一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法，该方法包括热解、粗煤气净化脱硫、甲烷化反应、气化反应、变换反应、净化处理、硫回收工序、精脱硫处理与合成工序等步骤。本发明专利技术的方法将原煤先低温热解后再气化转化，不仅增加了煤化工产品种类，还提高了煤炭原料的利用效率；本发明专利技术的方法不仅解决了低阶煤难以湿法气流床气化利用的问题，同时降低气化过程原料消耗，减少废水排放量，降低过程温室气体生成量，达到煤炭资源的高效分级分质利用之目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法
本专利技术属于煤炭资源加工
更具体地，本专利技术涉及一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法。
技术介绍
我国富煤、缺油而少气，利用相对较为富足的煤炭资源制取较为缺乏的天然气、燃料油(烃类燃料)是我国基本的能源战略路线，是保障我国社会稳定、国家安全的重要技术保证。利用煤生产烃类燃料产品一般是将煤经过气化后再利用气化所产粗煤气进行再合成的方法，该方法具有技术成熟度高，粗煤气产品单一，后续加工路线灵活的特点，是现有煤化工行业热点关注路线，但随着我国对煤炭产业以及煤炭资源本身认识程度的加深，采用该路线在原料适应性和煤炭的合理利用方面暴露出的问题日益显现。在煤气化技术原料适应性方面，虽然国内较为先进且应用较多的气流床气化技术可以采用粉煤为原料，但该技术在直接利用占我国煤炭资源总储量大多数的低阶煤(褐煤、长焰煤)资源时仍然存在原料处理过程繁琐、能耗高等问题，限制了该类煤种的大规模工业化化工利用。目前国内的气化装置大都选用高阶烟煤甚至无烟煤作为气化原料，而低阶煤(褐煤、长焰煤)大多都被当作劣质资源用于燃烧发电，少部分被用于简单的热解加工提取焦油，其生产过程都存在环境污染和能源利用效率不高的现实问题，影响着煤炭资源特别是上述低阶煤资源的高效合理利用。众所周知，煤通过热解(焦化)可以获得煤焦油产品，该物质是重要的天然化合物宝库，其中所含的好多化合物单体组分是无法通过人工合成的方式获得，因此煤焦油本身具有重要的化学和化工利用价值，应对其保持较高的重视程度。煤焦油来源于煤炭中所含的天然大分子有机物质，但是在类似燃烧过程一样较为剧烈的气化过程中，煤中大分子物质很少或者根本无法实现其长链的断裂及逸出活动，绝大部分或者完全转化为CO和H2，造成煤炭中大分子物质的利用价值极少甚至根本得不到合理体现，浪费了煤炭中这一宝贵资源，在整体上降低了煤炭资源的利用效率，在煤炭利用特别是含挥发分较高的低阶煤高效利用方面，进行煤炭的分级分质利用被认为是目前最为合理的煤炭利用方式。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的在于提出一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法。[技术方案]本专利技术针对目前煤制烃类燃料(天然气、燃料油)产品传统常规方式的不足，采用将粉煤外热式移动床热解技术与高效、清洁的气流床气化技术相结合的方式，利用目前占开采总原煤质量70％以上的末煤(粒度≤10mm)，尤其是低阶末煤(长焰煤、褐煤)为原料实现焦油和烃类燃料的生产。该方法先将粉煤通过热解工序提取焦油产品，再分别对热解工序副产物粗煤气和半焦加工利用以制取烃类燃料产品。其中，粗煤气副产物依次经脱硫净化工序、甲烷化工序和甲烷分离工序生产高纯度甲烷产品；半焦副产物依次经气化工序、变换工序、净化工序、精脱硫工序、硫回收工序、合成工序生产高纯度甲烷产品或燃料油品。本专利技术既实现了煤中大分子物质的合理转化收集，又达到改变原料煤表面性质和单位热值的效果，兼顾了煤炭在利用过程中的环境保护问题，真正实现了煤炭资源的分级分质利用，特别适合以煤炭尤其是低阶煤炭为原料的多联产利用场合。本专利技术是通过下述技术方案实现的：本专利技术涉及一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法。