CN112080322A - 粉煤分级气化***及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种粉煤分级气化***及方法，该***包括加氢热转化炉、贫氧气化反应炉以及残碳燃烧氢气加热炉；加氢热转化炉具有加氢气化反应腔、粉煤入口、氢气入口、第一氧气入口以及供加氢气化反应腔内反应产生的反应物排出的反应物出口；贫氧气化反应炉具有贫氧气化反应腔、第二氧气入口、水蒸气入口、进料口、出气口以及排渣口；进料口与反应物出口连通，以至少供反应物中的固体半焦进入至贫氧气化反应腔内；残碳燃烧氢气加热炉具有残渣燃烧反应腔和与排渣口连通的残渣入口，以使贫氧气化反应腔内反应产生的残渣依次经排渣口和残渣入口进入至残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧，从而提高了粉煤的转化率。

Description

粉煤分级气化***及方法

技术领域

本公开涉及煤分质利用技术领域，尤其涉及一种粉煤分级气化***及方法。

背景技术

煤炭在我国能源结构中占据比较重要的位置，煤炭的清洁化利用越来越受到人们的重视。

现有技术通过对粉煤进行加氢气化，以获得原煤中的油、气等资源，但由于加氢气化所得半焦，相对于原煤的反应活性大大降低，导致煤的转化率较低。

因此，如何提高粉煤的转化率成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种粉煤分级气化***及方法。

第一方面，本公开提供了一种粉煤分级气化***，包括加氢热转化炉、贫氧气化反应炉以及残碳燃烧氢气加热炉；

所述加氢热转化炉具有加氢气化反应腔、供粉煤进入至所述加氢气化反应腔内的粉煤入口、供氢气进入至所述加氢气化反应腔内的氢气入口、供氧气进入至所述加氢气化反应腔内的第一氧气入口以及供所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物排出的反应物出口；

所述贫氧气化反应炉具有贫氧气化反应腔、供氧气进入至所述贫氧气化反应腔内的第二氧气入口、供水蒸气进入至所述贫氧气化反应腔内的水蒸气入口、进料口以及排渣口；所述进料口与所述反应物出口连通，以至少供所述反应物中的固体半焦进入至所述贫氧气化反应腔内；

所述残碳燃烧氢气加热炉具有残渣燃烧反应腔和残渣入口，所述残渣入口与所述排渣口连通，以使所述贫氧气化反应腔内反应产生的残渣依次经所述排渣口和所述残渣入口进入至所述残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。

可选的，还包括一级旋风分离器；

所述一级旋风分离器具有第一入口、第一固体颗粒出口和第一气体出口；所述第一入口与所述反应物出口连通，所述第一固体颗粒出口与所述进料口连通；所述一级旋风分离器用于至少对所述反应物进行分离，分离后的气体由所述第一气体出口排出，捕集到的固体颗粒依次通过所述第一固体颗粒出口和所述进料口进入所述贫氧气化反应腔内，其中，所述固体颗粒包括所述固体半焦。

可选的，还包括与所述第一入口连通的用于投放颗粒物料的投放口，所述颗粒物料的粒径、密度均大于所述固体半焦的粒径、密度；

所述颗粒物料用于对所述固体半焦进行夹带，以和所述固体半焦共同进入至所述一级旋风分离器，并被所述一级旋风分离器捕集后依次通过所述第一固体颗粒出口和所述进料口进入至所述贫氧气化反应腔内。

可选的，所述投放口设置在所述加氢热转化炉的出口段，且与所述反应物出口连通，以使由所述投放口投入的所述颗粒物料与所述反应物共同由所述第一入口进入至所述一级旋风分离器。

可选的，所述加氢热转化炉的出口段形成为缩颈状，所述出口段开设有激冷气入口。

可选的，还包括气体净化分离装置；

所述气体净化分离装置具有气体入口和氢气出口，所述气体入口分别与所述第一气体出口和所述贫氧气化反应腔的出气口连通，所述氢气出口与所述氢气入口连通；所述气体净化分离装置用于对由所述气体入口进入的气体进行净化分离，分离出的氢气由所述氢气出口排出，并经所述氢气入口进入至所述加氢气化反应腔内。

可选的，所述氢气出口与所述残渣燃烧反应腔连通，所述残渣燃烧反应腔与所述氢气入口连通，以使经所述氢气出口排出的氢气进入至所述残渣燃烧反应腔内，被所述残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经所述氢气入口进入至所述加氢气化反应腔内。

可选的，所述一级旋风分离器与所述气体净化分离装置之间还设置有二级旋风分离器；

所述二级旋风分离器具有第二入口、第二固体颗粒出口和第二气体出口；所述第二入口分别与所述第一气体出口和所述贫氧气化反应腔的出气口连通，所述第二气体出口与所述气体入口连通，所述第二固体颗粒出口与所述贫氧气化反应腔连通；所述二级旋风分离器用于对由所述第二入口进入的气体进行分离，分离后的气体依次经所述第二气体出口和所述气体入口进入至所述气体净化分离装置，捕集到的固体颗粒经所述第二固体颗粒出口进入至所述贫氧气化反应腔。

