阅读说明：本技术 煤焦油分级冷凝的方法及装置 (Method and device for fractional condensation of coal tar ) 是由 许建良 刘海峰 *** 于广锁 代正华 王亦飞 陈雪莉 龚欣 赵辉 梁钦锋 郭晓 于 2019-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种煤焦油分级冷凝的方法及装置。该方法包括如下步骤：(1)含油热解煤气与水蒸气间壁式换热后,得高馏程焦油和一级热解气；(2)所述一级热解气与熔盐间壁式换热后,得中馏程焦油和二级热解气；(3)所述二级热解气与导热油间壁式换热后,得低馏程焦油和三级热解气；(4)所述三级热解气与冷却水间壁式换热后,得轻质油和不含焦油的热解气；其中,步骤(1)中,所述水蒸气的入口温度为150-250℃；步骤(2)中,所述熔盐的入口温度为200-250℃；步骤(3)中,所述导热油的入口温度为100-150℃。该方法及装置,能够实现煤焦油分级冷凝、热解气净化,同时能够回收高温显热。(The invention discloses a method and a device for fractional condensation of coal tar. The method comprises the following steps: (1) after the oily pyrolysis gas and the steam are subjected to wall-dividing heat exchange, high-distillation-range tar and first-stage pyrolysis gas are obtained; (2) after the first-stage pyrolysis gas and the molten salt are subjected to wall-dividing heat exchange, middle-distillation range tar and second-stage pyrolysis gas are obtained; (3) after the secondary pyrolysis gas and the heat conduction oil perform wall-type heat exchange, low-distillation-range tar and tertiary pyrolysis gas are obtained; (4) after the three-stage pyrolysis gas and cooling water are subjected to wall-type heat exchange, light oil and pyrolysis gas without tar are obtained; wherein, in the step (1), the inlet temperature of the water vapor is 150-250 ℃; in the step (2), the inlet temperature of the molten salt is 200-250 ℃; in the step (3), the inlet temperature of the heat transfer oil is 100-150 ℃. The method and the device can realize the fractional condensation of the coal tar and the purification of pyrolysis gas, and can recover high-temperature sensible heat.)

煤焦油分级冷凝的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种煤焦油分级冷凝的方法及装置。

背景技术

我国的能源储量结构为富煤、少气、贫油。2017年，煤占整体能源消费结构的60.4％，而在其它能源消耗中，石油、天然气对进口的依赖度较高。我国煤炭利用的主要形式为直接燃烧，约占总用煤量的80％。将这大量的动力用煤采用先热解获得低成本的煤气、焦油，剩余的半焦送锅炉燃烧发电，会大大提高煤炭的资源化利用水平和利用价值，缓解我国油气供应不足。

现有的煤热解制备焦油的工艺均采用温和的方法从煤中提取液体燃料和化学品，国外有代表性有主要的煤热解加工技术有德国的鲁奇三段炉(L-S)低温提质工艺、Lurgi-Ruhrgas(L-R)提质技术，前苏联的褐煤固体热载体提质(ETCH-175)工艺，美国的温和气化(Encoal)技术、Toscoa1工艺、西方提质(Garrett)法、Coal Oil Energy Development(COED)法、CCTI、澳大利亚的流化床快速热解工艺(CSIRO)和日本的煤炭快速提质技术。国内浙江大学、清华大学、中科院过程工程研究所、工程热物理研究所等也相继提出了热解焦油制备工艺过程。

高温含油热解煤气的油气分离是热解焦油和燃气制备的关键技术之一，当前，煤热解技术普遍采用直接喷淋工艺冷凝回收焦油，实现热解煤气与焦油的分离，进而实现焦油的回收。

然而，由于焦油组分复杂，分子量范围分布宽，现有技术均难以实现油品按品级分离，也难以回收高温显热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术难以实现油品按品级分离、也难以回收高温显热的缺陷，而提供一种新型的煤焦油分级冷凝的方法及装置。本发明的煤焦油分级冷凝的方法及装置，能够实现煤焦油分级冷凝、热解气净化，同时能够回收高温显热。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供一种煤焦油分级冷凝的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)含油热解煤气与水蒸气间壁式换热后，得高馏程焦油和一级热解气；

(2)所述一级热解气与熔盐间壁式换热后，得中馏程焦油和二级热解气；

(3)所述二级热解气与导热油间壁式换热后，得低馏程焦油和三级热解气；

(4)所述三级热解气与冷却水间壁式换热后，得轻质油和不含焦油的热解气；

其中，步骤(1)中，所述水蒸气的入口温度为150-250℃；步骤(2)中，所述熔盐的入口温度为200-250℃；步骤(3)中，所述导热油的入口温度为100-150℃。

