流化床低温干馏系统和低阶煤的低温干馏方法

摘要

本发明提供了一种流化床低温干馏系统和低阶煤的低温干馏方法，该方法以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加氢的作用，从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。另外，该方法采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。本发明还提供一种低温干馏反应器，由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应器，增加了大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两段式低温干馏反应器有利于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及能源化工技术领域，更具体地说，涉及一种流化床低温干馏 系统和低阶煤的低温干馏方法。

背景技术

我国富煤少油的资源结构特点决定了煤炭在能源消费中的主导地位，实 现煤炭的高效洁净利用对解决我国燃煤污染、石油短缺以及实现资源、能源、 环境整体优化与可持续发展具有重要意义。煤是由C、H、O等多种元素组成 的复杂物质，其主体结构是聚合的大分子芳香环，主体结构中分散着一定量 的小分子烃类化合物及杂环化合物。低温干馏过程中，低分子量的烃类化合 物会从煤中释放出来，经加氢处理后可得到高品质的液体燃料。与煤的直接 液化或间接液化生产液体燃料的过程相比，煤的低温干馏方法生产工艺简单， 设备要求低，经济性好。

煤低温干馏工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式工艺技 术成熟，但热效率低，加热不均匀，挥发产物的二次分解严重；内热式工艺 克服了外热式的缺点，借助热载体把热量直接传递给煤，煤受热后发生热解 反应。根据供热介质不同又分为固体热载体热解工艺和气体热载体热解工艺。 固体热载体热解工艺利用高温半焦或其它的高温固体物料与煤在热解室内混 合，利用热载体的显热将煤热解，包括Garrett、Toscoal、LR、DG和ETCH-175 等工艺。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧的烟气引入热解室，代表性 的有鲁奇三段炉、抚顺炉、美国的COED工艺、ENCOAL工艺和波兰的双沸腾 床工艺等。专利200810012528.5公开了一种基于石油催化裂化工艺的流化床低 温干馏工艺方法，干馏反应器采用了石油催化裂化反应器，通过内旋风收集 细粉，设备结构较复杂。专利200810028510.4公开了一种基于鼓泡床流化床反 应器的低温干馏工艺，鼓泡床反应器的体积利用率低，底部无排灰管，大颗 粒排灰困难。

煤在氢气气氛下的低温干馏，可以实现干馏焦油的部分加氢，防止自由 基缩聚生成重质焦油，具有焦油产率高、轻组分含量高的优点。另外，流化 床气化炉产生的热煤气中氢气含量可达30～40％。因此，本发明人考虑，以气 化炉产生的热煤气为热载体进行煤的低温干馏，进一步提高热效率和焦油产 率，提高煤的经济价值。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种流化床低温干馏系统 和低阶煤的低温干馏方法，该方法热效率高、焦油产率高，得到的焦油质量 好。本发明要解决的技术问题还在于提供一种低温干馏反应器，热效率高、 焦油产率高。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种低温干馏反应器，包括：

下部扩大段31；分别位于所述下部扩大段31上部和下部的进煤口30和 固体颗粒返料口35；

通过缩口段32与所述下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33， 所述上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；

通过气体分布板29与所述下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；

设置于所述布气室28侧面的热气体进口27；

位于所述气体分布板29的中部并穿过所述布气室28外壁的半焦排料口 36。

优选的，所述下部扩大段31与所述上部直管段33的管径比为(1.2～3)∶ 1，所述下部扩大段31与所述上部直管段33的长度比为1∶(5～20)。

优选的，所述缩口段32与水平面的夹角45～75°。

优选的，所述气体分布板29为多孔板，孔径为2～10mm，开孔率为1～5％。

相应的，本发明还提供一种流化床低温干馏系统，由干燥预热器、低温 干馏反应器、气化炉和干馏气后处理系统组成，以气化炉产生热煤气和循环 冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气体，所述低温干馏反应器 包括：

下部扩大段31；分别位于所述下部扩大段31上部和下部的进煤口30和 固体颗粒返料口35；

通过缩口段32与所述下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33， 所述上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；

通过气体分布板29与所述下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；

设置于所述布气室28侧面的热气体进口27；

位于所述气体分布板29的中部并穿过所述布气室28外壁的半焦排料口 36。

相应的，本发明还提供一种低阶煤的低温干馏方法，包括：

以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和 流化气体，将低阶煤干燥预热后在两段式低温干馏反应器中进行干馏反应生 成夹带煤粉的干馏气；

