式。本发明的气化炉，基本上越靠近底部温度越高，越靠近顶部温度越低。此外，气化炉两区之间可以用多孔分布板隔开，该多孔分布板上具有供气体物料通过的孔。该多孔分布板上还贯通设有呈两端开放的溢流管，该溢流管用于使固体物料例如煤、煤焦自上而下从上层的煤热解区通过溢流管流向下层的煤焦气化区。在气化炉的各区都可根据需要设有用于将物料，例如煤和气化剂等通入气化炉的进料设备，这些进料设备是本领域技术人员公知的，例如料仓、旋转给料设备以及必要的连接管道，等等。此夕卜，在气化炉的顶部和底部还设有供气体和煤焦气化残渣离开气化炉的常规出料设备。本发明的方法中，煤和气化剂的进料位置可以根据需要加以选择或调整。例如，至少一部分煤可以从本发明的气化炉的煤热解区和/或煤焦气化区的任意一处或几处进入气化炉，但优选将大部分煤、更优选将全部的煤从煤热解区进入气化炉。气化剂则从煤焦气化区的底部和/或侧面通入气化炉中，优选从煤焦气化区的底部和侧面共同通入。对本发明中使用的煤没有限制，其可以选自烟煤、无烟煤、褐煤等，并且优选在进入本发明的气化炉之前被粉碎成煤粉，煤粉的粒度一般可为6_以下。本发明的步骤a发生在气化炉的煤热解区，加入到该区中的煤粉与来自煤焦气化区的煤焦气化产物料流接触以至少部分地热解所述煤粉，形成包含煤焦油的合成气的气体料流和煤焦，其中所述合成气是指包含氢气和一氧化碳的气体混合物，所述煤焦是指煤粉被部分热解后产生的产物。其中所述“至少部分热解“包括如下几种情况使全部煤粉发生部分热解、使部分煤粉发生全部热解和使部分煤粉发生部分热解，换句话说，“至少部分”是在煤粉的量和热解反应进行程度二者中至少一者不是完全的。该煤热解区中的所有气体从所述气体出料口离开气化炉，而所述煤焦则经由所述溢流管沿气化炉向下运动，进入到所述煤焦气化区。在该步骤a中，将至少一部分煤从所述煤热解区通入气化炉，优选将绝大部分煤、甚至更优选将全部的煤从所述煤热解区通入气化炉。这样做的好处是充分利用了煤焦在煤焦气化区中的气化反应所放出的热量，该热量随着煤焦气化产物料流向上进入煤热解区，与从煤热解区进入气化炉的煤接触，使该煤预热并快速热解，生成合成气和煤焦油， 其中煤焦油来自煤中所含的挥发份。焦油在该区的条件下随着气体产物离开气化炉，而煤焦则向下进入到气化炉的煤焦气化区继续反应。该煤热解区中的温度主要通过加入的气化剂的流量及加入到该区中的煤粉的进料量来调节，一般是500-700°C。煤热解区的压力为 O. I 4. OMPa (本文中所有的压力均为绝对压力)。本发明的步骤b发生在气化炉的煤焦气化区。在该步骤中，将所述煤焦送入煤焦气化区并与通入所述煤焦气化区的包含水蒸气和氧气的气化剂接触，以生成包含合成气的煤焦气化产物料流和煤焦气化残渣，该煤焦气化产物料流向上进入所述煤热解区，该煤焦气化残渣排出该煤焦气化区。在该煤焦气化区中发生的主要反应如下2C+2H20 — 2H2+2C0 (I)C+02 —CO2(2)2C+02 — 2C0(3)C0+H20 — C02+H2(4)所述煤焦气化区的反应温度为900 1100°C，压力为O. I 4. OMPa0在煤焦气化区中，反应所需热量主要来自煤中的碳与气化剂中的氧气之间发生的燃烧反应。
