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领域，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.cn103923703b公开了一种利用煤直接液化残渣为原料生产粗合成气的方法，该方法包括以下步骤：s1、将煤直接液化残渣制备成水煤浆；以及s2、将水煤浆与氧气混合以进行气化反应，得到粗合成气。该方法既实现了对煤直接液化残渣的充分高效利用，在气化过程中将煤直接液化残渣中含量较高的硫转化为h2s并在后续粗合成气净化过程中进行回收处理，使得高效利用过程对环境无污染，产品附加值高，处理过程简单，对设备操作无不良影响；同时由于煤直接液化残渣的热值高、煤直接液化残渣中富集的煤液化所需的fe系催化剂对煤气化过程有催化作用，使得最终得到的粗合成气中有效气成分含量较高。该方法采用煤直接液化残渣与调质油、原煤采用水煤浆气化制取合成气，液化残渣油品未得到有效回收，且水煤浆气化有效气成分和冷煤气效率都较低。
6.cn103695057b公开了一种以煤直接液化残渣制备水煤浆的方法，制得的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。但是该方法采用四氢呋喃、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；此外，该方法采用水煤浆的气化方式，气化有效气成分和冷煤气效率都较低，对煤直接液化残渣的利用不充分。
7.但是上述方法都存在煤直接液化残渣油品萃取率低、残渣萃余物利用不充分等问题，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萃取率低、残渣萃余物利用不充分等问题，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.超临界萃取单元，用于萃取煤直接液化残渣，得到萃取液和固液混合物；
11.固液分离单元，用于将固液混合物进行固液分离，得到萃余物；
12.磨粉单元，用于将萃余物、原煤进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
13.气化单元，用于将所述第一粉状混合物进行气化。
14.本发明第二方面提供一种处理煤直接液化残渣的方法，包括：
15.(1)使用萃取剂对煤直接液化残渣进行超临界萃取，得到萃取液和固液混合物；
16.(2)将所述固液混合物进行固液分离，得到萃余物；
17.(3)将萃余物、原煤按比例混合进行干燥磨粉，得到第一粉状混合物；
18.(4)将所述第一粉状混合物进行气化。
19.本发明第三方面提供使用本发明第二方面所述的系统处理煤直接液化残渣的方法，包括：
20.(i)将煤直接液化残渣在超临界萃取单元进行萃取，得到萃取液和固液混合物；
21.(ii)将所述固液混合物在固液分离单元进行固液分离，得到萃余物；
22.(iii)将萃余物、原煤按比例混合在磨粉单元进行干燥磨粉，得到第一粉状混合物；
23.(iv)将所述第一粉状混合物在气化单元进行气化；
24.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。
25.本发明所述系统和方法既高效回收了煤直接液化残渣中的高附加值油品，又提高了气化工艺效率和合成气产量，并降低了硫化物和氮化物的排放，对煤直接液化残渣进行了彻底的“吃干榨净”处理，最大化降低了废弃物的排放。此外，本发明所述系统和方法还具有油品回收率高，产生的萃余物粘结性较小，氮和硫含量低；气化合成气产量、冷煤气效率高等优势。
附图说明
26.图1是示出了本发明所述系统的一种具体实施方式的示意图。
27.附图标记说明
28.1超临界萃取单元2固液分离单元3磨粉单元4气化单元5输送单元6油品深加工单元7合成气净化单元8灰渣处理单元
具体实施方式
29.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。
30.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：
31.超临界萃取单元，用于萃取煤直接液化残渣，得到萃取液和固液混合物；
32.固液分离单元，用于将固液混合物进行固液分离，得到萃余物；
33.磨粉单元，用于将萃余物、原煤进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
34.气化单元，用于将所述第一粉状混合物进行气化。
35.根据本发明，优选地，所述超临界萃取单元的出口与所述固液分离单元入口相连通，所述固液分离单元的萃余物出口与所述磨粉单元的入口相连通。
36.根据本发明，优选地，所述超临界萃取单元中布置的萃取剂选自c3-c8的烷烃或其混合物，优选地c4-c6烷烃或其混合物，更优选地选自正戊烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、新戊烷及其混合物。
37.根据本发明，将煤直接液化残渣在超临界萃取单元进行萃取，得到上层澄清的萃取液和下层的固液混合物。在此，所述固液混合物为固体残渣与少量液体的混合物。