上述方法中，控制水蒸气的温度、熔盐的温度及导热油的温度在所述范围内，可以确保附壁煤焦油良好的流动性，进而实现煤焦油的分级冷凝。

上述方法中，较佳地，换热后的冷却水与换热后的导热油间壁式逆流换热后所得的水蒸气，再与所述含油热解煤气间壁式逆流换热。该方案可以副产高品位水蒸气。

上述方法中，较佳地，换热后的冷却水与换热后的熔盐间壁式逆流换热后所得的水蒸气，再与所述含油热解煤气间壁式逆流换热。该方案可以副产高品位水蒸气。

步骤(1)中，所述含油热解煤气的流量较佳地为3000-23000Nm³/h。所述含油热解煤气的温度较佳地为550-700℃。

步骤(1)中，所述水蒸气较佳地为饱和水蒸气。所述水蒸气的流量较佳地为1.50-17t/h，更佳地为2.1-17t/h。当所述换热为逆流换热时，所述水蒸气的出口温度较佳地为350-470℃。

步骤(1)中，所述高馏程焦油按本领域常规意义指的是沸点>450℃的焦油。

步骤(2)中，所述熔盐较佳地为硝酸钾与硝酸钠的混合盐。其中，硝酸钾与硝酸钠的摩尔比较佳地为1:4-1:1。所述熔盐的流量较佳地为13.1-75t/h。当所述换热为逆流换热时，所述熔盐的出口温度较佳地为250-400℃，更佳地为300-400℃。

步骤(2)中，所述中馏程焦油按本领域常规意义指的是250℃＜沸点≤450℃的焦油。

步骤(3)中，所述导热油的入口温度较佳地为100-120℃。

步骤(3)中，所述导热油较佳地为硅油。所述导热油的流量较佳地为6.1-60t/h。当所述换热为逆流换热时，所述导热油的出口温度较佳地为200-250℃，更佳地为200-240℃。

步骤(3)中，所述低馏程焦油按本领域常规意义指的是150℃＜沸点≤250℃的焦油。

步骤(4)中，所述冷却水的入口温度可为本领域常规使用的冷却水的温度，例如可为10-40℃，较佳地为30℃以下，例如可为10-30℃。所述冷却水的流量较佳地为1.6-15.1t/h。当所述换热为逆流换热时，所述冷却水的出口温度较佳地为100-140℃。

步骤(4)中，所述轻质油按本领域常规意义指的是50℃＜沸点≤150℃的焦油。

本发明还提供一种煤焦油分级冷凝的装置，所述装置包括含油热解煤气输送管道、一级冷凝器、一级分离器、二级冷凝器、二级分离器、三级冷凝器、三级分离器、四级冷凝器和四级分离器；所述一级冷凝器、所述二级冷凝器、所述三级冷凝器和所述四级冷凝器均为间壁式换热器；所述含油热解煤气输送管道依次与所述一级冷凝器的热流体通道、所述一级分离器、所述二级冷凝器的热流体通道、所述二级分离器、所述三级冷凝器的热流体通道、所述三级分离器、所述四级冷凝器的热流体通道和所述四级分离器连通；所述装置还包括分别与所述一级冷凝器的冷流体通道、所述二级冷凝器的冷流体通道、所述三级冷凝器的冷流体通道、所述四级冷凝器的冷流体通道连通的水蒸气输送管道、熔盐输送管道、导热油输送管道和冷却水输送管道。

含油热解煤气与水蒸气在一级冷凝器内进行换热后，进入一级分离器进行油气分离，得高馏程焦油和一级热解气；一级热解气与熔盐在二级冷凝器内进行换热后，进入二级分离器进行油气分离，得中馏程焦油和二级热解气；二级热解气与导热油在三级冷凝器内进行换热后，进入三级分离器进行油气分离，得低馏程焦油和三级热解气；三级热解气与冷却水在四级冷凝器内进行换热后，进入四级分离器进行油气分离，得轻质油和不含焦油的热解气。

