褐煤综合利用方法 技术领域 本发明属于煤加工利用领域， 涉及一种褐煤综合利用方法。 具体地说， 本发明将褐 煤干馏、 干馏半焦预烧炭、 预烧炭后半焦气化、 重质油回炼、 气化产生的合成气制氢及油品 加氢工艺进行有机组合， 使原料不仅能最大限度地得到油品， 油品加氢得到优质清洁油品， 还能通过气化产生合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源， 气化后的半焦可 作为清洁燃料。 本发明是一种能够将褐煤原料最大限度地转化为优质产品以及富产能量的 综合利用清洁生产工艺。
背景技术 褐煤， 一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤， 它是泥炭沉积后经脱水压 实转变为有机生物岩的初期产物。在我国， 褐煤资源量 3194.38 亿吨， 占我国煤炭资源总量 的 5.74％ ； 褐煤探明保有资源量 1291.32 亿吨， 占全国探明保有资源量的 12.69％ ； 主要分 布于内蒙古东部、 黑龙江东部和云南东部。
褐煤具有高水分和高挥发分的特点， 褐煤的高水分和挥发分含量特点使其长途运 输和直接进行褐煤液化及气化转化均不适宜， 褐煤用于燃烧发电的利用率低及造成环境污 染问题， 因此， 褐煤热解生产芳香族化合物、 焦油和优质半焦是褐煤利用的新方向， 将大幅 度提高褐煤的利用价值。
现有的褐煤加工技术主要有 ： 褐煤的燃烧发电技术， 褐煤的热解及炼焦， 褐煤的液 化以及褐煤的气化等。 目前， 国内外褐煤干馏热解的技术仍不太成熟， 针对性地开发褐煤热 解技术将是褐煤资源综合利用的研究方向。
因此， 本领域迫切需要开发出一种能够将褐煤最大限度地转化为优质产品的综合 利用清洁生产工艺。
发明内容 本发明提供了一种新的褐煤综合利用方法， 通过褐煤干馏制油、 干馏半焦预烧炭 充分利用能源、 预烧炭后半焦气化生产合成气、 重质油回炼提高轻油收率、 合成气制氢及油 品加氢生产清洁油品的有机结合， 将褐煤最大限度地转化为优质产品。
一方面， 本发明提供了一种褐煤综合利用方法， 该方法包括以下步骤 ：
(A) 将原料经破碎设备破碎后形成粉料， 送入干燥器进行干燥， 其中， 原料破碎后 的粒径为 1 ～ 3000μm， 所述干燥器的操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 0.5MPa， 温度为 100 ～ 300℃ ；
(B) 将干燥后的原料粉料送入原料加料罐， 经加料机后与来自预烧炭器的预烧炭 后半焦混合一起至干馏反应器中进行反应， 其中， 所述干馏反应器的操作条件为 ： 压力 ( 表 压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 380 ～ 760℃ ；
(C) 将干馏反应产物送入沉降器后分离出油气和干馏半焦， 油气经过沉降器气固 分离后进入分馏塔， 干馏半焦从沉降器下部至预烧炭器， 其中， 所述沉降器的操作条件为 ：
压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 350 ～ 750℃ ；
将从沉降器上部出来的油气送入分馏塔分离成气体、 轻质油、 中质油和重质油 ；
将从沉降器下部出来的干馏半焦送至预烧炭器烧炭， 部分预烧炭后半焦返回干馏 反应器供热， 其余预烧炭后半焦进入气化器， 其中， 所述预烧炭器操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 560 ～ 900℃， 过剩氧浓度为 0 ～ 5 体积％ ；
(D) 将送入气化器的预烧炭后半焦与蒸汽和 / 或含氧气体进行气化反应生成合成 气， 其中， 所述气化器的操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 600 ～ 1150℃， 过 剩水浓度为 0 ～ 35 体积％ ； 以及
(E) 将气化后半焦一部分返回预烧炭器中， 其余回收利用 ；
在一个优选的实施方式中， 将步骤 (C) 中分馏塔分馏出的重质油返回所述步骤 (B) 中干馏反应器回炼。
在另一个优选的实施方式中， 将步骤 (C) 中分馏塔分馏出的轻、 中质油至油品加 氢装置加氢获得石脑油和燃料油产品， 部分合成气去制氢装置制取氢气满足油品加氢装置 的需要。
