CN105018152A - 一种高温半焦冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温半焦冷却领域，尤其涉及一种高温半焦冷却系统及冷却方法，能够增大半焦在冷却过程中与冷却管的接触面积与接触时间，减少半焦的架桥与挂壁现象，改善半焦的冷却效果。克服了现有技术中固体半焦在冷却过程中容易形成架桥或者挂壁，并且随着固体半焦的积累造成冷却管的换热系数不断降低的缺陷。本发明实施例提供一种高温半焦冷却系统，包括：气化炉；所述气化炉包括反应室以及冷却室；所述反应室用于煤粉与含氢气体进行煤加氢气化反应；所述冷却室的底部设置有流化气进口，在所述流化气进口上方的冷却室内设置有冷却管；所述流化气进口用于对煤气化反应生成的半焦进行流化，所述冷却管用于对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

Description

一种高温半焦冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及高温半焦冷却领域，尤其涉及一种高温半焦冷却系统及冷却方法。

背景技术

煤加氢气化反应是指将煤粉与含氢气体在高温、高压条件下反应生成富含甲烷的气体以及高附加值油品的过程。在煤加氢气化过程中，通常会产生大量的半焦副产物，在现有技术中，主要通过两种方式对煤加氢气化反应产生的半焦进行冷却，一种为通过在发生煤加氢气化反应的气化炉的冷却室内设置盘管对经过所述冷却室的半焦进行冷却，另一种为半焦在外置冷却罐内冷却，外置冷却罐内设置有冷却夹套。

然而，在实际操作过程中，这两种方式中半焦与盘管或夹套的接触时间与换热面积有限，并且半焦容易架桥或者挂壁，会影响所述盘管与夹套的换热能力，并且随着所述半焦的架桥与挂壁会使得所述盘管与夹套的换热系数下降，冷却效果不理想。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种高温半焦冷却系统及冷却方法。能够增大半焦在冷却过程中与冷却管的接触面积与接触时间，减少半焦的架桥与挂壁现象，改善半焦的冷却效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种高温半焦冷却系统，包括：气化炉；

所述气化炉包括反应室以及设置于所述反应室下方的冷却室；

所述反应室用于煤粉与含氢气体进行煤加氢气化反应；

所述冷却室的底部设置有流化气进口，在所述流化气进口上方的冷却室内设置有冷却管；

所述流化气进口用于向所述冷却室内吹入流化气体，对煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦在流化状态下冷却；

所述冷却管用于流经冷却介质对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

优选的，所述冷却管的进口与出口分别设置于所述冷却室的侧壁上，且所述冷却管的进口低于所述冷却管的出口设置。

可选的，所述冷却管包含第一管路，与所述第一管路平行且位于所述第一管路上方的第二管路，以及竖直排布的多个第三管路，每一个所述第三管路的两端分别与所述第一管路和第二管路连通，所述第一管路的进口为所述冷却管的进口，所述第二管路的出口为所述冷却管的出口。

优选的，所述第三管路在所述冷却室内均匀排布。

可选的，流化状态下固体半焦与冷却介质的总换热系数为250-500W/m²·K。

优选的，所述流化气进口与所述冷却管之间还设置有气体分布板，所述气体分布板上的开孔率为0.1-4％。

优选的，所述系统还包括：排焦系统；

所述排焦系统包括：设置于所述冷却室侧壁上的至少一个半焦溢流口，以及与所述至少一个半焦溢流口连通的半焦收集系统；

其中，所述半焦收集系统用于在保持所述冷却室内压力不变时，将半焦连续稳定地排至外部。

可选的，当半焦溢流口为一个时，所述半焦收集系统包括与所述半焦溢流口连通的至少两级半焦收集罐，所述至少两级半焦收集罐依次串联连通，且每两级所述半焦收集罐之间、以及一级所述半焦收集罐与所述半焦溢流口之间分别设置有至少一个排焦阀。

优选的，当所述半焦溢流口为至少两个时，所述半焦收集系统包括分别与每一个所述半焦溢流口对应连通的半焦收集罐，且所述半焦收集罐与所述半焦溢流口之间分别设置有至少一个排焦阀。

所述半焦溢流口为两个，分别为第一溢流口与第二溢流口，所述半焦收集系统包括分别与所述第一溢流口、第二溢流口连通的第一半焦收集罐和第二半焦收集罐。

所述半焦收集罐上连接有充压部件，所述充压部件用于向所述半焦收集罐充入冷却气，使得在向所述半焦收集罐排焦前，保持所述半焦收集罐的压力与所述冷却室内的压力一致。

优选的，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室侧壁上的连通口，所述连通口位于所述溢流口的正上方，所述连通口与所述半焦收集罐通过平衡管连通，且所述平衡管上设置有平衡阀。

进一步地，所述半焦收集罐上还连接有泄压部件，所述泄压部件用于在向所述半焦收集罐排焦完成后，对所述半焦收集罐进行泄压，并排出换热后的冷却气。

进一步可选的，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室内壁上的溢流挡板，所述溢流挡板与冷却室内壁连接处位于所述溢流口与连通口之间，所述溢流挡板包括与所述冷却室内壁固定连接并向下倾斜的上段，以及与所述上段连接并竖直向下折弯的下段，所述下段为弧面结构，且所述弧面结构两侧分别与所述冷却室内壁固定连接，所述溢流挡板与所述冷却室内壁形成下端开口的腔体，所述溢流口与所述腔体连通，所述溢流挡板用于阻隔未经冷却的半焦进入所述半焦收集罐。