上述装置中，所述一级分离器、所述二级分离器、所述三级分离器和所述四级分离器的型式可为旋风分离器、重沉降分离器或接触分离器，较佳地为旋风分离器。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括第一换热器，所述四级冷凝器的冷流体通道依次与所述第一换热器的冷流体通道和所述一级冷凝器的冷流体通道连通；所述三级冷凝器的冷流体通道与所述第一换热器的热流体通道连通并构成导热油循环通道。更佳地，所述第一换热器为废锅。上述两个技术方案能够副产高品位水蒸气。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括第二换热器，所述四级冷凝器的冷流体通道依次与所述第二换热器的冷流体通道和所述一级冷凝器的冷流体通道连通；所述二级冷凝器的冷流体通道与所述第二换热器的热流体通道连通并构成熔盐循环通道。更佳地，所述第二换热器为废锅。上述两个技术方案能够副产高品位水蒸气。

上述装置中，较佳地，所述水蒸气输送管道与所述一级冷凝器的连接关系使得冷热流体在所述一级冷凝器内逆流换热。

上述装置中，较佳地，所述熔盐输送管道与所述二级冷凝器的连接关系使得冷热流体在所述二级冷凝器内逆流换热。

上述装置中，较佳地，所述导热油输送管道与所述三级冷凝器的连接关系使得冷热流体在所述三级冷凝器内逆流换热。

上述装置中，较佳地，所述冷却水输送管道与所述四级冷凝器的连接关系使得冷热流体在所述四级冷凝器内逆流换热。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括高馏程焦油储罐，所述高馏程焦油储罐用于收集所述一级冷凝器排出的高馏程焦油。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括中馏程焦油储罐，所述中馏程焦油储罐用于收集所述二级冷凝器排出的中馏程焦油。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括低馏程焦油储罐，所述低馏程焦油储罐用于收集所述三级冷凝器排出的低馏程焦油。

上述装置中，较佳地，所述装置还包括轻质油储罐，所述轻质油储罐用于收集所述四级冷凝器排出的轻质油。

在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明的煤焦油分级冷凝的方法及装置，能够实现煤焦油分级冷凝、热解气净化，同时能够回收高温显热。

附图说明

图1为本发明的实施例所用装置的结构示意图。

附图标记说明：

含油热解煤气输送管道10

一级冷凝器20

一级分离器30

二级冷凝器40

二级分离器50

三级冷凝器60

三级分离器70

四级冷凝器80

四级分离器90

水蒸气输送管道100

熔盐输送管道110

导热油输送管道120

冷却水输送管道130

第一换热器140

第二换热器150

高馏程焦油储罐160

中馏程焦油储罐170

低馏程焦油储罐180

轻质油储罐190

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例及对比例中，所用的煤质数据如表1所示。

表1原料煤的性质

表2

一般而言，含油热解煤气含焦油10％(煤基)，且该数值指的是，含油热解煤气中的焦油占产生上述含油热解煤气的煤的质量百分比为10％；而下述实施例和对比例中，高馏程(沸点>450℃)焦油收率(煤基)，指的是，所得高馏程焦油占产生上述含油热解煤气的煤的质量百分比；中馏程(250℃＜沸点≤450℃)焦油收率(煤基)，指的是，所得中馏程焦油占产生上述含油热解煤气的煤的质量百分比；低馏程(150℃＜沸点≤250℃)焦油收率(煤基)，指的是，所得中馏程焦油占产生上述含油热解煤气的煤的质量百分比；轻质油(50℃＜沸点≤150℃)焦油收率(煤基)，指的是，所得轻质油占产生上述含油热解煤气的煤的质量百分比。

实施例1

(1)煤焦油分级冷凝的装置

如图1所示的煤焦油分级冷凝的装置，装置包括含油热解煤气输送管道10、一级冷凝器20、一级分离器30、二级冷凝器40、二级分离器50、三级冷凝器60、三级分离器70、四级冷凝器80和四级分离器90；一级冷凝器20、二级冷凝器40、三级冷凝器60和四级冷凝器80均为间壁式换热器；含油热解煤气输送管道10依次与一级冷凝器20的热流体通道、一级分离器30、二级冷凝器40的热流体通道、二级分离器50、三级冷凝器60的热流体通道、三级分离器70、四级冷凝器80的热流体通道和四级分离器90连通；装置还包括分别与一级冷凝器20的冷流体通道、二级冷凝器40的冷流体通道、三级冷凝器60的冷流体通道、四级冷凝器80的冷流体通道连通的水蒸气输送管道100、熔盐输送管道110、导热油输送管道120和冷却水输送管道130。

