CN109054903B - 一种煤加氢气化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤加氢气化方法及装置，涉及煤气化技术领域，为降低含水量高的煤加氢气化所消耗的能量，提高轻质油产率，以及碳转化率而发明。所述煤加氢气化方法包括：油煤浆制备：将煤与混合油混合，以制得油煤浆；油煤浆加氢气化：将制得的所述油煤浆进行加氢气化反应，以制得合成气、轻质油和混合油，其中，所述混合油至少包括重质油。本发明煤加氢气化方法及装置用于提高含水量较高的煤的气化反应效率、碳的转化率和油品的产率。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤加氢气化方法及用于对煤进行加氢气化的煤加氢气化装置。
背景技术
煤加氢气化是煤粉与氢气在一定压力和温度下反应，生成富甲烷气、油和半焦的过程。该反应过程对参与反应的煤粉的水分有一定的限制，一般要求煤粉中的水分含量占煤粉与水分总质量的10％以下，适用于加氢气化的煤种包括褐煤、次烟煤等，尤其是褐煤，含水量较高，甚至高达30％以上，如果直接将褐煤进入加氢气化反应器中，就需要大量的热源来对褐煤进行除水干燥，这样就增加了该工艺技术的煤粉干燥的能耗，提高了工艺成本；若不对水分含量较高的褐煤进行去水干燥，不仅降低反应效率，合成气和油品等产物生成率低，甚至得不到所需的气化产物。因此，如何降低含水量较高的煤加氢气化能耗、提高产物生成率是目前需要解决的主要问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种煤加氢气化方法及装置，主要目的是降低含水量高的煤加氢气化所消耗的能量，提高轻质油产率，以及碳转化率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种煤加氢气化方法，包括：
油煤浆制备：将煤与混合油混合，以制得油煤浆；
油煤浆加氢气化：将制得的所述油煤浆进行加氢气化反应，以制得合成气、轻质油和混合油，其中，所述混合油至少包括重质油。
本发明实施例提供的煤加氢气化方法，通过将煤与混合油混合制得油煤浆，再对油煤浆进行加氢气化反应，尤其对于含水量较高的煤，利用油水混合物对煤的溶胀作用，能够增大煤的孔隙率，增大煤内部的微孔尺寸，提高活性氢等小分子在煤的大分子中的流动性，以及与煤的接触面积，这样不仅加速了煤中大分子的裂解，还加快了活性氢小分子与煤中大分子、大分子裂解后的分子进行充分的加氢反应，最终提高合成气和油品的产率；混合油能够溶解煤中的有机质，有利于煤中由大分子组成的挥发分的逸出，加快挥发分与活性氢的接触速率和接触面积，促进加氢气化反应速率和油品产率。
可选的，所述油煤浆制备过程中：所述混合油为所述油煤浆加氢气化反应制得的混合油。
可选的，所述油煤浆制备过程中：将煤与混合油混合，并搅拌，以使所述煤溶胀在所述混合油中，形成油煤浆。
进一步的，所述搅拌和溶胀所需的时间为0.5小时至1小时。
可选的，制得的所述油煤浆中煤的浓度为65％～80％。
可选的，所述油煤浆制备过程中：所述混合油的温度为100～200℃；和/或
所述混合油中包含具有两个或两个以上苯环的重质油，且所述重质油的质量占所述混合油质量的80％以上。
可选的，所述油煤浆加氢气化过程中：所述加氢气化反应的气化气压为15～30MPa，气化温度为500～600℃。
可选的，所述油煤浆制备后还包括：将制得的所述油煤浆增压，以将增压后的所述油煤浆加氢气化。
可选的，所述煤中水的质量分数大于等于10％。
本发明另一方面实施例还提供了一种煤加氢气化装置，包括：
油煤浆制备装置，所述油煤浆制备装置配置为将混合油与煤混合制成油煤浆；
加氢气化反应器，所述加氢气化反应器的进口端与所述油煤浆制备装置的出口端连通，所述加氢气化反应器配置为将制得的所述油煤浆加氢气化反应。
本发明实施例提供的煤加氢气化装置，通过油煤浆制备装置进行油煤浆的制备，再利用加氢气化反应器对制得的油煤浆进行加氢气化反应，对于含水量较高的煤，例如，褐煤，通过该煤加氢气化装置能够大大降低加氢气化反应所需的能量，降低制造成本，且还可增加轻质油的产率，以及碳的转化率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种煤加氢气化方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的另一种煤加氢气化方法的流程框图；
