一种粉煤干馏装置及粉煤干馏方法与流程

本发明涉及煤化工和石油加工
技术领域：
，且特别涉及一种粉煤干馏装置及粉煤干馏方法。
背景技术：
：随着世界石油资源日益匮乏，国内外利用煤干馏技术生产煤焦油替代石油资源已成为重要的补充方案。当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时，粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象)；至400-500℃大部分干气和焦油析出，称一次热分解产物；在450-550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550℃，半焦继续分解，析出余下的挥发物(主要成分是氢气)，半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物(焦炉煤气和其他炼热解学产品)。煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、加工条件(主要是温度和时间)。随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，干气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干馏之间。煤干馏过程中生成的干气主要成分为氢气和甲烷，可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭，所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物，是工业上获得芳香烃的重要来源；低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是人造石油重要来源之一。煤粉流化干馏技术是将块状煤粉碎为细粉与高温热载体在流化状态下，直接或间接接触传热并发生热分解反应的过程，其特点包括：煤粉干馏热强度高、干馏速度快、煤焦油产率高、气固可得到快速分离。目前的干馏技术中，至少存在以下不足：一、灰融聚粉煤干馏会加大生成半焦的燃烧量；生成半焦的燃烧量大会使燃烧单元的设备尺寸大，造成装置投资增加；灰融聚粉煤干馏所产半焦中的灰分含量高。二、采用高温水煤气循环作为干馏原料的流化介质和热载体，高温气体循环对气体压缩机提出更高的材质要求；高温气体的循环压缩设备始终处于高苛刻运转状态，将影响装置的长周期运转，严重制约采用该技术的大型化装置建设。三、基本未涉及劣质重油的热加工热解及劣质重油流化热改质。技术实现要素：本发明的目的之一在于提供一种粉煤干馏装置，该粉煤干馏装置结构简单，投资低，操作灵活；装置无烟气排放，焦炭气化生成气体可进一步合成甲醇乃至轻质油品。本发明的目的之二在于提供一种粉煤干馏方法，该方法简单，该方法简单，易操作，效率高。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本发明提出一种粉煤干馏装置，其包括焦炭气化炉、气体冷却器、第一旋风分离器、粉煤干馏反应器、沉降汽提器、第二旋风分离器、半焦冷却器以及第一斜管。焦炭气化炉包括位于两端的第一集气室和第一密相床，气体冷却器的进气端与焦炭气化炉的靠近第一集气室的一端连通，气体冷却器的出气端与第一旋风分离器的进料端连通，第一旋风分离器的气相出料端与第一集气室连通，第一旋风分离器的固相出料端与第一密相床连通。沉降汽提器包括位于两端的第二集气室和油气汽提段以及靠近油气汽提段的第二密相床。粉煤干馏反应器的一端设置于第二密相床与第二集气室之间，另一端伸出沉降汽提器并与焦炭气化炉的远离第一集气室的一端连通；粉煤干馏反应器的伸出沉降汽提器的一端设有粉煤进料口以及重油喷嘴。