一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，属于煤热解领域。该方法为：在压力1～3MPa、温度400～800℃条件下，用400～800℃的高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解，通过热解时间、催化剂等反应条件的改变，调变煤热解气相产物组成。原料气氢碳比为1.57时，气相产物碳氢比可在1.04～2.05之间调变，且可以在多个不同的温度压力条件下实现。提出了一种高温焦炉煤气的热质同时利用方式，并可根据下游需求及市场情况对热解气相产物产量及成分进行调整。

A method of using high temperature coke oven gas to regulate coal catalytic pyrolysis products

【技术实现步骤摘要】
一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法
本专利技术属于煤热解领域，尤其涉及一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法。
技术介绍
针对我国煤炭相对丰富，石油匮乏的特点，以煤炭为主要利用能源代替石油化生产，调节能源利用结构，对缓解当前面临的石油能源危机有重大意义。煤热解是煤转化的关键步骤,也是将固体能源转变为液态或气态能源的最为经济适用和高效的技术方法。如何在热解过程中提高焦油品质和收率一直是热解技术研究的热点。刘学智等对不同压力下煤热解焦油组成进行了研究，研究发现，提高热解压力能够明显提高焦油中BTX和PCX等轻组分的含量，从而提高焦油品质(参见：刘学智等.煤炭转化,1994(1):82-88)。中国专利申请CN200510045853.8公开了甲烷气氛下的煤热解的方法，同时指出加入催化剂，焦油收率相较于同条件下热解的焦油收率大大提高。中国专利申请CN102580726B公开了一种煤热解催化剂及其制备方法，指出常用的催化剂活性组分为铂、钯、钌、铑、镍，载体为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛等，但价格相对较高，催化剂向着廉价的镁、铁复合物等发展。煤热解过程中的合成气也是一种极宝贵的资源，但是对煤热解过程中的合成气产率变化研究较少。特别是专门用于产生合成气的低质气煤利用，如何根据下游需求控制热解的反应气氛、反应条件，实现热解后气相产物的灵活调变具有十分重要的现实意义。另一方面，焦炉煤气是焦化厂炼焦装置的副产物，主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮气及芳烃物质，温度约为650～800℃。高温焦炉煤气经净化处理后，可以作为合成气用来生产甲醇、乙醇、合成氨、天然气及经过费托合成生产油品；也可以与高炉煤气混配或与其它煤气化合成气经脱碳变换混合后，调整合成气的碳氢比进行多用途利用。当前高温焦炉煤气多经氨水喷淋降温后进行后续利用，热量回收方面存在大量能源浪费问题，节能潜力和经济效益非常可观。但由于焦炉煤气中的杂质及焦油石墨化问题使得高温焦炉煤气的余热回收成为行业的难点，至今没有成熟的工业化能量利用方式出现。高温焦炉煤气的余热回收技术路线主要有两类，即分布式显热回收技术和将高温焦炉煤气直接制成其它产品的技术。分布式显热回收技术是以水、导热油或气体为介质，通过在上升管周围焊接夹套或将高温焦炉煤气引入经过特殊设计的换热器等技术手段，通过产生高压蒸汽将高温焦炉煤气的余热进行回收，但受延迟推焦、焦油石墨化、焦炉煤气结焦析炭或配套设施庞大、投资过高等因素的影响，并未取得突破性进展。将高温焦炉煤气直接制成其它产品的技术主要是指20世纪90年代德国Dieiner等提出将从炭化室逸出荒煤气直接裂解，荒煤气中所含焦油、粗苯、氨、萘等经过高温直接裂解成以一氧化碳、氢气为主的合成气。该技术可充分利用荒煤气所带大量显热甚至潜热，但是也存以下弊端：①将荒煤气中含有的焦油、苯、萘等高附加值化产直接裂解，降低了焦化厂经济效益；②直接裂解荒煤气对装置气密性的高要求造成投资成本过高，且存在荒煤气泄露和爆炸风险。
技术实现思路
基于现有技术在高温焦炉煤气显热或部分潜热利用难，而煤热解热量需求大、产物气相产物组成研究少等问题，本专利技术提供一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，既实现了高温焦炉煤气的节能利用，又可利用焦炉煤气中的氢气、甲烷、一氧化碳等还原气氛进行煤热解气相产物调变，实现高温焦炉煤气的热质同时利用，解决了高温焦炉煤气单独进行能量回收时受杂质成分影响而产生的材质昂贵、设备结构复杂问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，该方法为：用400～800℃高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解获得煤热解气相产物，通过改变热解温度、反应压力、热解时间和催化剂中的至少两种热解条件，调变获得的所述煤热解气相产物的组成。