CN106318422A - 煤直接液化残渣的处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤直接液化残渣的处理装置及处理方法。该处理装置包括：原料供应单元，用于提供煤直接液化残渣的熔融液或含有煤直接液化残渣的浆液；热解反应单元，设置有原料入口和气相产物出口，原料入口与原料供应单元通过原料输送管路相连；及油气回收单元，与气相产物出口通过气相产物输送管路相连。采用上述处理装置有利于提高煤直接液化残渣的分解效率，进而有利于提高焦油的收率，同时得到的焦炭还能作为燃料直接使用。综上所述采用上述处理装置对煤直接液化残渣进行处理有利于化解其危废性质，大大提高其利用率及经济效益。

Description

煤直接液化残渣的处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体而言，涉及一种煤直接液化残渣的处理装置及处理方法。

背景技术

煤直接液化残渣是煤直接液化过程的非目标产品，约占投煤量的30wt％。它是一种高灰、高硫和高热值的物质，主要由非馏出液化油(正己烷可溶物)、沥青(正己烷不溶四氢呋喃可溶物)、未转化煤和无机质组成。非馏出液化油(重质液化油)和沥青约占煤直接液化残渣的50wt％，主要由多环缩合芳烃组成，其具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联的特点。与石油沥青和煤焦油沥青的特性有所不同，煤直接液化残渣中的沥青类物质非常适合作为制备炭素材料的原料是一种宝贵而独特的碳资源。未转化煤是指残渣中不溶于四氢呋喃的有机质，约占残渣总量的30wt％，具有较高的热值。无机质主要是由煤中的矿物质和外加的催化剂组成，约占残渣总量的20wt％。

煤直接液化残渣也是一种固体危废物，如何合理而高效利用煤直接液化残渣是煤液化工艺迫切需要解决的难题。当今国内大规模应用煤直接液化残渣的方法是将煤直接液化残渣与煤调配成水煤浆，作为气化炉原料制备合成气和氢气，这为煤直接液化残渣大规模应用找到了出路，实现了残渣的资源化利用。然而煤直接液化残渣，特别是其中的四氢呋喃可溶物(沥青类物质)未实现高附加值的利用，从而造成煤直接液化产业的经济效益未实现最大化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤直接液化残渣的处理装置及处理方法，以解决现有的煤直接液化残渣的利用率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种煤直接液化残渣的处理装置，该处理装置包括：原料供应单元，用于提供煤直接液化残渣的熔融液或含有煤直接液化残渣的浆液；热解反应单元，设置有原料入口和气相产物出口，原料入口与原料供应单元通过原料输送管路相连；及油气回收单元，与气相产物出口通过气相产物输送管路相连。

进一步地，处理装置还包括雾化装置，设置于原料入口上；优选雾化装置为带有冷却夹套的单流体雾化器或双流体雾化器。

进一步地，当原料供应单元用于提供煤直接液化残渣的熔融液时，原料供应单元包括：煤直接液化残渣供应装置；熔样装置，与原料入口通过原料输送管路相连，且熔样装置与煤直接液化残渣供应装置通过煤直接液化残渣输送管路相连。

进一步地，当原料供应单元用于提供含有煤直接液化残渣的浆液时，原料供应单元包括：煤直接液化残渣供应装置；溶剂供应装置；以及煤直接液化残渣浆液供应装置，煤直接液化残渣浆液供应装置与煤直接液化残渣供应装置通过煤直接液化残渣输送管路相连，与溶剂供应装置通过溶剂输送管路相连，且与原料入口通过原料输送管路相连。

进一步地，油气回收单元包括：除尘装置，设置有油气出口和气相产物入口，气相产物入口与气相产物出口经气相产物输送管路相连；及冷却装置，与油气出口通过油气输送管路相连。

进一步地，处理装置还包括高温气体供应单元，高温气体供应单元与热解反应单元经高温气体输送管路相连。

进一步地，所热解反应单元上设置有第一焦炭出口，除尘装置上设置有第二焦炭出口，处理装置还包括焦炭收集单元，焦炭收集单元与第一焦炭出口经第一焦炭输送管路相连，且与第二焦炭出口经第二焦炭输送管路相连。

