处理煤直接液化残渣的系统和方法与流程

1.本发明涉及煤直接液化残渣处理工艺，具体涉及处理煤直接液化残渣的系统和方法。


背景技术：

2.煤直接液化，煤液化方法之一，将煤在氢气和催化剂作用下通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。煤直接液化过程中除了得到需要的液化产品以外，还会产生一些烃类分子、co
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等气体、工艺水及在固液分离过程产生的液化残留物(又称煤直接液化残渣)。
3.煤直接液化残渣是一种固体危废物，主要含有无机类物质和有机类物质，有机类物质包括液化重油、沥青类物质和未转化的煤，无机类物质包括煤中的矿物质和外加的催化剂。
4.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。现有的处理煤直接液化残渣的方法有很多种，如以下现有技术所报道的。
5.cn106318422a公开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。该方法虽然能提高焦油收率，但热解后的固体物质中仍会含有一些危害物质，且利用不充分。
6.cn103695057b公开了一种以煤直接液化残渣制备水煤浆的方法、水煤浆及其气化方法。其中，以煤直接液化残渣制备水煤浆的方法包括：s1、将煤直接液化残渣进行萃取，固液分离后，干燥得到萃余物；s2、将萃余物进行破碎研磨后，向其中加入水和可选的表面活性剂，搅拌，得到水煤浆。将煤直接液化残渣进行萃取后，能够将其中的重质油、沥青类物质与未转化煤和灰分分离，未转化煤和灰分统称为萃余物。将这些萃余物进行破碎研磨并加入水和可选的表面活性剂后，能够形成水煤浆。这种水煤浆可以充当普通燃料，更能用于气化生产中。从而使煤直接液化残渣的萃余物得到有效利用，提高了煤直接液化残渣的利用率和附加值。由于采用四氢呋喃、煤直接液化油等萃取剂在0.1-1.0mpa、80-280℃、h2或n2环境下萃取煤直接液化残渣中的重质油和沥青烯类物质可能存在萃取不完全，从而造成后续萃余物的粘结性较大；此外，液化残渣中硫和氮含量也较高。
7.但是上述方法都存在对煤直接液化残渣利用不够充分的问题，因此，亟需一种高效地处理煤直接液化残渣的方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了克服现有技术存在的煤直接液化残渣油品收率低、综合利用
不充分等问题，提供处理煤直接液化残渣的系统和方法。
9.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种处理煤直接液化残渣的系统，包括：
10.共热解单元，用于热解煤直接液化残渣与原煤的混合物，得到共热解固体产物；
11.磨粉单元，用于将共热解固体产物、原煤进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
12.气化单元，用于将第一粉状混合物进行气化；
13.其中，所述共热解单元的共热解固体产物出口与磨粉单元的入口相连通。
14.本发明第二方面提供一种处理煤直接液化残渣的方法，所述方法包括：
15.(1)将煤直接液化残渣与原煤的混合物进行共热解，得到共热解固体产物；
16.(2)将共热解固体产物、原煤按比例混合进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
17.(3)将所述第一粉状混合物进行气化。
18.本发明第三方面提供使用本发明第一方面所述的系统处理煤直接液化残渣的方法，所述方法包括：
19.(i)将煤直接液化残渣与原煤的混合物在共热解单元进行共热解，得到共热解固体产物；
20.(ii)将所述共热解固体产物、原煤按比例在磨粉单元进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
21.(iii)将所述第一粉状混合物在气化单元进行气化；
22.优选地，将所述第一粉状混合物在干煤粉气流床气化炉中进行气化。
23.本发明所述系统和方法既可获得更多的高附加值油品和合成气产品，又使煤直接液化残渣得到充分的利用，且工艺简单，操作方便。此外，本发明所述系统和方法通过将热解和气化耦合提高了油气收率。
附图说明
24.图1是本发明所述处理煤直接液化残渣的系统一种实施方式的示意图。
25.附图标记说明
[0026][0027]
具体实施方式
[0028]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029]