优选的，所述溢流口位于所述溢流挡板的正下方，且所述溢流挡板上端两个端点之间的距离为所述溢流口直径的3-10倍。

另一方面，本发明实施例提供一种高温半焦冷却方法，应用于包括反应室以及设置于所述反应室下方的冷却室的气化炉，所述冷却室的底部设置有流化气进口，所述冷却室内部设置有冷却管；

包括：

煤粉与含氢气体在所述气化炉的反应室内进行煤气化反应生成半焦；

通过所述流化气进口向所述冷却室内吹入流化气体，对所述半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内在流化状态，将冷却介质流经所述冷却管对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

优选的，所述将煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内处于流化状态并进行冷却包括：调节流化气体的量，保持冷却室内的冷却管的换热系数为250-500W/m²·K。

可选的，所述方法还包括：在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦连续稳定排至外部。

进一步可选的，所述在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦连续稳定排至外部包括：

将所述流化冷却后的半焦交替排至两个半焦收集罐中，其中，将所述流化冷却后的半焦排至与所述冷却室压力一致的一个半焦收集罐时，将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部，并对排出半焦的所述半焦收集罐进行充压，使得所述半焦收集罐的压力与所述冷却室压力一致，以备下一轮收集半焦。

优选的，所述将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部包括：将所述半焦收集罐与所述冷却室切断连接，对排至所述半焦冷却罐中的半焦进行冷却气多次充压及泄压操作，进行二次冷却之后排出所述半焦冷却罐的外部。

本发明实施例提供一种高温半焦冷却系统及冷却方法，在包括反应室与设置于所述反应室下方的冷却室的气化炉中，通过对煤气化反应产生的固体半焦进行流化，使得所述固体半焦在流化状态下冷却。所述流化状态是指固体半焦在流化气的作用下呈沸腾状运动而不被流化气体带走的状态；在所述半焦处于流化状态时，能够与所述冷却室内设置的冷却管进行充分接触，减少固体半焦在所述冷却管上容易形成架桥的现象，并且本发明实施例中固体半焦在流化气体的流化作用下处于不断运动状态，能够防止所述固体半焦附着于所述冷却管上造成冷却管的换热系数下降，改善固体半焦的冷却效果。克服了现有技术中固体半焦在冷却过程中容易形成架桥或者挂壁，并且随着固体半焦的积累造成冷却管的换热系数不断降低的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高温半焦冷却系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种高温半焦冷却系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第三管路的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种高温半焦冷却系统结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种高温半焦冷却系统结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种高温半焦冷却系统结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一溢流挡板与第二溢流挡板的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一方面，参见图1，为本发明实施例提供的一种高温半焦冷却系统结构示意图，包括：气化炉100；

所述气化炉100包括反应室1以及设置于所述反应室1下方的冷却室2；

所述反应室1用于煤粉与含氢气体进行煤气化反应；

所述冷却室2的底部设置有流化气进口21，在所述流化气进口21上方的冷却室2内设置有冷却管22；

所述流化气进口21用于向所述冷却室2内吹入流化气体，对煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦处于流化状态；

所述冷却管22用于流经冷却介质对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

本发明实施例提供一种高温半焦冷却系统，在包括反应室1与设置于所述反应室1下方的冷却室2的气化炉中，通过对煤气化反应产生的固体半焦进行流化，使得所述固体半焦处于流化状态，所述流化状态是指固体半焦在流化气的作用下呈沸腾状态而不被流化气体带走的状态；在所述半焦处于流化状态时，能够与所述冷却室2内设置的冷却管3进行充分接触，减少固体半焦在所述冷却管22上形成架桥的现象，而本发明实施例中固体半焦在流化气体的流化作用下处于不断运动状态，能够防止所述固体半焦附着于所述冷却管22上造成冷却管22的换热系数下降，从而尽可能保持所述冷却管的初始换热系数，改善固体半焦的冷却效果。克服了现有技术中固体半焦在冷却过程中容易形成架桥或者挂壁，并且随着固体半焦的积累造成冷却管的换热系数不断降低的缺陷。

其中，所述换热系数是指单位时间单位面积上所述冷却管22与所述固体半焦的换热能力。

其中，对所述反应室1内发生煤气化反应的煤粉与含氢气体的入口不做限定，只要使得所述煤粉与含氢气体在所述反应室1内能够发生煤气化反应即可。通常，在气化炉100内，在所述气化炉100的反应室1顶部设置有煤粉入口11与含氢气体入口12，并且所述煤粉入口11与含氢气体入口12的夹角为30-60度，这样，将煤粉与高温含氢气体分别通过所述煤粉入口11与含氢气体入口12喷射入所述反应室1内，所述煤粉与含氢气体呈一定的角度发生碰撞并混合发生煤气化反应生成煤气、气化焦油及固体半焦。

煤气化反应生成的煤气、气化焦油及固体半焦进入反应室1下方的冷却室2内冷却，由于煤气、气化焦油及固体半焦在冷却室2内冷却时，固体半焦会在重力作用下落至所述冷却室2的底部，而煤气、气化焦油等产品气密度较低，会从粗煤气出口流出。