在另一个优选的实施方式中， 所述褐煤原料的热值大于 8000kJ/kg。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (A) 中， 干燥时间较佳为 10 ～ 400 秒， 最佳为 100 ～ 200 秒 ； 在所述步骤 (B) 中， 干馏反应时间较佳为 1 ～ 150 秒， 最佳为 3 ～ 30 秒； 在所述步骤 (C) 中， 预烧炭时间较佳为 5 ～ 100 分钟， 最佳为 20 ～ 60 分钟 ； 在所述步骤 (D) 中， 气化时间较佳为 2 ～ 80 分钟， 最佳为 20 ～ 50 分钟。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (A) 中， 在原料中掺入辅助载体， 辅助载 2 体主要化学成分为硅铝酸盐， 比表面 5 ～ 1000m /g， 孔体积 0.03 ～ 1.0ml/g， 粒径为 20 ～ 1000μm。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (B) 中， 在所述干馏反应器中注入油， 油 的注入比例为 0 ～ 90 重量％， 以褐煤和油的总重量计。
在另一个优选的实施方式中， 注入的油的相对密度 d420 大于 0.85。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (A) 中， 进入干燥器中的粉料采用蒸汽 间接供热干燥和干燥气直接流化干燥相结合进行干燥。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (B) 中， 所述干馏反应器内部设置带分 流、 折流功能的返混结构。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (C) 中， 分馏塔塔底采用重质油脱固器 脱除重质油中的固体颗粒。
在另一个优选的实施方式中， 在所述步骤 (C) 中， 气化器停用， 进入气化器的预烧 炭后半焦直接作为清洁燃料产品 ； 当气化器停用时， 制氢原料采用干气、 天然气或其它原 料。
另一方面， 本发明提供了一种用于褐煤综合利用 ( 尤其是上述褐煤综合利用方 法 ) 的装置， 该装置包括 ：
用于破碎原料以形成粉料的破碎设备， 与所述破碎设备连接的、 用于干燥所述粉 料的干燥器 ；
用于装载干燥后的原料粉料的加料罐， 与所述加料罐连接的、 用于加料的加料机，与所述加料机连接的、 用于干馏的干馏反应器 ；
与所述干馏反应器连接的、 用于装载干馏反应产物的沉降器， 与所述沉降器连接 的、 用于分馏的分馏塔和用于烧炭的预烧炭器 ；
用于进行气化反应的气化器。 附图说明
图 1 是根据本发明的一个实施方式的褐煤综合利用成套工艺流程示意图。具体实施方式
本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现， 通过将褐煤干馏制油、 干 馏半焦预烧炭充分利用能源、 预烧炭后半焦气化生产合成气、 重质油回炼提高轻油收率、 合 成气制氢及油品加氢生产清洁油品的有机结合， 使原料不仅能最大限度地得到油品， 油品 加氢得到优质清洁油品， 还能通过气化产生合成气作为优质廉价的制氢原料为油品加氢提 供氢源， 气化后的半焦可作为清洁燃料。基于上述发现， 本发明得以完成。
在本发明的第一方面， 提供了一种褐煤的综合利用成套工艺， 其包括以下步骤 ： 原 料经破碎设备破碎、 干燥器干燥后进入原料加料罐， 再经加料机后与预烧炭器来的高温预 烧炭半焦混合， 并由提升干气进入干馏反应器反应 ； 干馏反应产物进入沉降器分离， 油气进 分馏塔分馏出的轻、 中质油至油品加氢精制后得到优质油品， 分馏出的重质油返回干馏反 应器回炼 ； 干馏半焦经汽提后送至预烧炭器烧炭 ； 预烧炭后半焦一部分返回干馏反应器提 供反应用热， 其余进入气化器， 在水蒸汽和 / 或含氧气体的条件下气化生成合成气， 合成气 经制氢装置后获得油品加氢装置所需的氢气， 多余合成气作为产品 ； 气化后的半焦可作为 清洁燃料 ； 预烧炭器和气化器顶部排出的高温烟气经废热回收设施产生蒸汽在满足自用 后， 直接外输或发电外输。 较佳地， 本发明的褐煤综合利用成套工艺包括以下步骤 ：