本发明第一方面提供一种处理煤直接液化残渣的系统，包括：
[0030]
共热解单元，用于热解煤直接液化残渣与原煤的混合物，得到共热解固体产物；
[0031]
磨粉单元，用于将共热解固体产物、原煤进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
[0032]
气化单元，用于将第一粉状混合物进行气化；
[0033]
其中，所述共热解单元的共热解固体产物出口与磨粉单元的入口相连通。
[0034]
根据本发明，热解煤直接液化残渣与原煤的混合物在共热解单元中进行共热解，产生焦油、煤气和共热解固体产物。
[0035]
根据本发明，共热解固体产物、原煤在磨粉单元中进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物。
[0036]
优选地，所述磨粉单元中，设置有鼓风设备，用于在磨粉过程中向磨粉体系鼓风。
[0037]
优选地，所述系统还包括输送单元，用于输送第一粉状混合物进入气化单元。优选地，所述输送单元与磨粉单元出口、气化单元入口相连通。
[0038]
优选地，所述系统还包括原煤破碎和干燥单元，用于将原煤进行破碎和干燥。优选地，原煤破碎和干燥单元出口分别与共热解单元入口、磨粉单元入口相连通。
[0039]
优选地，所述气化单元为干煤粉气流床气化炉。
[0040]
优选地，所述干煤粉气流床气化炉的内衬为水冷壁、耐火砖或两者的混合，优选为水冷壁。
[0041]
优选地，所述第一粉状混合物中，粒径为90μm以上的颗粒体积含量不大于10％。在本文中，颗粒体积含量是通过激光粒度分析仪取样测试得到。
[0042]
根据本发明，在气化单元中，第一粉状混合物进行气化产生合成气和灰渣。
[0043]
优选地，所述系统还包括合成气净化单元，用于接收共热解单元产生的煤气和/或气化单元产生的合成气进行处理。
[0044]
优选地，所述系统还包括灰渣处理单元，用于处理气化单元产生的灰渣。
[0045]
优选地，所述系统还包括油品深加工单元，用于接收共热解单元产生的焦油进行深加工处理。
[0046]
优选地，所述系统还包括焦油回收单元以收集共热解单元产生的焦油，煤气回收单元以收集共热解单元产生煤气。
[0047]
本发明第二方面提供一种处理煤直接液化残渣的方法，所述方法包括：
[0048]
(1)将煤直接液化残渣与原煤的混合物进行共热解，得到共热解固体产物；
[0049]
(2)将共热解固体产物、原煤按比例混合进行磨粉和干燥，得到第一粉状混合物；
[0050]
(3)将所述第一粉状混合物进行气化。
[0051]
根据本发明，优选地，在步骤(1)中，煤直接液化残渣与原煤的质量比为1:(0.01-20)，优选为1：(1-10)。
[0052]
优选地，共热解的条件包括：温度为200-600℃，优选为450-550℃。
[0053]
共热解过程中，产生焦油、煤气和共热解固体产物。优选地，将焦油进行油品深加工处理，例如将焦油引入油品深加工单元进行油品深加工处理。优选地，将煤气进行进一步净化处理。
[0054]
根据本发明，优选地，在步骤(2)中，共热解固体产物与原煤的质量比为1:(0.1-100)，优选为1：(1-20)。
[0055]
在一种实施方式中，所述磨粉在磨粉机中进行，优选地，所述磨粉机为速辊盘式磨煤机。
[0056]
为了得到粒径较小适宜于干煤粉气化的粉体，优选地，在磨粉过程中鼓入热风。更优选地，所述热风为氮气、烟气，或者空气与氮气的混合气体，其中氧气含量小于8体积％。
[0057]
优选地，所述热风的入口温度为140-300℃，热风的出口温度为35-100℃；更优选地，进一步优选为热风入口温度为150-200℃，热风出口温度为35-60℃。
[0058]
优选地，每1kg的处理量所需的入口热风量为0.5-5nm3，优选1-3nm3。在此，所述处理量为共热解固体产物与原煤的混合物。
[0059]
优选地，热风进出口压差不大于2000pa。
[0060]
优选地，经磨粉，第一粉状混合物的全水含量为1-6％，优选为1-3％。优选地，第一粉状混合物中，粒径为90μm以上的颗粒体积含量不大于10％。
[0061]
优选地，步骤(3)中，所述气化在干煤粉气流床气化炉中进行。
[0062]
根据本发明，优选地，所述气化的条件包括：压力为0.1-10mpa，温度为1000-1600℃。
[0063]
气化过程产生合成气和灰渣。优选地，将合成气和可选的共热解产生的煤气经合成气净化处理后进入下游工艺；优选地，将灰渣经灰渣处理后用于建材加工。
[0064]
根据本发明，优选地，所述方法还包括将原煤进行干燥、破碎处理；
[0065]