第二旋风分离器的进料端与粉煤干馏反应器的位于沉降汽提器内的一端连通，第二旋风分离器的气相出料端与第二集气室连通，第二旋风分离器的固相出料端与第二密相床连通，半焦冷却器与油气汽提段连通。第一斜管设置于沉降汽提器与焦炭气化炉之间并用于连通油气汽提段与第一密相床。可选地，在本申请较佳实施例中，沉降汽提器与焦炭气化炉之间设有第二斜管，第一密相床设有淹流管，第二斜管的一端与粉煤干馏反应器的伸出沉降汽提器的一端连通，第二斜管的另一端伸入第一密相床并与淹流管连通。可选地，在本申请较佳实施例中，沉降汽提器还包括第三旋风分离器，第三旋风分离器的进料端与第二旋风分离器的气相出料端连通，第三旋风分离器的气相出料端与第二集气室连通，第三旋风分离器的固相出料端与第二密相床连通。可选地，在本申请较佳实施例中，焦炭气化炉的远离第一集气室的一端设有用于通入氧和水蒸汽的第一入口以及用于分布由第一入口进入的氧气和水蒸汽的气体分布器。可选地，在本申请较佳实施例中，沉降汽提器的油气汽提段设有用于通入水蒸汽的第二入口以及用于分布由第二入口进入的水蒸汽的气体分布板。可选地，在本申请较佳实施例中，粉煤干馏装置还包括半焦排料罐，半焦排料罐与半焦冷却器连通以用于收集和排出半焦。可选地，在本申请较佳实施例中，沉降汽提器与焦炭气化炉均优选金属外壳内衬隔热耐磨衬里。可选地，在本申请较佳实施例中，粉煤干馏反应器采用横截面为圆形的金属管，内衬隔热耐磨衬里，长度为10-30m，直径为400-500mm。可选地，在本申请较佳实施例中，粉煤干馏反应器与沉降汽提器优选为同轴设置。本发明还提出一种粉煤干馏方法，采用上述粉煤干馏装置，以焦炭气化炉中的高温炭粒为热载体输送至粉煤干馏反应器的底部，与粉煤进料口输入的粉煤混合，升温并干馏，然后与重油喷嘴喷入的重油接触并在粉煤干馏反应器中发生粉煤干馏与重油热解反应；反应后的生成物进入沉降汽提器，并由第二旋风分离器进行气固分离，生成的油气由第二集气室排出装置进入分馏系统；分离出的固体半焦经油气汽提段的水蒸汽汽提，一部分半焦进入半焦冷却器冷却，另一部分半焦经第一斜管进入焦炭气化炉的第一密相床。焦炭气化炉中进行焦炭气化并使半焦部分脱炭升温，生成物通过气体冷却器冷却并经过第一旋风分离器进行气固分离，分离的气体进入第一集气室并经排出装置进入下游加工装置，分离的高温炭粒热载体通过第一旋风分离器的固相出料端进入第一密相床，进入焦炭气化炉的半焦经部分脱炭升温后形成高温炭粒再输送至粉煤干馏反应器与粉煤进料口输入的粉煤以及重油喷嘴喷入的重油依次接触发生热反应，循环进行。优选地，粉煤以及高温炭粒的粒径均小于等于5mm。可选地，在本申请较佳实施例中，粉煤干馏反应器内的油气平均线速为3-5m/s，粉煤的干馏时间为5-10s，重油的热解时间为3-6s。可选地，在本申请较佳实施例中，粉煤干馏反应器内高温炭粒与粉煤的重量比为(1：0.5)-(1：0.7)，高温炭粒与重油的重量比为(1：0.25)-(1：0.4)。可选地，在本申请较佳实施例中，焦炭气化炉内的温度为1000-1200℃，第一密相床对应的气体线速为1-5m/s，焦炭的气化时间为5-20min。本发明较佳实施例提供的粉煤干馏装置及粉煤干馏方法的有益效果包括：本发明较佳实施例提供的粉煤干馏方法采用高温炭粒作为流化介质达到粉煤干馏和重油热解的工艺目标，并且在保留重油流化热解的工艺优势条件下克服了现有流化热解工艺处于流态化的载热、载炭的炭粒的制造、烧焦再生控制及应用等方面的技术困难。提供的粉煤干馏装置结构简单，投资低，操作灵活；装置无烟气排放，焦炭气化生成气体可进一步合成甲醇乃至轻质油品；装置原料加工效率高，适合粉煤干馏及重油热解大型化生产。