CN109111953A

CN109111953A - 一种含尘焦油的处理方法

Info

Publication number: CN109111953A
Application number: CN201811076871.6A
Authority: CN
Inventors: 王会芳; 刘雷; 李克忠
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2019-01-01
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: CN109111953B

Abstract

本发明提供一种含尘焦油的处理方法，涉及煤催化气化技术领域，该方法，一方面，可以通过将重质含尘焦油转化成附加值高的轻质烃，实现焦油的提质和纯化，从而提高焦油的附加值；另一方面，还能够将很难再单独利用的含碳废弃料转化成甲烷，降低煤耗，从而整体提高煤催化气化工艺的经济性。该方法包括：将含尘焦油和含碳物质制成型煤；含尘焦油还包含第一催化剂；在第一催化剂和第二催化剂的催化下，使型煤与氢气发生催化加氢反应；其中，在第一催化剂的催化下，型煤中的碳与氢气反应生成甲烷；在第二催化剂的催化下，型煤中的焦油与氢气反应生成轻质烃。

Description

一种含尘焦油的处理方法

技术领域

本发明涉及煤催化气化技术领域，尤其涉及一种含尘焦油的处理方法。

背景技术

煤催化气化是煤制天然气的最高效的气化技术之一。煤催化气化工艺的原料煤粒径分布较宽，其中，小颗粒物料进入反应炉会被被气流夹带出去；同时，煤颗粒在热解、气化反应过程中发生破碎会形成小颗粒物料，且炉内物料与炉壁、颗粒间相互碰撞、摩擦也会进一步形成小颗粒物料，这些小颗粒物料都会被夹带出反应炉。一般而言，煤催化气化反应***通常设置两级气固分离装置(如旋风分离器)，将出口煤气夹带的小颗粒物料收集下来返回反应炉。由于小颗粒物料在循环过程中不断碎裂变成更细小的煤尘、并且旋风分离器捕集细小颗粒的效率有限，因此，仍然会有煤尘随着煤气进入煤气冷却***。此外，由于煤催化气化温度较低(700～800℃)，煤中的含碳物质气化不彻底，所以煤气中含有焦油和酚类等物质。在煤气冷却净化过程中，煤尘和冷凝出的焦油混合在一起形成粘稠的混合物，即含尘焦油。

含尘焦油粘度大、流动性差，且含尘量较高不能外售，一般外送电厂锅炉作为燃料烧掉，或者被喷射到气化炉内再次气化，利用率不高，不仅污染了环境，还造成焦油资源的浪费。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术的问题，本发明的实施例提供了一种含尘焦油的处理方法，采用方法处理含尘焦油，一方面，可以通过将重质含尘焦油转化成附加值高的轻质烃，实现焦油的提质和纯化，从而提高焦油的附加值；另一方面，还能够将很难再单独利用的含碳废弃料转化成甲烷，降低了煤耗，从而整体提高了煤催化气化工艺的经济性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面、本发明实施例提供了一种含尘焦油的处理方法，所述含尘焦油的处理方法包括：

将含尘焦油和含碳物质制成型煤；所述含尘焦油还包含第一催化剂；

在所述第一催化剂和第二催化剂的催化下，使所述型煤与氢气发生催化加氢反应；其中，在所述第一催化剂的催化下，所述型煤中的碳与氢气反应生成甲烷；在所述第二催化剂的催化下，所述型煤中的焦油与氢气反应生成轻质烃。

可选的，所述含尘焦油的处理方法还包括：使原料煤与气化剂发生催化气化反应生成氢气；将所述氢气提供给所述催化加氢反应。

可选的，所述型煤的粒径小于所述原料煤的粒径。

可选的，所述气化剂包括水蒸气和氧气。

可选的，所述催化加氢反应和所述催化气化反应均产生灰渣和含尘产品气；所述含尘焦油的处理方法还包括：对所述含尘产品气进行冷却处理，产生含尘焦油；将所述含尘焦油用于制备所述型煤；和/或，所述含尘焦油的处理方法还包括：回收所述灰渣中含有的所述第一催化剂和所述第二催化剂。