图3为本发明实施例提供的另一种煤加氢气化方法的流程框图；
图4为本发明实施例提供的一种煤加氢气化装置的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例煤加氢气化方法及用于对煤进行加氢气化的煤加氢气化装置进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、
“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例提供了一种煤加氢气化方法，参照图1，所述煤加氢气化方法的步骤包括：
S1：油煤浆制备：将煤与混合油混合，以制得油煤浆，其中，所述混合油至少包括重质油。
具体的，原油相对密度在0.9～1.0，称为重质油；原油相对密度小于0.9，则称为轻质油。若采用API Gravity(美国石油协会比重)来区别重质油与轻质油，API Gravity大于31.1的，属于轻质油；API Gravity小于22.3的，属于重质油。此处的重质油至少满足上述两种标准的其中一个就可称为重质油。
示例的，所述混合油可以包括重质油和轻质油，但是重质油所占的质量分数大于轻质油所占的质量分数。
油煤浆的制备过程中，煤为固相，混合油为液相，且煤中也含有水分，将煤与混合油混合后，混合油和煤中所含的水分作为溶剂能够将所述煤进行溶解，以形成油煤浆，其中，在溶解混合的过程中，通过油水混合物对煤的溶胀作用，能够增加煤的孔隙率，增加煤内部的微孔尺寸，提高活性氢等小分子在煤的大分子网络结构中的流动性和接触面积，加快了大分子的裂解以及活性氢与大分子及裂解后的小分子的加氢反应，利于最终油品及合成气的产率，同时，煤中微孔尺寸的增大，增强了混合油在煤活性点的扩散，同样也可以促进加氢气化反应的效率。
S2：油煤浆加氢气化：将制得的所述油煤浆进行加氢气化反应，以制得合成气、轻质油和混合油，其中，所述混合油至少包括重质油。
对步骤S1制备得到的油煤浆进行加氢气化反应，在加氢气化过程中，加入气化剂，生成合成气、轻质油和混合油。
需要说明的是，对于含水量较高的煤，例如，水的质量分数超过30％的褐煤，首先制成油煤浆，再进行加氢气化反应，这样能够明显降低直接将含水量较高的煤进行加氢气化反应时，由于需要对煤进行除水干燥处理，而需要消耗较多的热量，混合油不仅作为溶剂，能够降低水的质量分数，尤其是起到溶胀煤的作用，加快活性氢的气化反应，促进产物的生成率，同时，混合油中的重质油在加氢气化过程中，部分长链裂化变短，苯环饱和后，单个大分子苯环数量减少，进而转换成轻质油，有效提高轻质油的产率。
在一些实施例中，参照图2，所述煤加氢气化方法的步骤包括：
S1：油煤浆制备：将煤与混合油混合，以制得油煤浆，其中，所述混合油为步骤S2制得的混合油。
S2：油煤浆加氢气化：将制得的所述油煤浆进行加氢气化反应，以制得合成气、轻质油和混合油，其中，所述混合油至少包括重质油。
具体实施时，直接将加氢气化反应生成的混合油作为制备油煤浆的原料，这样可有效利用生成的利用价值较低的混合油，避免浪费的现象，且具有节能环保的作用，最主要的是，将生成的混合油再次进行加氢气化反应，可将混合油中的重质油进行裂解生成利用价值较高的轻质油，进而提高轻质油的产率。
示例的，在油煤浆制备过程中：首先将煤与混合油混合，并搅拌，以使所述煤溶胀在所述混合油中，形成油煤浆。搅拌为了煤能够与混合油混合均匀，尽量使煤溶胀，以增大煤中的微孔尺寸，避免出现煤局部依然为结块的状态。再示例的，所述搅拌和溶胀所需的时间为0.5小时至1小时。0.5小时至1小时可以保障煤、油、水三者混合混匀，充分溶解形成油煤浆，具体制备时，也可根据实际煤的含水量、煤的质量、混合油的成分，决定搅拌和溶胀所需的时间，在此对具体所需的时间不做限定，任何时间均在本发明的保护范围之内。
在制备得到油煤浆时，所述油煤浆中煤的浓度为65％～80％，另外，所述油煤浆中的油、水的浓度为20％～35％，采用此浓度范围能够限定煤的含量，以使煤能够被油、水溶解，并尽量使较多的煤溶胀在油、水中，提高加氢气化反应的效率，以及产物的产率，同时，也可保障水的含量，以使水参与加氢气化反应生成较多的活性氢，促进加氢气化反应的进行，也防止水分过多造成热量消耗的现象，在示例的，所述油煤浆中煤的浓度为70％～80％，其中，加氢气化过程中重要反应包括：