本发明的一实施例中，参见图1，所述冷却室2的上部侧壁上设置有粗煤气出口23，使得经过冷却的粗煤气可直接通过所述粗煤气出口23进入后续处理过程中。

在粗煤气通过所述粗煤气出口23进入后续处理过程中时，会夹带部分固体半焦，为了减少粗煤气的半焦夹带量，优选的，所述冷却室2的直径为反应室1直径的1.5-4倍，进一步优选的，所述冷却室2的直径为反应室1直径的2倍。由此，由于所述粗煤气与固体半焦在所述反应室1内具有一定的气速，在从所述反应室1扩散进入所述冷却室2内时，冷却室2的直径扩大，能够减慢所述粗煤气的气速，使得所述固体半焦与所述粗煤气能够快速分离，即所述粗煤气经所述粗煤气出口进入后续处理过程，而所述固体半焦在重力作用下落至所述冷却室2底部。

由于所述冷却室2的底部设置有流化气进口21，所述流化气进口21用于向所述冷却室2内吹入流化气体，因此，在固体半焦在重力作用下落至所述冷却室2的底部的过程中，所述固体半焦在流化气体的吹力作用下处于流化状态，这时，所述固体半焦与所述冷却管3不断接触换热，能够延长所述固体半焦在冷却室2内的停留时间，同时，提高所述固体半焦与所述冷却管22的接触时间。

对所述冷却管22流经的冷却介质不做限定，优选的，所述冷却介质可以为冷却水。

对所述冷却管22的材质也不做限定，在将冷却水流经所述冷却管22时，冷却管22具有良好的热传导性即可，使得所述冷却水与所述固体半焦能够间接换热，冷却水吸收所述固体半焦的大量热量变为水蒸气，而固体半焦将热量传递给所述冷却水后温度下降，达到固体半焦冷却的目的。

对所述冷却管22的进口与出口位置不做限定，本发明的一实施例中，参见图1，所述冷却管22的进口与出口分别设置于所述冷却室2的侧壁上，且所述冷却管22的进口低于所述冷却管22的出口设置。由此，参见图1中箭头方向，当冷却水从所述冷却管22的进口进入时，所述冷却水在所述冷却管22中流经的过程中受热变为水蒸气，这时，水蒸气从所述冷却管22的出口排出，符合气液的流动特性。

本发明的又一实施例中，参见图2，所述冷却管22包含第一管路221，与所述第一管路221平行且位于所述第一管路221上方的第二管路222，以及竖直排布的多个第三管路223，每一个所述第三管路223的两端分别与所述第一管路221和第二管路222连通，所述第一管路221的进口为所述冷却管22的进口，所述第二管路222的出口为所述冷却管22的出口。由此，当所述固体半焦在流化气体的流化作用下与所述冷却管22接触换热时，冷却管22的这种设计能够减小固体半焦在所述冷却管22的附着面积，最大程度上减少所述固体半焦对所述冷却管22的冲刷，进一步减少固体半焦在所述冷却管22的架桥现象。

在此，对所述第一管路221与第二管路222的形状不做限定，对所述第三管路的整体排布形状也不做限定。本发明的一优选实施例中，参见图3，所述第三管路223在所述冷却室2内均匀分布。示例性的，参见图3中第三管路223的俯视图，每三个相邻的所述第三管路223的横截面连线呈正三角形(图3中的A)，或者，每四个相邻的所述第三管路223的横截面连线呈正方形(图3中的B)。采用此结构，使得所述固体半焦与所述冷却管22充分均匀接触，实现对所述固体半焦的均匀换热，提高所述冷却管22的换热效率。

需要说明的是，为了在将冷却介质流经所述冷却管22对所述固体半焦的热量进行有效回收的同时，不影响所述固体半焦的溢流效果，优选的，流化状态下固体半焦与冷却介质的总换热系数为250-500W/m²·K。在此换热系数下，能够对所述固体半焦的80％的热量进行回收利用，使得所述热量被所述冷却水吸收获得压力为4-5MPa的饱和水蒸汽，可应用于多种领域，同时，还能够防止所述半焦的温度过低使得半焦的流动性变差，影响半焦的溢流效果。

在此，换热系数与第三管路223的直径与根数有关，其中，对所述第三管路223的直径与根数具体不做限定，可以将所述第三管路223的直径与根数进行自由组合使得冷却介质流经冷却管22时具有所需要的总换热系数。本发明实施例中，所述第三管路223的直径优选为25-42mm，每两个相邻的第三管路223之间的间距为直径的3-8倍。采用此结构，保持所述第三管路223的总换热系数在250-500W/m²·K，实现半焦热量的有效利用。

在此，需要说明的是，所述固体半焦的热量回收率与流化气速存在一定的关系，例如，当所述流化气体的流化速度较大时，流化气的量增加，这样流化气体会带走部分固体半焦的热量，使得固体半焦经所述冷却管22换热回收利用的热量回收率降低；同时，所述流化气体的流化速度较大时还会将部分小颗粒的固体半焦随所述粗煤气带入后续处理过程，为粗煤气的后续分离增加困难。