为了实现上述目的，本发明另一方面还提供了一种煤直接液化残渣的处理方法，处理方法包括：将煤直接液化残渣熔融液或煤直接液化残渣的浆液作为原料进行热解反应得到气相产物和焦炭；及对气相产物进行油气回收，得到焦油和焦炭。

进一步地，处理方法还包括在进行热解反应之前，将原料进行雾化的步骤。

进一步地，热解反应包括将原料与高温气体直接接触进行热解反应，高温气体的温度为600～1000℃，优选高温气体选自氮气和/或含氧量小于1wt％的烟道气。

进一步地，处理方法还包括将煤直接液化残渣进行熔炼得到熔融液的步骤，熔炼的步骤的温度为270～350℃。

进一步地，处理方法还包括将煤直接液化残渣和溶剂混合得到浆液的步骤，优选煤直接液化残渣与溶剂的重量比为1:0.3～1。

进一步地，溶剂选自洗油、蒽油、液化油、低温煤焦油和高温煤焦油组成的组中的一种或多种。

进一步地，油气回收的步骤包括：将气相产物进行除尘得到油气和焦炭；及将油气进行冷却得到焦油。

应用本发明的技术方案，有利于提高煤直接液化残渣的分解效率，进而有利于提高焦油的收率，同时得到的焦炭还能作为燃料直接使用，因而采用上述处理装置对煤直接液化残渣进行处理有利于大大提高其利用率及经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的煤直接液化残渣处理装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一种优选的实施方式提供的煤直接液化残渣处理装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、原料供应单元；11、煤直接液化残渣供应装置；12、熔样装置；13、溶剂供应装置；14、煤直接液化残渣浆液供应装置；15、进料泵；101、原料输送管路；20、热解反应单元；21、雾化装置；201、气相产物输送管路；202、第一焦炭输送管路；30、油气回收单元；31、除尘装置；311、第二焦炭输送管路；32、冷却装置；321、焦油输送管路；40、高温气体供应单元；401、阀门；50、焦炭收集单元；60、焦油收集单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的煤直接液化残渣的利用率较低的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤直接液化残渣的处理装置，如图1和图2所示，该处理装置包括原料供应单元10、热解反应单元20及油气回收单元30；其中原料供应单元10用于提供煤直接液化残渣的熔融液或含有煤直接液化残渣的浆液。热解反应单元20设置有原料入口和气相产物出口，原料入口与原料供应单元10通过原料输送管路101相连；及油气回收单元30与气相产物出口通过气相产物输送管路201相连。

将煤直接液化残渣的熔融液或含有煤直接液化残渣的浆液在热解反应单元20中进行热解反应，得到气相产物和焦炭，最后气相产物经油气回收单元30回收后得到焦油和焦炭。

采用上述装置对煤直接液化残渣进行处理有利于提高其分解效率，进而有利于提高焦油的收率，同时得到的焦炭还能作为燃料直接使用，因而采用上述处理装置对煤直接液化残渣进行处理有利于大大提高其利用率及经济效益。

优选地，如图1和图2所示，在上述原料输送管路101上设置进料泵15，这能够给原料油的输送提供动力。

在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，处理装置还包括雾化装置21，设置于原料入口上。在热解反应单元20的原料入口处设置雾化装置21能够将原料进行雾化，从而有利于使热解反应进行的更加充分，提高热解效率，进而有利于提高焦油的产率。优选雾化装置21为带有冷却夹套的单流体雾化器或双流体雾化器。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，当原料供应单元10用于提供煤直接液化残渣的熔融液时，原料供应单元10包括煤直接液化残渣供应装置11和熔样装置12，熔样装置12与原料入口通过原料输送管路101相连，且与煤直接液化残渣供应装置11通过煤直接液化残渣输送管路相连。

本申请中熔样装置12用于使煤直接液化残渣发生熔融，最终得到熔融液。

在一种优选的实施方式中，如图2所示，当原料供应单元10用于提供含有煤直接液化残渣的浆液时，原料供应单元10包括煤直接液化残渣供应装置11、溶剂供应装置13和煤直接液化残渣浆液供应装置14，煤直接液化残渣浆液供应装置14与煤直接液化残渣供应装置11通过煤直接液化残渣输送管路相连，与溶剂供应装置13通过溶剂输送管路相连，且与原料入口通过原料输送管路101相连。