可选的，所述气体净化分离装置包括高温气体过滤器、氢气换热器以及气体分离器；

所述高温气体过滤器具有所述气体入口、第三气体出口以及第三固体颗粒出口；所述第三固体颗粒出口与所述残渣燃烧反应腔连通；所述氢气换热器分别与所述第三气体出口和所述气体分离器连通；

所述高温气体过滤器用于对由所述气体入口进入的气体进行过滤，过滤后的固体颗粒经所述第三固体颗粒出口进入至所述残渣燃烧反应腔，过滤后的气体由所述第三气体出口进入至所述氢气换热器；所述氢气换热器用于对所述第三气体出口排出的气体进行降温，以分离出油品，且使分离出油品的气体进入至所述气体分离器；所述气体分离器用于对所述分离出油品的气体进行分离，以获得甲烷和氢气，所述气体分离器具有可供所述氢气排出的所述氢气出口。

可选的，所述氢气换热器内具有氢气通道；

所述氢气出口与所述氢气通道的入口连通，所述氢气通道的出口与所述残渣燃烧反应腔连通，所述残渣燃烧反应腔与所述氢气入口连通，以使所述氢气出口排放的氢气经所述氢气换热器换热后进入至所述残渣燃烧反应腔，被所述残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经所述氢气入口进入至所述加氢气化反应腔内。

可选的，所述气体分离器与所述氢气换热器之间还设置有氢气压缩机；

所述氢气压缩机分别与所述氢气出口和所述氢气通道的入口连通；所述氢气压缩机用于对从所述氢气出口排出的氢气进行压缩，并将压缩后的氢气输送至所述氢气通道。

第二方面，本公开提供一种利用如上所述的粉煤分级气化***进行粉煤分级气化的方法，所述方法包括：

向加氢热转化炉的加氢气化反应腔内通入粉煤、氢气以及氧气，以使所述粉煤、所述氢气以及所述氧气在所述加氢气化反应腔内发生气化反应；

至少将所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的贫氧气化反应腔内，并向所述贫氧气化反应腔内通入氧气和水蒸气，以使所述氧气、所述水蒸气以及所述固体半焦在所述贫氧气化反应腔内进行贫氧气化反应；

将所述贫氧气化反应腔内反应得到的残渣通入残碳燃烧氢气加热炉的残渣燃烧反应腔，以使所述残渣在所述残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。

可选的，所述至少将所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的贫氧气化反应腔内的步骤包括：

至少将所述反应物通入一级旋风分离器，以使所述一级旋风分离器至少对所述反应物进行分离；

将一级旋风分离器捕集到的固体颗粒通入所述贫氧气化反应腔内，所述固体颗粒包括所述固体半焦。

可选的，所述至少将所述反应物通入一级旋风分离器，以使所述一级旋风分离器对所述反应物进行分离的步骤包括：

向与所述一级旋风分离器的第一入口连通的投放口中投入颗粒物料，所述颗粒物料的粒径、密度均大于所述固体半焦的粒径、密度，以使所述颗粒物料对所述反应物中的固体半焦进行夹带，并与所述反应物共同进入至所述一级旋风分离器。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的粉煤分级气化***及方法，通过设置加氢热转化炉、贫氧气化反应炉以及残碳燃烧氢气加热炉，首先分别将粉煤、氢气和氧气通入加氢热转化炉的反应腔中，使粉煤、氢气和氧气在加氢热转化炉的反应腔中发生加氢气化反应，然后至少将加氢气化反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的反应腔内，同时向贫氧气化反应炉的反应腔中通入氧气和水蒸气，使固体半焦在贫氧气化反应炉中发生贫氧气化反应，即，使反应活性低于原煤的固体半焦能够进一步发生反应，提高了转化率；进而将贫氧气化反应中产生的残渣通入至残碳燃烧氢气加热炉，使难以在贫氧状态下快速反应的残渣在残碳燃烧氢气加热炉的反应腔内进行富氧燃烧，使得残渣得以快速反应，即通过加氢热转化、贫氧转化以及富氧燃烧，从而使得粉煤中的各活性组分得以高效转化，从而提高了粉煤的转化效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的粉煤分级气化***的结构框图；