该方法的步骤如下：A、热解将预加工研磨的煤粉在温度450～800℃与压力-0.05～0.05MPa的条件下分解35-80min，得到呈气态的焦油-粗煤气混合产物与呈固态的半焦产物，接着让所述的气态焦油—粗煤气混合产物依次通过除尘、冷却洗涤与油水分离，得到一种焦油产物与一种粗煤气产物；让一部分粗煤气产物返回作为加热燃料与调节热解气氛，其余部分送至后续的粗煤气净化脱硫处理；B、粗煤气净化脱硫将所述粗煤气以空速1000～3000h-1依次通过填装净化剂和脱硫剂的净化器，让步骤A得到的粗煤气产物在60～80℃，0.05～0.1MPa条件下脱除其中含有的微量杂环化合物与含硫化合物，得到以重量计硫含量<0.01ppm、杂环化合物含量<0.02ppm的洁净粗煤气；C、甲烷化反应让步骤B得到的洁净粗煤气以空速3000～10000h-1通入装有甲烷化催化剂的反应器，在温度250～600℃与压力2.0～3.0MPa的条件下，使其中的CO与H2以及CO2与H2发生甲烷化反应，得到富含甲烷气体混合物，接着在常规变压条件下分离甲烷，得到浓度为以体积计CH4>95％的天然气产品以及含有H2、CO和CO2主要组分的混合气；D、气化反应让在步骤A得到的焦油产物与高纯氧气、水或水蒸汽在温度1200.0～1400.0℃与压力1.0～10.0MPa的条件下进行湿法或干法气化反应，得到主要含有CO和H2的粗合成气；E、变换反应将步骤D得到的一部分粗合成气以空速1500～3500h-1通入装有变换催化剂的反应器，在温度300～500℃，压力0.8～9.5MPa条件下，让该粗合成气中的CO与水蒸汽发生变换反应，使所述的粗合成气转变成主要含有H2的富氢气体，它然后与余下粗合成气混合，得到一种混合变换气；F、净化处理让由步骤E得到的混合变换气与由步骤C得到的混合气混合均匀，然后在为所述混合气体积0.5～2％的吸收剂存在下，在温度-60～0℃与压力0.6～9.0MPa的条件下进行净化处理，除去其中含有的全部CO2与大部分含硫化合物，分别得到净化合成气、高纯度CO2气体以及含硫化合物气体，净化合成气中的CO2低于10ppm，含硫化合物低于0.1ppm；G、硫回收工序让由步骤F产生的含硫化合物气体通入硫回收工序，将其中一部分含硫化合物氧化，然后与剩余的含硫化合物气体混合，并以空速250～550h-1通过装有硫合成催化剂的反应器，在温度150～450℃与压力0.2～3.5MPa的条件下，气体混合物中的含硫化合物组分间进行化学转化反应，将其中的硫元素转化成单质硫，得到硫磺产品；H、精脱硫处理将由步骤F得到的净化合成气以空速1000～3000h-1通过填装脱硫剂的净化器中，在温度60～80℃，0.5～8.5MPa的条件下进行脱硫反应，使净化合成气中含硫组分降至以体积计0.01ppm以下，得到一种纯合成气；I、合成工序将步骤H得到的纯合成气以空速800～2500h-1通过装有甲烷化催化剂的反应器，在温度300～650℃与压力0.3～8.0MPa的条件下进行甲烷化反应，得到一种天然气，或者以空速350～500h-1通过装有合成油催化剂的反应器，在温度190～300℃与压力2.0～4.0MPa的条件下进行合成反应，得到所述的烃类燃料油产品。根据本专利技术的一种优选实施方式，在步骤D中，所述的焦油产物进行湿法气化反应时，步骤A使用的煤粉粒度分布是以重量计500μm以下为100％、125μm以下为50～70％、75μm以下为40～50％、44μm以下为25～30％，所述的焦油产物进行干法气化反应时，步骤A使用的煤粉粒度分布是以重量计100μm以下为100％。根据本专利技术的另一种优选实施方式，在步骤A中，所述的粗煤气组成如下：以体积计根据本专利技术的另一种优选实施方式，在步骤B中，所述的净化剂选自活性炭、多孔陶瓷、硅胶类或分子筛类多孔吸附物质。根据本专利技术的另一种优选实施方式，在步骤C与I中，所述的甲烷化催化剂选自Ni基或Fe基甲烷化催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法，其特征在于该方法的步骤如下：A、热解将预加工研磨的煤粉在温度450～800℃与压力‑0.05～0.05MPa的条件下分解35‑80min，得到呈气态的焦油‑粗煤气混合产物与呈固态的半焦产物，接着让所述的气态焦油—粗煤气混合产物依次通过除尘、冷却洗涤与油水分离，得到一种焦油产物与一种粗煤气产物；让一部分粗煤气产物返回作为加热燃料与调节热解气氛，其余部分送至后续的粗煤气净化脱硫处理；B、粗煤气净化脱硫将所述粗煤气以空速1000～3000h‑1依次通过填装净化剂和脱硫剂的净化器，让步骤A得到的粗煤气产物在60～80℃，0.05～0.1MPa条件下脱除其中含有的微量杂环化合物与含硫化合物，得到以重量计硫含量<0.01ppm、杂环化合物含量<0.02ppm的洁净粗煤气；C、甲烷化反应让步骤B得到的洁净粗煤气以空速3000～10000h‑1通入装有甲烷化催化剂的反应器，在温度250～600℃与压力2.0～3.0MPa的条件下，使其中的CO与H2以及CO2与H2发生甲烷化反应，得到富含甲烷气体混合物，接着在常规变压条件下分离甲烷，得到浓度为以体积计CH4>95％的天然气产品以及含有H2、CO和CO2主要组分的混合气；D、气化反应让在步骤A得到的焦油产物与高纯氧气、水或水蒸汽在温度1200.0～1400.0℃与压力