CN210656802U - 一种碳氢物料热解与气化耦合装置 - Google Patents

一种碳氢物料热解与气化耦合装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种碳氢物料热解与气化耦合装置,所述装置包括立管式热解反应器、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管和第二气固分离单元;第一气固分离单元的下部出口独立地与气化单元的入口和循环粉焦提升管的入口相连,气化单元上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器相连,另一支与循环粉焦提升管、第二气固分离单元依次相连,第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器相连。本实用新型通过对碳氢物料进行热解、气化处理,得到的部分合成气作为气体热载体,并加热剩余的粉焦作为固体热载体,为热解反应提供热量,实现热量综合高效利用,同时极大提高了煤气和焦油产品的收率。

Description

一种碳氢物料热解与气化耦合装置
技术领域
本实用新型属于碳氢物料加工技术领域,涉及一种碳氢物料热解与气化耦合装置。
背景技术
随着能源短缺和环境污染问题的日趋严峻,发展清洁、高效利用化工原料的技术成为人们的共识。在化工原料结构中,碳氢物料占很大比重,其中尤以煤炭为主,因此开发和推广洁净煤技术,实现煤炭资源的分级转化、合理有效利用成为研究的热点。通过热解工艺从碳氢物料中提取高附加值化学品和油品是提高有机物利用价值的一种重要技术。
目前,煤热解主要分为块煤热解和粉煤热解,其中块煤热解技术相对成熟,如采用立式炭化炉,但要求原料煤的块度较大;然而随着煤炭开采机械化程度的提高,粉煤产量逐年增加,价格较低,且粉煤运输困难,尚无较好的利用途径,因而粉煤热解应运而生,成为近些年研究的热点。粉煤热解会产生大量高温粉焦,如何实现粉焦的高效利用是粉煤热解技术发展的一大难题。
煤的单一利用技术,如煤热解、气化、液化、焦化和燃烧等,都会存在各自的缺陷,因此各处理技术耦合使用,可以有效提高煤的利用效率,减少有害副产物的排放。CN105001890A公开了一种煤化工加氢热解工艺及***,所述工艺包括预热、煤加氢热解、煤气除尘后气液分离,得到气态产物和液态产物,并将热解产物充分利用,同时热解时生成的半焦进入焦加氢气化炉,但是该半焦并未再用于热解过程,而是额外进行加氢气化,不利于煤化工加氢热解工艺整体效率的提高以及成本的降低。
CN 108102721A公开了一种粉煤加氢热解与气化一体化***及处理方法,所述***包括进料单元、反应单元和分离单元,其中反应单元包括提升管反应器和气化炉,分离单元包括气固分离装置和油气分离装置,但该装置将全部粉焦均用于气化反应,粉焦的利用率低,造成产品收率偏低,而且粉焦燃烧不充分,使得剩余的细颗粒进入提升管反应器,影响后续的分离过程。
综上所述,对于碳氢物料的热解与气化利用,还需要在粉焦返回及进一步利用上作出改进,以实现物料向气、液产品的全部转化,同时提高热量及原料利用效率。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题,本实用新型的目的在于提供一种碳氢物料热解与气化耦合装置,所述装置通过对碳氢物料热解后得到的部分粉焦进一步气化,不仅提高了产物收率,得到的合成气还可作为气体热载体,并加热剩余的粉焦作为固体热载体,共同为快速热解反应提供热量,实现热量综合高效利用。
为达此目的,本实用新型采用以下技术方案:
本实用新型提供了一种碳氢物料热解与气化耦合装置,所述装置包括立管式热解反应器、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管和第二气固分离单元;
所述立管式热解反应器的出口与第一气固分离单元的入口相连,所述第一气固分离单元的一个下部出口与气化单元的入口相连,所述第一气固分离单元的另一个下部出口与循环粉焦提升管的入口相连,所述气化单元的上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器的入口相连,另一支与循环粉焦提升管的入口相连,循环粉焦提升管的出口与第二气固分离单元的入口相连,所述第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器的入口相连。