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本申请实施例中粉煤干馏装置的结构示意图；图2为本申请实施例中粉煤干馏装置中焦炭气化炉的结构示意图；图3为本申请实施例中粉煤干馏装置中沉降汽提器的结构示意图；图4为图1中Ⅳ处的放大图。图标：10-焦炭气化炉；11-第一集气室；12-稀相段；13-淹流管；14-第一密相床；15-气体分布器；16-气体冷却器；17-第一旋风分离器；18-第一斜管；181-第一流量控制阀；19-第二斜管；191-第二流量控制阀；20-沉降汽提器；21-第二集气室；22-第二旋风分离器；23-第三旋风分离器；24-粉煤干馏反应器；241-重油喷嘴；242-粉煤进料口；25-第二密相床；26-油气汽提段；27-半焦冷却器；271-半焦输送管；28-半焦排料罐；29-气体分布板；31-第一入口；32-第二入口；33-第三入口。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“垂直”等术语并不表示要求部件绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以下结合实施例进行具体说明。实施例请参照图1至图4，本发明实施例提供的粉煤干馏装置包括焦炭气化炉10、气体冷却器16、第一旋风分离器17、粉煤干馏反应器24、沉降汽提器20、第二旋风分离器22、半焦冷却器27以及第一斜管18。请一并参照图1与图2，焦炭气化炉10包括分别位于两端的第一集气室11和第一密相床14，气体冷却器16的进气端与焦炭气化炉10的靠近第一集气室11的一端连通，气体冷却器16的出气端与第一旋风分离器17的进料端连通，第一旋风分离器17的气相出料端与第一集气室11连通，第一旋风分离器17的固相出料端与第一密相床14连通。请一并参照图1、图3和图4，沉降汽提器20包括分别位于两端的第二集气室21和油气汽提段26以及靠近油气汽提段26的第二密相床25。本申请中，沉降汽提器20与焦炭气化炉10均优选金属外壳内衬隔热耐磨衬里。粉煤干馏反应器24的一端设置于第二密相床25与第二集气室21之间，另一端伸出沉降汽提器20并与焦炭气化炉10的远离第一集气室11的一端连通；粉煤干馏反应器24的伸出沉降汽提器20的一端设有粉煤进料口242以及重油喷嘴241(请一并参照图1及图4)。粉煤进料口242用于向粉煤干馏反应器24中输入煤粉，重油喷嘴241用于向粉煤干馏反应器24中喷入重油。本申请中，粉煤干馏反应器24可采用横截面为圆形的金属管，内衬隔热耐磨衬里，长度例如可以为10-30m，直径可以为400-500mm。值得说明的是，粉煤干馏反应器24与沉降汽提器20优选为同轴设置。本申请中，重油喷嘴241设置于粉煤进料口242的靠近第二集气室21的一侧，粉煤进料口242与重油喷嘴241之间的垂直距离可以为5-7m。可参考地，重油喷嘴241的数量可以为1个，也可以为多个，如2个、3个、4个及4个以上。当重油喷嘴241的数量大于1时，重油喷嘴241可沿粉煤干馏反应器24的径向对称分布或等距间隔分布。第二旋风分离器22的进料端与粉煤干馏反应器24的位于沉降汽提器20内的一端连通，第二旋风分离器22的气相出料端与第二集气室21连通，第二旋风分离器22的固相出料端与第二密相床25连通，半焦冷却器27与油气汽提段26连通。较佳地，本申请中，沉降汽提器20还包括第三旋风分离器23，第三旋风分离器23的进料端与第二旋风分离器22的气相出料端连通，第三旋风分离器23的气相出料端与第二集气室21连通，第三旋风分离器23的固相出料端与第二密相床25连通。也即可以理解为，物料经粉煤干馏反应器24先进入第二旋风分离器22分离，所得的气相物质进入第三旋风分离器23继续分离，所得的气相物质随即进入第二集气室21，第二旋风分离器22及第三旋风分离器23所分离出的固相物质均进入第二密相床25。