将所述夹带煤粉的干馏气上升至低温干馏反应器上部后依次进入一级旋 风分离器和二级旋风分离器进行除尘。

优选的，所述干馏反应的温度为450～600℃，所述两段式低温干馏反应器 的气速为2～10m/s。

优选的，还包括：

将干馏反应生成的半焦作为气化原料进入流化床气化炉中得到热煤气， 控制气化温度为900～1100℃；

将所述热煤气与循环冷煤气混合得到混合气体，控制温度为700～900℃。

优选的，所述将低阶煤干燥预热具体为：

以热烟气为干燥介质，将低阶煤送入干燥预热器4中对煤进行干燥和预 热，控制气速为0.2～1m/s，控制温度为150～250℃。

优选的，所述低温干馏反应器包括：

下部扩大段31；分别位于所述下部扩大段31上部和下部的进煤口30和 固体颗粒返料口35；

通过缩口段32与所述下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33， 所述上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；

通过气体分布板29与所述下部扩大段31的下端口相连接的布气室28；

设置于所述布气室28侧面的热气体进口27；

位于所述气体分布板29的中部并穿过所述布气室28外壁的半焦排料口 36。

本发明提供了一种流化床低温干馏系统和低阶煤的低温干馏方法，该方 法以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流 化气体，将低阶煤干燥预热后在两段式低温干馏反应器中进行干馏反应生成 夹带煤粉的干馏气；将所述夹带煤粉的干馏气上升至低温干馏反应器上部后 除尘。与现有技术相比，该方法以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气 体作为干馏反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加 氢的作用，从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。 另外，该方法采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停 留时间，提高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。 并且，该方法处理量大，固体颗粒容易回收，具有较高的系统热效率。

另外，本发明还提供一种低温干馏反应器，包括下部扩大段31和通过缩 口段32与下部扩大段31的上端口相连接的上部直管段33等。与现有技术相 比，由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应器，增加了大颗粒固体在 反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两段式低温干馏反应器有利 于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性；再次，该结构有利于焦油的 快速热解，焦油易被气体快速带出，在高温段停留时间短，防止焦油的二次 缩聚，焦油产率高。

附图说明

图1为本发明循环流化床低温干馏反应器的结构示意图；

图2为本发明低温干馏反应器的结构示意图；

图3为流化床低温干馏反应器和后处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面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 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种流化床低温干馏系统，由干 燥预热器4、低温干馏反应器8、气化炉21和干馏气后处理系统组成，以气 化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和流化气 体，图2为低温干馏反应器8的结构示意图，包括：

下部扩大段31；分别位于下部扩大段31上部和下部的进煤口30和固体 颗粒返料口35；通过缩口段32与下部扩大段31的上端口相连接的上部直管 段33，上部直管段33顶部设置有干馏气体出口34；通过气体分布板29与下 部扩大段31的下端口相连接的布气室28；设置于布气室28侧面的热气体进 口27；位于气体分布板29中部并穿过布气室28外壁的半焦排料口36。

本发明采用的低温干馏反应器8为两段式低温干馏反应器，其中下部扩 大段31与上部直管段33的管径比优选为(1.2～3)∶1，更优选为(1.5～3)∶ 1；下部扩大段31与上部直管段33的长度优选为1∶(5～20)，更优选为1∶ (8～15)。另外，缩口段32与水平面的夹角优选为45～75°。气体分布板29 为多孔板，孔径优选为2～10mm，开孔率为1～5％。

图1为本发明循环流化床低温干馏反应器的结构示意图，其中，1是.煤 斗；2是进料器；3是干燥用热烟气；4是煤的干燥预热器；5是干燥旋风 分离器；6是干燥废气；7是干燥收集的细煤粉；8是干馏反应器；9是一级 旋风分离器；10是二级旋风分离器；11是细焦粉；12是水洗塔；13是洗涤 废水；14是洗涤水；15是气液分离器；16是干馏气；17是焦油；18是废水； 19是干馏半焦；20是干馏热煤气；21是气化炉；22是气化旋风分离器；23 是气化剂；24是气化排渣；25是热煤气；26是循环冷煤气；27是干馏热煤 气进口；28是布气室；29是气体分布板；30是进煤口；31是干馏反应器扩 大段；32是干馏反应器缩口段；33是干馏反应器直管段；34是干馏气体出口； 35是固体颗粒返料口；36是干馏半焦排料口。