C+H2O→CO+H2(生成活性氢)；
CO+H2O→CO2+H2(生成活性氢)；
C+CO2→CO；
C+H2→CnHm(n≥1，m≥2，生成合成气，如CH4、C2H6等)；
CxHy+H2→CxHy+r(x≥6，y≥6，r≥2，生成油品，如苯、萘、菲、芘等)；
为了保证制备得到的油煤浆浓度的的流动性和均匀性，防止混合油结块或流动性差带来的混合油分散性差而导致的油煤浆浓度变化，确保气化反应的稳定性，示例的，在所述油煤浆制备过程中：所述混合油的温度为100～200℃，温度为100～200℃的混合油，就可有效保证得到的油煤浆浓度的流动性和均匀性；示例的，所述混合油中包含具有两个或两个以上苯环的重质油，且所述重质油的质量占所述混合油质量的80％以上，可以保证即使混合油中含有少量重质油时，根据油品相似相溶机理，占比80％以上的含有2个及以上苯环的油品也能将这些重质油溶解成液相，保证混合油整体的流动性。例如，所述混合油包括：苯、萘和芘，其中，萘和芘合计占比80％以上。上述两个示例的限定混合油的示例性条件可以同时满足，也可以满足其中一个。
在所述油煤浆加氢气化过程中：所述加氢气化反应的气化气压为15～30MPa，气化温度为500～600℃。其中，所述气化气压指制备得到的油煤浆在加氢气化时的气化反应器中的压强值，所述气化温度指制备得到的油煤浆在加氢气化时气化反应器中的温度值，采用比现有气化气压较高的高压条件，能增强氢气与油煤浆中的油、碳、水的接触密度和接触面积，增强反应速率，提高重质油加氢轻质化效果，进而提高轻质油品产率及碳转化率。采用比现有气化温度较低的温度条件，能保证加氢反应的正常进行，同时能保证生成的油品以气相状态逸出，便于后续通过净化分离装置，利用轻质油和重质油的温度条件加以分离，最终获得轻质油和含有一部分轻质油和重质油的混合油，且能够提高油品的产率。
当混合油与煤混合制备得到油煤浆后，由于油煤浆具有一定的粘度，流动性较差，所以，参照图3，在完成步骤S1的所述油煤浆制备后还包括：步骤S2：将制得的所述油煤浆增压；再进行步骤S3：将增压后的所述油煤浆加氢气化。通过对油煤浆增压，不仅增加了油煤浆的流动性，也便于油煤浆与氢气发生气化反应。
示例的，所述煤中水的质量分数大于等于10％。利用上述所述的煤加氢气化方法对煤进行加氢气化反应，相比直接进行加氢气化，可有效降低热量的消耗，降低气化成本，还可提高碳的转化率，合成气和油品的产率。
本发明实施例还提供了一种煤加氢气化装置，参照图4，所述煤加氢气化装置包括：油煤浆制备装置1，所述油煤浆制备装置1配置为将混合油与煤混合，以制得油煤浆；加氢气化反应器，所述加氢气化反应器的进口端与所述油煤浆制备装置的出口端连通3，所述加氢气化反应器3配置为将制得的所述油煤浆加氢气化反应。
具体的，将煤和混合油加入所述油煤浆制备装置1中混合，以制得油煤浆，示例的，所述油煤浆制备装置为压力容器，所述压力容器的出口端通过管路与所述加氢气化反应器3的进口端连通，用于将制备的油煤浆导入加氢气化反应器3内，在加氢气化反应器气化过程中，加入含氢的气化剂，最终生成气相合成气、液相油品和固相半焦，半焦通过加氢气化反应器3的排渣口排出。
为了将气化生成的气相合成气、液相油品进行分离，参照图4，所述煤加氢气化装置还包括净化分离装置4，所述净化分离装置4的进口端与所述加氢气化反应器3的出口端连通，所述净化分离装置4的出口端与所述油煤浆制备装置1的进口端连通，以将分离的混合油返送至所述油煤浆制备装置中。其中，所述净化分离装置4能够将合成气、轻质油和混合油进行净化分离，所述混合油包括重质油和部分轻质油，将净化分离装置4出口端与所述油煤浆制备装置1的进口端连通，是为了将分离后的混合油作为制备油煤浆的原料，这样就可有效利用上次加氢气化的产物，且分离出的混合油再次被返送至加氢气化反应器3中后，能够进行再次裂化生成所需的轻质油，进而提高了轻质油的产率。
示例的，参照图4，所述煤加氢气化装置还包括：渣浆泵2，所述渣浆泵2连通在所述油煤浆制备装置1与所述加氢气化反应器3之间，目的是为了将导出的油煤浆进行增压，以便顺利输送至加氢气化反应器3中，进行充分的气化反应。再示例的，所述渣浆泵3为增压泵。