图2为本公开实施例所述的粉煤分级气化***的结构示意图；

图3为本公开实施例所述的粉煤分级气化方法的流程示意图。

其中，1、加氢热转化炉；11、氢气入口；12、粉煤入口；13、反应物出口；14、投放口；15、激冷气入口；16、第一氧气入口；10、出口段；2、贫氧气化反应炉；21、第二氧气入口；22、水蒸气入口；23、进料口；24、排渣口；25、出气口；3、残碳燃烧氢气加热炉；31、残渣入口；4、一级旋风分离器；41、第一入口；42、第一气体出口；43、第一固体颗粒出口；5、二级旋风分离器；51、第二入口；52、第二气体出口；53、第二固体颗粒出口；6、气体净化分离装置；61、高温气体过滤器；611、气体入口；612、第三气体出口；613、第三固体颗粒出口；62、氢气换热器；621、油品出口；622、入口；623、出口；63、气体分离器；631、氢气出口；632、甲烷出口；64、氢气压缩机；71、第一排渣装置；72、第二排渣装置；8、返料器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本公开实施例所述的粉煤分级气化***的结构框图；图2为本公开实施例所述的粉煤分级气化***的结构示意图。参照图1和图2所示，本公开实施例提供一种粉煤分级气化***，包括：加氢热转化炉1、贫氧气化反应炉2以及残碳燃烧氢气加热炉3。

其中，加氢热转化炉1具有加氢气化反应腔、供粉煤进入至加氢气化反应腔内的粉煤入口12、供氢气进入至加氢气化反应腔内的氢气入口11、供氧气进入至加氢气化反应腔内的第一氧气入口16以及供加氢气化反应腔内反应产生的反应物排出的反应物出口13。可以理解的是，加氢热转化炉1具有出口段10，反应物出口开设在该出口段10。

其中粉煤、氢气和氧气的通入量可根据实际需要进行设定。粉煤、氢气、氧气进入至加氢气化反应腔内发生加氢气化反应，反应产生的反应物由反应物出口13排出，生成的反应物包括油、气以及小颗粒的固体半焦。

贫氧气化反应炉2具有贫氧气化反应腔、供氧气进入至贫氧气化反应腔内的第二氧气入口21、供水蒸气进入至贫氧气化反应腔内的水蒸气入口22、进料口23以及排渣口24。其中，进料口23与反应物出口13连通，以至少供反应物中的固体半焦由进料口23进入至贫氧气化反应腔内。水蒸气、氧气以及固体半焦在贫氧气化反应腔内发生贫氧气化反应，也就是说，通过贫氧气化反应使得反应活性低于原煤的固体半焦得到进一步反应，生成残碳灰渣(残渣)，残碳灰渣可经排渣口24排出。

残碳燃烧氢气加热炉3具有残渣燃烧反应腔和残渣入口31，残渣入口31与排渣口24连通，以使贫氧气化反应腔内反应产生的残渣依次经排渣口24和残渣入口31进入至残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。由于残渣难以在贫氧状态下快速反应，通过将残渣通入至残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧，使残渣得以快速反应。

具体实现时，可以在贫氧气化反应炉2的排渣口24与所述残碳燃烧氢气加热炉3的残渣入口31之间设置第一排渣装置71，通过第一排渣装置71对从排渣口24排出的残渣进行减压，进而将残渣由残渣入口31送入至残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧，富氧燃烧产生的热量可进一步被利用。当然，在其他实现方式中，也可以不设置第一排渣装置71，比如直接通过管道将排渣口24与残渣入口31连通。

本实施例提供的粉煤分级气化***，通过设置加氢热转化炉1、贫氧气化反应炉2以及残碳燃烧氢气加热炉3，首先分别将粉煤、氢气和氧气通入加氢热转化炉1的反应腔中，使粉煤、氢气和氧气在加氢热转化炉1中发生加氢气化反应，然后至少将加氢气化反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉2的反应腔内，同时向贫氧气化反应炉2的反应腔中通入氧气和水蒸气，使固体半焦在贫氧气化反应炉2中发生贫氧气化反应，即，使反应活性低于原煤的固体半焦能够进一步发生反应，提高了转化率；进而将贫氧气化反应中产生的残渣通入至残碳燃烧氢气加热炉3，使难以在贫氧状态下快速反应的残渣在残碳燃烧氢气加热炉3的反应腔内进行富氧燃烧，使得残渣得以快速反应，即通过加氢热转化、贫氧转化以及富氧燃烧，从而使得粉煤中的各活性组分得以高效转化，从而提高了粉煤的转化效率。

具体实现时，加氢热转化炉1可以为气流床反应器。在本实施例中，加氢热转化炉1的出口段10形成为缩颈状，可以理解的是，出口段10处的内径小于反应腔其他部分的内径。也就是说，通过减小出口段内径，增加了反应物的流出速度。

其中，可以在出口段10处开设可供激冷气进入的激冷气入口15，通过激冷气入口15向出口段10内通入激冷气，从而可控制加氢热转化炉1出口处的温度，以终止加氢气化反应。

在一些实施例中，该粉煤分级气化***还包括：一级旋风分离器4，一级旋风分离器4具有第一入口41、第一固体颗粒出口43和第一气体出口42。第一入口41与反应物出口13连通，第一固体颗粒出口43与进料口23连通。一级旋风分离器4用于至少对反应物进行分离，分离后的气体由第一气体出口42排出，捕集到的固体颗粒依次通过第一固体颗粒出口43和进料口23进入贫氧气化反应腔内，其中，固体颗粒包括固体半焦。