如图3所示，为本发明流化床低温干馏反应器和后处理系统的结构示意 图，干馏气后处理系统优选由一级旋风分离器9、二级旋风分离器10、立管 37和固体颗粒回料装置38组成，一级旋风分离器9和固体颗粒回料装置38 分别与低温干馏反应器8相连。上述固体颗粒回料装置为非机械的气力流动 阀，可以是流动密封阀、L阀、J阀。采用气力流动阀控制回料量可增大固体 大颗粒停留时间，提高焦油收率，同时实现焦油的快速热解，且产物焦油易 被气体快速带出，在高温段停留时间短，防止焦油的二次缩聚。

图中3，物流A是高温煤气或烟气；B是煤粉；C是干馏气体；D是半焦 细粉；E是回料装置的流化气体；F是干馏半焦。在低温干馏反应器工作过程 中，高温煤气或烟气A由热气体进口27进入布气室28中，经气体分布板29 保持气体均匀分布。经干燥、破碎的高挥发份的低阶煤(粒度＜6mm)由进煤 口30加入低温干馏反应器8；大颗粒煤粉在低温干馏反应器8的下部扩大段 保31保持湍动流化状态，较小的煤粉颗粒被热气体夹带到上部直管段33，细 粉和干馏气从干馏反应器顶部设置的干馏气体出口34排出，经一级旋风分离 器9气固分离后，颗粒依次通过颗粒循环立管37和固体颗粒回料装置38返 回低温干馏反应器8进一步干馏；夹带细粉的干馏气体再进入二级旋风分离 器10，进一步分离细粉和干馏气体，细粉半焦从旋风分离器排出，干馏气体 送后系统回收焦油和煤气；低温干馏反应器8内的半焦从排料口36排出。

从上述技术方案可以看出，本发明采用的低温干馏反应器以热煤气或烟 气为热源，采用流态化技术，固体混合效果好，传热传质效率高，可适用于 粘结性煤种。该方法以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏 反应的热载体和流化气体，由于煤气的氢气气氛可以起到部分加氢的作用， 从而所得焦油轻组分含量高，质量好，热效率高、焦油产率高。另外，该方 法采用两段式低温干馏反应器，增加大颗粒固体在反应器内的停留时间，提 高干馏效果，有利于保持床内较高的固含量和保持操作的稳定性。并且，该 方法处理量大，固体颗粒容易回收，具有较高的系统热效率；与煤的气化、 燃烧过程配合，可实现煤的分级转化，提高资源利用率。

相应的，本发明还提供一种低阶煤的低温干馏方法，包括：

以气化炉产生热煤气和循环冷煤气的混合气体作为干馏反应的热载体和 流化气体，将低阶煤干燥预热后在低温干馏反应器中进行干馏反应生成夹带 煤粉的干馏气；

将所述夹带煤粉的干馏气上升至低温干馏反应器上部后依次进入一级旋 风分离器和二级旋风分离器进行除尘。

所述将低阶煤干燥预热具体为：以热烟气为干燥介质，将低阶煤送入干燥 预热器4中对煤进行干燥和预热，控制气速为0.2～1m/s，控制温度为 150～250℃，上述温度可提高传热速度和干燥效果，并减少干馏过程的能耗。 更具体的，还步骤包括：将煤经破碎、筛分，粒径小于8mm的粉煤经煤斗1 经进料器2送入干燥预热器4，控制气速为0.2～1m/s，温度为150～250℃对煤 进行干燥和预热，优选采用热烟气为干燥介质。该干燥预热步骤减少干馏所 需热量，同时部分预热过程的部分脱羧作用可以达到脱除含氧基团的作用， 降低焦油含氧量，提高焦油热值。

所述干燥预热后的低阶煤在低温干馏反应器中进行干馏反应具体为：预 热的煤粉进入干馏反应器8，来自气化炉的热煤气20与循环冷煤气26混合， 调节煤气温度700～900℃，作为干馏反应的热载体，从干馏反应器8底部布气 室28进入，携带煤粉向上运动，所述干馏反应的温度优选为450～600℃，所 述低温干馏反应器的气速优选为2～10m/s。

上述步骤完成后，干馏气携带焦粉进入一级旋风分离器9，收集的焦粉循 环进入干馏反应器进一步深度干馏，干馏气进入二级旋风分离器10，除去煤 焦粉尘；初除尘后的气体进入水洗塔12，进一步除去粉尘，控制水洗塔气体 出口温度60～80℃；

水洗后的干馏气经气液分离器15，分离干馏产物，得到低温焦油和高热 值煤气；干馏反应生成的半焦19作为气化原料进入流化床气化炉21中得到 热煤气，控制气化温度为900～1100℃；将所述热煤气与循环冷煤气混合得到 混合气体，控制温度为700～900℃。所述气化炉为流化床气化炉，气化剂为水 蒸气与氧气或空气的混合气。