第一斜管18设置于沉降汽提器20与焦炭气化炉10之间并用于连通油气汽提段26与第一密相床14。第一斜管18的与油气汽提段26以及第二密相床25连接的两端之间设置有第一流量控制阀181，以控制由油气汽提段26进入第二密相床25的半焦的量。较佳地，本申请中，沉降汽提器20与焦炭气化炉10之间还设有第二斜管19，第一密相床14设有淹流管13，第二斜管19的一端与粉煤干馏反应器24的伸出沉降汽提器20的一端连通，第二斜管19的另一端伸入第一密相床14并与淹流管13连通。第二斜管19的与淹流管13以及粉煤干馏反应器24连接的两端之间设置有第二流量控制阀191，以控制由淹流管13进入粉煤干馏反应器24的高温炭粒的量。进一步地，本申请中，焦炭气化炉10的远离第一集气室11的一端设有用于通入氧和水蒸汽的第一入口31以及用于分布由第一入口31进入的氧气和水蒸汽的气体分布器15。进一步地，本申请中，沉降汽提器20的油气汽提段26设有用于通入水蒸汽的第二入口32以及用于分布由第二入口32进入的水蒸汽的气体分布板29。进一步地，本申请中，粉煤干馏反应器24的用于与第二斜管19连通的一端还设有用于通入提升蒸汽的第三入口33，该第三入口33设置于粉煤进料口242的远离重油喷嘴241的一侧。进一步地，本申请中粉煤干馏装置还包括半焦排料罐28，半焦排料罐28与半焦冷却器27通过半焦输送管271连通以用于收集和排出半焦。此外，本申请还提供了一种粉煤干馏方法，其可参照以下方式进行：采用本申请提供的粉煤干馏装置，以焦炭气化炉10中的高温炭粒为热载体输送至粉煤干馏反应器24的底部，与粉煤进料口242输入的粉煤混合，升温并干馏，然后与重油喷嘴241喷入的重油接触并在粉煤干馏反应器24中发生粉煤干馏与重油热解反应。反应后的生成物进入沉降汽提器20，并由第二旋风分离器22进行气固分离，生成的油气由第二集气室21排出装置进入分馏系统；分离出的固体半焦经油气汽提段26的水蒸汽汽提，一部分半焦进入半焦冷却器27冷却，另一部分半焦经第一斜管18进入焦炭气化炉10的第一密相床14。焦炭气化炉10通过控制氧和水蒸汽流量进行焦炭气化并使半焦部分脱炭升温，焦炭气化炉10的生成物通过气体冷却器16(外置)冷却并经过第一旋风分离器17进行气固分离，分离的气体进入第一集气室11并经排出装置进入下游加工装置，分离的高温炭粒热载体通过第一旋风分离器17的固相出料端(料脚底部)进入第一密相床14，进入焦炭气化炉10的半焦经部分脱炭升温后形成高温炭粒再输送至粉煤干馏反应器24与粉煤进料口242输入的粉煤以及重油喷嘴241喷入的重油依次接触发生热反应。上述过程循环进行。本申请中，采用来自焦炭气化炉10的高温炭粒作为流化介质，以粉煤和重油为原料。在较佳的实施方式中，粉煤以及高温炭粒的粒径均小于等于5mm。本申请中，粉煤干馏反应器24内的油气平均线速可以为3-5m/s，粉煤干馏反应时间为5-10s，优选为5-8s，更优选为5-6s。本申请中，重油热解反应的时间可以为3-6s，优选为3-5s，更优选为3-4s。本申请中，粉煤干馏反应器24出口的反应温度可以为500-530℃。反应的绝对压力为0.1-0.4MPa。本申请中，粉煤干馏反应器24内在煤粉进料口与重油喷嘴241之间的操作温度可控制在660-720℃，如660℃、680℃、700℃以及720℃等。本申请中，粉煤干馏反应器24内高温炭粒与粉煤的重量比可以为(1：0.5)-(1：0.7)，如1：0.5、1：0.6以及1：0.7等，高温炭粒与重油的重量比可以为(1：0.25)-(1：0.4)，如1：0.25、1：0.3、1：0.35以及1：0.4等。此外，还可根据实际情况，以进料点上方的热平衡计算具体的高温炭粒与原料的比值。本申请中，由第三入口33通入的氧气与水蒸汽进入焦炭气化炉10的底部，通过对进入气体分布器15的氧与水蒸汽的流量进行控制，半焦气化使焦炭气化炉10内的温度控制在1000-1200℃之间。