用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法，包括如下步骤：S1：首先得到含水量较低的ISC煤焦油；S2：分析S1的煤焦油产量和组分信息；S3：基于S2分析获得的煤焦油产量和组分信息，选取如下处理方案中的单一方案或组合方案处理：方案a：煤焦油直接作为辅助气化烃类生产原料通过注入井循环注入至地下气化区域；方案b:与原油、地面气化煤焦油、生物油、重油和费托合成原油中的任意一种混合调配改性，作为下游精炼和深加工工艺原料；方案c:直接进行催化加氢和蒸馏；方案d:直接用于生产苯酚、萘、甲基萘、二甲苯、蒽、甲苯和苯等。通过该方法有效地利用和处理大规模工业化项目的副产品煤焦油，提高项目的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法。
技术介绍
煤炭地下气化(ISC)是一个借助氧化剂，通过地下煤层的燃烧和气化反应，把煤直接转化为产品气的过程。产品气通常被称为合成气，可以作为燃料生产、化工生产、发电等下游工艺的原料。该工艺过程集合了建井完井、地下采煤和煤气化工艺技术，具有安全性好、投资小、效益高、污染少等优点。煤炭气化工艺是将煤炭通过一系列的化学反应转变为合成气的过程。其中主要的反应包括：C+H20→H2+CO(水蒸气气化反应)(水煤气变换反应)(甲烷化反应)C+2H2→CH4(氢气气化反应)C+1/2O2→CO(部分氧化反应)C+O2→CO2(完全氧化反应)C+CO2→2CO(二氧化碳气化反应)一个用于氧化剂注入的钻井称为“注入井”，另外一个用于生产产品气的钻井称为“产品井”。定向钻井和垂直钻井都可作为注入井或产品井。煤炭地下气化(ISC)可能在注入井和产品井之间还需要使用到一个或多个的垂直井(例如：功能井和辅助井)。当煤层中有注入井、产品井和水平通道将二者连接起来时，此构造被称为一个煤炭地下气化(ISC)单元或井对。ISC单元包括燃烧区，气化区和热解区。其中，燃烧区在煤层中氧化剂注入点附近；气化区以放射状形态围绕在燃烧区周围或者在燃烧区下游，煤炭在气化区被气化、部分被氧化，从而生成产品气；热解区在气化区下游，煤的热解反应一般在这里发生。高温的产品气从气化区往下游流动，并最终从产品井井口输送到地面。在煤燃烧或气化的同时，煤层中的ISC燃空区会生长变大。通过煤炭地下气化生成的产品气(粗合成气)通常含有合成气(CO,CO2,H2,CH4及其他气体的混合物)以及其他成分(固体颗粒，水，煤焦油，烃类蒸汽，其他微量组分包括H2S,NH4,COS等)。其成分复杂程度取决于多个方面：煤炭地下气化所使用的氧化剂(空气或其他氧化剂，比如氧气、富氧空气或蒸汽混合物)、煤层中的内在水或周边地层渗入煤层中的水、煤质、以及煤炭地下气化工艺的操作参数，包括温度，压力等。煤炭地下气化技术的主要瓶颈之一是副产品煤焦油的生产和利用。现有技术目前主要面临以下问题：(a)由于ISC煤焦油产量较低，一般占总工艺水体积的比例小于5％，因此对于煤炭地下气化示范项目，ISC煤焦油通常作为废液流直接处理，其长期大规模工业化生产和利用未被考虑。(b)ISC煤焦油与废水易形成油水乳胶层，不能正常分离，使得ISC煤焦油含水量较高，因此，其商业价值较低且应用市场非常有限。(c)由于缺乏可靠的数据导致煤炭地下气化副产品煤焦油的物理和化学性质不清楚，从而限制了其高价值的应用市场和前景。掺混比例定义：(煤焦油的质量除以所掺混油品的质量)乘以100％。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法。通过该方法有效地利用和处理大规模工业化项目的副产品煤焦油，提高项目的经济效益。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法，所述处理方法包括如下步骤：S1：首先通过直接接触或间接接触冷却煤炭地下气化产生的液体，液体中的煤焦油和废水通过足够驻留时间的常温重力或外部作用力分离过程实现分离，得到含水量较低的ISC煤焦油；S2：分析S1的煤焦油产量和组分信息；S3：基于S2分析获得的煤焦油产量和组分信息，选取如下处理方案中的单一方案或组合方案处理：方案a：煤焦油直接作为辅助气化烃类生产原料通过注入井循环注入至地下气化区域；方案b:将煤焦与原油、地面气化煤焦油、生物油、重油和费托合成原油中的任意一种混合调配改性，作为下游精炼和深加工工艺原料；方案c:当煤焦油产量足够满足下游精炼和深加工工艺要求时，对其直接进行催化加氢和蒸馏，其终产品与普通燃料进行掺混；方案d:当煤焦油产量足够满足下游萃取工艺要求时，煤焦油萃取物直接用于生产苯酚、萘、甲基萘、二甲苯、蒽、甲苯和苯；方案e:煤焦油与柴油或燃油掺混用于锅炉燃烧生产蒸汽，作为项目现场的公用工程或蒸汽发电；方案f:煤焦油与柴油掺混用于往复式发电机发电或作为柴油动力空气压缩机的燃料。附图说明图1是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的属性图，包括水含量、密度、运动粘度、热值和分子量。图2是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的沸点曲线图。图3是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的元素分析图。图4是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的芳香族物种图。