[發明專利]一種低階煤與甲烷催化共煉生產輕質化焦油的方法

有效

• 申請號: 201611133386.9
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN108219816B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 侯寶林;王貴金;張濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C10G1/06
• 分類號: C10G1/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種低階煤與甲烷催化共煉生產輕質化焦油的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

a) 將低階煤顆粒篩分至所需粒徑范圍內并放入到加煤料斗(1)中，通過其下方的螺旋進料器(2)將煤料斗(1)中的煤顆粒連續輸送到返料氣動閥(4)中，調節返料氣動閥控制由氣體入口B進入的松動氣和由氣體入口C進入的流化氣的流量，將煤顆粒連續定量定向輸送到下行床反應器(5)中進行熱解反應；

b) 富含甲烷的氣體由上部的氣體入口A進入催化裂解管(3)中，與上部的來自提升管反應器（9）的高溫半焦接觸，發生催化裂解反應生成氫氣；富含氫氣的氣流與煤顆粒共同進入下行床反應器（5）中，實現煤的加氫熱解反應，即煤與甲烷的共煉過程；

c) 下行床反應器（5）中生成的熱解產物經由氣固快速分離裝置（11）完成含焦油熱解氣體和半焦顆粒的分離；含焦油熱解氣體通過焦油催化裂解固定床（12）進行焦油的提質升級；提質后的含焦油熱解氣體通過焦油冷凝裝置（13）將氣體出口J排出的熱解氣體和輕質化焦油分離；

d) 熱態半焦經過氣固快速分離裝置（11）之后進入雙向返料氣動閥（10）中，一定量的半焦返回到提升管反應器（9）中，通過部分燃燒進行提溫；高溫半焦經由旋風除塵器（6）返回到提升管頂部的半焦下行料槽（7）中，半焦部分燃燒產生的煙氣經由氣體出口I排出；高溫半焦進入第二返料氣動閥（8）中，通過調節由氣體入口E進入的松動氣和由氣體入口D進入的流化氣來實現其定向流動，使得其與富含甲烷氣體在催化裂解管（3）中接觸，實現甲烷的催化裂解制氫反應；

a) 步驟中采用的低階煤為褐煤和次煙煤；煤顆粒的粒徑范圍控制在150~400μm內，保證其顆粒大小均勻一致；

a) 步驟中為保證進料時的物料密封性，采用返料氣動閥（4）進行進料，由氣體入口B進入的松動氣采用氮氣，由氣體入口C進入的流化氣采用富含甲烷的氣體，所述富含甲烷的氣體為煤熱解氣、天然氣、頁巖氣或純甲烷氣體中的一種或二種以上；

b) 步驟中催化裂解管（3）內的溫度控制在900~1000℃范圍內，操作壓力為0.1MPa；下行床反應器（5）中的溫度設定在600~800℃范圍內，操作壓力為0.1MPa；

c) 步驟中固定床（12）中的催化劑顆粒選擇分子篩類催化劑或者是負載非貴金屬的分子篩類催化劑，分子篩類催化劑為HZSM-5，負載非貴金屬的分子篩類催化劑為Ni/HZSM-5、Co/HZSM-5或Mo/HZSM-5；催化劑粒徑大小均勻一致，篩分至8~16目或20~40目；催化劑床層溫度控制在600~700℃范圍內；

c) 步驟中焦油冷凝裝置（13）通過循環冷卻水實現焦油的冷凝，循環冷卻水溫度控制在5℃以下，由入口a進入，出口b流出；

d) 步驟中通過控制氣體F和G的流量，來調節雙向返料氣動閥（10），以完成多余半焦產品的收集和控制返回到提升管反應器（9）中的半焦量；氣體F采用氮氣，氣體G采用氮氣或者富含甲烷的氣體；

d) 步驟中空氣由氣體入口H進入，半焦在提升管（9）中部分燃燒提溫至900~1000℃；第二返料氣動閥（8）中由氣體入口E進入的松動氣采用氮氣，由氣體入口D進入的流化氣采用富含甲烷的氣體。

2.根據權利要求1所述的一種低階煤與甲烷催化共煉生產輕質化焦油的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

a) 將內蒙古褐煤粉碎至煤粒徑大小為40~60目并放入到加煤料斗(1)中，通過其下方的螺旋進料器(2)將煤料斗(1)中的煤顆粒連續輸送到返料氣動閥(4)中，調節返料氣動閥控制由氣體入口B進入的松動氣氮氣和由氣體入口C進入的流化氣甲烷的流量，使得煤顆粒進料速率為10g/min，將煤顆粒連續定量定向輸送到下行床反應器(5)中進行熱解反應；

b) 甲烷由上部的氣體入口A進入催化裂解管(3)中，流量設定為2000 mL/min；甲烷與上部的來自提升管反應器（9）的高溫半焦接觸，發生催化裂解反應生成氫氣；富含氫氣的氣流與煤顆粒共同進入下行床反應器（5）中，實現煤的加氫熱解反應，即煤與甲烷的共煉過程；下行床反應器（5）內溫度設定為700℃，壓力為0.1MPa；

c) 下行床反應器（5）中生成的熱解產物經由氣固快速分離裝置（11）完成含焦油熱解氣體和半焦顆粒的分離；含焦油熱解氣體通過焦油催化裂解固定床（12），焦油催化裂解固定床（12）中HZSM-5顆粒粒徑大小為20~40目，HZSM-5顆粒中SiO₂與Al₂O₃摩爾比50:1，反應溫度設定為600℃；提質后的含焦油熱解氣體通過焦油冷凝裝置（13）將氣體出口J排出的熱解氣體和輕質化焦油分離；

d) 熱態半焦經過氣固快速分離裝置（11）之后進入雙向返料氣動閥（10）中，通過雙向返料氣動閥（10）后返回至提升管反應器（9）中進行部分燃燒，氣體入口F的流化氣為氮氣，氣體入口G的流化氣采用甲烷；通過控制氣體入口H的空氣流量將半焦提溫至900±10℃；高溫半焦經由旋風除塵器（6）返回到提升管頂部的半焦下行料槽（7）中，半焦部分燃燒產生的煙氣經由氣體出口I排出；高溫半焦進入第二返料氣動閥（8）中，通過調節由氣體入口E進入的松動氣氮氣和由氣體入口D進入的流化氣甲烷使其流動到與富含甲烷氣體在催化裂解管（3）中接觸，實現甲烷的催化裂解制氫反應。