为了使得所述固体半焦在流化过程中能够最大程度上降低流化气体带走的热量，同时尽可能减少所述粗煤气中小颗粒固体半焦的夹带量，所述流化气体的流化量保持为固体半焦处于初始流化状态的量即可，而流化气体的流化速度保持为固体半焦的最小流化速度的1-3倍。

本发明的一实施例中，参见图2，所述流化气进口21与所述冷却管22之间还设置有气体分布板24，所述气体分布板24上的开孔率为0.1-4％。通过设置所述气体分布板24，能够对进入所述冷却室2内的流化气体进行均匀分配。

其中，需要说明的是，所述气体分布板24上的开孔情况对所述固体半焦的流化程度具有较大的影响。对于特定的半焦，其达到初始流化状态所需的流化气量一定，当所述气体分布板24上的开孔率较大时，气体分布会不均匀；反之，当开孔率较小时，气体分布板24压降增加，流化气的动力消耗增加。当开孔直径较大时，部分小颗粒的固体半焦会经过所述气孔落入所述气体分布板24以下，对所述气体分布板24对流化气体的均匀分布程度造成影响，而较小时又容易发生堵塞。在本实施例中，这种设计方式能够使得流化气体的流化速度保持为固体半焦的最小流化速度的1-3倍时，保证流化气体以10-50m/s的速度通过所述气体分布板24，最大程度上实现流化气体的均匀分布，并最大程度上防止小颗粒的固体半焦落入所述气体分布板24以下。

其中，所述气体分布板24的形状不做限定，本发明的一实施例中，所述气体分布板24为倒锥形，且所述倒锥状气体分布板24的锥角为60-120度。

本发明的一优选实施例中，所述气体分布板24与水平面的夹角大于所述固体半焦的自然安息角。自然安息角是指粉末(固体半焦)在堆放时能够保持自然稳定状态的最大角度(单边对水平面的角度)。这样，部分小颗粒的固体半焦能够沿所述气体分布板24下滑至所述气体分布板24的锥角处，减少气体分布板24堵塞的可能性。

本发明的一优选实施例中，参见图4，所述系统还包括：排焦系统3；所述排焦系统3包括：设置于所述冷却室2侧壁上的至少一个半焦溢流口32，以及与所述至少一个半焦溢流口32连通的半焦收集系统；其中，所述半焦收集系统用于在保持所述冷却室内压力不变时，将半焦连续稳定地排至外部。

其中，对所述半焦收集系统不做限定，只要能够在保持所述冷却室内压力不变的情况下将流化状态的半焦连续稳定地排至外部即可。

本发明的一实施例中，参见图4，以半焦溢流口为一个为例(所述半焦溢流口记为32)进行说明，所述半焦收集系统包括与所述半焦溢流口连通的至少两级半焦收集罐(以两级半焦收集罐为例进行说明，两级半焦收集罐分别记为31与33)，所述至少两级半焦收集罐依次串联连通，且每两级所述半焦收集罐(在此为31与33)之间、以及一级所述半焦收集罐(在此为31)与所述半焦溢流口32之间分别设置有至少一个排焦阀(以一个为例进行说明，其中，分别为第一排焦阀a与第二排焦阀b)。

在本发明实施例中，随着固体半焦在所述冷却室2内的不断积累，当所述半焦在冷却室2内的高度大于所述半焦溢流口32的高度时，打开所述第一排焦阀a，所述固体半焦能够在重力与所述流化气体的流化作用下溢流进入所述一级半焦收集罐31中，随着半焦的不断溢流，可以将所述第二排焦阀b打开，将排至所述一级半焦收集罐31中的半焦排至所述第二半焦收集罐33中，在此过程中，保持所述一级半焦收集罐31与所述二级半焦收集罐33中的压力与所述冷却室2内压力一致，为了使得半焦能够连续稳定地排至外部，可以将所述第二排焦阀b关闭，切断所述二级半焦收集罐33与所述冷却室2的连接，将排至所述二级半焦收集罐33中的半焦排至外部，并为下一轮收集半焦做准备。在此过程中，能够在保持反应室1内高温高压环境的同时将所述固体半焦连续稳定地排至外部，避免系统停车。

本发明的又一实施例中，参见图5，所述半焦溢流口为至少两个(以两个为例进行说明，分别为第一半焦溢流口32与第二半焦溢流口34)，所述半焦收集系统包括分别与所述半焦溢流口(第一半焦溢流口32与第二半焦溢流口34)连通的半焦收集罐(分别为第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33)，且每一组半焦收集罐与所述半焦溢流口之间设置有至少一个排焦阀(以两个为例进行说明，分别为第一排焦阀a与第二排焦阀b)。通过设置至少两个半焦收集罐，能够交替对半焦进行收集，并交替将收集的半焦排至外部，从而实现半焦的连续稳定排出。

考虑到所述系统的复杂程度，以及为了实现对资源的最大化利用。优选的，参见图5，所述半焦溢流口为两个，分别为第一溢流口32与第二溢流口34，所述半焦收集系统包括分别与所述第一溢流口32、第二溢流口34连通的第一半焦收集罐31和第二半焦收集罐33。

在此，所述第一溢流口32与所述第一半焦收集罐31之间通过第一直管35连通，并且第一直管35上设置有第一排焦阀a(以一个排焦阀为例进行说明)，所述第二溢流口34与所述第二半焦收集罐33之间通过第二直管36连通，所述第二直管36上设置有第二排焦阀b(以一个排焦阀为例进行说明)。