本实用新型中,碳氢物料热解后产生的粉焦一部分进行气化,生成合成气,合成气一部分作为产物采出,另一部分则分两路返回,一是作为气体热载体与立管式热解反应器相连,二是与循环粉焦在循环粉焦提升管中进行换热,快速升温后再次分离作为固体热载体,气体热载体和固体热载体共同提供热解所需的热量,实现热量综合高效利用,降低能耗成本。
以下作为本实用新型优选的技术方案,但不作为本实用新型提供的技术方案的限制,通过以下技术方案,可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。
本实用新型中,碳氢物料包括煤炭、油页岩、油砂或生物质中任意一种。
本实用新型中,采用立管式热解反应器进行热解反应,其反应温度为500~600℃,例如500℃、520℃、540℃、550℃、560℃、580℃或600℃等,反应压力为0~4.0MPaG,例如0MPaG、0.5MPaG、1.0MPaG、1.5MPaG、2.0MPaG、2.5MPaG、3.0MPaG、3.5MPaG或4.0MPaG等,反应时间为0.5~5s,例如0.5s、1s、2s、3s、4s或5s等。
作为本实用新型优选的技术方案,所述第一气固分离单元包括沉降器,所述沉降器内设有旋风分离器。
本实用新型中,碳氢物料热解生成油气产物和粉焦,采用沉降器进行气固分离,尤其是沉降器内设有旋风分离器,根据物料处理量及产物所需分离程度,可以设置多级串联的旋风分离器,以达到分离要求。
作为本实用新型优选的技术方案,所述第一气固分离单元还设有下部采出口,所述下部采出口连接有粉焦采出管路。
本实用新型中,气固分离后沉降器底部得到的粉焦部分循环作为固体热载体,另一部分进入气化单元,根据需要也可以部分粉焦冷却后作为产品送出装置。
作为本实用新型优选的技术方案,所述气化单元包括粉焦进料器和粉焦气化炉,所述第一气固分离单元的底部出口与粉焦进料器的入口相连,所述粉焦进料器的出口与粉焦气化炉的入口相连。
本实用新型中,所选装置中立管式热解反应器对碳氢物料的粒度要求与粉焦气化炉对粉焦的的粒度要求相匹配,因此,先对碳氢物料进行合适的粒度调整后,粉焦在进入气化炉前,就无需再进行粒度调整。
本实用新型中,粉焦气化炉中的反应温度为800~1600℃,例如800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃或1600℃等,反应压力为0~9.0MPaG,例如0MPaG、1.0MPaG、2.0MPaG、3.0MPaG、4.0MPaG、5.0MPaG、7.0MPaG或9.0MPaG等。
作为本实用新型优选的技术方案,所述粉焦气化炉的上部出口还连接有合成气采出管路。
本实用新型中,粉焦气化炉中加入气化剂,与粉焦发生气化反应,生成的合成气一部分作为气体热载体进入立管式热解反应器,合成气热载体的流量为200~900Nm3/t原料,例如200Nm3/t原料、300Nm3/t原料、400Nm3/t原料、500Nm3/t原料、600Nm3/t原料、800Nm3/t原料或900Nm3/t原料等,一部分作为热源进入循环粉焦提升管加热固体热载体,其余部分送至下游进行合成气利用;气化反应剩余的灰渣自底部排出。其中,所用气化剂的种类包括氧气和/或水蒸气。
作为本实用新型优选的技术方案,所述循环粉焦提升管还设有含氧气体入口。
本实用新型中,循环粉焦与高温气体换热至650~750℃,例如650℃、660℃、680℃、700℃、720℃、740℃或750℃等,产生固体热载体,固体热载体的循环比为2~9,例如2、3、4、5、6、7、8或9等,该循环比是指进入立管式热解反应器的固体热载体与碳氢物料的质量比例。
换热气体除了选择气化反应得到的合成气,若合成气的量不足,也可以选择自热方式,通入空气或氧气,与粉焦发生燃烧反应升温,两种方式可以组合使用。
作为本实用新型优选的技术方案,所述第二气固分离单元包括固体热载体储存装置,所述固体热载体储存装置内设有旋风分离器。
本实用新型中,粉焦与合成气换热后,还需要进行分离,分离出的固体作为热载体进入立管式热解反应器提供热量,气体自固体热载体储存装置顶部流出送至下游进行合成气利用。