上述处理装置中，油气回收单元30可以采用本领域常用的结构。在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，油气回收单元30包括除尘装置31和冷却装置32，其中除尘装置31设置有油气出口和气相产物入口，气相产物入口与气相产物出口经气相产物输送管路201相连；冷却装置32与油气出口通过油气输送管路相连。

油气回收单元30中通过除尘装置31将气相产物中的油气与焦炭粉尘进行分离，然后油气经冷却装置32进行冷却后得到焦油和热解煤气。

除尘装置31优选为旋风分离装置，这有利于提高固液分离的效率。冷却装置32优选为喷淋塔，在喷淋塔中采用喷淋洗涤的方式有利于提高油气的冷凝速率，进而提高焦油的回收率。

上述处理装置中，热解反应单元20中热源的提供方式可以采用本领域常用的供应方式，如加热。在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，上述处理装置还包括高温气体供应单元40，高温气体供应单元40与热解反应单元20经高温气体输送管路相连。当需要使用高温气体提供热源时，打开阀门401，使高温气体供应单元40与热解反应单元20相连通，通过高温气体与热解反应单元20中的熔融液进行热交换的方式使熔融液进行热解反应，这有利于使熔融液的升温过程较为温和、平稳和均匀，从而有利于提高热解反应过程的安全性。

在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，所热解反应单元20设置有第一焦炭出口，除尘装置31上设置有第二焦炭出口，处理装置还包括焦炭收集单元50，焦炭收集单元50与第一焦炭出口经第一焦炭输送管路202相连，且与第二焦炭出口经第二焦炭输送管路311相连。这有利于将上述装置中产出的焦炭进行集中收集。

在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，上述处理装置还包括焦油收集单元60，与油气回收单元30的冷却装置32通过焦油输送管路321相连。这有利于将得到的焦油进行储存，以便于集中进行处理。

为了更好解决上述技术问题，本发明还提供了一种煤直接液化残渣的处理方法，该处理方法包括：将煤直接液化残渣熔融液或煤直接液化残渣的浆液进行热解反应得到气相产物和焦炭；及将气相产物进行油气回收，得到焦油和焦炭。

将煤直接液化残渣熔融液或煤直接液化残渣的浆液进行热解反应，得到气相产物和焦炭，最后气相产物经油气回收后得到焦油和少量的焦炭。采用上述处理方法对煤直接液化残渣进行处理有利于提高其分解效率，进而有利于提高焦油的收率，同时得到的焦炭还能作为燃料直接使用。由此可见采用上述处理方法对煤直接液化残渣进行处理后大大提高了其利用率及经济效益。

在一种优选的实施方式中，处理方法还包括在进行热解反应之前，将熔融液进行雾化的步骤。使熔融液进行雾化后再进行热解反应，从而有利于使热解反应进行的更加充分，提高热解效率和焦油的产率。

上述处理装置中，热解反应中热源的提供方式可以采用本领域常用的供应方式，如加热。在一种优选的实施方式中，热解反应包括将熔融液与高温气体直接接触进行热解反应，高温气体的温度为700～1000℃。使用高温气体与熔融液进行热交换的方式使熔融液进行热解反应，这有利于使熔融液的升温过程较为温和、平稳和均匀，从而有利于提高热解反应过程的安全性。优选高温气体选自氮气和/或含氧量小于1wt％的烟道气。氮气和含氧量小于1wt％的烟道气热解反应过程中性能较为稳定，且不会与熔融液发生化学反应。

上述处理方法中，熔炼步骤中的温度为使选择煤直接液化残渣发生熔融的温度均可。在一种优选的实施方式中，上述处理方法还包括将煤直接液化残渣进行熔炼得到熔融液的步骤，熔炼的步骤的温度为270～360℃。将熔炼步骤的温度限定在上述范围内有利于进一步提高熔融效果，提高煤直接液化残渣转化为熔融液的转化率。