可选的，所述第二催化剂包括：含有Ca、Mg、Si、Fe四种元素中的至少一种元素的矿石。

可选的，所述型煤中所述含尘焦油与所述含碳物质的质量比为1：5～20。

可选的，所述催化加氢反应的温度为750～850℃，和/或，所述催化加氢反应的压强为3.0～4.0MPa。

可选的，所述催化气化反应的温度为700～800℃。

可选的，所述催化加氢反应的压强大于等于所述催化气化反应的压强。

基于此，本发明实施例提供的上述含尘焦油的处理方法，通过将含尘焦油和含碳物质制成型煤，然后使型煤与氢气发生催化加氢反应，生成甲烷和轻质烃，一方面，通过将重质含尘焦油转化成附加值高的轻质烃，实现焦油的提质和纯化，从而提高焦油的附加值；另一方面，还能够将很难再单独利用的含碳废弃料转化成甲烷，降低了煤耗，从而整体提高了煤催化气化工艺的经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种含尘焦油的处理方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的再一种含尘焦油的处理方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种含尘焦油的处理方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种含尘焦油的处理方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种含尘焦油的处理***的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的再一种含尘焦油的处理***的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种含尘焦油的处理***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。

需要指出的是，除非另有定义，本发明实施例中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种含尘焦油的处理方法，该含尘焦油的处理方法包括步骤S01-步骤S02：

步骤S01、将含尘焦油和含碳物质制成型煤；含尘焦油还包含第一催化剂；

步骤S02、在第一催化剂和第二催化剂的催化下，使型煤与氢气发生催化加氢反应；其中，在第一催化剂的催化下，型煤中的碳与氢气反应生成甲烷；在第二催化剂的催化下，型煤中的焦油与氢气反应生成轻质烃。

需要说明的是，第一、上述含尘焦油中的焦油为重质焦油，呈粘稠状，具有较好的粘结性，因此可以作为制备型煤的粘合剂。

此处，型煤是指以含碳物质为原料，以上述含尘焦油为粘结剂，经过机械加工压制成型的，具有一定强度和粒径的物料。

第二、本发明实施例对于上述步骤S01中的含碳物质不作具体限定，只要含有碳，能够与上述含尘焦油制成型煤即可。

示例的，在步骤S01中，含碳物质可以为备煤工段筛分的煤粉、矿山开采过程中形成的煤粉、旋风飞灰或者煤矿洗选的煤泥等任何粒径细小并且难以再单独利用的含碳废弃料。

另外，在煤催化气化反应中需要加入催化剂，而含尘焦油中的煤尘是随着煤气进入煤气冷却***的细小物料，所以该煤尘中含有催化剂。该催化剂通常为碱金属盐或碱土金属盐。此处将该催化剂称为第一催化剂。