38.根据本发明，将所述固液混合物在固液分离单元进行固液分离，得到萃余物和少量滤液。
39.根据本发明，将所述萃余物、原煤在磨粉单元进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物。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。
40.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，更优选地，所述输送单元与磨粉单元的出口、气化单元的入口相连通。
41.根据本发明，在气化单元中，第一粉状混合物经气化反应产生合成气，同时产生灰渣。
42.根据本发明，优选地，所述气化单元为干煤粉气流床气化炉。
43.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％。优选地，所述气化单元的气化炉内衬为水冷壁、耐火砖或两者的混合，优选为水冷壁。
44.优选地，所述系统还包括合成气净化单元，用于接收气化单元产生的合成气进行进一步净化处理。
45.优选地，所述系统还包括油品深加工单元，用于接收超临界萃取单元的萃取液和固液分离单元的滤液进行深加工处理。
46.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。
47.本发明第二方面提供处理煤直接液化残渣的方法，包括：
48.(1)使用萃取剂对煤直接液化残渣进行超临界萃取，得到萃取液和固液混合物；
49.(2)将所述固液混合物进行固液分离，得到萃余物；
50.(3)将萃余物、原煤按比例混合进行干燥和磨粉，得到第一粉状混合物；
51.(4)将所述第一粉状混合物进行气化。
52.根据本发明，优选地，在步骤(1)，萃取剂选自c3-c8的烷烃或其混合物；萃取条件包括：温度为150-300℃，压力为4-12mpa。
53.更优选地，萃取剂选自c4-c6的烷烃或其混合物，例如选自正戊烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、新戊烷及其混合物。
54.更优选地，萃取条件包括：温度为200-250℃，压力为4-8mpa。
55.优选地，萃取剂与煤直接液化残渣的质量比为(3-15):1，优选为(5-10):1。
56.在一种优选的具体实施方式中，萃取剂选自c4-c6的烷烃或其混合物，萃取条件包括：温度为200-250℃，压力为4-8mpa，萃取剂与煤直接液化残渣的质量比为(5-10):1。
57.经超临界萃取，得到萃取液和固液混合物。在此，所述固液混合物为固体残渣与少量液体的混合物。
58.根据本发明，在步骤(2)中，将超临界萃取得到的固液混合物进行固液分离，得到萃余物和少量滤液。
59.根据本发明，在步骤(3)中，将萃余物、原煤按比例混合进行磨粉，优选地，萃余物与原煤的质量比为1:(1-100)，优选为1：(3-20)。
60.在一种实施方式中，所述磨粉在磨粉机中进行，更优选地，所述磨粉机为速辊盘式磨煤机。
61.为了得到粒径较小的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％。
62.为了进一步得到粒径较小的粉体，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℃；进一步优选地，热风的入口温度为150-200℃，热风出口温度为40-80℃。
63.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，所述处理量为萃余物与原煤的混合物的重量。
64.优选地，热风进出口压差不大于2000pa。
65.优选地，经磨粉，所得的第一粉状混合物的全水含量不大于6％。
66.更优选地，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％。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。
67.在一种优选的实施方式中，热风的入口温度为150-200℃，热风的出口温度为40-80℃；所得第一粉状混合物的全水含量为2-4％，粒径为75μm以上的颗粒体积含量不大于10％
68.优选地，步骤(4)中，所述气化在干煤粉气流床气化炉中进行。
69.优选地，所述气化的条件包括：压力为0.1-10mpa，优选为3-6mpa，温度为1000-1600℃，优选为1250-1500℃。
70.优选地，气化产生的合成气经合成气净化处理后进入下游工艺，气化产生的灰渣经灰渣处理后可以用于建材加工。
71.根据本发明，优选地，所述方法还包括将萃取过程产生的萃取液、固液分离过程产生的滤液进行油品深加工处理，例如在油品深加工单元进行油品深加工处理，得到成品油。其中，从萃取液、滤液中脱除的萃取剂可以循环再用于超临界萃取过程。
72.本发明第三方面提供了使用本发明第一方面所述系统处理煤直接液化残渣的方法，包括：
73.(i)将煤直接液化残渣在超临界萃取单元进行萃取，得到萃取液和固液混合物；
74.(ii)将所述固液混合物在固液分离单元进行固液分离，得到萃余物；