在一种优选的实施方式中，上述处理方法还包括将煤直接液化残渣和溶剂混合得到浆液的步骤。将煤直接液化残渣与溶剂混合能使煤直接液化渣中的沥青等组分溶解到溶剂中，从而使得只要将上述浆液进行加热就可实现雾化的过程。优选煤直接液化残渣与溶剂的重量比为1:0.3～1。煤直接液化残渣与溶剂油的重量比包括但不限于上述比例范围，但将其控制在上述比例范围内有利于提高煤直接液化残渣在溶剂中的溶解率，同时还有利于使热解反应过程中煤直接液化残渣分解的更加完全，进而提高焦油的产率，提高煤直接液化残渣的利用率。

上述处理方法中，溶液可以选择本领域中煤直接液化残渣常用的溶剂。在一种优选的实施方式中，溶剂包括但不限于洗油、蒽油、液化油、低温煤焦油和高温煤焦油组成的组中的一种或多种。上述几种溶剂为煤直接液化过程的产物，因而选用上述几种物质作为溶剂有利于降低焦油中的杂质含量，进而有利于其后续的使用。

上述处理方法中，本领域技术人员可以选择油气回收的具体步骤。在一种优选的实施方式中，油气回收的步骤包括：将气相产物进行除尘得到油气和焦炭；及将油气进行冷却得到焦油。采用上述油气回收的步骤有利于提高油气回收的效率。优选地采用旋风分离器对气相产物在300～450℃下进行除尘。这有利于提高油气与焦炭的分离效率。优选地上述冷却过程在喷淋塔中进行，通过喷淋油将油气进行冷却，得到焦油，同时冷却过程中的不凝气(热解煤气)从喷淋塔的上部排出。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例1、3至6中采用如图1所示的装置对煤直接液化残渣进行处理；实施例2和7采用如图2所示的装置对煤直接液化残渣进行处理。

实施例1

将煤直接液化残渣输送至熔样装置12中在310℃进行熔炼，得到煤直接液化残渣熔融液，经过进料泵15输送至雾化装置21进行雾化。

将雾化后的熔融液与600℃的高温氮气在热解反应单元20(热解塔)内进行热解反应，得到气相产物和固渣(焦炭)。

将上述气相产物经除尘装置31(高温除尘器)除尘后，得到油气和固渣(焦炭)；

然后将油气在冷却装置32(喷淋塔)内进行冷却已进行油气回收。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到25％的焦油、67％的焦炭及8％的热解煤气。

实施例2

按重量比1:0.5将煤直接液化残渣与液化轻油混合得到混合物，将上述混合物加热到200℃，经进料泵15输送至热解反应单元20(热解塔)，经雾化后与进入热解反应单元20(热解塔)温度700℃的烟道气进行内进行热解反应，得到气相产物和焦炭。

将上述气相产物经除尘装置31(高温除尘器)除尘后，得到油气和焦炭；

然后将油气在冷却装置32(喷淋塔)内进行冷却已进行油气回收。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到27％的焦油、64％的焦炭及9％的热解煤气。

实施例3

在实施例1的基础上，将雾化后的熔融液在热解反应单元20(热解塔)内进行热解反应，热解温度为600℃，得到气相产物和固渣(焦炭)，其他条件与实施例1相同。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到22％的焦油、71％的焦炭和7％的热解煤气。

实施例4

在实施例1的基础上，高温氮气的温度为500℃，其他条件与实施例1相同。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到15％的焦油和79％的焦炭和6％的热解煤气。

实施例5

在实施例1的基础上，熔炼温度为270℃，其他条件与实施例1相同。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到20％的焦油和69％的焦炭和11％的热解煤气。

实施例6

在实施例1的基础上，熔炼温度为250℃，其他条件与实施例1相同。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到20％的焦油和72％的焦炭和8％的热解煤气。

实施例7

按重量比1:0.2将煤直接液化残渣与液化轻油混合得到混合物，其他条件与实施例2相同。煤直接液化残渣经上述方法处理后能够得到29％的焦油和62％的焦炭和9％的热解煤气。

对比例1

将煤直接液化残渣与固体煤灰按1:20比例混合后，进入回转干馏炉进行热解，最后得到7％的焦油，89％的焦炭和4％的热解煤气。处理效率低，油收率低，能耗高。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