第二、在步骤S02中，第二催化剂是加氢裂解催化剂，用于催化焦油与氢气反应生成轻质烃(例如轻质芳烃、轻质烷烃等)。

进一步的，为了得到合适粒径的型煤，在步骤S01中，将含尘焦油和含碳物质按质量比为1：5～20的比例制成型煤。

此处，对于制备型煤的成型机的类型不作具体限定，只要该成型机制备的型煤的粒径和机械强度满足上述催化加氢反应的相关要求即可。

示例的，制备型煤的成型机可以选择对辊式成型机、冲压式成型机或环式成型机等。

进一步的，在步骤S02中的第二催化剂，即加氢裂解催化剂可以选用：

含有Ca、Mg、Si、Fe四种元素中的至少一种元素的矿石。

由于该类矿石比较常见，且价格低廉，所以选用该类矿石作为催化剂可以节约成本。

示例的，该矿石可以是白云石(主要化学成分为CaMg(CO₃)₂)和/或橄榄石(主要化学成分为(MgFe)₂SiO₄)。

具体的，在上述步骤S02中，为了保证催化加氢反应的快速高效进行，可以将反应温度控制在750～850℃，和/或，压强控制在3.0～4.0MPa。

进一步的，如图2所示，上述含尘焦油的处理方法还包括步骤S03-步骤S04：

步骤S03、使原料煤与气化剂发生催化气化反应生成氢气；

步骤S04、将氢气提供给催化加氢反应。

原料煤与气化剂反应生成富含氢气和甲烷的合成气，将生成的氢气作为原料气提供给上述步骤S02，从而进一步提高了煤催化气化工艺的经济性。

上述步骤S03中进行的化学反应主要有燃烧反应和气化反应。

具体的，当上述气化剂为水蒸气和氧气时，上述步骤S03中的化学反应主要包括：

C(原料煤)+O₂→CO₂(反应1)；

C(原料煤)+CO₂→CO(反应2)；

C(原料煤)+H₂O→CO+H₂(反应3)；

CO+H₂O→H₂+CO₂(反应4)；

C(原料煤)+H₂→CH₄(反应5)。

进一步的，为了使得原料煤与气化剂反应的更加充分，在上述步骤S03中，可以将催化气化反应的温度控制在700～800℃。

由于催化气化反应的速率大于催化加氢反应的速率，为了提高整体的反应速率，可以控制步骤S02中催化加氢反应的压强，使其大于等于步骤S02中催化气化反应的压强。

进一步的，在步骤S01中制备的型煤的粒径，小于在步骤S03中选用的原料煤的粒径。例如，当原料煤选用粒径为5mm以下的碎煤时，制备的型煤的粒径可在2mm以下。

这样使得，步骤S03中的催化气化反应能够产生足够的氢气，且能够与型煤中的焦油和碳充分接触，以保证步骤S02中催化加氢反应的快速高效进行。

上述步骤S02中的催化加氢反应和步骤S03中的催化气化反应均产生灰渣和含尘产品气。

进一步的，如图3所示，为了使该方法对含尘焦油的处理形成一个循环，从而进一步提高煤催化气化工艺的经济性，上述含尘焦油的处理方法还包括步骤S05-步骤S06：

步骤S05、对含尘产品气进行冷却处理，产生含尘焦油；

步骤S06、将含尘焦油用于制备型煤。

进一步的，如图4所示，为了减小催化剂的损失，降低煤催化气化工艺的成本，上述含尘焦油的处理方法还包括步骤S07：

步骤S07、回收灰渣中含有的第一催化剂和第二催化剂。

该回收过程具体可沿用相关技术中成熟的催化剂回收工艺，本发明实施例对此不作限定。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种用于实现上述处理方法的***，该***包括：

第一反应单元1，用于在第一催化剂和第二催化剂的催化下，使型煤与氢气发生催化加氢反应；其中，型煤由含尘焦油和含碳物质制成；含尘焦油还包含第一催化剂；第一反应单元1上设有用于通入第二催化剂的催化剂入口11；

与第一反应单元1连通的第二反应单元2，用于使原料煤与气化剂发生催化气化反应生成氢气，并将氢气提供给催化加氢反应。

这里，本发明实施例对第一反应单元1和第二反应单元2的具体结构不作限定，二者可以为单独的设备，也可以为同一设备中的不同部分，只要能够完成上述处理方法的具体过程即可。

基于此，本发明实施例提供的上述含尘焦油的处理***包括第一反应单元1和第二反应单元2，由于第一反应单元1可以使由含尘焦油和含碳物质制成的型煤与氢气发生催化加氢反应，生成甲烷和轻质烃，因此一方面该***通过将重质含尘焦油转化成附加值高的轻质芳烃，实现焦油的提质和纯化，从而提高焦油的附加值；另一方面，还能够将很难再单独利用的含碳废弃料转化成甲烷，降低了煤耗，从而整体提高了煤催化气化工艺的经济性。

并且，原料煤与气化剂在第二反应单元2中进行反应，生成富含氢气和甲烷的合成气；其中，氢气可被提供给第一反应单元1，补充第一反应单元1中催化加氢反应的原料气，从而进一步提高了煤催化气化工艺的经济性。

此外，在上述***中，催化加氢反应在第一反应单元1中进行，催化气化反应在第二反应单元2中进行；由于第二反应单元2中进行的催化气化反应中的气化剂通常包括有氧气，将上述两个反应分别设置在不同单元内进行，可以有效避免焦油直接与气化剂中的氧气接触发生气化分解，即避免对焦油向轻质烃的高价值转变的转换率造成不利影响。

作为一种可选的方式，如图6所示，第一反应单元1和第二反应单元2为两个单独的设备，第一反应单元1上还设有氢气进气口12；第二反应单元2通过氢气进气口12与第一反应单元1连通。

将第一反应单元1和第二反应单元2设置为两个单独的设备，可以通过分别调控两个反应单元的温度和压强，控制催化气化反应和催化加氢反应的速率，从而使得两个反应单元中的反应快速、高效地进行。