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其有益效果为：能对高温焦炉煤气的热质同时利用，并可根据下游需求及市场情况对热解气相产物产量及成分进行调整，能解决高压氢源不易得且昂贵，现有用氢气气氛或甲烷气氛作为煤热解气氛成本高，加入提高收率的复合催化剂成本高的问题；通过以焦化装置副产的高温焦炉煤气作为热解气氛，一方面省去焦化厂用氨水给焦炉煤气进行降温后才可利用的操作，又可利用焦炉煤气自带的热源，为煤热解反应提供一部分热源，充分利用能量，减少能源热解过程能源补给，降低了热解能耗，另一方面还可利用焦炉煤气中的氢气、甲烷、一氧化碳等相互作用；同时向煤粉中加入廉价的铁基催化剂，通过铁基催化剂促使焦炉煤气中的氢气解离成更多氢自由基，更好的与煤内部自由基相结合，在不同的反应条件下实现气相产物成分调变。本申请作为热解气氛的高温焦炉煤气属于焦化副产气的资源能量化利用，催化剂廉价易得，使得热解过程成本更低，经济性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的方法中所用反应器装填示意图；图3为本专利技术实施例提供的方法中不同催化剂和热解温度下煤失重率示意图；图4为本专利技术实施例提供的方法中不同压力下随温度变化的煤失重率示意图；图5为本专利技术实施例提供的方法中催化热解30min后氢气产物收率示意图；图6为本专利技术实施例提供的方法中催化热解30min后甲烷气产物收率示意图；图7为本专利技术实施例提供的方法中催化热解150min后氢气产物收率示意图；图8为本专利技术实施例提供的方法中催化热解150min后甲烷气产物收率示意图；具体实施方式下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。参见图1，本专利技术实施例提供一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，该方法为：用400～800℃高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解获得煤热解气相产物，通过改变热解温度、反应压力、热解时间和催化剂中的至少两种热解条件，调变获得的所述煤热解气相产物的组成。上述方法中，铁基催化剂为Fe2O3-Cl、Fe2O3/γ-Al2O3、Fe2O3/SiO2中的任一种或几种。上述方法中，Fe2O3/γ-Al2O3、Fe2O3/SiO2中载体的负载质量为5～15％。上述方法中，焦炉煤气中含有的各气氛的体积百分比为55％的H2、35％的CH4、5％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，该方法为：用400～800℃高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解获得煤热解气相产物，通过改变热解温度、反应压力、热解时间和催化剂中的至少两种热解条件，调变获得的所述煤热解气相产物的组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，该方法为：用400～800℃高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解获得煤热解气相产物，通过改变热解温度、反应压力、热解时间和催化剂中的至少两种热解条件，调变获得的所述煤热解气相产物的组成。


2.根据权利要求1所述的利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所述铁基催化剂为Fe2O3-Cl、Fe2O3/γ-Al2O3、Fe2O3/SiO2中的任一种或几种。


3.根据权利要求2所述的一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所述Fe2O3/γ-Al2O3、Fe2O3/SiO2中载体的负载质量为5～15％。


4.根据权利要求1所述的利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所述焦炉煤气中含有的各气氛的体积百分比为55％的H2、35％的CH4、5％的N2、4％的CO、1％的CO2，焦炉煤气的流速为100ml/min。


5.根据权利要求1至4任一项所述的利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所述方法中，热解温度为400～800℃，反应压力为1～3MPa，热解时间为0.5～2.5h。


6.根据权利要求1至4任一项所述的利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所述方法中，所述铁基催化剂与所热解的煤粉混合均匀；
所述煤粉的平均粒度为100～120目；
加入的所述铁基催化剂的平均粒度为100～120目，所述铁基催化剂占所热解的煤粉总质量的10～15％。


7.根据权利要求1所述的一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪娟，王志彦，王力力，罗明生，王亚涛，贾伟艺，狄佐星，吴洁，
申请(专利权)人：开滦集团有限责任公司，北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：河北;13