优选地，所述干燥的条件包括：温度为100-150℃。
[0066]
优选地，将原煤破碎至粒径为10mm以下。
[0067]
优选地，经破碎、干燥处理后，一部分的原煤与煤直接液化残渣按比例混合进行共热解，另一部分的原煤与共热解固体产物按比例混合进行磨粉。
[0068]
本发明第三方面提供使用本发明第一方面所述的系统处理煤直接液化残渣的方法，所述方法包括：
[0069]
(i)将煤直接液化残渣与原煤的混合物在共热解单元进行共热解，得到共热解固体产物；
[0070]
(ii)将所述共热解固体产物、原煤按比例在磨粉单元进行磨粉和干燥，得到第一粉状混合物；
[0071]
(iii)将所述第一粉状混合物在气化单元进行气化。
[0072]
优选地，将所述第一粉状混合物在干煤粉气流床气化炉中进行气化。
[0073]
优选地，在步骤(ii)中，共热解固体产物与原煤的质量比为1:(0.1-100)，优选为1：(1-20)。
[0074]
优选地，在磨粉过程中鼓入热风。优选地，所述热风为空气与氮气的混合气体，其中氧气含量小于8体积％。
[0075]
优选地，所述热风的入口温度为140-300℃，热风的出口温度为35-100℃；更优选地，进一步优选为热风入口温度为150-200℃，热风出口温度为35-60℃。
[0076]
优选地，每1kg的处理量所需的入口热风量为0.5-5nm3，优选1-3nm3。
[0077]
优选地，热风进出口压差不大于2000pa。
[0078]
优选地，第一粉状混合物中，粒径为90μm以上的颗粒体积含量不大于10％。
[0079]
本发明第二方面所述的方法各步骤的具体限定同样适用于本发明第三方面所述
的方法，在此不再赘余。
[0080]
如图1示出了本发明所述系统一种具体实施方式的示意图，所述系统包括：
[0081]
共热解单元1、磨粉单元2，气化单元3，输送单元4，原煤破碎和干燥单元5，合成气净化单元6，焦油回收单元8，油品深加工单元9，煤气回收单元10和灰渣处理单元7。使用该系统处理煤直接液化残渣的方法包括：
[0082]
(a)将热解煤直接液化残渣与原煤(经原煤破碎和干燥单元5处理过的)的混合物引入共热解单元1进行共热解，产生共热解固体产物、焦油、煤气，产生的焦油由焦油回收单元8收集，并进一步引入油品深加工单元9以制成成品油，产生的煤气由煤气回收单元10收集，以进一步引入合成气净化单元6处理以用于下游工艺。
[0083]
(b)将所述共热解固体产物、原煤(经原煤破碎和干燥单元5处理过的，共热解固体产物与原煤的质量比为1:(0.1-100))引入磨粉单元2进行干燥和磨粉，所述干燥和磨粉的条件包括：在磨粉过程中鼓入热风，优选地，所述热风为氮气、烟气，或者空气与氮气的混合气体，其中氧气含量小于8体积％；优选地，所述热风的入口温度为140-300℃，热风出口温度为35-100℃；优选地，每1kg的处理量所需的入口热风量为0.5-5nm3；优选地，热风进出口压差不大于2000pa，得到第一粉状混合物，优选地，所述第一粉状混合物的全水含量为1-6％，粒径为90μm以上的颗粒体积含量不大于10％。
[0084]
(c)将第一粉状混合物经输送单元4引入气化单元3进行气化，气化的条件包括：压力为0.1-10mpa，温度为1000-1600℃，将产生的合成气引入合成气净化单元6处理以用于下游工艺，产生的灰渣引入灰渣处理单元7处理后用于建筑材料加工。
[0085]
与现有技术相比，本发明所提供的工艺具有以下有益的技术效果：
[0086]
(i)热解和气化耦合工艺既可提高油气收率，也能将煤直接液化残渣充分利用；
[0087]
(ii)将原煤与煤直接液化残渣按比例混合处理，可提高工艺经济性；
[0088]
(iii)本发明所述方法既可获得更多的高附加值油品和合成气产品，又使煤直接液化残渣得到充分的利用，且工艺简单，操作方便。
[0089]
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0090]
实施例1
[0091]
将煤直接液化残渣(200kg/h)与破碎干燥后的原煤(200kg/h，粒径为10mm)混入共热解单元1，在550℃、常压的条件下进行共热解，产生焦油(110kg/h)、煤气(3000nm3/h，其中煤气中co和h2含量占煤气总量的54％)和共热解固体产物(242kg/h)。
[0092]
将共热解固体产物与破碎干燥后的原煤按1:3的质量比混合，进入磨粉单元2，磨粉单元2中热风(空气与氮气的混合气体，其中氧气的含量为5体积％)入口温度为180℃，出口温度为50℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为3nm3，得到第一粉状混合物(全水含量为2.1％，粒径为90μm以上的颗粒体积含量为6％)。