(A) 将原料经破碎设备破碎后形成粉料， 送入干燥器进行干燥， 其中， 原料破碎后 的粒径为 1 ～ 3000μm， 所述干燥器的操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 0.5MPa， 温度为 100 ～ 300℃。采用干燥器脱除原料粉料中的水分， 将减少后续加工过程中污水的排放和后 续加工的操作和运行成本 ；
(B) 将干燥后的原料粉料送入原料加料罐， 经加料机后与来自预烧炭器的预烧炭 后半焦混合一起至干馏反应器中进行反应， 其中， 所述干馏反应器的操作条件为 ： 压力 ( 表 压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 380 ～ 760℃。干馏反应所需热量由来自预烧炭器的高温半焦 提供， 通过高温半焦和冷原料之间的传热， 在干馏反应器中实现一个比较均匀的反应温度， 使干馏反应达到最高的轻油产率 ；
(C) 将干馏反应产物送入沉降器后分离出油气和干馏半焦， 油气经过沉降器气固 分离后进入分馏塔， 干馏半焦从沉降器下部至预烧炭器， 其中， 所述沉降器的操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 350 ～ 750℃。沉降器的目的是实现油气和固体半焦 的分离， 在油气上升过程中， 设置气固分离器对油气中的固体颗粒进行强制分离大大减少 了油气中的固体含量， 有利于后续分馏塔的长期稳定运行。 在固体半焦下降过程中， 可注入 少量蒸汽汽提脱除固体半焦中夹带的大部分油气 ；
将从沉降器上部出来的油气送入分馏塔分离成气体、 轻质油、 中质油和重质油 ；
将从沉降器下部出来的干馏半焦送至预烧炭器烧炭， 部分预烧炭后半焦返回干馏 反应器供热， 其余预烧炭后半焦进入气化器， 其中， 所述预烧炭器操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 560 ～ 900℃， 过剩氧浓度为 0 ～ 5 体积％。预烧炭器一方面通过预 烧炭后半焦为干馏反应器提供热量， 另一方面也是对半焦进入气化器进行气化反应前的预 处理， 半焦通过在预烧炭器的燃烧， 降低了进入气化器中半焦的硫、 氮等杂质含量， 使气化 器中生产的合成气将更清洁 ；
(D) 将送入气化器的预烧炭后半焦与蒸汽和 / 或含氧气体进行气化反应生成合成 气， 其中， 所述气化器的操作条件为 ： 压力 ( 表压 ) 为 0 ～ 8.0MPa， 温度为 600 ～ 1150℃， 过 剩水浓度为 0 ～ 35 体积％。气化反应是半焦中的碳与蒸汽和 / 或含氧气体的反应， 蒸汽来 自预烧炭器和气化器废热回收设施所产蒸汽， 含氧气体可以是空气， 也可以是纯氧， 氧气纯 度越高， 合成气杂质含量越低， 合成气热值越高 ；
(E) 将气化后半焦一部分返回预烧炭器中， 其余回收利用。
在所述步骤 (C) 中， 分馏塔分馏出的重质油返回干馏反应器回炼， 将轻、 中质油至 油品加氢装置加氢获得石脑油和燃料油产品， 在所述步骤 (D) 中， 合成气去制氢装置制取 氢气满足油品加氢装置的需要， 多余合成气作为产品。重质油回炼可显著提高轻质油的产 率。对于这部分重质油， 如作为产品用途不大， 因此， 返回干馏反应器进一步裂解生成轻质 油品， 一方面解决了重质油的用途问题， 另一方面又提高了轻质油产品， 达到一举两得的效 果； 在所述步骤 (A) 中， 在原料中掺入辅助载体， 辅助载体的加入， 改善流化运行效 果， 有利于系统的稳定运行。
在所述步骤 (B) 中， 所述干馏反应器中注入油， 油的注入比例为 0 ～ 90 重量％， 以 褐煤和油的总重量计。油的注入比例最高可达褐煤和油总重量的 90 重量％， 当油的注入比 例再高时， 褐煤所占比例太少， 无法保证系统的稳定运行。
在上述注油中， 注入的油可以是碳氢化合物为主的油品， 相对密度 (d420) 大于 0.85 较佳， 大于 0.92 最佳， 包括石油蜡油、 石油常压渣油、 石油减压渣油、 焦油、 废机油、 干 水油、 油砂油等， 油品越差， 加工的经济效益越好 ；
在所述步骤 (A) 中， 干燥时间较佳为 10 ～ 400 秒， 最佳为 100 ～ 200 秒 ； 在所述步 骤 (B) 中， 干馏反应时间较佳为 1 ～ 150 秒， 最佳为 3 ～ 30 秒 ； 在所述步骤 (C) 中， 预烧炭 时间较佳为 5 ～ 100 分钟， 最佳为 20 ～ 60 分钟 ； 在所述步骤 (D) 中， 气化时间较佳为 2 ～ 80 分钟， 最佳为 20 ～ 50 分钟 ；