通过设置所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33，能够使得所述固体半焦交替排入所述第一半焦收集罐31与所述第二半焦收集罐33中，并在保持反应室1压力不变的情况下，将排至所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33中的半焦交替排至外部，在此，以所述第一溢流口32与所述第二溢流口34的高度相同为例进行说明。具体为：随着半焦的不断积累，当所述半焦在冷却室2内积累的高度大于所述第一溢流口32的高度时，打开所述第一排焦阀a，所述半焦通过所述第一直管35进入所述第一半焦收集罐31中，当所述第一半焦收集罐31收集满半焦之后，关闭所述第一排焦阀a，打开所述第二排焦阀b，所述半焦通过所述第二直管36进入所述第二半焦收集罐33中，在此过程中，保持所述第一半焦收集罐31与所述第二半焦收集罐33中的压力与所述反应室1一致，当关闭所述第一排焦阀a，将所述半焦排至所述第二半焦收集罐33的过程中，所述第一半焦收集罐31与所述反应室1切断连接，可以将排至所述第一半焦收集罐31中的半焦排至外部，为下一轮收集半焦做准备；同样的，当替换所述第一半焦收集罐31收集半焦时，关闭所述第二排焦阀b，所述第二半焦收集罐33与所述反应室1切断连接，可以将排至所述第二半焦收集罐33中的半焦排至外部，这样不断循环操作，可以实现将半焦连续稳定地排至外部。

优选的，所述系统还包括设置在所述气化炉100底部的半焦料位计(图中未示出)，通过设置半焦料位计，能够对半焦在冷却室2内的高度进行检测，例如，当所述半焦料位计检测到所述半焦在冷却室2内的高度高于所述第一溢流口32时，打开所述第一排焦阀a，所述半焦通过所述第一直管35进入所述第一半焦收集罐31中。

其中，对所述第一直管35和第二直管36的倾斜角度不做限定，为了使得在将半焦排至所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐32时，半焦能够在重力与溢流作用下顺利通过所述第一直管35和第二直管36，优选的，所述第一直管35与竖直方向的夹角为30-60度，所述第二直管36与竖直方向的夹角为30-60度。

进一步地，所述第一半焦收集罐31的底部还设置有第一排焦管41，所述第一排焦管41上设置有第三排焦阀c，所述第二半焦收集罐33的底部还设置有第二排焦管42，所述第二排焦管42上设置有第四排焦阀d，在上述所述的交替向所述第一排焦罐31与第二排焦罐33内排焦的过程中，例如，当所述第一排焦罐31收集满半焦之后，关闭所述第一排焦阀a，打开所述第二排焦阀b向所述第二排焦罐33排焦时，打开所述第三排焦阀c，将已排至所述第一排焦罐31内的半焦排至外部，同样的，当所述第二排焦罐33收集满半焦之后，关闭所述第二排焦阀b，打开所述第一排焦阀a向所述第一排焦罐31排焦时，打开所述第四排焦阀d，将已排至所述第二排焦罐33内的半焦排至外部，这样不断循环，能够在保持所述反应室1内高温高压环境的同时连续通畅排焦。

需要说明的是，所述半焦收集罐上连接有充压部件，所述充压部件用于向所述半焦收集罐充入冷却气，使得在向所述半焦收集罐排焦前，保持所述半焦收集罐的压力与所述冷却室内的压力一致。所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33可以通过外来的充压部件进行充压，也可以包括自带的充压部件。

示例性的，本发明的一实施例中，所述第一半焦收集罐31上连接有第一充压部件51，所述第二半焦收集罐33上连接有第二充压部件52，所述第一充压部件51用于向所述第一半焦收集罐31充入冷却气，使得在向所述第一半焦收集罐31排焦前，保持所述第一半焦收集罐31的压力与所述冷却室2内的压力一致；所述第二充压部件52用于向所述第二半焦收集罐33中充入冷却气，使得在向所述第二半焦收集罐33排焦前，保持所述第二半焦收集罐33的压力与所述冷却室2的压力一致。采用此结构，能够实现交替向所述第一半焦收集罐31与所述第二半焦收集罐33排焦前，及时向所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33充压，使得在将半焦排至所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33时，保持所述反应室1内的高温高压环境，并且，在此过程中向所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33中充入冷却气，能够对排至所述第一半焦收集罐31和第二半焦收集罐33中的半焦进行二次冷却。