由于加氢气化反应生成的反应物中的固体半焦的粒径较小，为了使得一级旋风分离器4能够更加有效的对固体半焦进行捕集，在一些实施例中，还包括与第一入口41连通的用于投放颗粒物料的投放口14，颗粒物料的粒径、密度均大于固体半焦的粒径、密度。比如，颗粒物料可以是石灰石、石英砂等高密度颗粒。示例性的，颗粒物料的粒径为0.1mm～5mm，固体半焦的粒径小于100μm。

大粒径颗粒物料用于对固体半焦进行夹带，以和固体半焦共同进入至一级旋风分离器4，并被一级旋风分离器4捕集后依次通过第一固体颗粒出口43和进料口23进入至贫氧气化反应腔内。也就是说，颗粒物料用于降低固体半焦与气体的分离难度，通过“以大带小”的“夹带式”颗粒分离方法，充分利用大颗粒物料易于捕集的特点，使得固体半焦能够有效的被一级旋风分离器4捕集，进而尽可能多的进入至贫氧气化反应腔内进行进一步反应转化。也就是说，借助大颗粒“粒径大、密度高”的特点，小颗粒的固体半焦将被夹带进入一级旋风分离器4的旋风料腿，提高分离效率。

当大颗粒物料与小颗粒的固体半焦通过一级旋风分离器4时，大颗粒物料夹带小颗粒固体半焦被捕集下来，进入一级旋风分离器4的料腿，从而大颗粒可在料腿内建议有效密封，克服了小颗粒的固体半焦因密度小而无法建立有效料腿密封的难题，保证了料腿正常返料所需要的料封。

具体实现时，贫氧气化反应炉2可选用循环流化床，循环流化床将进入其内的固体半焦进行气化，反应后的残渣以灰为主，残渣密度的提高降低了排放物料的体积，从而降低了设备尺寸和排放难度。其中，大颗粒物料在循环流化床内起到阻挡小颗粒的固体半焦随气体带出的作用，优化了循环流化床内的流化状态，延长了小颗粒的固体半焦在循环流化床内的停留时间，提高了固体半焦贫氧气化的转化率。

在本实施例中，较为优选的，投放口14具体可设置在加氢热转化炉1的出口段10，且与反应物出口13连通，以使由投放口14投入的颗粒物料与反应物共同由第一入口41进入至一级旋风分离器4。通过将投放口14设置在加氢热转化炉1的出口段10，使得由投放口14投入的颗粒物料不仅能起到对反应物中的固体半焦进行夹带的作用，还能够起到对出口段10降温的作用，从而可减少激冷气的使用，在一定程度上节省了成本。

当然，在其他实现方式中，投放口14也可以设置在一级旋风分离器4的第一入口41处。

进一步地，在一些实施例中，粉煤分级气化***还包括气体净化分离装置6。其中，气体净化分离装置6具有气体入口611和氢气出口631，气体入口611分别与第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25连通，氢气出口631与氢气入口11连通。气体净化分离装置6用于对由气体入口611进入的气体进行净化分离，分离出的氢气由氢气出口排出，并经氢气入口11进入至加氢气化反应腔内。

也就是说，通过设置气体净化分离装置6，对从一级旋风分离器4的第一气体出口42排出的气体、从贫氧气化反应腔的出气口25排出的气体进行净化分离，使分离出的氢气由氢气入口11进入加氢热转化炉1的加氢气化反应腔内，从而为加氢热转化炉1提供反应气体源。从而无需额外设置氢气供给源，而直接利用气体净化分离装置6分离出的氢气为加氢气化反应腔内提供氢气，使得氢气得以有效利用。

具体地，可使氢气出口631与残渣燃烧反应腔连通，残渣燃烧反应腔与氢气入口11连通，以使经氢气出口631排出的氢气进入至残渣燃烧反应腔内，被残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经氢气入口11进入至加氢气化反应腔内。可以理解的是，残渣在残渣燃烧反应腔内燃烧产生热量，由氢气出口631排出的氢气进入至残渣燃烧反应腔内，残渣燃烧反应腔内的热量与氢气进行热交换，即，对氢气进行加热，加热后的氢气从残渣燃烧反应腔内排出，由氢气入口11进入至加氢气化反应腔内，从而使得进入至加氢气化反应腔内的氢气具有一定的热量，进一步保证了加氢气化反应腔内的有效反应。

在本实施例中，一级旋风分离器4与气体净化分离装置6之间还设置有二级旋风分离器5。其中，二级旋风分离器5具有第二入口51、第二固体颗粒出口53和第二气体出口52。第二入口51分别与第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25连通，第二气体出口52与气体入口611连通，第二固体颗粒出口53与贫氧气化反应腔连通。二级旋风分离器5用于对由第二入口51进入的气体进行分离，分离后的气体依次经第二气体出口52和气体入口611进入至气体净化分离装置6，捕集到的固体颗粒经第二固体颗粒出口53进入至贫氧气化反应腔。

