將煤轉(zhuǎn)化成化學(xué)品的方法
【專利說(shuō)明】將煤轉(zhuǎn)化成化學(xué)品的方法
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年11月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/905,934的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容全文經(jīng)此引用并入本文。
[0003]發(fā)明背景
[0004]由石油加工產(chǎn)生許多不同類型的化學(xué)品。但是，近幾十年來(lái)由于提高的需求量，石油變得更加昂貴。
[0005]因此，已經(jīng)試圖提供用于制造化學(xué)品的原材料的替代來(lái)源?，F(xiàn)在的注意力集中在由固體碳質(zhì)材料，如在美國(guó)和中國(guó)等國(guó)家可大量供應(yīng)的煤制造液態(tài)烴。
[0006]煤的熱解產(chǎn)生焦炭和煤焦油。煉焦或“焦化”工藝由在無(wú)氧的封閉容器中將材料加熱到極高溫度構(gòu)成。焦炭是主要為碳和無(wú)機(jī)灰分的多孔但硬的殘?jiān)淇捎糜跓掍摗?br>[0007]煤焦油是在加熱過(guò)程中驅(qū)出的揮發(fā)性材料，其包含許多烴化合物的混合物?？蓪⑵浞蛛x產(chǎn)生各種有機(jī)化合物，如苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽和菲。這些有機(jī)化合物可用于制造許多產(chǎn)品，例如染料、藥物、炸藥、香料、香精、防腐劑、合成樹(shù)脂和漆和著色劑。該分離留下的殘余瀝青用于鋪路、鋪屋頂、防水和保溫。
[0008]煤焦油可用于制造理想和有價(jià)值的產(chǎn)品，如烯烴和芳族化合物，包括苯、甲苯和二甲苯。因此，需要用于將煤焦油轉(zhuǎn)化成一種或多種烯烴和芳族化合物的方法。
[0009]發(fā)明概述
[0010]第一方面，一種加工煤進(jìn)料以產(chǎn)生芳烴化合物的方法包括提供煤焦油料流并將所述煤焦油料流轉(zhuǎn)化成包含至少烯烴、鏈烷烴和芳族化合物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。所述方法進(jìn)一步包括從所述轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中分離烯烴和C5—鏈烷烴和使分離的烯烴和c5—鏈烷烴與催化劑接觸以將烯烴和c5—鏈烷烴脫氫、低聚和環(huán)化以形成芳烴化合物。
[0011]另一方面，一種加工煤焦油原料以提高烯烴產(chǎn)量的方法包括將所述煤焦油原料轉(zhuǎn)化成包含烯烴、鏈烷烴和芳族化合物的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。分離所述轉(zhuǎn)化產(chǎn)物以產(chǎn)生至少烯烴料流、輕質(zhì)鏈烷烴料流和芳族化合物料流。然后將所述輕質(zhì)鏈烷烴料流脫氫以產(chǎn)生額外的烯烴。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]圖1圖解本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案。
[0014]圖2圖解本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方案。
[0015]發(fā)明詳述
[0016]圖1顯示煤轉(zhuǎn)化法5的一個(gè)實(shí)施方案?？梢詫⒚哼M(jìn)料10送往熱解區(qū)15如煉焦?fàn)t、氣化區(qū)20，或可以將煤進(jìn)料10分成兩部分并送往這兩個(gè)區(qū)。
[0017]在熱解區(qū)15中，在不存在氧氣的情況下在高溫，例如最多2，000°C(3，600°F)下加熱煤以餾出揮發(fā)性組分。煉焦產(chǎn)生焦炭料流25和煤焦油料流30。焦炭料流25可用于其它工藝，如制鋼。
[0018]如果需要，可以將來(lái)自煉焦工藝的包含揮發(fā)性組分的煤焦油料流30送往污染物脫除區(qū)35。
[0019]用于從煤焦油料流或另一工藝料流中除去一種或多種污染物的任選污染物脫除區(qū)35可根據(jù)特定污染物對(duì)產(chǎn)品或工藝的影響和如下文進(jìn)一步描述的除去該污染物的原因位于沿該工藝的各種位置。例如，污染物脫除區(qū)35可位于分離區(qū)70的上游。一些污染物已被確認(rèn)為干擾下游加工步驟或烴轉(zhuǎn)化過(guò)程，在這種情況下污染物脫除區(qū)35可位于分離區(qū)70的上游或位于分離區(qū)70與所涉及的特定下游加工步驟之間。另一些污染物已被確定為應(yīng)該除去才能達(dá)到特定產(chǎn)品規(guī)格。如果希望從烴或工藝料流中除去多種污染物，可以在沿該工藝的不同位置布置各種污染物脫除區(qū)35。