本发明方法具有煤种适应性强、热效率高、焦油产率高、焦油质量好、结 构简单、生产能力大的优点。由于该低温干馏反应器为两段式低温干馏反应 器，增加了大颗粒固体在反应器内的停留时间，提高干馏效果；其次，该两 段式低温干馏反应器有利于保持床内较高的固含量，保持操作的稳定性；再 次，改结构有利于焦油的快速热解，焦油易被气体快速带出，在高温段停留 时间短，防止焦油的二次缩聚，焦油产率高。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施 方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和 优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

采用本发明如图所示的流化床低温干馏系统，流化床干燥预热器直径 200mm，高3000mm；低温干馏反应器上部直管段内径50mm，下部扩大段内 径80mm，总高12000mm；流化床气化炉直径200mm，高4000mm。原料煤 为依兰六级煤，煤质分析数据如表1所示。

首先，原煤经破碎、筛分，粒径小于8mm的粉煤经煤斗1经进料器2送 入干燥预热器4，控制温度180～210℃，进行干燥和预热；

将预热的煤粉进入干馏反应器8，来自气化炉的热煤气20与循环冷煤气 26混合，调节煤气温度750～800℃，作为干馏反应的热载体，从干馏反应器8 底部布气室28进入，携带煤粉向上运动，控制干馏温度470～500℃进行干馏 反应；

干馏气携带焦粉进入一级旋风分离器9，收集的焦粉循环进入干馏反应器 进一步深度干馏，干馏气进入二级旋风分离器10，除去煤焦粉尘；

初除尘后的气体进入水洗塔12进一步除去粉尘，控制水洗塔气体出口温 度70～80℃；水洗后的干馏气经气液分离器15，分离干馏产物，得到低温焦 油和高热值煤气；干馏产物半焦19进入气化炉21，控制气化温度 1000～1050℃，以空气和水蒸气为气化剂，气化生产热煤气，热煤气经旋风除 尘器22除去粉尘后，部分热煤气20作为干馏热源，部分热煤气25送后处理 利用系统。

热煤气组成为：H₂含量13～16％，CO含量11～14％，N₂含量45～48％， CH₄含量1～2％，CO₂含量8～12％，H₂O含量12～15％。低温干馏焦油的产率 11.8％，半焦产率66.4％，低温焦油比重1.10g/ml。半焦性质和焦油的馏程分 析如表1和表2所示。

表1本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据

表2低温焦油的馏程分析

  温度(℃)   ＜100   100～170   170～230   230～300   残留   损失   收率   12.3   21.8   8.2   28.6   20.2   8.9

  (WT/％)

实施例2

流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰6级煤， 煤质分析数据如表3所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度 200～230℃，低温干馏温度520～550℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条 件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H₂含量13～16％，CO含量11～14％， N₂含量45～48％，CH₄含量1～2％，CO₂含量8～12％，H₂O含量14～16％。低 温干馏焦油的产率12.3％，半焦产率66.0％，低温焦油比重1.21g/ml。半焦性 质和焦油的馏程分析如表3和表4所示。

表3本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据

表4低温焦油的馏程分析

实施例3

流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰32级煤， 煤质分析数据如表5所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度 200～230℃，低温干馏温度500～520℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条 件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H₂含量10～14％，CO含量10～12％， N₂含量48～50％，CH₄含量0～1％，CO₂含量10～12％，H₂O含量12～15％。低 温干馏焦油的产率7.3％，半焦产率67.8％，低温焦油比重1.15g/ml。半焦性 质和焦油的馏程分析如表5和表6所示。

表5本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据

表6低温焦油的馏程分析

实施例4

流化床低温干馏装置和操作步骤与实施例1相同。原料煤为依兰32级煤， 煤质分析数据如表7所示。控制原煤粒径小于8mm，煤的干燥预热温度 200～230℃，低温干馏温度550～580℃，气化温度1000～1050℃，其它操作条 件与实施例1相同。干馏热煤气组成为：H₂含量10～14％，CO含量10～12％， N₂含量48～50％，CH₄含量0～1％，CO₂含量10～12％，H₂O含量12～15％。低 温干馏焦油的产率8.2％，半焦产率66.6％，低温焦油比重1.25g/ml。半焦性 质和焦油的馏程分析如表7和表8所示。

表7本实施例采用的依兰六级煤的工分和元分数据

表8低温焦油的馏程分析

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。