在所述步骤 (C) 中， 分馏塔塔底采用重质油脱固器脱除重质油中的固体颗粒。经 过气固分离的油气仍会夹带少量固体粉料进入分馏塔， 固体颗粒会积聚在重质油中， 采用 液固脱固器脱除重质油中的固体颗粒， 保证分馏塔的长期稳定运行 ；
以下参看附图。
如图 1 所示， 原料 1 经破碎设备 3 破碎， 辅助载体 2 与原料 1 混合形成粉料 4 进入 干燥器 5 进行脱水干燥， 干燥方式采用蒸汽 7 间接供热干燥和干燥气 8 直接流化干燥相结 合； 干燥过程产生废气 6， 蒸汽 7 间接供热干燥产生凝结水 12 ；
干燥后的粉料 9 进入原料加料罐 10， 经氮气 11 充压后， 通过加料机 13 和提升气 31
将粉料 14 与来自预烧炭器 37 的高温循环预烧炭后半焦 38 的混合物料送至干馏反应器 15 中进行干馏反应， 同时， 回炼重油 22 和油 52 注入干馏反应器 15 中进行干馏反应， 干馏反应 产物进入沉降器 16 进行气固分离， 下部排出经蒸汽 7 汽提脱除所夹带油气的干馏半焦 17， 干馏油气 18 经过沉降器 16 分离出大部分固体粉粒后进入分馏塔 19 ；
干馏油气 18 进入分馏塔 19 下部， 塔底重油经过输送泵 20 和脱固器 21 后， 回炼重 油 22 返回干馏反应器 15， 塔底循环重油 23 经过换热器 24 后， 循环重油 25 返回分馏塔 19， 其中部分重油可作为重油产品 26 ；
分馏塔顶油气 27 经过塔顶冷凝器 28 冷凝冷却后进入回流罐 29 进行气、 油、 水三 相分离 ； 分离出的气相经过压缩机 30 压缩后循环气体作为提升气 31， 其余作为燃料气 32 ； 分离出的油相经过塔顶回流泵 33， 部分为塔顶回流 34， 其余为轻质油 35 半成品， 分离出的 水相为污水 50 送污水处理设施 ； 分馏塔 19 的中部侧线抽出中质油 36 和轻质油 35 半成品 送至油品加氢装置 55 加氢精制后得石脑油产品 46 和燃料油产品 47 ；
沉降器 16 底部排出干馏半焦 17 通过空气 39 输送至预烧炭器 37 与空气 39 进行 烧炭反应， 含氧气体 51 对烧炭过程进行温度调节 ； 部分预烧炭后半焦 38 与原料 14 混合进 入干馏反应器 15， 提供干馏反应所需热量， 其余进入气化器 42 ； 预烧炭器顶部产生的高温 烟气 40 经废热回收设施 49 后根据需要进行脱硫处理后排放 ； 预烧炭后半焦 41 通过蒸汽 7 输送至气化器 42 进行气化反应， 气化器 42 同时通入 气化反应和流化所需的蒸汽 7 和含氧气体 51， 气化器顶部产出的合成气 44 经废热回收设施 49 后送入制氢装置 53 作为优质廉价的制氢原料， 多余合成气作为产品 48， 制氢产出的氢气 54 满足加氢装置 55 氢源需要 ； 部分气化后半焦 43 通过空气 39 输送返回预烧炭器 37 循环 使用， 剩余气化后半焦 45 回收利用 ；
预烧炭器 37 和气化器 42 顶部排出的高温烟气经废热回收设施 49 产生蒸汽在满 足自用后外输。
本发明的主要优点是 ：
1、 本发明实现了褐煤快速干馏制油、 干馏半焦预烧炭充分利用能源、 半焦气化生 产合成气、 重质油回炼提高轻油收率、 合成气制氢及油品加氢生产清洁油品的有机结合， 是 一种能够将褐煤最大限度地转化为优质产品以及富产能量的综合利用清洁生产工艺， 开创 了一条新的褐煤加工路线。
2、 本发明中预烧炭后半焦进入气化器进行气化反应， 可获得清洁的合成气作为优 质廉价的制氢原料为油品加氢提供氢源， 油品经加氢精制后可获得清洁的轻质油品， 上述 发明不仅解决了油品加氢的氢气来源问题， 同时， 所产氢气的成本比常规制氢下降 50％～ 80％。
3、 本发明实现了能量的完全自给， 低温热自身充分利用， 富余的高品质能量 ( 蒸 汽或电 ) 外输。如 ： 用于干燥的蒸汽由废热回收设施产生。
4、 本发明适用于褐煤的综合加工利用， 对于褐煤产地还有劣质油品时， 如废机油、 干水油等， 本发明能将这些油品加工成优质油品， 其经济效益显著。
