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工业气体
煤热解装置和技术(二)加氢裂解法
2010-08-18 11:13

(一)Coalcon 法


1.工艺简介


    Coalcon 法是一项技术上最先进的加氢热解工艺,联合碳化物公司成立的Coa lcon 联合公司于20 世纪70 年代开发这项技术。它采用一段流化床,非催化加氢的方法,在中等温度 (最高至560 ℃)、中等压强 (最高6. 895 M Pa)、煤的最长停留时间9 min 的条件下操作 (见图1-7)。用氢气使反应器内的煤和焦流化,氢气与煤反应放出的热量加热加入的煤和氢气。用锅炉烟气废热将煤干燥,并预热至约327 ℃,预热煤经锁斗用氢气密相输送到加氢干馏器。该工艺可以选用黏结性煤,进煤与大量的循环半焦混合可防止煤结块。Coalcon 工艺的优点是不使用催化剂,氢耗低、操作压强低、有处理黏结性煤的能力,液体和气体产率高,产品易于分离。

 

 


2.开发应用状况


    已成功地完成日处理煤250t 的中间装置和日处理煤300t 半工业装置的运转工作。


(二)Schroeder 法


1.工艺简介


    Schroeder 工艺的主要过程是在中温和高压下、氢气与粉煤的反应在一外热输送床反应器内快速进行。该工艺的开发还没有超出实验室规模。据称它有以下几个特点:氢耗低,对单环芳烃有高选择性,对液体产品的选择可通过控制温度在较大范围内调整,反应过程可采用或不采用催化剂,用通常的方法即能对产品进行分离和回收。


2.开发应用状况


处于实验室试验研究,尚不太成熟,有些实际问题需解决。


(三)CS-SRT 法 (城市服务公司停留时间氢解法)


1.工艺简介


  CS-SRT 法是美国的Eyr ing 公司开发的。该工艺在不使用催化剂的条件下对干粉煤进行加氢。它的主体设备是输送床反应器,工艺特点是短停留时间、快速升温、快速急冷。反应温度550 ~650 ℃、压强0.2 ~0.5 M Pa 、反应时间<0. 30s。热解在瞬间完成,煤加热速度为104 ℃/ s,热解产物迅速导出并用水或液态烃快速冷却。它的BTX 产率高,煤转化率为50 %~80 % ( w ,maf)、轻质芳烃产率为12 %~16 %,气体产率 ( C1+C2)约34 %~68 %。


2.开发应用状况


  该工艺于1975 年建立了0.45 ~0.91kg/ h 规模的实验室装置,之后又建起了1t/d 规模的中间试验装置,20 世纪80 年代开始兴建20 ~60t/d 规模的示范厂。


(四) 快速加氢热解法 ( Flash Hydropyrolysis 简称FHP)


1.工艺简介


  煤的快速加氢热解 ( FlashHydropyrolysis 简称FHP) 是国外最近开发的一种新的煤转化技术,它是以10000 ℃/ s 以上极快的升温速率加热煤,在温度600~900 ℃和压力3~0.0 M Pa 条件下,煤于氢气氛中热解,仅以数秒的短停留时间完成反应。由此最大程度从煤中获取苯、甲苯、二甲苯(BTX) 和苯酚、甲酚和二甲酚 (PCX) 等液态轻质的芳烃 (HCL) 和轻质油等,同时得到富甲烷的高热值煤气,其气、液态生成物的总碳转化率可达50 %左右,所以国际上称之为介于气化和液化之间的第三种煤转化技术。


    由FHP 制液态轻质芳烃和sNG (高热值煤气) 有多种实施方案。野口冬树和Borrill 提出的煤加氢热解工艺,煤粉碎后,在气流床反应器内进行加氢热解,产物经低温分离后,可获取苯等轻质芳烃和甲烷气。加氢热解后的残余半焦在煤气化炉内气化之后,除去煤气中的酸性气体获得氢气,又用于加氢反应。


    美国Carbon Fuels 公司开发了煤加氢热解与IGCC 联合循环发电相结合的新工艺过程。煤经热解反应后制得三苯、轻质油和燃料油,残余半焦用于气化;热解和气化产生气体可用于制甲醇和氨,而富甲烷的气体用于联合循环发电,剩余的氢气循环作加氢热解的载气。


    加氢热解-IGCC 联合工艺流程简图如图1 -8 所示。该新工艺具有如下优点:将加氢热解、半焦气化和发电3 种装置相结合,大大降低投资和操作费用;热解半焦被全部利用,氢得到充分使用;总热效率高达60 %。
 

 

 




  日本大阪煤气公司开发了加氢热解与尿素相结合的煤利用新工艺,其工艺流程如图1 -9 所示。据报道,日投煤量2000 余吨,可年产尿素64 万吨、硫按6800t、三苯7200t以及轻质油4300t,同时日产热值达18.8 MJ/ m3煤气100104m3/d ,煤得到了优化利用。
 

 

 


    快速加氢热解目的是为了提高煤的转化率,即增加液态生成物、轻质芳烃的产率和气态甲烷的产率。因此,FH P 与煤的气化和液化相比较,具有如下的优点。
( 1) 热效率高 FHP 与煤的气化过程不同,FHP 是放热反应,一般不耗氧,故不需要空分设备。FHP 以总热效率高达74 %~80 %超过煤的气化和液化。
( 2) 氢耗低 煤在热解过程中本身会释放出一部分氢,故加氢反应过程所需外供氢不多,约为1 %~2 %。
( 3) 投资省 FHP 反应时间短,一般仅数秒,反应器处理能力大;不太高的氢压,较低的温度,远比气化温度低。可称之为温和煤转化技术,故材料要求降低,设备投资
节省。
    FHP 与传统的热解 (如炼焦) 相比较,由于氢的介入,使液态产物,特别是三苯和三酚等附加值高的轻质芳烃成倍增长,如苯的产率传统的炼焦仅1 % (干基煤质量) 左右,而FHP 可达到3 %~5 %,但F H P 液态物产率高达15 %~25 %,轻质组分又占了其中主要部分。此外,FHP 的产气率高,其中甲烷的产率可达20 %~40 % (碳转化率) 以上,而二氧化碳的产率又很低,由此获得高热值煤气。FHP 的特点是过程具有柔软性,即随反应条件生成物得以多样变化,可主要以获取三苯、三酚液态轻质芳烃为目的而实施(称加氢热解),也可主要以获取高热值煤气而进行 (称加氢气化),当然又可兼而有之,即同时制得液态轻质芳烃和高热值煤气。


2.开发应用


    鉴于快速加氢热解的优越性,工业先进国家积极地推进FHP 的研究工作。在实验室研究的基础上各国竞相进入工业示范规模试验阶段,美国Rockwell International 公司和日本NEDO 新能源开发机构联合建立了24t/d 规模的中试装置,美国Carbon Fuels 公司完成18t/d 规模的中试研究。英国的British Gas 公司投煤量为5t/ d. FHP 的气流床反应装置进入运行。日本大阪煤气公司在完成240kg/h 规模试验基础上,已完成了50t/d 的扩大中间试验设计和可行性研究,美国Carbon Fue l s 公司为实现反应过程的大型化进行了240t/d 规模的粉煤喷嘴冷模试验。


    中国也已开始 FHP 的实验室研究,华东理工大学早已于1989 年建成了投煤量0.1kg/h 规模气流床反应装置,并对扎赉诺尔褐煤,东胜烟煤等进行了各种条件下煤快速加氢热解的深入研究,取得了可喜的研究成果。

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