也就是说，一级旋风分离器4分离出的气体以及由贫氧气化反应炉2的出气口25排出的气体先由第二入口51进入至二级旋风分离器5，二级旋风分离器5对进入其的气体进行分离，即，未反应的小颗粒固体半焦以及部分夹带的大颗粒物料进入二级旋风分离器5，进行二次捕集，捕集到的固体颗粒重新送入至贫氧气化反应腔。具体可在第二固体颗粒出口53与贫氧气化反应腔之间设置返料器8，捕集到的颗粒经返料器8重新送入贫氧气化反应腔，从而提高气化效率。未被二级旋风分离器5捕集下来的细小颗粒则由第二气体出口52进入气体净化分离装置6。

其中，气体净化分离装置6具体可包括：高温气体过滤器61、氢气换热器62以及气体分离器63。

高温气体过滤器61具有气体入口611、第三气体出口612以及第三固体颗粒出口613。可以理解的是，高温气体过滤器61的气体入口611形成为气体净化分离装置6的气体入口611。第三固体颗粒出口613与残渣燃烧反应腔连通。可以理解的是，高温气体过滤器61的气体入口611分别与一级旋风分离器4的第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25连通。参照图2所示，在本实施例中，高温气体过滤器61的气体入口611具体与二级旋风分离器5的第二气体出口52连通。可以理解的是，由于二级旋风分离器5的第二入口51分别与一级旋风分离器4的第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25连通，而高温气体过滤器61的气体入口611与二级旋风分离器5的第二气体出口52连通，也就是说，高温气体过滤器61的气体入口611间接与一级旋风分离器4的第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25连通。

高温气体过滤器61用于对由气体入口611进入的气体进行过滤，过滤后的固体颗粒经第三固体颗粒出口613进入至残渣燃烧反应腔，过滤后的气体由第三气体出口612进入至氢气换热器62。可以理解的是，高温气体过滤器61可对进入的气体进行精除尘，高温气体过滤器61捕集下来的固体颗粒反应性过低，不再适宜作为贫氧气化原料，将与残碳灰渣一起被送入残碳燃烧氢气加热炉3。

具体实现时，可以在第三固体颗粒出口613与残碳燃烧氢气加热炉3之间设置第二排渣装置72，通过第二排渣装置72可对从第三固体颗粒出口613排出的残渣进行减压，进而将残渣由残渣入口31送入至残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧，从而使残渣进一步反应，进一步提高转化率。其中，富氧燃烧产生的热量可进一步被利用，比如，将氢气出口与残渣燃烧反应腔连通，将残渣燃烧反应腔与氢气入口11连通，富氧燃烧产生的热量可对进入至残渣燃烧反应腔的氢气进行加热，使得氢气在残渣燃烧反应腔换热后，进入至加氢热转化炉1中，提高了加氢热转化炉1中的反应速度。当然，也可以不设置排渣装置，比如直接将第三固体颗粒出口613通过管道与残渣入口31连通。

也就是说，经一级旋风分离器4的第一气体出口42和贫氧气化反应腔的出气口25排出的气体先经过二级旋风分离器5进行分离，然后经二级旋风分离器5分离出的气体再进入至高温气体过滤器61进行过滤。通过多级分离，使得各活性组分被进一步转化，提高了气化效率。

其中，氢气换热器62分别与第三气体出口612和气体分离器63连通。氢气换热器62用于对第三气体出口612排出的气体进行降温，以分离出油品，且使分离出油品的气体进入至气体分离器63。具体地，氢气换热器62的入口与高温气体过滤器61的第三气体出口612连通，氢气换热器62的出口与气体分离器63连通，氢气换热器62具有油品出口621。经高温气体过滤器61过滤后的气体进入至氢气换热器62中，气体被降温，此时油品被分离出来，油品具体可以为芳烃油品，芳烃油品可以从油品出口621排出，进一步被收集。被分离出油品的气体向氢气换热器62的出口流动，由氢气换热器62的出口进入至气体分离器63中。

气体分离器63用于对分离出油品的气体进行分离，以获得甲烷和氢气。气体分离器63具有氢气出口631和甲烷出口632。分离出的甲烷可由甲烷出口632排出，分离出的氢气可由氢气出口631排出。

在一种可行的实现方式中，氢气换热器62内具有氢气通道，氢气出口631与氢气通道的入口622连通，氢气通道的出口623与残渣燃烧反应腔连通，残渣燃烧反应腔与氢气入口11连通，以使氢气出口排放的氢气经氢气换热器62换热后进入至残渣燃烧反应腔，被残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经氢气入口11进入至加氢气化反应腔内。也就是说，经气体分离器63分离出的氢气进入至氢气通道中，由于氢气换热器62中流入有经高温气体过滤器61分离出的气体，经高温气体过滤器61分离出的气体具有一定的热量，该热量在氢气换热器62中与进入至氢气通道中的氢气进行换热，即，对进入氢气通道中的氢气进行加热，加热后的氢气进入至残碳燃烧氢气加热炉3内，残渣燃烧反应腔内富氧燃烧产生的热量可进一步对进入其的氢气进行加热，被进一步加热后的氢气最终由氢气入口11进入至加氢热转化炉1中作为氢气源参与加氢气化反应，从而使氢气得以有效利用，无需额外设置专门的氢气源为加氢热转化炉1提供氢气来源，进一步节省了资源。