其中所述气化剂中的氧气与所述煤粉之比为O. 2-1. ONm3氧气/kg煤，所述气化剂中的水蒸气与所述煤粉之比为O. 1-0. 8kg水蒸气/kg煤。其中Nm3是指换算到标准状态 (298K, 101. 325kPa)下的气体的体积。在本发明的优选的实施方案中，可将所述气化剂分为两股进入所述煤焦气化区， 第一股流经位于所述煤焦气化区中的气化剂分布板以分布式进入；第二股从位于气化剂分布板的中心孔集中进入，并通过控制第二股的气速来控制煤焦气化区的排渣。以上第一股与第二股之间的流量比可以由本领域技术人员根据具体工艺条件加以确定，例如，为5 I 至 30 I。在本发明的更优选的实施方案中，可将所述气化剂分为三股进入所述煤焦气化区，第一股流经位于所述煤焦气化区中的气化剂分布板以分布式进入；第二股从位于气化剂分布板的中心孔集中进入；第三股通过设置在所述气化剂分布板上方的射流管进入。这样做的好处是有效地避免中心管因结渣而堵塞。以上第一股第二股第三股的流量比可以由本领域技术人员根据具体工艺条件加以确定，例如，为5-30 I 0.5-10。在本发明的优选实施方案中，还包括以下步骤将所述包含煤焦油和合成气的气体料流经过任选的除尘，然后进行气液分离，得到包含合成气的气体料流和液体煤焦油。其中除尘操作可以通过本领域常规的除尘技术来进行，例如通过旋风分离器来进行。该除尘操作可以不存在，但是优选存在。可将除尘操作所收集的固体细颗粒返回至所述气化炉的煤焦气化区，以便使其中所含的碳得以重新发生气化反应，提高碳的利用率。其中，通过在间接式冷却器中冷却所述包含煤焦油和合成气的气体料流来进行所述气液分离，和/或通过另外的气液分离器(优选为非冷却式气液分离器)来进行所述气液分离。其中所述间接式冷却器将所述气体料流的温度冷却至其中大部分煤焦油能够变成液体的温度，例如冷却到煤焦油的沸点温度以下，优选冷却至常温。该间接式冷却器可使用液体水、优选常温冷却水作为冷却介质。
实施例给出以下实施例以举例说明本发明，这些实施例并非限制性的。参见图1，该图示意性地示出了本发明的一个优选实施方案的工艺流程图。以来自陕西神木的烟煤为气化原料，破碎至6mm以下，加入到带有搅拌装置的料仓I中待用。气化炉4至少包含处于其上段的煤热解区19和处于其下段的煤焦气化区20 两个区，两区之间以多孔分布板6隔开，且通过至少一根溢流管5使煤热解区的固体物料能够溢流进入煤焦气化区。工艺启动时，先在气化炉的下段添加额外的煤焦颗粒，堆积成床层，并将溢流管5的下端埋入该床层中，将1000°C左右的热烟气从进气口 7进入气化炉4， 把气化炉4加热到700-800°C，停止加热，打开调速电机2，通过螺旋加料器3把原料煤加入到处于气化炉4上段的煤热解区19中，待溢流管5的溢流稳定后，停止通入热烟气，并将来自空分装置的氧气通过进气口 7进入气化剂分布板9下面的气室，再通过气化剂分布板进入处于气化炉4下段的煤焦气化区20中，氧气与煤的比例为O. 4Nm3/kg,待物料燃烧至炉温稳定后，再来自蒸汽发生器的蒸汽分别通过分布板9和中心管10通入气化炉4，蒸汽温度 3000C，入炉蒸汽总量与原料煤比为O. 4kg/kg。通过调节入炉的氧气和蒸汽流量可控制煤焦气化区的反应温度在900-1100摄氏度之间。气化炉操作稳定后，煤焦气化区中的煤焦则主要靠来自气化炉上段的煤热解区的煤焦溢流来供应，通过调节溢流管5和多孔分布板6之间的压降关系可以实现稳定的溢流。反应产生的煤焦气化残渣由中心管10排入渣斗11，可定时通过阀12排放。