一种焦炉煤气经甲醇合成汽油、联产液化天然气和焦油深加工的综合利用工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种焦炉煤气经甲醇合成汽油、深冷分离联产液化天然气和经变压吸 附提取驰放气中的多余氢气用于焦油加氢生产汽柴油的焦化产品综合利用工艺。 技术背景
[0002] 我国具有富煤、贫油和少气的能源结构，其中石油和天然气资源严重短缺，远低于 世界平均水平。近年来，随着我国经济的平稳快速发展，国内油气供需缺口逐年增大，使得 国家能源安全、经济安全和社会安全面临极大挑战。煤制油和煤制天然气技术的成功开发 和工业化应用，是实现煤炭资源的清洁高效转化、缓解油气供需矛盾和确保国家安全的重 要途径。
[0003] 自20世纪80年代以来，我国经济得到了快速发展，我国的焦化产业取得了飞速发 展，炼焦的工艺和技术水平也不断提高。但由于我国焦化厂的盲目建设，焦炭行业产能严重 过剩，同时受钢铁行业的影响，绝大多数的焦化企业均面临亏损的局面。2013年我国焦炭产 量达4. 8亿吨，如果按生产1吨焦炭分别副产400m3的焦炉煤气和40公斤焦油计算，仅该 年副产的焦炉煤气就高达1920亿m3,副产的焦油高达1920万吨，若加上煤干馏和热解产生 的热解气和焦油，其产量将会更大。如果数量如此巨大的资源得不到有效和清洁利用，将会 造成严重的资源浪费和环境污染。近年来，随着国家有关鼓励资源综合利用和环境保护的 政策法规颁布，同时考虑到现有的焦化行业面临亏损的现状，煤焦油和焦炉煤气等资源综 合利用技术的开发，成为各企业和研究单位关注的焦点。
[0004] 现有的焦炉煤气较成熟的利用技术包括焦炉煤气制天然气和焦炉煤气制甲醇，但 需要注意的是焦炉煤气中氢碳比一般在6以上，远高于甲烷化和甲醇合成的理论氢碳比， 导致反应后剩余大量的氢气以驰放气的方式放空或返回焦炉煤气燃烧，进而造成环境污染 和资源浪费。同时随着焦炉煤气利用技术的多元化，焦炉煤气的实际成本价格达到〇. 5元 /Nm3,甲醇的产能过剩，使得焦炉煤气制甲醇项目的绝对利润明显降低。而现有的焦油利用 技术主要为传统物理分离的焦油加工技术和较新型的煤焦油催化加氢技术，前者主要是为 了提取单组份或者窄组分，具有流程长、投资大、经济效益低和二次污染严重的问题；而焦 油催化加氢技术通过加氢精制和加氢裂化两步，能够生成优质的燃料油产品。目前，焦油加 氢所使用的氢气一般通过变压吸附制得，但其吸附尾气中含有大量的CO和CH4等有效气体 被直接送往焦炉燃烧，造成的严重的资源浪费。可见，单独的焦炉煤气利用技术存在氢气过 量，而单独的焦油加氢存在变压吸附尾气中CO和014资源的浪费问题，仍不能实现焦化副 产品的全部利用。
[0005] 综合所述，考虑到国内现有的能源现状、焦化厂经济效益差、甲醇产能过剩和单独 的焦炉煤气和焦油利用技术存在的缺陷，根据焦化产品的产量和特点，开发一种利用率高、 工艺简单、产品结构合理和环境污染小的焦化产品综合利用工艺具有重要的意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种利用率高、工艺简单、产品结构合理和环境污染小的焦 炉煤气经甲醇合成汽油、联产液化天然气和焦油深加工的综合利用工艺。
[0007] 为达上述目的，发明人根据焦炉气和煤焦油的特点，并通过大量的小试实验研究、 技术分析、工艺模拟和多年的工作经验提出了一种焦炉煤气经甲醇合成汽油产品，然后将 驰放气进行深冷分离制得LNG，而剩余气体经进一步经变压吸附制得体积分数99. 9 %以上 的氢气，并用于焦油加氢制备汽油和柴油等油品。该工艺通过整体技术整合和物料匹配， 不但大大增加焦炉煤气和煤焦油的利用效率和经济效益，且而其主要产品全部为国内紧缺 LNG和油品，进一步缓解了国内的能源的供需矛盾，具有重要的理论和现实意义。
[0008] 本发明公开的一种焦炉煤气经甲醇合成汽油、联产液化天然气和焦油深加工的综 合利用工艺，其具体工艺如下：
[0009] (1)原料煤经焦炉转化为焦炭、焦油和焦炉煤气，焦炉煤气经净化后与来自甲醇分 离器的循环气和油气水分离器的循环气混合进入合成气压缩机组中，经增压后的混合气自 顶部进入甲醇合成塔中进行甲醇合成，气相产品自甲醇合成塔底部排出后分为两股，其中 第一股气相产品经甲醇产品冷凝器冷凝后，进入甲醇分离器中，气相自甲醇分离器顶部排 出后分别送往合成气压缩机组和甲烷深冷分离器中，而由甲醇、杂醇、水和低碳烃等组成的 粗甲醇液相自甲醇分离器底部排出后进入甲醇净化器中进行净化，经净化后的粗甲醇液相 通过甲醇气化器气化后与甲醇合成塔底部排出的第二股气相产品混合后，自顶部进入合成 油反应器中；