在另一些方法中，污染物脫除區(qū)35可以與該系統(tǒng)內(nèi)的另一工藝重疊或集成，在這種情況下可以在該工藝的另一部分(包括但不限于分離區(qū)70或下游烴轉(zhuǎn)化區(qū))的過(guò)程中除去污染物。這可以在對(duì)這些特定區(qū)域、反應(yīng)器或工藝作出修改或不作修改的情況下實(shí)現(xiàn)。盡管污染物脫除區(qū)35通常位于烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的下游，應(yīng)該理解的是，根據(jù)本文的污染物脫除區(qū)35可位于分離區(qū)70上游、分離區(qū)70與烴轉(zhuǎn)化區(qū)之間或烴轉(zhuǎn)化區(qū)下游或沿工藝料流內(nèi)的其它料流，例如載體流體料流、燃料流、氧源料流或本文所述的系統(tǒng)和工藝中使用的其它料流。通過(guò)從煤焦油料流30中除去至少一部分污染物來(lái)控制污染物濃度。本文所用的術(shù)語(yǔ)“除去”可以是指實(shí)際除去，例如通過(guò)吸附、吸收或膜分離，或其可以是指污染物轉(zhuǎn)化成更可容許的化合物，或兩者。
[0020]將凈化的煤焦油進(jìn)料40送往加氫處理區(qū)45。加氫處理是在主要有效地從烴原料中除去雜原子，如硫、氮、氧和金屬的合適催化劑存在下使氫氣50與經(jīng)料流接觸的工藝。在加氫處理中，可以使具有雙鍵和三鍵的烴飽和。也可以使芳族化合物飽和。典型的加氫處理反應(yīng)條件包括290°C(550°F)至455°C(850°F)的溫度、3.4MPa(500psig)至27.6MPa(4,OOOpsig)的壓力、0.lhr—1至4hr—1 的液時(shí)空速和 168至I，685Nm3/m3油(l，000-10，000scf/bbl)的氫氣比率。典型的加氫處理催化劑包括在高表面積載體材料，優(yōu)選氧化鋁上的至少一種第VIII族金屬，優(yōu)選鐵、鈷和鎳，和至少一種第VI族金屬，優(yōu)選鉬和鎢。其它典型的加氫處理催化劑包括沸石催化劑以及貴金屬催化劑，其中該貴金屬選自鈀和鉑。
[0021]然后將加氫處理料流55從加氫處理區(qū)45送往轉(zhuǎn)化區(qū)60。轉(zhuǎn)化區(qū)60將加氫處理過(guò)的煤焦油料流55轉(zhuǎn)化成包含至少烯烴、鏈烷烴和芳烴的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物65。轉(zhuǎn)化可以為例如熱裂化工藝或流化催化裂化工藝的形式。
[0022]熱裂化將提供的烴料流在7,OOOkPa的絕對(duì)壓力下加熱到550°C至900°C的溫度。高溫和高壓造成歧化，其中以重質(zhì)分子為代價(jià)形成“輕質(zhì)”(即較低分子量)富氫產(chǎn)物，其冷凝并脫氫。
[0023]流化催化裂化(FCC)是通過(guò)使重質(zhì)烴在流化反應(yīng)區(qū)中與催化顆粒材料接觸實(shí)現(xiàn)的催化烴轉(zhuǎn)化工藝。催化裂化中的反應(yīng)在不存在大量外加氫氣或氫氣消耗的情況下進(jìn)行。該工藝通常使用粉狀催化劑，其粒子懸浮在進(jìn)料烴的上升流中以形成流化床。在代表性工藝中，在提升管(其是垂直或向上傾斜的管)中進(jìn)行裂化。通常，經(jīng)進(jìn)料噴嘴將預(yù)熱進(jìn)料噴入提升管底部，在此其與熱流化催化劑接觸并在與該催化劑接觸時(shí)汽化，并發(fā)生裂化，以將高分子量油轉(zhuǎn)化成較輕組分，包括液化石油氣(LPG)、汽油和餾出物。該催化劑-進(jìn)料混合物短時(shí)間(幾秒)向上流經(jīng)提升管，然后在旋風(fēng)分離器中分離該混合物。將該烴導(dǎo)向分餾器以分離成LPG、汽油、柴油、煤油、噴氣燃料和其它可能的部分。在經(jīng)過(guò)提升管的同時(shí)，因?yàn)樵摴に嚢殡S著形成沉積在催化劑粒子上的焦炭，該裂化催化劑失活。將受污染的催化劑與裂化烴蒸氣分離并進(jìn)一步用蒸汽處理以除去留在催化劑孔隙中的烴。然后將該催化劑導(dǎo)入再生器，在此從催化劑粒子的表面燒除焦炭，由此恢復(fù)催化劑活性并提供下一反應(yīng)周期必需的熱。該裂化工藝是吸熱的。再生催化劑隨后用于新的周期。典型FCC條件包括400°C至800°C的溫度、O至688kPag(0至10psig)的壓力和0.1秒至I小時(shí)的接觸時(shí)間?；诹鸦慕?jīng)原料和所需的裂化產(chǎn)物確定這些條件。沸石基催化劑常用于FCC反應(yīng)器，含有沸石、二氧化硅-氧化鋁、氧化鋁和其它粘合劑的復(fù)合催化劑也常用。
[0024]在該轉(zhuǎn)化過(guò)程后，將轉(zhuǎn)化產(chǎn)物65送往分離區(qū)70，在此將其分離成兩個(gè)或更多個(gè)部分75 ,80,85,90,95ο如上所述，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物65包括烴材料的混合物，包含至少烯烴、鏈烷烴和芳烴，各自具有一定范圍的初始沸點(diǎn)。
[0025]如所示，將轉(zhuǎn)化產(chǎn)物65分離成含有氣體如NH3和CO以及輕質(zhì)烴，