1.0～10.0MPa的条件下进行湿法或干法气化反应，得到主要含有CO和H2的粗合成气；E、变换反应将步骤D得到的一部分粗合成气以空速1500～3500h‑1通入装有变换催化剂的反应器，在温度300～500℃，压力0.8～9.5MPa条件下，让该粗合成气中的CO与水蒸汽发生变换反应，使所述的粗合成气转变成主要含有H2的富氢气体，它然后与余下粗合成气混合，得到一种混合变换气；F、净化处理让由步骤E得到的混合变换气与由步骤C得到的混合气混合均匀，然后在为所述混合气体积0.5～2％的吸收剂存在下，在温度‑60～0℃与压力0.6～9.0MPa的条件下进行净化处理，除去其中含有的全部CO2与大部分含硫化合物，分别得到净化合成气、高纯度CO2气体以及含硫化合物气体，净化合成气中的CO2低于10ppm，含硫化合物低于0.1ppm；G、硫回收工序让由步骤F产生的含硫化合物气体通入硫回收工序，将其中一部分含硫化合物氧化，然后与剩余的含硫化合物气体混合，并以空速250～550h‑1通过装有硫合成催化剂的反应器，在温度150～450℃与压力0.2～3.5MPa的条件下，气体混合物中的含硫化合物组分间进行化学转化反应，将其中的硫元素转化成单质硫，得到硫磺产品；H、精脱硫处理将由步骤F得到的净化合成气以空速1000～3000h‑1通过填装脱硫剂的净化器中，在温度60～80℃，0.5～8.5MPa的条件下进行脱硫反应，使净化合成气中含硫组分降至以体积计0.01ppm以下，得到一种纯合成气；I、合成工序将步骤H得到的纯合成气以空速800～2500h‑1通过装有甲烷化催化剂的反应器，在温度300～650℃与压力0.3～8.0MPa的条件下进行甲烷化反应，得到一种天然气，或者以空速350～500h‑1通过装有合成油催化剂的反应器，在温度190～300℃与压力2.0～4.0MPa的条件下进行合成反应，得到所述的烃类燃料油产品。...

【技术特征摘要】
1.一种利用煤生产焦油和烃类燃料产品的方法，其特征在于该方法的步骤如下：A、热解将预加工研磨的煤粉在温度450～800℃与压力-0.05～0.05MPa的条件下分解35-80min，得到呈气态的焦油-粗煤气混合产物与呈固态的半焦产物，接着让所述的气态焦油—粗煤气混合产物依次通过除尘、冷却洗涤与油水分离，得到一种焦油产物与一种粗煤气产物；让一部分粗煤气产物返回作为加热燃料与调节热解气氛，其余部分送至后续的粗煤气净化脱硫处理；B、粗煤气净化脱硫将所述粗煤气以空速1000～3000h-1依次通过填装净化剂和脱硫剂的净化器，让步骤A得到的粗煤气产物在60～80℃，0.05～0.1MPa条件下脱除其中含有的微量杂环化合物与含硫化合物，得到以重量计硫含量<0.01ppm、杂环化合物含量<0.02ppm的洁净粗煤气；C、甲烷化反应让步骤B得到的洁净粗煤气以空速3000～10000h-1通入装有甲烷化催化剂的反应器，在温度250～600℃与压力2.0～3.0MPa的条件下，使其中的CO与H2以及CO2与H2发生甲烷化反应，得到富含甲烷气体混合物，接着在常规变压条件下分离甲烷，得到浓度为以体积计CH4>95％的天然气产品以及含有H2、CO和CO2主要组分的混合气；D、气化反应让在步骤A得到的焦油产物与高纯氧气、水或水蒸汽在温度1200.0～1400.0℃与压力1.0～10.0MPa的条件下进行湿法或干法气化反应，得到主要含有CO和H2的粗合成气；E、变换反应将步骤D得到的一部分粗合成气以空速1500～3500h-1通入装有变换催化剂的反应器，在温度300～500℃，压力0.8～9.5MPa条件下，让该粗合成气中的CO与水蒸汽发生变换反应，使所述的粗合成气转变成主要含有H2的富氢气体，它然后与余下粗合成气混合，得到一种混合变换气；F、净化处理让由步骤E得到的混合变换气与由步骤C得到的混合气混合均匀，然后在为所述混合气体积0.5～2％的吸收剂存在下，在温度-60～0℃与压力0.6～9.0MPa的条件下进行净化处理，除去其中含有的全部CO2与大部分含硫化合物，分别得到净化合成气、高纯度CO2气体以及含硫化合物气体，净化合成气中的CO2低于10ppm，含硫化合物低于0.1ppm；G、硫回收工序让由步骤F产生的含硫化合物气体通入硫回收工序，将其中一部分含硫化合物氧化，然后与剩余的含硫化合物气体混合，并以空速250～550h-...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺根良，罗进成，韦孙昌，门长贵，葛启明，戴爱军，谢馨欣，邹涛，曾梅，刘军，
申请(专利权)人：西安元创化工科技股份有限公司，西北化工研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61