在本发明的一优选实施例中，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室2侧壁上的连通口，所述连通口位于所述溢流口的正上方，所述连通口与所述半焦收集罐通过平衡管连通，且所述平衡管上设置有平衡阀。(在本发明实施例中，以第一连通口37与第二连通口38为例进行说明)，所述第一连通口37位于所述第一溢流口32的正上方，所述第二连通口38位于所述第二溢流口34的正上方，所述第一连通口37与所述第一半焦收集罐31通过第一平衡管61连通，且所述第一平衡管61上设置有第一平衡阀e；当需要向所述第一半焦收集罐31排焦时，打开所述第一平衡阀e，使得充入所述第一半焦收集罐31内的冷却气在半焦排至所述第一半焦收集罐31时能够通过所述第一连通口37被挤压至所述冷却室2内，为半焦排至所述第一半焦收集罐31提供空间，保持所述第一半焦收集罐3与所述冷却室2内气压平衡，实现通畅排焦；所述第二连通口38与所述第二半焦收集罐33通过第二平衡管62连通，且所述第二平衡管62上设置有第二平衡阀f，当需要向所述第二半焦收集罐33排焦时，打开所述第二平衡阀f，使得充入所述第二半焦收集罐33内的冷却气在半焦排至所述第二半焦收集罐33时能够通过所述第二连通口38被挤压至所述冷却室2内，为半焦排至所述第二半焦收集罐33提供空间，保持所述第二半焦收集罐33与所述冷却室2的气压平衡，实现通畅排焦。还需要说明的是，当半焦经过所述冷却室2内的冷却管22冷却之后在流化气体的流化作用下溢流至所述第一溢流口32或者第二溢流口34时，打开所述第一排焦阀a或者第二排焦阀b能够实现将冷却之后的半焦排至外部，而与此同时，在反应室1内发生煤气化反应产生的部分半焦还没有来得及被冷却会通过所述第一溢流口32或者第二溢流口34排至所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33中，为了防止未经冷却的半焦直接通过所述第一溢流口32或者第二溢流口34进入所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33，本发明的一优选实施例中，参见图6，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室2内壁上的溢流挡板，所述溢流挡板与冷却室内壁连接处位于所述溢流口与连通口之间，所述溢流挡板包括与所述冷却室内壁固定连接并向下倾斜的上段，以及与所述上段连接并竖直向下折弯的下段，所述下段为弧面结构，且所述弧面结构两侧分别与所述冷却室内壁固定连接，所述溢流挡板与所述冷却室内壁形成下端开口的腔体，所述溢流口与所述腔体连通，所述溢流挡板用于阻隔未经冷却的半焦进入所述半焦收集罐(本发明实施例中，以第一溢流挡板71与第二溢流挡板72为例进行说明)。所述第一溢流挡板71与所述冷却室2内壁的连接处位于所述第一溢流口32与第一连通口37之间，所述第二溢流挡板72与所述冷却室2内壁的连接处位于所述第一溢流口32与第一连通口37之间，所述第一溢流挡板71包括与所述冷却室2内壁固定连接并向下倾斜的上段，以及与所述上段连接并竖直向下折弯的下段，所述下段为弧面结构，且所述弧面结构两侧分别与所述冷却室2内壁固定连接，所述第一溢流挡板71与所述冷却室2内壁形成下端开口的腔体，所述第一溢流口32与所述腔体连通，所述第一溢流挡板71用于阻隔未经冷却的半焦通过所述第一溢流口32进入所述第一半焦收集罐31；所述第二溢流挡板72与所述第一溢流挡板71结构相同，在此不再赘述，所述第二溢流挡板72用于阻隔未经冷却的半焦通过所述第二溢流口34进入所述第二半焦收集罐33。采用此结构，不但使未冷却的半焦能够被所述第一溢流挡板71与第二溢流挡板72有效阻隔，而且，由于所述第一溢流挡板71与第二溢流挡板72顶部为倾斜向下的结构，因此，落到所述第一溢流挡板71与第二溢流挡板72上的半焦更容易滑落入底部，能够有效防止所述未冷却的半焦在所述第一溢流挡板71与第二溢流挡板72上发生累积。

其中，为了进一步提高所述第一溢流挡板71与所述第二溢流挡板72的阻隔效果，优选的，所述第一溢流口32位于所述第一溢流挡板71的正下方，且所述第一溢流挡板71上端两个端点之间的距离为所述第一溢流口32直径的3-10倍；所述第二溢流口34位于所述第二溢流挡板72的正下方，且所述第二溢流挡板72上端两个端点之间的距离为所述第二溢流口34直径的3-10倍。

进一步地，为了使得所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33在将已排至所述第一半焦收集罐31与第二半焦收集罐33中的半焦排至外部时，保证操作的安全性，优选的，参见图5与图6，所述半焦收集罐上连接有泄压部件，所述泄压部件用于在向所述半焦收集罐排焦完成后，对所述半焦收集罐进行泄压，并排出换热后的冷却气。

示例性的，所述第一半焦收集罐31上还连接有第一泄压部件53，所述第一泄压部件53用于在向所述第一半焦收集罐31排焦完成后，对所述第一半焦收集罐31进行泄压，并排出与所述第一半焦收集罐31中的半焦换热后的冷却气。所述第二半焦收集罐33上还连接有第二泄压部件54，所述第二泄压部件54用于在向所述第二半焦收集罐33排焦完成后，对所述第二半焦收集罐33进行泄压，并排出与所述第一半焦收集罐33中的半焦换热后的冷却气。这样，在将已排至所述第一半焦收集罐31或者所述第二半焦收集罐33中的半焦排至所述第一半焦收集罐31与所述第二半焦收集罐33的外部之前，使得所述第一半焦收集罐31或者第二半焦收集罐33中的压力与外界压力一致。

