[发明专利]一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含碳原料制取油品及合成气的集成装置及方法，特别涉及一种粉煤制取油品及合成气的集成装置及方法。

背景技术

煤制油是一种非常重要的化工工艺。迄今为止，虽然不断有新增的石油探明储量，但作为常规的化石能源，煤炭的探明储量依然比石油丰富，这一点对于煤炭储量丰富但石油储量不足的国家而言，至关重要。直接或间接煤液化技术是一种资本密集型产业，且存在着煤转化效率低下、工艺复杂、相对可靠性低以及建设周期长等的缺点。与其形成鲜明对比的是，热解技术却可以分别从煤炭、生物质中提取出30％、70％的焦油，工艺效率高且成本低廉。

将含碳原料转化为液体产品的有效方法之一便是快速热解。由Martin A.Elliott主编的Chemistry of Coal Utilization Second Supplementary Volume一书中，Howard在P665-784中和其他文章表明，提高升温原料的升温速率，降低热解操作压力，减小进料煤粉的颗粒粒径，增加惰性颗粒物的循环速率，缩短热解产品的焦炭的接触时间和减少热解时间，降低热载体与原料的温差都会改善焦油的产率。可惜的是迄今为止，还没有一个热解装置能包容多数这些有利条件。

Freel等人的专利US 5,961,786公布了一种生物质热解方法，该专利显示，增加固体循环量与新鲜进料量之间的比例，避免循环半焦与进料接触可以使液收率由55％提高至70％。在此专利中，生物质在一个输运床中进行热解，但其本质上属于循环流化床反应器。对熟知流化床运行(操作)的人而言，很容易就可以发现，专利US 5,961,786所涉及的输运床难于运行，因为一级旋风除尘器很难完全将热解过程中产生的细焦粉捕获。如果不将热解气中的细焦粉去除，热解产生的焦油中将含有大量的焦炭颗粒。而细焦粉与焦油一旦形成粘浆，对二者实施分离的难度将非常大。更糟糕的是，这些焦粉与焦油相接触，有助于焦油再聚合成焦炭，从而减少焦油的收率，增加重质焦油。因此，很好的分离焦油和焦粉是所有热解工艺必须解决的问题。实际上,这个发明的最大问题在于如何向热裂解装置供热。专利的数据是基于电加热。一旦放大，加热问题必须解决。虽然专利中提到可以用燃烧残碳的方法，但没有说明怎样供热，也没有认识到高温热载体和原料接触会降低焦油的产率。Che等人的文章就注意到电加热装置中焦油产率高于其他热载体。显然，电加热的床内温度更接近热源温度，可以避免让煤和更高温热源接触。当固体作为热载体时，热载体的温度往往比新加入的原料高得多。高温会使焦油裂解，从而降低焦油产率。

实现热解产物中气-液-固三相的有效分离是Seglin与Bresler等人在Chemistry of Coal Utilization Second Supplementary Volume一书的第13章(P776)中所列举的热解工艺面临的众多挑战之一。Seglin与Bresler在Chemistry of Coal Utilization Second Supplementary Volume一书中还对另外一种为人们所熟知的流化床热解工艺，COED工艺进行了介绍。该工艺属于一种气相为热载体的多段操作工艺，工艺流程中包括了一个典型的四段式反应系统：原料煤的颗粒小于3mm经预处理段，两段煤热解段及半焦焚烧段。在该体系中，半焦燃烧产生的烟气为第二段煤热解提供热量，二段热解炉的所有气体都为一段热解炉提供热量。熟知该工艺的人会发现，实际上只需将少量的煤进行燃烧便可以提供煤热解所需的热量(Seglin与Bresler给出的比例为5％)，该工艺中，煤热解产生的大量焦炭其实没有被很好的加以利用。煤热解过程产生的过量半焦是包括COED工艺及US 5,961,786所公开的工艺在内所有快速热解技术都面临的一个挑战。为了防止过量焦炭的产生，可以将该工艺流程延伸一步，即将热解工艺与流化床气化炉组合。另外,在COED工艺以高温气体作为热载气，为防止粘结煤结焦，采用了多容器气固逆流的方式来加热固体，在两个热解炉中，热载气的温度与固体的温差介于75到200℃之间。很可能由于这个原因使COED的焦油产率在11-22wt％。但由于气体热载体不会使物料快速升温，此工艺的焦油产率低于快速热解所能达到的焦油产率。