75.(iii)将萃余物、原煤按比例混合在磨粉单元进行磨粉，得到第一粉状混合物；
76.(iv)将所述第一粉状混合物在气化单元进行气化；
77.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。
78.根据本发明，在步骤(i)，超临界萃取单元布置的萃取剂选自c3-c8的烷烃或其混合物；更优选地，萃取剂选自c4-c6的烷烃或其混合物，例如选自正戊烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷、新戊烷及其混合物。
79.优选地，萃取条件包括：温度为150-300℃，压力为4-12mpa；更优选地包括：温度为200-250℃，压力为4-8mpa。
80.优选地，萃取剂与煤直接液化残渣的质量比为(3-15):1，优选为(5-10):1。
81.在一种优选的具体实施方式中，萃取剂选自c4-c6的烷烃或其混合物，萃取条件包括：温度为200-250℃，压力为4-8mpa，萃取剂与煤直接液化残渣的质量比为(5-10):1。
82.经超临界萃取，得到萃取液和固液混合物。在此，所述固液混合物为固体残渣与少量液体的混合物。
83.根据本发明，在步骤(ii)中，将超临界萃取单元得到的固液混合物引入固液分离单元进行固液分离，得到萃余物和少量滤液。
84.优选地，在步骤(iii)中，萃余物与原煤的质量比为1:(1-100)，优选为1：(3-20)。
85.优选地，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％。
86.为了进一步得到粒径较小的粉体，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℃；进一步优选地，热风的入口温度为150-200℃，热风出口温度为40-80℃。
87.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，所述处理量为萃余物与原煤的混合物的重量。
88.优选地，热风进出口压差不大于2000pa。
89.优选地，经磨粉，所得的第一粉状混合物的全水含量不大于6％。
90.更优选地，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％。
91.在一种优选的实施方式中，热风的入口温度为150-200℃，热风的出口温度为40-80℃；所得第一粉状混合物的全水含量为2-4％，粒径为75μm以上的颗粒体积含量不大于10％。
92.优选地，步骤(iv)中，所述气化单元为干煤粉气流床气化炉。
93.优选地，所述气化的条件包括：压力为0.1-10mpa，优选为3-6mpa，温度为1000-1600℃，优选为1250-1500℃。
94.优选地，气化产生的合成气被引入合成气净化单元中进行合成气净化处理后进入下游工艺，气化产生的灰渣被引入灰渣处理单元中进行灰渣处理后用于建材加工。
95.根据本发明，优选地，所述方法还包括将超临界萃取单元产生的萃取液、固液分离单元产生的滤液引入油品深加工单元进行油品深加工处理得到成品油。其中，从萃取液、滤液中脱除的萃取剂可以循环至超临界萃取单元用于超临界萃取过程。
96.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。
97.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：
98.超临界萃取单元1，固液分离单元2，磨粉单元3，气化单元4，输送单元5，油品深加工单元6，合成气净化单元7和灰渣处理单元8。使用该系统处理煤直接液化残渣的方法包括：
99.(a)将煤直接液化残渣引入超临界萃取单元1，使用萃取剂进行萃取，所述萃取剂选自c3-c8的烷烃或其混合物；萃取剂与煤直接液化残渣的质量比为(3-15):1，萃取的条件包括：温度为150-300℃，压力为4-12mpa，得到萃取液和固液混合物；
100.(b)将所述固液混合物引入固液分离单元2进行固液分离，得到萃余物和少量滤液，将少量滤液和萃取液引入油品深加工单元6以进一步处理得到成品油，油品深加工单元6中脱除的萃取剂可以循环用于超临界萃取单元1；
101.(c)将所述萃余物、原煤(萃余物与原煤的质量比为1:(1-100))引入磨粉单元3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，其中氧气的含量小于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，所述第一粉状混合物的全水含量不大于6％，粒径为90μm以上的颗粒体积含量不大于10％。
102.(d)将第一粉状混合物经输送单元5引入气化单元4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7处理以用于下游工艺，产生的灰渣引入灰渣处理单元8处理后用于建筑材料加工。
103.与现有技术相比，本发明所述的方法具有以下优势：
104.(i)采用超临界萃取工艺，煤直接液化残渣中的油品回收率高，萃余物中重质沥青油含量少，故萃余物结渣性小，且萃余物中氮和硫含量小；
105.(ii)工艺中原煤和萃余物可调节比例较大，工艺灵活性好；