作为本实用新型优选的技术方案,所述固体热载体储存装置的下部设有流化气入口。
本实用新型中,固体热载体储存装置还可通入流化气,如空气或氧气,进行部分燃烧反应,降低循环粉焦提升管的尺寸。
作为本实用新型优选的技术方案,所述装置还包括原料进料器,所述原料进料器与立管式热解反应器的入口相连。
作为本实用新型优选的技术方案,所述装置还包括分馏单元或油气气化单元,所述第一气固分离单元的上部出口与分馏单元或油气气化单元的入口相连。
本实用新型中,热解反应后气固分离得到的油气产物进入分馏单元或油气气化单元,若采用分馏单元中可以将油气产物分馏得到煤气、煤焦油及污水,若采用油气气化单元,则可以转化为合成气,根据实际需要进行选择。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
(1)本实用新型所述装置通过对碳氢物料热解后得到的部分粉焦进一步气化,得到的部分合成气作为气体热载体,并加热剩余的粉焦作为固体热载体,共同为快速热解反应提供热量,实现热量综合高效利用;
(2)本实用新型所述装置通过对碳氢物料进行热解、气化处理,并进行气、固热载体循环,极大地提高了煤气和焦油产品的产率和品质,焦油产率可以达到17%以上,煤气产率可达800~1300Nm3/t原料;
(3)本实用新型循环粉焦提升管的使用,加快了粉焦载体的升温速率,降低了固体热载体储存装置的尺寸,降低了装置成本,提高了单套装置的处理能力。
附图说明
图1是本实用新型实施例1提供的粉煤热解与气化耦合装置的结构示意图;
其中,1-原料进料器,2-立管式热解反应器,3-沉降器,4-粉焦进料器,5-粉焦气化炉,6-分馏单元,7-循环粉焦提升管,8-固体热载体储存装置。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型,便于理解本实用新型的技术方案,下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实施例仅是本实用新型的简易例子,并不代表或限制本实用新型的权利保护范围,本实用新型保护范围以权利要求书为准。
本实用新型具体实施方式部分提供了一种碳氢物料热解与气化耦合装置,所述装置包括立管式热解反应器2、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管7和第二气固分离单元;
所述立管式热解反应器2的出口与第一气固分离单元的入口相连,所述第一气固分离单元的一个下部出口与气化单元的入口相连,所述第一气固分离单元的另一个下部出口与循环粉焦提升管7的入口相连,所述气化单元的上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器2的入口相连,另一支与循环粉焦提升管7的入口相连,循环粉焦提升管7的出口与第二气固分离单元的入口相连,所述第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器2的入口相连。
以下为本实用新型典型但非限制性实施例:
实施例1:
本实施例提供了一种粉煤热解与气化耦合装置,所述装置的结构示意图如图1所示,包括立管式热解反应器2、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管7和第二气固分离单元;
所述立管式热解反应器2的出口与第一气固分离单元的入口相连,所述第一气固分离单元的一个下部出口与气化单元的入口相连,所述第一气固分离单元的另一个下部出口与循环粉焦提升管7的入口相连,所述气化单元的上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器2的入口相连,另一支与循环粉焦提升管7的入口相连,循环粉焦提升管7的出口与第二气固分离单元的入口相连,所述第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器2的入口相连。
所述第一气固分离单元包括沉降器3,所述沉降器3内设有两级串联的旋风分离器;所述沉降器3还设有下部采出口,所述下部采出口连接有粉焦采出管路。
所述气化单元包括粉焦进料器4和粉焦气化炉5,所述沉降器3的底部出口与粉焦进料器4的入口相连,所述粉焦进料器4的出口与粉焦气化炉5的入口相连;所述粉焦气化炉5的上部出口还连接有合成气采出管路。