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。 但是， 应该明白， 这些实施例仅用于说 明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法， 通常 按照常规条件， 或按照制造厂商所建议的条件。
实施例
本实施例为建设于某褐煤矿区的 50 万吨 / 年褐煤综合利用加工装置， 同时， 当地 有劣质重油来源。 综合利用加工装置以加工褐煤为主， 当有外来劣质重油时， 掺入重油进行 加工。
方案 1 ： 加工褐煤
综合利用加工装置在无外来重油时， 加工来自矿区开采的褐煤。
方案 2 ： 加工褐煤和重油
当 外 购 到 外 来 重 油 时， 褐 煤 和 重 油 一 起 加 工， 褐煤和重油质量组成为： 90％∶ 10％。
原料性质 ：
褐煤和外来重油的主要性质分别见表 1 和表 2。
表 1 褐煤主要性质
项目 含水率 含油率 半焦含炭率 灰分
单位 重量％ 重量％ 重量％ 重量％数值 10.0 15.0 65.0 12.0备注对干基， 铝甑干馏法 对干基 对干基表 2 重油主要性质项目 相对密度 残炭值 单位 d420 重量％ 数值 0.95 14.0 康氏残炭 备注主要操作条件 ：
方案 1 ～方案 2 采用的主要操作条件如下 ：
褐煤原料破碎后的粒径为 10 ～ 300μm。
干燥器的操作条件为 ： 压力为 0.01MPa(G)， 温度为 110℃ ；
干馏反应器的操作条件为 ： 压力为 0.12MPa(G)， 温度为 490 ～ 500℃ ；
沉降器的操作条件为 ： 压力为 0.1MPa(G)， 温度为 480 ～ 490℃ ；
预烧炭器的操作条件为 ： 压力为 0.1MPa(G)， 温度为 690 ～ 710℃， 过剩氧浓度为 0.5 体积％ ；
气化器的操作条件为 ： 压力为 0.1MPa(G)， 温度为 700 ～ 750℃， 过剩水浓度为 8.0 体积％ ；
产品分布及主要性质或组成 ： 方案 1 ～方案 2 产品分布情况见表 3。 表 3 产品分布 产品 石脑油 燃料油 合成气 气体 半焦 蒸汽 (450℃、 3.82MPa) 单位 万吨 / 年 万吨 / 年 万吨 / 年 万吨 / 年 万吨 / 年 万吨 / 年 方案 1 1.35 6.15 0.78 2.30 32.00 41.88 方案 2 1.99 9.06 1.15 3.38 29.36 35.46石脑油作为汽油调和组份， 燃料油作为车用柴油产品， 合成气和气体作为燃料产 品外供， 半焦作为清洁燃料， 蒸汽作为产品外供。
表 4 石脑油主要性质
项目 相对密度， d420 硫含量， ppm 馏程，℃ IP/10％ 30％ /50％ 70％ /90％ 95％ /EP
方案 1 0.745 33.0方案 2 0.738 29.096/107 114/124 139/157 168/18892/106 112/124 137/154 164/188表 5 燃料油主要性质10102031154 A CN 102031157说项目 相对密度， d420 硫含量， ppm 十六烷值 馏程，℃ IP/10％ 30％ /50％ 70％ /90％ 95％ /EP明书方案 2 0.851 45 478/9 页方案 1 0.854 48 46194/208 229/248 274/322 344/365192/207 227/245 272/320 341/365
表 6 合成气主要组成组分 ( 体积％ ) 一氧化碳 二氧化碳 氢气 水 甲烷 方案 1 25.0 12.0 53.0 8.5 1.5 方案 2 27.0 11.0 51.5 9.0 1.5
表 7 气体主要组成组分 ( 体积％ ) 氢气 甲烷 乙烷 丙烷 方案 1 16.55 44.07 9.85 1.78 方案 2 17.75 46.57 9.35 1.5911102031154 A CN 102031157说氮气 硫化氢明14.36 0.75书15.45 0.879/9 页在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考， 就如同每一篇文献被单独 引用作为参考那样。 此外应理解， 在阅读了本发明的上述讲授内容之后， 本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申清所附权利要求书所限定的范 围。