离开气化炉的焦油和煤气经过一级旋风分离器13和二级旋风分离器 14后进入煤气冷却器15,该煤气冷却器15米用间接冷却的方法,煤气被冷却水冷却至40°C 以下，同时大部分焦油气体在煤气冷却器15中被冷凝为液体焦油。冷却后的合成气进入气液分离器17，在那里将仍残存的一些煤焦油与合成气分离开。来自煤气冷却器15和气液分离器17的液体焦油排入粗焦油储罐16，脱水后得到粗焦油产品，离开气液分离器17的合成气进入气柜18，得到成品合成气。一级旋风分离器13内的飞灰(主要为固体小颗粒) 通过返料装置返回气化炉，二级旋风分离器14内的灰渣排入另一渣斗11，可定时排放。表I示出了参照以上实施例的工业实验中所采用的三组示例性的具体工艺条件
以及实验结果
权利要求
1.一种由煤联产合成气和煤焦油的方法，包括下列步骤a.将煤粉加入到包含煤热解区和煤焦气化区的气化炉的煤热解区，并使该煤粉与来自煤焦气化区的煤焦气化产物料流接触以至少部分地热解所述煤粉，生成包含煤焦油和合成气的气体料流和煤焦；b.将所述煤焦送入煤焦气化区并与通入所述煤焦气化区的包含水蒸气和氧气的气化剂接触，以生成包含合成气的煤焦气化产物料流和煤焦气化残渣，该煤焦气化产物料流向上进入所述煤热解区，该煤焦气化残渣排出该煤焦气化区。
2.权利要求I的方法，其中煤热解区的温度在500-700°C范围内，煤焦气化区温度在 900-1100°C范围内，气化炉内的绝对压力在O. 1-4. OMPa范围内。
3.根据权利要求I的方法，其中所述气化剂中的氧气与所述煤粉之比为O.2-1. ONm3氧气/kg煤,所述气化剂中的水蒸气与所述煤粉之比为O. 1-0. 8kg水蒸气/kg煤。
4.根据权利要求I的方法，还包括以下步骤将所述包含煤焦油和合成气的气体料流经过任选的除尘，然后进行气液分离，得到包含合成气的气体料流和液体煤焦油。
5.权利要求4的方法，其中通过在间接式冷却器中冷却所述包含煤焦油和合成气的气体料流来进行所述气液分离，和/或通过气液分离器来进行所述气液分离。
6.权利要求I的方法，其中所述气化剂分为两股进入所述煤焦气化区，第一股流经位于所述煤焦气化区中的气化剂分布板以分布式进入；第二股从位于气化剂分布板的中心孔集中进入；并通过控制第二股的气速来控制煤焦气化区的排渣。
7.权利要求I的方法，其中所述煤焦通过溢流管向下进入所述煤焦气化区。
8.权利要求I的方法，其中所述气化剂分为三股进入所述煤焦气化区，第一股流经位于所述煤焦气化区中的气化剂分布板以分布式进入；第二股从位于气化剂分布板的中心孔集中进入；第三股通过设置在所述分布板上方的射流管进入。
全文摘要
本发明公开了一种由煤联产合成气和煤焦油的方法，包括下列步骤a.将煤粉加入到包含煤热解区和煤焦气化区的气化炉的煤热解区，并使该煤粉与来自煤焦气化区的煤焦气化产物料流接触以至少部分地热解所述煤粉，生成包含煤焦油和合成气的气体料流和煤焦；b.将所述煤焦送入煤焦气化区并与通入所述煤焦气化区的包含水蒸气和氧气的气化剂接触，以生成包含合成气的煤焦气化产物料流和煤焦气化残渣，该煤焦气化产物料流向上进入所述煤热解区，该煤焦气化残渣排出该煤焦气化区。
文档编号C10J3/60GK102604683SQ20111043064
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者孙志强, 崔鑫, 康守国, 李克忠, 毕继诚, 毛燕东, 祖静茹 申请人:新奥科技发展有限公司