[0093]
将得到的第一粉状混合物经输送单元4输送至气化单元3进行气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1350℃，产生合成气和灰渣。
[0094]
获得的合成气的有效气含量为86％，碳转化率为99％，冷煤气效率83％，比氧耗为334kg/knm3(co h2)，比煤耗为556kg/knm3(co h2)。
[0095]
实施例2
[0096]
将煤直接液化残渣(100kg/h)与破碎干燥后的原煤(150kg/h，粒径为10mm)混入共
热解单元1，在500℃、常压的条件下进行共热解，产生焦油(51kg/h)、煤气(2400nm3/h，其中煤气中co和h2含量占煤气总量的52％)和共热解固体产物(154kg/h)。
[0097]
将共热解固体产物与破碎干燥后的原煤按1:5的质量比混合，进入磨粉单元2，磨粉单元2中热风(空气与氮气的混合气体，其中氧气的含量为5体积％)入口温度为200℃，出口温度为35℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为3nm3，得到第一粉状混合物(全水含量为1.6％，粒径为90μm以上的颗粒体积含量为4％)。
[0098]
将得到的第一粉状混合物经输送单元4输送至气化单元3进行气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1400℃，产生合成气和灰渣。
[0099]
获得的合成气的有效气含量为86％，碳转化率为99％，冷煤气效率84％，比氧耗为312kg/knm3(co h2)，比煤耗为536kg/knm3(co h2)。
[0100]
实施例3
[0101]
将煤直接液化残渣(50kg/h)与破碎干燥后的原煤(200kg/h，粒径为10mm)混入共热解单元1，在600℃、常压的条件下进行共热解，产生焦油(56kg/h)、煤气(3000nm3/h，其中煤气中co和h2含量占煤气总量的56％)和共热解固体产物(144kg/h)。
[0102]
将共热解固体产物与破碎干燥后的原煤按1:5的质量比混合，进入磨粉单元2，磨粉单元2中热风(空气与氮气的混合气体，其中氧气的含量为5体积％)入口温度为240℃，出口温度为60℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为3nm3，得到第一粉状混合物(全水含量为1.8％，粒径为90μm以上的颗粒体积含量为5.4％)。
[0103]
将得到的第一粉状混合物经输送单元4输送至气化单元3进行气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1400℃，产生合成气和灰渣。
[0104]
获得的合成气的有效气含量为85％，碳转化率为99％，冷煤气效率82％，比氧耗为332kg/knm3(co h2)，比煤耗为566kg/knm3(co h2)。
[0105]
实施例4
[0106]
参照实施例1所述方法处理煤直接液化残渣，不同的是，设置磨粉单元的热风入口温度为90℃，出口温度为35℃；其余与实施例1相同。最终得到的第一粉状混合物中，粒径为90μm以上的颗粒体积含量为30％。
[0107]
最终获得的合成气有效气含量为74％，碳转化率为96％，冷煤气效率72％，比氧耗为376kg/knm3(co h2)，比煤耗为612kg/knm3(co h2)。
[0108]
实施例5
[0109]
参照实施例1所述方法处理煤直接液化残渣，不同的是，在磨粉单元的磨粉过程中不鼓入热风，其余与实施例1相同。最终得到的第一粉状混合物中，粒径为90μm以上的颗粒体积含量为100％。不适用于干煤粉气化。
[0110]
对比例1
[0111]
参照实施例1所述方法处理煤直接液化残渣，不同的是，将煤直接液化残渣(200kg/h)单独进行热解，其余与实施例1相同。
[0112]
最终获得的焦油63kg/h，煤气(800nm3/h，其中煤气中co和h2含量占煤气总量的34％)和共热解固体产物(112kg/h)，气化后合成气有效气含量为81％，碳转化率为98％，冷煤气效率78％，比氧耗为366kg/knm3(co h2)，比煤耗为594kg/knm3(co h2)。
[0113]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技
术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。