所述第二气固分离单元包括固体热载体储存装置8,所述固体热载体储存装置8内设有两级串联的旋风分离器;所述固体热载体储存装置8的下部设有流化气入口,上部设有气体出口。
所述装置还包括原料进料器1,所述原料进料器1与立管式热解反应器2的入口相连。
所述装置还包括分馏单元6,所述第一气固分离单元的上部出口与分馏单元6的入口相连。
采用本实施例中的装置进行粉煤的热解与气化,粉煤经原料进料器1进入立管式热解反应器2发生热解反应,反应温度为600℃,压力为0.5MPaG,时间为5s;反应产物经气固分离,部分粉焦固体进入粉焦气化炉5发生气化反应,反应温度为1500℃,压力为1MPaG,反应得到的合成气除了部分采出外,其余部分分两支,一支返回立管式热解反应器2作为气体热载体,气体热载体流量为800Nm3/t原料,另一支返回循环粉焦提升管7与进入其中的另一部分粉焦进行换热,粉焦升温至750℃,与合成气分离后作为固体热载体参与热解反应;热解反应气固分离得到的油气经过分馏,得到煤气、焦油以及污水。
本实施例中,采用所述装置进行粉煤的热解与气化,所得产品的产率和品质高,焦油产率可以达到18%,煤气产率可达1100~1300Nm3/t原料,有效组分含量达到90%左右,热量利用率高,所需能耗低。
实施例2:
本实施例提供了一种生物质热解与气化耦合装置,所述装置包括立管式热解反应器2、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管7和第二气固分离单元;
所述立管式热解反应器2的出口与第一气固分离单元的入口相连,所述第一气固分离单元的一个下部出口与气化单元的入口相连,所述第一气固分离单元的另一个下部出口与循环粉焦提升管7的入口相连,所述气化单元的上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器2的入口相连,另一支与循环粉焦提升管7的入口相连,循环粉焦提升管7的出口与第二气固分离单元的入口相连,所述第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器2的入口相连。
所述第一气固分离单元包括沉降器3,所述沉降器3内设有三级串联的旋风分离器;所述循环粉焦提升管7还设有空气入口。
所述气化单元包括粉焦进料器4和粉焦气化炉5,所述沉降器3的底部出口与粉焦进料器4的入口相连,所述粉焦进料器4的出口与粉焦气化炉5的入口相连;所述粉焦气化炉5的上部出口还连接有合成气采出管路。
所述第二气固分离单元包括固体热载体储存装置8,所述固体热载体储存装置8内设有三级串联的旋风分离器;所述固体热载体储存装置8的下部设有流化气入口,上部设有气体出口。
所述装置还包括原料进料器1,所述原料进料器1与立管式热解反应器2的入口相连。
所述装置还包括油气气化单元,所述第一气固分离单元的上部出口与油气气化单元的入口相连。
采用本实施例中的装置进行生物质的热解与气化,生物质经原料进料器1进入立管式热解反应器2发生热解反应,反应温度为500℃,压力为4MPaG,时间为1s;反应产物经气固分离,部分粉焦固体进入粉焦气化炉5发生气化反应,反应温度为800℃,压力为9MPaG,反应得到的合成气除了部分采出外,其余部分分两支,一支返回立管式热解反应器2作为气体热载体,气体热载体流量为300Nm3/t原料,另一支返回循环粉焦提升管7与进入其中的另一部分粉焦进行换热,粉焦升温至650℃,与合成气分离后作为固体热载体参与热解反应;热解反应气固分离得到的油气经过油气气化,得到合成气。
本实施例中,采用所述装置进行生物质的热解与气化,所得产品的产率和品质高,焦油产率可以达到17%,煤气产率可达800~900Nm3/t原料,有效组分含量达到70~80%,热量利用率高,所需能耗低。
对比例1:
本对比例提供了一种粉煤热解与气化耦合装置,所述装置的结构参照实施例1中的结构,区别仅在于:所述装置不包括循环粉焦提升管7,沉降器3的底部出口直接与固体热载体储存装置8相连,气化单元上部出口的连接管路不包括与循环粉焦提升管7的连接管路。
本对比例中,采用所述装置进行粉煤的热解与气化时,循环粉焦在固体热载体储存装置8烧炭升温,与实施例1相比,升温速率慢,需要额外加热,所需能耗高。
对比例2:
本对比例提供了一种粉煤热解与气化耦合装置,所述装置的结构参照实施例1中的结构,区别仅在于:所述装置不包括粉焦气化炉5,分馏单元6得到的气相产物分两支,分别与立管式热解反应器2的入口及循环粉焦提升管7的入口相连。
本对比例中,由于粉焦未进行气化反应,粉煤转化不充分,产物收率明显降低,尤其是煤气产率仅为100Nm3/t原料,且与实施例1相比,气体热载体温度较低,对循环粉焦以及原料的提供热量有限,造成热解速率降低。
综合上述实施例和对比例可以看出,本实用新型所述装置通过对碳氢物料热解后得到的部分粉焦进一步气化,得到的部分合成气作为气体热载体,并加热剩余的粉焦作为固体热载体,极大地提高了煤气和焦油产品的产率和品质;气、固热载体共同为快速热解反应提供热量,实现热量综合高效利用。
申请人声明,本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细装置,但本实用新型并不局限于上述装置,即不意味着本实用新型必须依赖上述装置才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本实用新型的任何改进,对本实用新型装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等,均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述装置包括立管式热解反应器、第一气固分离单元、气化单元、循环粉焦提升管和第二气固分离单元;
所述立管式热解反应器的出口与第一气固分离单元的入口相连,所述第一气固分离单元的一个下部出口与气化单元的入口相连,所述第一气固分离单元的另一个下部出口与循环粉焦提升管的入口相连,所述气化单元的上部出口的连接管路分为两支,一支与立管式热解反应器的入口相连,另一支与循环粉焦提升管的入口相连,循环粉焦提升管的出口与第二气固分离单元的入口相连,所述第二气固分离单元的下部出口与立管式热解反应器的入口相连。
2.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述第一气固分离单元包括沉降器,所述沉降器内设有旋风分离器。
3.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述第一气固分离单元还设有下部采出口,所述下部采出口连接有粉焦采出管路。
4.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述气化单元包括粉焦进料器和粉焦气化炉,所述第一气固分离单元的底部出口与粉焦进料器的入口相连,所述粉焦进料器的出口与粉焦气化炉的入口相连。
5.根据权利要求4所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述粉焦气化炉的上部出口还连接有合成气采出管路。
6.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述循环粉焦提升管还设有含氧气体入口。
7.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述第二气固分离单元包括固体热载体储存装置,所述固体热载体储存装置内设有旋风分离器。
8.根据权利要求7所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述固体热载体储存装置的下部设有流化气入口,上部设有气体出口。
9.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述装置还包括原料进料器,所述原料进料器与立管式热解反应器的入口相连。
10.根据权利要求1所述的碳氢物料热解与气化耦合装置,其特征在于,所述装置还包括分馏单元或油气气化单元,所述第一气固分离单元的上部出口与分馏单元或油气气化单元的入口相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115449402A (zh) * 2022-09-13 2022-12-09 北京航天迈未科技有限公司 一种固体有机物的处理***及处理方法

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