在此，对所述第一半焦收集罐31内的半焦通过第一充压部件51与第一泄压部件53对所述半焦充入冷却气进行充泄压换热的次数不做限定，对所述第二半焦收集罐33内的半焦通过第二充压部件52与第二泄压部件54对所述半焦充入冷却气进行充泄压换热的次数也不做限定，为了使得半焦在排至所述第一半焦收集罐31与所述第二半焦收集罐33的外部时，半焦的温度为80℃左右，优选的，所述第一半焦收集罐31内的半焦通过所述第一充压部件51与第一泄压部件53对所述半焦充入冷却气进行充泄压换热的次数为3-4次，所述第二半焦收集罐33内的半焦通过所述第二充压部件52与第二泄压部件54对所述半焦充入冷却气进行充泄压换热的次数为3-4次。

其中，需要说明的是，在半焦的冷却与排出过程中，难以避免有部分小颗粒半焦在气体分布板24的锥角处聚集，优选的，参见图6，所述气体分布板24的锥角下方设置有与外部连通的第三排焦管43，所述第三排焦管43上设置有第五排焦阀g。由此，在本发明的一优选实施例中，由于所述气体分布板24与水平面的夹角大于所述半焦的自然安息角，因此，随着所述半焦落入所述气体分布板24上，并沿着所述气体分布板24积累在所述气体分布板24的锥角处，当气化炉停止运行时，可通过打开所述第五排焦阀g，将积累在所述气体分布板24锥角处的半焦排至外部。

另一方面，本发明实施例提供一种高温半焦冷却方法，应用于包括反应室以及设置于所述反应室下方的冷却室的气化炉，在所述冷却室的底部设置有流化气进口，在所述冷却室内部设置有冷却管；

包括：

煤粉与含氢气体在所述气化炉的反应室内进行煤气化反应生成半焦；

通过所述流化气进口向所述冷却室内吹入流化气体，对所述半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内处于流化状态，将冷却介质流经所述冷却管对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

本发明实施例提供一种高温半焦冷却方法，在包括反应室与设置于所述反应室下方的冷却室的气化炉中，通过对煤气化反应产生的固体半焦进行流化，使得所述固体半焦处于流化状态，所述流化状态是指固体半焦呈沸腾而不被流化气体带走的状态；在所述半焦处于流化状态时，能够与所述冷却室内设置的冷却管进行充分接触，减少固体半焦在所述冷却管上容易形成架桥的现象，并且本发明实施例中固体半焦在流化气体的流化作用下处于不断运动状态，能够防止所述固体半焦附着于所述冷却管上造成冷却管的换热系数下降，从而尽可能保持所述冷却管的初始换热系数，改善固体半焦的冷却效果。克服了现有技术中固体半焦在冷却过程中容易形成架桥或者挂壁，并且随着固体半焦的积累造成冷却管的换热系数不断降低的缺陷。

其中，流化气体可以为氮气，也可以为经除尘分离后的粗煤气等，在此不做限定，优选的，所述流化气体为经除尘分离后的粗煤气。由此，能够避免在对所述半焦进行流化的过程中引入其他杂质。

对所述冷却介质也不做限定，所述冷却介质可以为冷却水，液氮等，优选的，所述冷却介质为冷却水。冷却水在与所述半焦热交换之后变为高压饱和蒸汽，可以作为其他工业生产的原料。

优选的，所述将煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内处于流化状态并进行冷却包括：调节流化气体的流化速度，保持冷却室内的冷却管的换热系数为250-500W/m²·K，使得所述半焦显热的80％被冷却水吸收，所述冷却管内的冷却水经换热后变为压力为4-5MPa的蒸汽。

其中，所述调节流化气体的流化量，所述保持冷却室内的冷却管的换热系数为250-500W/m²·K具体为：根据半焦的流化程度，调节所述流化气体的流量，并将所述流化气体均匀分布于所述冷却室内，调节流化气体的流化速度为10-50m/s，并设置所述冷却管的参数(包括冷却管的直径、冷却管内的冷却水流量等)使得所述冷却管的换热系数保持在250-500W/m²·K，使得所述半焦在该流化速度下尽可能地处于初始流化状态与冷却管充分换热，将所述半焦的热量尽可能地传输给所述冷却水，使得所述冷却水在换热后转化为在工业上具有广泛应用前景的饱和蒸汽，减少热能损耗，实现热量的最大化利用。

在将所述半焦冷却之后，需要将所述半焦排至所述冷却室外部，优选的，所述方法还包括：在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦连续稳定排至外部。

优选的，所述在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦连续稳定排至外部包括：

将所述流化冷却后的半焦交替排至两个半焦收集罐中，其中，将所述流化冷却后的半焦排至与所述冷却室压力一致的一个半焦收集罐时，将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部，并对排出半焦的所述半焦收集罐进行充压，使得所述半焦收集罐的压力与所述冷却室压力一致，以备下一轮收集半焦。

本实施例的一个优选实现方式中，所述将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部包括：将所述半焦收集罐与所述冷却室切断连接，对排至所述半焦冷却罐中的半焦进行冷却气多次充压及泄压操作，进行二次冷却之后排至所述半焦冷却罐的外部。在此过程中，既能够使得在半焦排至所述半焦收集罐时，保持所述反应室内的高温高压环境不变；又可以对半焦进行二次冷却，并将二次冷却后的半焦连续稳定地排出所述半焦收集罐的外部。

其中，对已排至所述半焦冷却管中的半焦进行二次冷却之后的温度不做限定，优选的，所述对已排至所述半焦冷却管中的半焦进行二次冷却之后的温度为80℃左右。能够避免在半焦排至外部温度过高时安全性差，容易造成人员灼伤，以及在半焦排至外部温度过低时有冷凝水析出而不利于通畅排焦。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种高温半焦冷却系统，其特征在于，包括：气化炉；