上述装置中，一级分离器30、二级分离器50、三级分离器70和四级分离器90的型式为旋风分离器。

上述装置中，装置还包括第一换热器140，第一换热器140为废锅，四级冷凝器80的冷流体通道依次与第一换热器140的冷流体通道和一级冷凝器20的冷流体通道连通；三级冷凝器60的冷流体通道与第一换热器140的热流体通道连通并构成导热油循环通道。

上述装置中，装置还包括第二换热器150，第二换热器150为废锅，四级冷凝器80的冷流体通道依次与第二换热器150的冷流体通道和一级冷凝器20的冷流体通道连通；二级冷凝器40的冷流体通道与第二换热器150的热流体通道连通并构成熔盐循环通道。

上述装置中，水蒸气输送管道100与一级冷凝器20的连接关系使得冷热流体在一级冷凝器20内逆流换热；熔盐输送管道110与二级冷凝器40的连接关系使得冷热流体在二级冷凝器40内逆流换热；导热油输送管道120与三级冷凝器60的连接关系使得冷热流体在三级冷凝器60内逆流换热；冷却水输送管道130与四级冷凝器80的连接关系使得冷热流体在四级冷凝器80内逆流换热。

上述装置中，装置还包括高馏程焦油储罐160，高馏程焦油储罐160用于收集一级冷凝器20排出的高馏程焦油；装置还包括中馏程焦油储罐170，中馏程焦油储罐170用于收集二级冷凝器40排出的中馏程焦油；装置还包括低馏程焦油储罐180，低馏程焦油储罐180用于收集三级冷凝器60排出的低馏程焦油；装置还包括轻质油储罐190，轻质油储罐190用于收集四级冷凝器80排出的轻质油。

含油热解煤气与经第一换热器140和第二换热器150送入的饱和水蒸气在一级冷凝器20内进行换热后，进入一级分离器30进行油气分离，得高馏程焦油和一级热解气；而水蒸气经加热后排出，其产量、温度及压力见效果数据；一级热解气与熔盐在二级冷凝器40内进行换热后，进入二级分离器50进行油气分离，得中馏程焦油和二级热解气；二级热解气与导热油在三级冷凝器60内进行换热后，进入三级分离器70进行油气分离，得低馏程焦油和三级热解气；三级热解气与冷却水在四级冷凝器80内进行换热后，进入四级分离器90进行油气分离，得轻质油和不含焦油的热解气。

(2)煤焦油分级冷凝的方法

该方法在上述装置中进行，其包括如下步骤：

①含油热解煤气与水蒸气间壁式换热后，得高馏程焦油和一级热解气；

②一级热解气与熔盐间壁式换热后，得中馏程焦油和二级热解气；

③二级热解气与导热油间壁式换热后，得低馏程焦油和三级热解气；

④三级热解气与水间壁式换热后，得轻质油和不含焦油的热解气。

其中，步骤①-④中的换热均为逆流换热；且步骤①中，含油热解煤气来自某一循环流化床，其所用的煤质数据如表1所示，热解温度为600℃，处理煤量为2000t/天，热解气产量为23000Nm³/h；水蒸气为经第一换热器140和第二换热器150送入的饱和水蒸气。

效果数据：

上表中，水蒸气指的是第一换热器140和第二换热器150产生的饱和水蒸气。

实施例2

(1)煤焦油分级冷凝的装置

同实施例1。

(2)煤焦油分级冷凝的方法

其中，步骤①中，热解温度为700℃，处理煤量为260t/天，热解气产量为3000Nm³/h；具体工艺参数见表2，其余同实施例1。

效果数据：

上表中，水蒸气指的是第一换热器和第二换热器产生的饱和水蒸气。

实施例3

(1)煤焦油分级冷凝的装置

同实施例1。

(2)煤焦油分级冷凝的方法

其中，步骤①中，热解温度为550℃，处理煤量为1300t/天，热解气产量为15000Nm³/h；具体工艺参数见表2，其余同实施例1。

效果数据：

上表中，水蒸气指的是第一换热器和第二换热器产生的饱和水蒸气。

对比例1

(1)煤焦油分级冷凝的装置

同实施例1。

(2)煤焦油分级冷凝的方法

其中，步骤②中，熔盐的入口温度为170℃，熔盐的出口温度为450℃，其余同实施例1。

效果数据：

上表中，水蒸气指的是第一换热器和第二换热器产生的饱和水蒸气。

此外，对比例1中，二级冷凝器在运行之后会发生堵塞。然而，实施例1-3中，二级冷凝器在运行之后不会发生堵塞。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。