具体实现时，可以在气体分离器63与氢气换热器62之间设置有氢气压缩机64。氢气压缩机64分别与氢气出口和氢气通道的入口连通。氢气压缩机64用于对从氢气出口排出的氢气进行压缩，并将压缩后的氢气输送至氢气通道。

在另一种可实现的方式中，可直接将氢气出口与氢气入口11连通，使得从氢气出口排出的氢气直接被送入加氢热转化炉1中作为反应所需要的氢气。

下面通过具体的示例对本公开实施例提供的粉煤分级气化***进行进一步说明：

常温的原料粉煤(平均粒径为30-60μm)、高温的氢气、氧气分别通过粉煤入口12、氢气入口11、第一氧气入口16加入加氢热转化炉1，在加氢热转化炉1中发生加氢反应，反应温度为700-900℃，反应压力为5-7MPa，生成气态的油、气以及小颗粒的固体半焦。在加氢热转化炉1出口段设计了激冷手段，大粒径的颗粒物料(可以是石灰石、石英砂等高密度颗粒)由投放口14加入，大颗粒物料一方面用于夹带小颗粒的固体半焦，另一方面可以起到激冷降温的作用，通过通入激冷气，增加出口段10温度控制的灵活度。将加氢热转化炉1的出口段10设置为缩颈状，通过减小该段内径，增加流速，保证大颗粒物料可以夹带小颗粒的固体半焦一同进入后***。

夹带固体颗粒的气体首先进入一级旋风分离器4，固体颗粒将在这里被捕集，并被送入贫氧气化反应炉2，贫氧气化反应炉2可选用高倍率循环流化床，大颗粒物料在流化床内停留保证床层反应温度的稳定，保证气化效率，流化床的操作以所加入大颗粒物料的流化状态选择流化气速，小颗粒的固体半焦在穿过床层的过程中与加入的氧气和水蒸气发生贫氧气化，气化温度为900-1000℃。未反应的小颗粒固体半焦以及部分夹带的大颗粒物料进入二级旋风分离器5，进行二次捕集，捕集到的颗粒经返料器8重新送入贫氧气化反应炉2，用以提高气化效率。未被二级旋风分离器5捕集下来的细小颗粒则进入到高温气体过滤器61中完成精除尘，高温气体过滤器61中捕集到的颗粒反应性过低，不再适宜作为贫氧气化原料，将与残碳灰渣一起被送入残碳燃烧氢气加热炉3。贫氧气化反应炉2中气化后的残碳灰渣由第一排渣装置71，减压至低压，送至残碳燃烧氢气加热炉3，经过富氧燃烧过程，将残碳转化为热能用于加氢热转化反应用氢气。

经高温气体过滤器61除尘后的高温气体则进入氢气换热器62，氢气换热器62一方面将高温气体温度降低至40℃以下，分离获得芳烃油品。分离出油品的气体则进入气体分离器63，获得甲烷产品和氢气。同时分离出的氢气则通过氢气压缩机64加压后进入氢气换热器62，氢气换热器62另一方面对进入的氢气加热至200℃。

加氢热转化炉1内的反应一般需要比较高温度(比如1100℃左右)的氢气参与反应，在本实施例中，这些高温氢气可由三步获得，第一步由氢气换热器62实现，氢气换热器62对气体分离器63分离出的氢气进行换热，比如将氢气温度提高至200℃，第二步由残碳燃烧氢气加热炉3完成，对由氢气换热器62进入至残碳燃烧氢气加热炉3内的氢气进行热交换，比如将氢气加热至450-500℃，第三步由加氢热转化炉1内完成，通过燃烧氢气将氢气自身温度提高至1100℃，从而满足工艺需求。

参照图3所示，本公开实施例还提供一种粉煤分级气化方法，该方法可以由上述实施例的粉煤分级气化***的部分或者全部执行，以提高粉煤的转化率。

结合图1至图3所示，下面通过具体的实施例对该粉煤分级气化方法进行说明，该方法具体包括：

S101、向加氢热转化炉1的加氢气化反应腔内通入粉煤、氢气以及氧气，以使粉煤、氢气以及氧气在加氢气化反应腔内发生气化反应。

S102、至少将加氢气化反应腔内反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的贫氧气化反应腔内，并向贫氧气化反应腔内通入氧气和水蒸气，以使氧气、水蒸气以及固体半焦在贫氧气化反应腔内进行贫氧气化反应；

S103、将贫氧气化反应腔内反应得到的残渣通入残碳燃烧氢气加热炉的残渣燃烧反应腔，以使残渣在残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。