所述气化炉包括反应室以及设置于所述反应室下方的冷却室；

所述反应室用于煤粉与含氢气体进行煤加氢气化反应；

所述冷却室的底部设置有流化气进口，在所述流化气进口上方的冷却室内设置有冷却管；

所述流化气进口用于向所述冷却室内吹入流化气体，对煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦在流化状态下冷却；

所述冷却管用于流经冷却介质对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却管的进口与出口分别设置于所述冷却室的侧壁上，且所述冷却管的进口低于所述冷却管的出口设置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冷却管包含第一管路，与所述第一管路平行且位于所述第一管路上方的第二管路，以及竖直排布的多个第三管路，每一个所述第三管路的两端分别与所述第一管路和第二管路连通，所述第一管路的进口为所述冷却管的进口，所述第二管路的出口为所述冷却管的出口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第三管路在所述冷却室内均匀排布。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，流化状态下固体半焦与冷却介质的总换热系数为250-500W/m²·K。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流化气进口与所述冷却管之间还设置有气体分布板，其中，所述气体分布板上的开孔率为0.1-4％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述气化炉还包括：排焦系统；

所述排焦系统包括：设置于所述冷却室侧壁上的至少一个半焦溢流口，以及与所述至少一个半焦溢流口连通的半焦收集系统；

其中，所述半焦收集系统用于在保持所述冷却室内压力不变时，将半焦连续稳定地排至外部。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当半焦溢流口为一个时，所述半焦收集系统包括与所述半焦溢流口连通的至少两级串联连通的半焦收集罐，且每两级所述半焦收集罐之间、以及一级所述半焦收集罐与所述半焦溢流口之间分别设置有至少一个排焦阀。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述半焦溢流口为至少两个时，所述半焦收集系统包括分别与每一个所述半焦溢流口对应连通的半焦收集罐，且所述半焦收集罐与所述半焦溢流口之间分别设置有至少一个排焦阀。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述半焦溢流口为两个，分别为第一溢流口与第二溢流口，所述半焦收集系统包括分别与所述第一溢流口、第二溢流口连通的第一半焦收集罐和第二半焦收集罐。

11.根据权利要求9-10任一项所述的系统，其特征在于，所述半焦收集罐上连接有充压部件，所述充压部件用于向所述半焦收集罐充入冷却气，使得在向所述半焦收集罐排焦前，保持所述半焦收集罐的压力与所述冷却室内的压力一致。

12.根据权利要求9-10任一项所述的系统，其特征在于，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室侧壁上的连通口，所述连通口位于所述溢流口的正上方，所述连通口与所述半焦收集罐通过平衡管连通，且所述平衡管上设置有平衡阀。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述半焦收集罐上还连接有泄压部件，所述泄压部件用于在向所述半焦收集罐排焦完成后，对所述半焦收集罐进行泄压，并排出换热后的冷却气。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述排焦系统还包括：设置于所述冷却室内壁上的溢流挡板，所述溢流挡板与冷却室内壁连接处位于所述溢流口与连通口之间，所述溢流挡板包括与所述冷却室内壁固定连接并向下倾斜的上段，以及与所述上段连接并竖直向下折弯的下段，所述下段为弧面结构，且所述弧面结构两侧分别与所述冷却室内壁固定连接，所述溢流挡板与所述冷却室内壁形成下端开口的腔体，所述溢流口与所述腔体连通，所述溢流挡板用于阻隔未经冷却的半焦进入所述半焦收集罐。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述溢流口位于所述溢流挡板的正下方，且所述溢流挡板上端两个端点之间的距离为所述溢流口直径的3-10倍。

16.一种高温半焦冷却方法，其特征在于，应用于包括反应室以及设置于所述反应室下方的冷却室的气化炉，所述冷却室的底部设置有流化气进口，所述冷却室内部设置有冷却管；

包括：

煤粉与含氢气体在所述气化炉的反应室内进行煤气化反应生成半焦；

通过所述流化气进口向所述冷却室内吹入流化气体，对所述半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内处于流化状态，将冷却介质流经所述冷却管对所述处于流化状态的半焦进行冷却。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述将煤气化反应生成的半焦进行流化，使得所述半焦在所述冷却室内处于流化状态并进行冷却包括：调节流化气体的量，保持冷却室内的冷却管的换热系数为250-500W/m²·K。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦在流化气的流化作用下连续稳定排至外部。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述在保持所述冷却室内压力不变的情况下，将流化冷却后的半焦在流化气的流化作用下连续稳定排至外部包括：

将所述流化冷却后的半焦交替排至两个半焦收集罐中，其中，将所述流化冷却后的半焦排至与所述冷却室压力一致的一个半焦收集罐时，将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部，并对排出半焦的所述半焦收集罐进行充压，使得所述半焦收集罐的压力与所述冷却室压力一致，以备下一轮收集半焦。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述将已排至另一个半焦收集罐中的半焦排至外部包括：将所述半焦收集罐与所述冷却室切断连接，对排至所述半焦冷却罐中的半焦进行冷却气多次冲压及泄压操作，进行二次冷却之后排出所述半焦冷却罐的外部。