比较实施例1与3可知，采用高温气体为热解过程提供热源的效果由于采用直接加热的方式提供热源；比较实施例1与4可知，将高温气体的温度限定在一定的范围内有利于提高煤直接液化残渣中焦油的产率和热解效率，从而有利于提高其经济效益；比较实施例1、5、6可知将熔炼温度限定在一定的范围内有利于提高煤直接液化残渣的利用率；比较实施例2和7可知，将煤直接液化残渣与溶剂的重量比限定在一定的范围内有利于提高煤焦油的产率，进而提高其经济效益。比较实施例1至7与对比例1可知，采用本申请提供的煤直接液化残渣的利用方法有利于提高其利用效率和经济效益。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种煤直接液化残渣的处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：

原料供应单元(10)，用于提供所述煤直接液化残渣的熔融液或含有所述煤直接液化残渣的浆液；

热解反应单元(20)，设置有原料入口和气相产物出口，所述原料入口与所述原料供应单元(10)通过原料输送管路(101)相连；及

油气回收单元(30)，与所述气相产物出口通过气相产物输送管路(201)相连。

2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括雾化装置(21)，设置于所述原料入口上；优选所述雾化装置(21)为带有冷却夹套的单流体雾化器或双流体雾化器。

3.根据权利要求1或2所述的处理装置，其特征在于，当所述原料供应单元(10)用于提供所述煤直接液化残渣的熔融液时，所述原料供应单元(10)包括：

煤直接液化残渣供应装置(11)；

熔样装置(12)，与所述原料入口通过所述原料输送管路(101)相连，且所述熔样装置(12)与所述煤直接液化残渣供应装置(11)通过煤直接液化残渣输送管路相连。

4.根据权利要求1或2所述的处理装置，其特征在于，当所述原料供应单元(10)用于提供含有所述煤直接液化残渣的浆液时，所述原料供应单元(10)包括：

煤直接液化残渣供应装置(11)；

溶剂供应装置(13)；以及

煤直接液化残渣浆液供应装置(14)，所述煤直接液化残渣浆液供应装置(14)与所述煤直接液化残渣供应装置(11)通过煤直接液化残渣输送管路相连，与所述溶剂供应装置(13)通过溶剂输送管路相连，且与所述原料入口通过所述原料输送管路(101)相连。

5.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述油气回收单元(30)包括：

除尘装置(31)，设置有油气出口和气相产物入口，所述气相产物入口与所述气相产物出口经所述气相产物输送管路(201)相连；及

冷却装置(32)，与所述油气出口通过油气输送管路相连。

6.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还包括高温气体供应单元(40)，所述高温气体供应单元(40)与所述热解反应单元(20)经高温气体输送管路相连。

7.根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所热解反应单元(20)上设置有第一焦炭出口，所述除尘装置(31)上设置有第二焦炭出口，所述处理装置还包括焦炭收集单元(50)，所述焦炭收集单元(50)与所述第一焦炭出口经第一焦炭输送管路(202)相连，且与所述第二焦炭出口经第二焦炭输送管路(311)相连。

8.一种煤直接液化残渣的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：

将煤直接液化残渣熔融液或煤直接液化残渣的浆液作为原料进行热解反应得到气相产物和焦炭；及

对所述气相产物进行油气回收，得到焦油和焦炭。

9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括在进行所述热解反应之前，将所述原料进行雾化的步骤。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，所述热解反应包括将所述原料与高温气体直接接触进行所述热解反应，所述高温气体的温度为600～1000℃，优选所述高温气体选自氮气和/或含氧量小于1wt％的烟道气。

11.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括将所述煤直接液化残渣进行熔炼得到所述熔融液的步骤，所述熔炼的步骤的温度为270～350℃。

12.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括将所述煤直接液化残渣和溶剂混合得到所述浆液的步骤，优选所述煤直接液化残渣与所述溶剂的重量比为1:0.3～1。

13.根据权利要求12所述的处理方法，其特征在于，所述溶剂选自洗油、蒽油、液化油、低温煤焦油和高温煤焦油组成的组中的一种或多种。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的处理方法，其特征在于，所述油气回收的步骤包括：

将所述气相产物进行除尘得到油气和所述焦炭；及

将所述油气进行冷却得到所述焦油。