进一步的，参考图6所示，在第一反应单元1上，催化剂入口11的位置高于氢气进气口12的位置。

这样可以使得，当第二催化剂从催化剂入口11通入后，能够被由氢气进气口12通入的气体携带着进入第一反应单元1中，使第二催化剂在第一反应单元1中保持流化状态，从而使其充分与型煤接触，更有效地催化型煤与氢的加氢气化反应。

作为另一种可选的方式，如图7所示，第一反应单元1和第二反应单元2构成一个气化炉。

在从气化炉的顶部指向气化炉的底部的方向上，第一反应单元1位于第二反应单元2的上方，即第一反应单元1和第二反应单元2分别为气化炉的上段和下段。

在气化炉的下段，原料煤和气化剂反应生成富含氢气的合成气，该合成气向上进入气化炉的上段，以补充气化炉的上段中催化加氢反应的原料气，从而进一步提高了煤催化气化工艺的经济性。

该气化炉设计简单，易于制造，降低设备成本。

进一步的，参考图6所示，第一反应单元1上还设有出气口13、型煤进料口14、第一排渣口15；第二反应单元2上设有第二排渣口21；

含尘焦油的处理***还包括：

与出气口13连通的冷却装置3，用于冷却由出气口13排出的产品气的，冷却装置3上设有含尘焦油排出口31；

与含尘焦油排出口31和型煤进料口14均连通的型煤制备装置4，用于将含尘焦油和含碳物质制成型煤；

与第一排渣口15和第二排渣口21均连通的催化剂回收装置5，用于回收第一催化剂和第二催化剂。

需要说明的是，第二反应单元2产生富含氢气和甲烷的合成气，该合成气通过氢气进气口12进入第一反应单元1中，该合成气中的氢气与第一反应单元1中的型煤反应产生甲烷和轻质烃，该合成气中剩余的气体与第一反应单元1中产生的甲烷和轻质烃一起通过出气口13进入冷却装置3。

基于此，上述含尘焦油的处理***除了包括第一反应单元1和第二反应单元2，还包括冷却装置3、型煤制备装置4、催化剂回收装置5。其中，冷却装置3可以对第一反应单元1和第二反应单元2产生的含尘产品气进行冷却处理，产生含尘焦油；型煤制备装置4可以将该含尘焦油和含碳物质制备成型煤，然后将型煤输送到第一反应单元1中，形成一个处理含尘焦油的循环，从而降低了煤耗，进一步提高了煤催化气化工艺的经济性。

此外，催化剂回收装置5可以回收第一反应单元1和第二反应单元2产生的灰渣中含有的第一催化剂和第二催化剂，从而减小了催化剂的损失，降低了煤催化气化工艺的成本。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种含尘焦油的处理方法，其特征在于，含尘焦油的处理方法包括：

2.根据权利要求1所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述含尘焦油的处理方法还包括：

使原料煤与气化剂发生催化气化反应生成氢气；

将所述氢气提供给所述催化加氢反应。

3.根据权利要求2所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述型煤的粒径小于所述原料煤的粒径。

4.根据权利要求2所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述气化剂包括水蒸气和氧气。

5.根据权利要求2所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述催化加氢反应和所述催化气化反应均产生灰渣和含尘产品气；

所述含尘焦油的处理方法还包括：

对所述含尘产品气进行冷却处理，产生含尘焦油；

将所述含尘焦油用于制备所述型煤；

和/或，

所述含尘焦油的处理方法还包括：

回收所述灰渣中含有的所述第一催化剂和所述第二催化剂。

6.根据权利要求1所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述第二催化剂包括：

含有Ca、Mg、Si、Fe四种元素中的至少一种元素的矿石。

7.根据权利要求1所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述型煤中所述含尘焦油与所述含碳物质的质量比为1：5～1：20。

8.根据权利要求1所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述催化加氢反应的温度为750～850℃，

和/或，

所述催化加氢反应的压强为3.0～4.0MPa。

9.根据权利要求2所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述催化气化反应的温度为700～800℃。

10.根据权利要求2所述的含尘焦油的处理方法，其特征在于，所述催化加氢反应的压强大于等于所述催化气化反应的压强。