示例的，所述煤加氢气化装置还包括：补水装置6，所述补水装置6与所述油煤浆制备装置1连通，是为了向所述油煤浆制备装置1补充水分，以使制备的油煤浆的浓度满足要求。具体的，所述补水装置6包括储水箱，所述储水箱通过管路与所述油煤浆制备装置1连通，为了便于控制导入水的多少，在所述储水箱的出液口处安装电磁控制阀，以便实时控制水的流通。
示例的，所述煤加氢气化装置还包括：补混合油装置5，所述补混合油装置5与所述油煤浆制备装置1连通。当整个煤加氢气化装置开始初次煤加氢气化反应时，先通过补混合油装置5向油煤浆制备装置1内导入混合油，以制得油煤浆，当气化反应生成的混合油导入油煤浆制备装置1内后，可以关闭补混合油装置5，停止混合油的导入，但是，也可以根据实际需求，通过补混合油装置5进行混合油的补充。
利用上述所述的煤加氢气化装置进行煤加氢气化反应时，实现了混合油的循环利用，较少了混合油排放造成的污染，提高了轻质油的产率和煤碳的转化率，实用性强，经济效益好。
在本说明书的描述中，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 (12)
1.一种煤加氢气化方法，其特征在于，包括：
油煤浆制备：将煤与混合油混合，以制得含煤浓度为65％-80％的油煤浆；
油煤浆加氢气化：将制得的所述油煤浆进行加氢气化反应，所述加氢气化反应的气化气压为15～30MPa，气化温度为500～600℃，以制得合成气、轻质油和混合油，其中，所述混合油至少包括重质油。
2.根据权利要求1所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述油煤浆制备过程中：所述混合油为所述油煤浆加氢气化反应制得的混合油。
3.根据权利要求1所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述油煤浆制备过程中：将煤与混合油混合，并搅拌，以使所述煤溶胀在所述混合油中，形成油煤浆。
4.根据权利要求3所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述搅拌和溶胀所需的时间为0.5小时至1小时。
5.根据权利要求1所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述油煤浆制备过程中：所述混合油的温度为100～200℃；和/或
所述混合油中包含具有两个或两个以上苯环的重质油，且所述重质油的质量占所述混合油质量的80％以上。
6.根据权利要求1所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述油煤浆制备后还包括：将制得的所述油煤浆增压，以将增压后的所述油煤浆加氢气化。
7.根据权利要求1所述的煤加氢气化方法，其特征在于，所述煤中水的质量分数大于等于10％。
8.一种煤加氢气化装置，其特征在于，用于实施权利要求1-7中任一项所述的煤加氢气化方法，所述煤加氢气化装置包括：
油煤浆制备装置，所述油煤浆制备装置配置为将混合油与煤混合，以制得油煤浆；
加氢气化反应器，所述加氢气化反应器的进口端与所述油煤浆制备装置的出口端连通，所述加氢气化反应器配置为将制得的所述油煤浆加氢气化反应。
9.根据权利要求8所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述煤加氢气化装置还包括：净化分离装置，所述净化分离装置的进口端与所述加氢气化反应器的出口端连通，所述净化分离装置的出口端与所述油煤浆制备装置的进口端连通，以将分离的混合油返送至所述油煤浆制备装置中。
10.根据权利要求8所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述煤加氢气化装置还包括：渣浆泵，所述渣浆泵连通在所述油煤浆制备装置与所述加氢气化反应器之间。
11.根据权利要求8所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述煤加氢气化装置还包括：补水装置，所述补水装置与所述油煤浆制备装置连通。
12.根据权利要求8所述的煤加氢气化装置，其特征在于，所述煤加氢气化装置还包括：补混合油装置，所述补混合油装置与所述油煤浆制备装置连通。
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