106.(iii)萃余物和原煤混合磨煤工艺参数控制能有效防止混合物自燃及控制co浓度低于10ppm；
107.(iv)采用干煤粉气化方式进行气化，能有效提高气化效率。
108.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
109.实施例1
110.将煤直接液化残渣(150kg/h)与正戊烷按固液质量比为1:4混合，在200℃、4mpa条件下在超临界萃取单元1中进行超临界萃取，得到萃取液和固液混合物。
111.将固液混合物在固液分离单元2进行固液分离，得到萃余物(83.5kg/h)和滤液，萃取液和滤液经油品深加工处理得到成品油(64.5kg/h)。
112.将萃余物与原煤按1:12的质量比混配，进入磨煤单元3，并在磨粉过程中鼓入热风，热风的入口温度为180℃，热风的出口温度为50℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为3nm3，热风进出口压差为1200pa，得到第一粉状混合物(全水含量为2.3％，且粒径为75μm以上的颗粒体积含量为5％)。
113.将第一粉状混合物将经输送单元5送至气化单元4进行干煤粉气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1350℃，得到合成气。
114.最终获得的合成气有效气含量为86％，碳转化率为99％，冷煤气效率82％，比氧耗为330kg/knm3(co h2)，比煤耗为560kg/knm3(co h2)。
115.实施例2
116.将煤直接液化残渣(200kg/h)与异戊烷按固液质量比为1:5混合，在200℃、5mpa条件下在超临界萃取单元1中进行超临界萃取，得到萃取液和固液混合物。
117.将固液混合物在固液分离单元2进行固液分离，得到萃余物(102.5kg/h)和滤液，萃取液和滤液经处理得到成品油(91kg/h)。
118.将萃余物与原煤(按1:7的质量比)混配，进入磨煤单元3，并在磨粉过程中鼓入热风，热风的入口温度为200℃，热风的出口温度为80℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为2nm3，热风进出口压差为1000pa，得到第一粉状混合物(全水含量为2.1％，且粒径为75μm以上的颗粒体积含量为4.3％)。
119.将第一粉状混合物将经输送单元5送至气化单元4进行干煤粉气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1350℃，得到合成气。
120.最终获得的合成气有效气含量为86％，碳转化率为99％，冷煤气效率83％，比氧耗为324kg/knm3(co h2)，比煤耗为548kg/knm3(co h2)。
121.实施例3
122.将煤直接液化残渣(250kg/h)与正己烷按固液质量比为1:4混合，在250℃、4mpa条件下在超临界萃取单元1中进行超临界萃取，得到萃取液和固液混合物。
123.将固液混合物在固液分离单元2进行固液分离，得到萃余物(131.5kg/h)和滤液，萃取液和滤液经处理得到成品油(115kg/h)。
124.将萃余物与原煤按1:5的质量比混配，进入磨煤单元3，并在磨粉过程中鼓入热风，热风的入口温度为150℃，热风的出口温度为40℃，热风的出口温度为50℃，每1kg的处理量所需的入口热风量为2nm3，热风进出口压差为800pa，得到第一粉状混合物(全水含量为1.6％，且粒径为75μm以上的颗粒体积含量为3.5％)。
125.将第一粉状混合物将经输送单元5送至气化单元4进行干煤粉气化，气化的条件包括：压力为4mpa，温度为1350℃，得到合成气。
126.最终获得的合成气有效气含量为87％，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)。
127.实施例4
128.参照实施例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100℃，出口温度为30℃；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20％。
129.最终获得的合成气有效气含量为78％，碳转化率为98％，冷煤气效率78％，比氧耗为366kg/knm3(co h2)，比煤耗为593kg/knm3(co h2)。
130.实施例5
131.参照实施例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。
132.对比例1
133.参照实施例1所述方法处理煤直接液化残渣，不同的是，不进行超临界萃取，萃取过程按照cn103695057b实施例5所述方法进行，其余与实施例1相同。
134.最终获得的成品油42kg/h，萃余物98kg/h，气化后合成气有效气含量为80％，碳转化率为98％，冷煤气效率78％，比氧耗为362kg/knm3(co h2)，比煤耗为586kg/knm3(co h2)。
135.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。