本公开提供的粉煤分级气化方法，首先分别将粉煤、氢气和氧气通入加氢热转化炉1中，使粉煤、氢气和氧气在加氢热转化炉1中发生加氢气化反应，然后至少将加氢气化反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉2的反应腔内，同时向贫氧气化反应炉2的反应腔中通入氧气和水蒸气，使固体半焦在贫氧气化反应炉2中发生贫氧气化反应，即，使反应活性低于原煤的固体半焦能够进一步发生反应；进而将贫氧气化反应中产生的残渣通入至残碳燃烧氢气加热炉3，使难以在贫氧状态下快速反应的残渣在残碳燃烧氢气加热炉3的反应腔内进行富氧燃烧，使得残渣得以快速反应，即通过加氢热转化、贫氧转化以及富氧燃烧，从而使得粉煤中的各活性组分得以高效转化，从而提高了粉煤的转化效率。

进一步地，上述步骤S102具体包括：

首先至少将反应物通入一级旋风分离器4，以使一级旋风分离器4至少对反应物进行分离。

在该步骤中，具体地，可以向与一级旋风分离器4的第一入口41连通的投放口14中投入颗粒物料，以使颗粒物料对反应物中的固体半焦进行夹带，并与反应物共同进入至一级旋风分离器4，一级旋风分离器4对进入其的气体进行分离，分离后的气体经一级旋风分离器4的第一气体出口42排出。由于颗粒物料的粒径、密度均大于固体半焦的粒径、密度，从而降低了固定半焦与气体的分离难度。

然后将一级旋风分离器4捕集到的固体颗粒通入贫氧气化反应腔内，此时进入至贫氧气化反应腔内的固体颗粒包括固体半焦和颗粒物料。

具体的技术特征与上述实施例相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述。具体可参照上述实施例的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种粉煤分级气化***，其特征在于，包括加氢热转化炉(1)、贫氧气化反应炉(2)以及残碳燃烧氢气加热炉(3)；

所述加氢热转化炉(1)具有加氢气化反应腔、供粉煤进入至所述加氢气化反应腔内的粉煤入口(12)、供氢气进入至所述加氢气化反应腔内的氢气入口(11)、供氧气进入至所述加氢气化反应腔内的第一氧气入口(16)以及供所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物排出的反应物出口(13)；

所述贫氧气化反应炉(2)具有贫氧气化反应腔、供氧气进入至所述贫氧气化反应腔内的第二氧气入口(21)、供水蒸气进入至所述贫氧气化反应腔内的水蒸气入口(22)、进料口(23)以及排渣口(24)；所述进料口(23)与所述反应物出口(13)连通，以至少供所述反应物中的固体半焦进入至所述贫氧气化反应腔内；

所述残碳燃烧氢气加热炉(3)具有残渣燃烧反应腔和残渣入口(31)，所述残渣入口(31)与所述排渣口(24)连通，以使所述贫氧气化反应腔内反应产生的残渣依次经所述排渣口(24)和所述残渣入口(31)进入至所述残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。

2.根据权利要求1所述的粉煤分级气化***，其特征在于，还包括一级旋风分离器(4)；

所述一级旋风分离器(4)具有第一入口(41)、第一固体颗粒出口(43)和第一气体出口(42)；所述第一入口(41)与所述反应物出口(13)连通，所述第一固体颗粒出口(43)与所述进料口(23)连通；所述一级旋风分离器(4)用于至少对所述反应物进行分离，分离后的气体由所述第一气体出口(42)排出，捕集到的固体颗粒依次通过所述第一固体颗粒出口(43)和所述进料口(23)进入所述贫氧气化反应腔内，其中，所述固体颗粒包括所述固体半焦。

3.根据权利要求2所述的粉煤分级气化***，其特征在于，还包括与所述第一入口(41)连通的用于投放颗粒物料的投放口(14)，所述颗粒物料的粒径、密度均大于所述固体半焦的粒径、密度；

所述颗粒物料用于对所述固体半焦进行夹带，以和所述固体半焦共同进入至所述一级旋风分离器(4)，并被所述一级旋风分离器(4)捕集后依次通过所述第一固体颗粒出口(43)和所述进料口(23)进入至所述贫氧气化反应腔内。

4.根据权利要求3所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述投放口(14)设置在所述加氢热转化炉(1)的出口段(10)，且与所述反应物出口(13)连通，以使由所述投放口(14)投入的所述颗粒物料与所述反应物共同由所述第一入口(41)进入至所述一级旋风分离器(4)。

5.根据权利要求1至4任一项所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述加氢热转化炉(1)的出口段(10)形成为缩颈状，所述出口段(10)开设有激冷气入口(15)。

6.根据权利要求2至4任一项所述的粉煤分级气化***，其特征在于，还包括气体净化分离装置(6)；

所述气体净化分离装置(6)具有气体入口(611)和氢气出口(631)，所述气体入口(611)分别与所述第一气体出口(42)和所述贫氧气化反应腔的出气口(25)连通，所述氢气出口(631)与所述氢气入口(11)连通；所述气体净化分离装置(6)用于对由所述气体入口(611)进入的气体进行净化分离，分离出的氢气由所述氢气出口(631)排出，并经所述氢气入口(11)进入至所述加氢气化反应腔内。