[0010] (2)气相粗甲醇在合成油反应器中进行合成反应，其产品经冷凝后进入油气水分 离器中，分离出的气相自顶部排出后作为循环气送往合成气压缩机组，而分离出的油品与 来自深冷甲烷分离器分离出的(：2_(：4的不饱和烃混合后进入油品分离器中，经分离后得液 化石油气（LPG)和汽油产品，分离出的燃料气返回至焦炉燃烧，分离出的C1。~C12的重油组 分与来自精制产物分离器的重组分混合进入裂化反应器中进行裂化反应；
[0011] (3)自甲醇分离器顶部排出的气相进入甲烷深冷分离器后，通过分段冷凝技术分 离出液相甲烷（LNG)和(：2-(：4的不饱和烃，其中液相甲烷（LNG)作为终端产品销售，而C 2-C4的不饱和烃则送往油品分离器中，甲烷深冷分离器中排出的气体送往变压吸附器脱氢，变 压吸附解吸气与油品分离器的燃料气和稳定塔的干气混合后返回焦炉燃烧，而得到的体积 分数为99. 9%的氢气与来自循环氢气压缩机的氢气混合后分为三部分，第一部分氢气进入 保护反应器，第二部分氢气从中部进入加氢精制反应器，第三部分氢气从中部进入裂化反 应器中；
[0012] (4)来自焦化系统的焦油与外购焦油经净化后进入预分馏塔进行切割，沥青自塔 底排出，而轻组分自顶部排出后与氢气混合进入保护反应器中，反应物自保护反应器底部 排出后自顶部进入加氢精制反应器中进行加氢反应，反应物自加氢精制反应器底部排出后 送往精制产物分离器中，其中分离出的轻组分与裂化产物混合进入稳定塔中，分离出的气 相氢气送往循环氢气压缩机中，而分离出的重组分一部分返回保护反应器，而另一部分与 来自油品分离器的C1。~C 12的重油组分混合进入裂化反应器进行裂化反应，其产物自裂化 反应器底部排出后进入裂化产物分离器，裂化产物分离器分离出的氢气与来自精制产物分 离器的氢气混合进入循环氢气压缩机，而分离出的裂化油品与来自精制产物分离器的轻组 分混合进入稳定塔中，干气自稳定塔顶部排除后返回焦炉燃烧，而油品自稳定塔底部排出 后进入焦油加工产品分离器中，经分离得到的轻质芳烃与油品分离器分离的汽油混合作为 最终的汽油产品销售，而得到的LPG也与油品分离器分离的LPG混合销售，同时分离得到柴 油和重油产品。
[0013] 如上所述的经净化和脱硫后焦炉煤气的体积组成为H250~60%、CO 5%~8%、 CO2L 5 ~4%、CH423%~27%，N23 ~7%，C2-C4的不饱和烃 2 ~4%。
[0014] 如上所述的进入合成气压缩机组的气体中，来自甲醇分离器和来自油气水分离器 的循环气之和与来自焦炉的新鲜焦炉煤气体积比为3. 0~5. 0。
[0015] 如上所述的甲醇合成塔采用管壳式等温反应器，其反应压力为5. 7~6. 5MPa，反 应温度为240~260°C，气体空速为15500~20000lV(Kg · h)。
[0016] 如上所述的甲醇合成的催化剂为南化集团研究院开发的C306、C307催化剂，大连 瑞克科技有限公司生产的RK-5催化剂或西南化工设计院开发的C302催化剂中的任意一 种。
[0017] 如上所述的甲醇合成塔出口的气相产品分为两股，其中第一股气相产品占反应器 出口气体总体积的75~90%，而剩余10~25 %的第二股气相产品。
[0018] 如上所述的甲醇分离器分离出的气相分为两部分，其中占总气体体积分数80~ 85%的气体作为循环气返回合成气压缩机组中，而剩余的15~20%去甲烷深冷分离器进 行深冷分离。
[0019] 如上所述的甲醇过滤器中装填漂莱特公司生产的CT151型酸性离子交换树脂，其 目的是将液相粗甲醇中的胺、甲胺和二甲胺等碱性氮化物脱除，并将粗甲醇中的碱性氮化 物含量控制在20ppm以下。
[0020] 如上所述的甲醇转化制汽油为一步法工艺，其反应器采用绝热式固定床反应器， 进口气温度为300~350°C，反应压力为L 5~2. 5MPa，甲醇质量空速为(λ 8~L 3h、
[0021] 如上所述的甲醇转化制汽油的催化剂采用中国科学院山西煤炭化学研究所开发 的JX6201型催化剂或托普索公司开发的GSK-10型催化剂。
[0022] 如上所述的自甲醇分离器分离的部分气体进行甲烷深冷分离的步骤为：先将气体 冷却至-85~_70°C后，于3~4. OMPa分离出〇；-(]4的不饱和经送往油品分离器；然后气相 进一步冷却至-150~-175°C，于3.0~4. OMPa分离出甲烷含量