可参考地，焦炭气化炉10的密相气体线速可以为1-5m/s，稀相气体线速可以0.4-0.7m/s，焦炭的气化时间可以为5-20min。半焦气化后的气体经气体冷却器16冷却后的温度可以为650-750℃。值得说明的是，上述密相气体位于第一密相床14内，稀相气体位于第一密相床14的远离气体分布器15的一侧，也即位于密相气体的上方，定义该区域为稀相段12。本申请中，沉降器汽提器的汽提过程以水蒸汽为汽提介质，汽提温度可以为480-520℃。经沉降汽提器20汽提的半焦温度可以为480-520℃，沉降汽提器20外部设置的半焦冷却器27冷却后的半焦的温度≤80℃。试验例以本申请所提供对粉煤干馏装置按本申请所提供的粉煤干馏方法加工大庆常压渣油和义马煤粉原料。沉降器汽提器的汽提介质为水蒸汽，汽提温度为500℃。设置对比例，对比例粉煤干馏方案在实验室固定床干馏装置上进行；对比例延迟热解方案在实验室小型延迟热解装置上进行，流化热解在实验室小型循环流化床装置上进行，流化热解、常规延迟热解原料为大庆减压渣油。粉煤干馏、流化热解、常规延迟热解原料见表1和表2，粉煤干馏操作条件和产品分布及所产物流的部分性质见表3，流化热解、常规延迟热解操作条件，产品分布及所产物流的部分性质见表4。试验例1本试验例与对比例不同为：采用本申请提供的粉煤干馏中试装置进行试验，来自焦炭气化炉的高温炭粒温度和原料反应温度及反应时间均按本申请方案进行。本试验例粉煤流化干馏及重油流化热解装置的操作条件、产品分布及部分产品性质见表5。试验例2本试验例与对比例的不同为：来自焦炭气化炉的高温炭粒温度和原料反应温度及反应时间均按本申请方案进行。本试验例粉煤流化干馏及重油流化热解装置的操作条件、产品分布及部分产品性质见表6。试验例3本试验例与对比例不同为：采用本申请提供的粉煤干馏中试装置进行试验，来自焦炭气化炉的高温炭粒温度和原料反应温度及反应时间均按本申请方案进行。本试验例粉煤流化干馏及重油流化热解装置的操作条件、产品分布及部分产品性质见表7。表1原料性质(对比例)重油提升管反应器进料大庆减压渣油密度(20℃)，kg·m-30.9279残炭，w％9.06族组成，w％-饱和烃50芳烃32.9胶质+沥青质17.1硫含量，μg·g-11830Ni，μg·g-17.8V，μg·g-10.3表2煤粉原料性质(对比例)原料义马煤粉原料比热，cal/kg·℃0.264含油量，％(铝甄法)12.50含水量，％20.50煤灰含量，％13.40粒径分布，％-≤0.5mm2.00.5-5mm11.05-10mm16.510-20mm26.320-30mm44.2表3煤粉固定床干馏装置的操作条件、产品分布及部分产品性质(对比例)表4常规热解装置的操作条件、产品分布及部分产品性质(对比例)表5一种粉煤干馏装置的操作条件、产品分布及部分产品性质(试验例1)表6一种粉煤干馏装置的操作条件、产品分布及部分产品性质(试验例2)表7一种粉煤干馏装置的操作条件、产品分布及部分产品性质(试验例3)对比试验例1-3以及对比例，可以看出，采用本申请提供的粉煤干馏装置以及粉煤干馏方法进行粉煤干馏，效果较佳，适合于粉煤干馏和重油流化热解大型生产。综上所述，本申请提供的粉煤干馏方法采用高温炭粒作为流化介质达到粉煤干馏和重油热解的工艺目标，并且在保留重油流化热解的工艺优势条件下克服了现有流化热解工艺处于流态化的载热、载炭的炭粒的制造、烧焦再生控制及应用等方面的技术困难。提供的粉煤干馏装置结构简单，投资低，操作灵活；装置无烟气排放，焦炭气化生成气体可进一步合成甲醇乃至轻质油品；装置原料加工效率高，适合粉煤干馏及重油热解大型化生产。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页1 2 3