7.根据权利要求6所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述氢气出口(631)与所述残渣燃烧反应腔连通，所述残渣燃烧反应腔与所述氢气入口(11)连通，以使经所述氢气出口(631)排出的氢气进入至所述残渣燃烧反应腔内，被所述残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经所述氢气入口(11)进入至所述加氢气化反应腔内。

8.根据权利要求6所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述一级旋风分离器(4)与所述气体净化分离装置(6)之间还设置有二级旋风分离器(5)；

所述二级旋风分离器(5)具有第二入口(51)、第二固体颗粒出口(53)和第二气体出口(52)；所述第二入口(51)分别与所述第一气体出口(42)和所述贫氧气化反应腔的出气口(25)连通，所述第二气体出口(52)与所述气体入口(611)连通，所述第二固体颗粒出口(53)与所述贫氧气化反应腔连通；所述二级旋风分离器(5)用于对由所述第二入口(51)进入的气体进行分离，分离后的气体依次经所述第二气体出口(52)和所述气体入口(611)进入至所述气体净化分离装置(6)，捕集到的固体颗粒经所述第二固体颗粒出口(53)进入至所述贫氧气化反应腔。

9.根据权利要求6所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述气体净化分离装置(6)包括高温气体过滤器(61)、氢气换热器(62)以及气体分离器(63)；

所述高温气体过滤器(61)具有所述气体入口(611)、第三气体出口(612)以及第三固体颗粒出口(613)；所述第三固体颗粒出口(613)与所述残渣燃烧反应腔连通；所述氢气换热器(62)分别与所述第三气体出口(612)和所述气体分离器(63)连通；

所述高温气体过滤器(61)用于对由所述气体入口(611)进入的气体进行过滤，过滤后的固体颗粒经所述第三固体颗粒出口(613)进入至所述残渣燃烧反应腔，过滤后的气体由所述第三气体出口(612)进入至所述氢气换热器(62)；所述氢气换热器(62)用于对所述第三气体出口(612)排出的气体进行降温，以分离出油品，且使分离出油品的气体进入至所述气体分离器(63)；所述气体分离器(63)用于对所述分离出油品的气体进行分离，以获得甲烷和氢气，所述气体分离器(63)具有可供所述氢气排出的所述氢气出口(631)。

10.根据权利要求9所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述氢气换热器(62)内具有氢气通道；

所述氢气出口(631)与所述氢气通道的入口(622)连通，所述氢气通道的出口(623)与所述残渣燃烧反应腔连通，所述残渣燃烧反应腔与所述氢气入口(11)连通，以使所述氢气出口(631)排放的氢气经所述氢气换热器(62)换热后进入至所述残渣燃烧反应腔，被所述残渣燃烧反应腔内的热量加热后，经所述氢气入口(11)进入至所述加氢气化反应腔内。

11.根据权利要求10所述的粉煤分级气化***，其特征在于，所述气体分离器(63)与所述氢气换热器(62)之间还设置有氢气压缩机(64)；

所述氢气压缩机(64)分别与所述氢气出口(631)和所述氢气通道的入口(622)连通；所述氢气压缩机(64)用于对从所述氢气出口(631)排出的氢气进行压缩，并将压缩后的氢气输送至所述氢气通道。

12.一种利用如权利要求1至11任一项所述的粉煤分级气化***进行粉煤分级气化的方法，其特征在于，所述方法包括：

向加氢热转化炉的加氢气化反应腔内通入粉煤、氢气以及氧气，以使所述粉煤、所述氢气以及所述氧气在所述加氢气化反应腔内发生气化反应；

至少将所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的贫氧气化反应腔内，并向所述贫氧气化反应腔内通入氧气和水蒸气，以使所述氧气、所述水蒸气以及所述固体半焦在所述贫氧气化反应腔内进行贫氧气化反应；

将所述贫氧气化反应腔内反应得到的残渣通入残碳燃烧氢气加热炉的残渣燃烧反应腔，以使所述残渣在所述残渣燃烧反应腔内进行富氧燃烧。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少将所述加氢气化反应腔内反应产生的反应物中的固体半焦通入贫氧气化反应炉的贫氧气化反应腔内的步骤包括：

至少将所述反应物通入一级旋风分离器，以使所述一级旋风分离器至少对所述反应物进行分离；

将一级旋风分离器捕集到的固体颗粒通入所述贫氧气化反应腔内，所述固体颗粒包括所述固体半焦。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少将所述反应物通入一级旋风分离器，以使所述一级旋风分离器对所述反应物进行分离的步骤包括：

向与所述一级旋风分离器的第一入口连通的投放口中投入颗粒物料，所述颗粒物料的粒径、密度均大于所述固体半焦的粒径、密度，以使所述颗粒物料对所述反应物中的固体半焦进行夹带，并与所述反应物共同进入至所述一级旋风分离器。

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