[发明专利]一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法

说明书

本发明公开了一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，属于煤热解领域。该方法为：在压力1～3MPa、温度400～800℃条件下，用400～800℃的高温焦炉煤气对添加有铁基催化剂的煤粉进行热解，通过热解时间、催化剂等反应条件的改变，调变煤热解气相产物组成。原料气氢碳比为1.57时，气相产物碳氢比可在1.04～2.05之间调变，且可以在多个不同的温度压力条件下实现。提出了一种高温焦炉煤气的热质同时利用方式，并可根据下游需求及市场情况对热解气相产物产量及成分进行调整。

技术领域

本发明属于煤热解领域，尤其涉及一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法。

背景技术

针对我国煤炭相对丰富，石油匮乏的特点，以煤炭为主要利用能源代替石油化生产，调节能源利用结构，对缓解当前面临的石油能源危机有重大意义。煤热解是煤转化的关键步骤,也是将固体能源转变为液态或气态能源的最为经济适用和高效的技术方法。如何在热解过程中提高焦油品质和收率一直是热解技术研究的热点。刘学智等对不同压力下煤热解焦油组成进行了研究，研究发现，提高热解压力能够明显提高焦油中BTX和PCX等轻组分的含量，从而提高焦油品质(参见：刘学智等.煤炭转化,1994(1):82-88)。中国专利申请CN200510045853.8公开了甲烷气氛下的煤热解的方法，同时指出加入催化剂，焦油收率相较于同条件下热解的焦油收率大大提高。中国专利申请CN102580726B公开了一种煤热解催化剂及其制备方法，指出常用的催化剂活性组分为铂、钯、钌、铑、镍，载体为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛等，但价格相对较高，催化剂向着廉价的镁、铁复合物等发展。

煤热解过程中的合成气也是一种极宝贵的资源，但是对煤热解过程中的合成气产率变化研究较少。特别是专门用于产生合成气的低质气煤利用，如何根据下游需求控制热解的反应气氛、反应条件，实现热解后气相产物的灵活调变具有十分重要的现实意义。

另一方面，焦炉煤气是焦化厂炼焦装置的副产物，主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮气及芳烃物质，温度约为650～800℃。高温焦炉煤气经净化处理后，可以作为合成气用来生产甲醇、乙醇、合成氨、天然气及经过费托合成生产油品；也可以与高炉煤气混配或与其它煤气化合成气经脱碳变换混合后，调整合成气的碳氢比进行多用途利用。当前高温焦炉煤气多经氨水喷淋降温后进行后续利用，热量回收方面存在大量能源浪费问题，节能潜力和经济效益非常可观。但由于焦炉煤气中的杂质及焦油石墨化问题使得高温焦炉煤气的余热回收成为行业的难点，至今没有成熟的工业化能量利用方式出现。高温焦炉煤气的余热回收技术路线主要有两类，即分布式显热回收技术和将高温焦炉煤气直接制成其它产品的技术。

分布式显热回收技术是以水、导热油或气体为介质，通过在上升管周围焊接夹套或将高温焦炉煤气引入经过特殊设计的换热器等技术手段，通过产生高压蒸汽将高温焦炉煤气的余热进行回收，但受延迟推焦、焦油石墨化、焦炉煤气结焦析炭或配套设施庞大、投资过高等因素的影响，并未取得突破性进展。

将高温焦炉煤气直接制成其它产品的技术主要是指20世纪90年代德国Dieiner等提出将从炭化室逸出荒煤气直接裂解，荒煤气中所含焦油、粗苯、氨、萘等经过高温直接裂解成以一氧化碳、氢气为主的合成气。该技术可充分利用荒煤气所带大量显热甚至潜热，但是也存以下弊端：①将荒煤气中含有的焦油、苯、萘等高附加值化产直接裂解，降低了焦化厂经济效益；②直接裂解荒煤气对装置气密性的高要求造成投资成本过高，且存在荒煤气泄露和爆炸风险。

发明内容

基于现有技术在高温焦炉煤气显热或部分潜热利用难，而煤热解热量需求大、产物气相产物组成研究少等问题，本发明提供一种利用高温焦炉煤气调变煤催化热解气相产物的方法，既实现了高温焦炉煤气的节能利用，又可利用焦炉煤气中的氢气、甲烷、一氧化碳等还原气氛进行煤热解气相产物调变，实现高温焦炉煤气的热质同时利用，解决了高温焦炉煤气单独进行能量回收时受杂质成分影响而产生的材质昂贵、设备结构复杂问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：