图5是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的酸/碱性图。图6是煤炭地下气化生产的典型煤焦油的饱和烃、芳香烃和极性原子组成图。图7是煤炭地下气化生产的煤焦油的预处理流程示意图。图8是煤炭地下气化生产的煤焦油的工业化应用示意图。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。煤炭地下气化副产品煤焦油的物理和化学性质是决定如何选择下游处理和深加工工艺的基础，其中包括：如图1所示，煤炭地下气化生产的典型煤焦油的密度范围为0.945-0.975，非常接近于水的密度，从而增加了ISC煤焦油和工艺水分离的困难。通常需要先将混合乳胶物冷却至常温后，再采用足够驻留时间的重力分离过程。ISC煤焦油的运动粘度为2.0-4.5cSt(37.8℃)，平均3.0cSt(图1)。类似于轻质原油(48°API,3.8cSt@37.8℃)，柴油(2D,2-6cSt@37.8℃)，煤油(2.71cSt@20℃)和轻质燃料油(FuelOil2,2.11-4.28cStorFuelOil3,2.06-3.97cSt@37.8℃)。基于该属性，ISC煤焦油具有和这些液体烃类掺混的部分兼容性。ISC煤焦油的热值(39.5-40.8MJ/kg，图1)与原油(45MJ/kg)，柴油(42-43.5MJ/kg)，煤油(43MJ/kg)和燃料油(41.2-44MJ/kg)类似。基于该属性，ISC煤焦油具有和这些液体烃类掺混的部分兼容性。同时，不会影响这些燃料应用过程中释放的热量。如图2所示，煤炭地下气化生产的典型煤焦油的沸点范围为重质石脑油(160-220℃，16-25wt％)，煤油(190-250℃，19-25wt％)，柴油(250-365℃，39-51wt％)和燃料油((>365℃，8-22wt％)，其与上述属性之间呈现比较好的对应关系。由于地下气化炉的操作压力影响各种“蒸馏”烃类的饱和蒸气压，因此ISC煤焦油的沸点会随着不同气化炉操作压力(目标煤层深度)的变化而变化。如图3所示，煤炭地下气化生产的典型煤焦油的元素分析提供了组分中烃链长度和饱和度，其氢碳摩尔比为1.3-1.42。含氧量是含氧化合物组分的指标，如酚类，酸类化合物。由于原煤中存在硫，因此ISC煤焦油产品含有硫且硫含量与煤的硫含量成正比。ISC煤焦油的元素分析结果与典型的原油元素分析类似，其中ISC煤焦油的氧含量相对低0-2wt％，氢含量相对高10-14wt％，其他组分(碳、氮和硫)比较接近。如图4所示，显示了煤炭地下气化生产的典型煤焦油的主要化学成分，也是萃取工艺的主要产品。其主要成分包括萘(6-12面积％，根据气相色谱仪)，甲基萘(4-6面积％)，苯酚(1-5面积％)，蒽(1.5-3面积％)，二甲苯(1.3-3面积％)，甲苯(0.5-本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法，其特征在于：所述处理方法包括如下步骤：S1：首先通过直接接触或间接接触冷却煤炭地下气化产生的液体，液体中的煤焦油和废水通过足够驻留时间的常温重力或外部作用力分离过程实现分离，得到含水量较低的煤焦油；S2：分析S1的煤焦油产量和组分信息；S3：基于S2分析获得的煤焦油产量和组分信息，选取如下处理方案中的单一方案或组合方案处理：方案a：煤焦油直接作为辅助气化烃类生产原料通过注入井循环注入至地下气化区域；方案b:将煤焦与原油、地面气化煤焦油、生物油、重油和费托合成原油中的任意一种混合调配改性，作为下游精炼和深加工工艺原料；方案c:当煤焦油产量足够满足下游精炼和深加工工艺要求时，对其直接进行催化加氢和蒸馏，其终产品与普通燃料进行掺混；方案d:当煤焦油产量足够满足下游萃取工艺要求时，煤焦油萃取物直接用于生产苯酚、萘、甲基萘、二甲苯、蒽、甲苯和苯；方案e:煤焦油与柴油或燃油掺混用于锅炉燃烧生产蒸汽，作为项目现场的公用工程或蒸汽发电；方案f:煤焦油与柴油掺混用于往复式发电机发电或作为柴油动力空气压缩机的燃料。

【技术特征摘要】
1.用于煤炭地下气化工艺副产品煤焦油的处理方法，其特征在于：所述处理方法包括如下步骤：S1：首先通过直接接触或间接接触冷却煤炭地下气化产生的液体，液体中的煤焦油和废水通过足够驻留时间的常温重力或外部作用力分离过程实现分离，得到含水量较低的煤焦油；S2：分析S1的煤焦油产量和组分信息；S3：基于S2分析获得的煤焦油产量和组分信息，选取如下处理方案中的单一方案或组合方案处理：方案a：煤焦油直接作为辅助气化烃类生产原料通过注入井循环注入至地下气化区域；方案b:将煤焦与原油、地面气化煤焦油、生物油、重油和费托合成原油中的任意一种混合调配改性，作为下游精炼和深加工工艺原料；方案c:当煤焦油产量足够满足下游精炼和深加工工艺要求时，对其直接进行催化加氢和蒸馏，其终产品与普通燃料进行掺混；方案d:当煤焦油产量足够满足下游萃取工艺要求时，煤焦油萃取物直接用于生产苯酚、萘、甲基萘、二甲苯、蒽、甲苯和苯；方案e:煤焦油与柴油或燃油掺混用于锅炉燃烧生产蒸汽，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡斯珀·扬·亨德利克·伯格，闵振华，汪原理，
申请(专利权)人：中为上海能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31