CN108774549B - 气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法 - Google Patents
气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法。该气流床粉煤加氢气化炉具有炉体，炉体围成炉腔，炉腔包括贫氧燃烧区和加氢气化区，贫氧燃烧区位于加氢气化区的下方；炉腔的侧壁设有第一进料口和第二进料口，炉腔的底部设有灰渣出口，炉腔的顶部设有产物出口；第一进料口用于将含有粉煤、氧气和载气的第一股物料送入贫氧燃烧区；第二进料口用于将含有粉煤和氢气的第二股物料送入加氢气化区。该气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法，能够稳定实现粉煤的加氢气化过程，产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且产品气中CH4含量高。
Description
技术领域
本发明涉及一种气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法。
背景技术
能源是社会发展和经济发展的支柱，在我国，煤炭作为储量最大并且利用量最多的能源，对人民生活起着重大的作用。煤炭的清洁高效利用技术发展越来越丰富，逐渐减少了对人民生活环境的污染。而当前产业化的煤气化技术是将煤炭完全转化为气体，进而生产其他化学品，解决相应的环境污染和能源分布不均问题，对我国的社会和经济发展有着重大的作用。
常规两步法煤制天然气工艺是采用高温将煤炭完全转化为以CO和H2为主的气体，然后再采用甲烷化技术将CO和H2转化为甲烷，其路线较长，投资大，热效率低。为克服上述技术的不足，近年来，煤炭综合利用的加氢气化技术受到越来越多的重视。中国专利申请CN102559310A中公布了一种用焦炉气等工业废气进行煤炭加氢气化制天然气等烃类的方法，该工艺中，原煤加热至300℃会发生热解产生焦油，容易发生堵塞，不利于输送，该工艺由于输入的热量不足以达到激发加氢气化反应温度，无法获得质量较优的产品和保证系统的稳定运行。因此，开发一种热效率高、气化系统稳定性好、产品组成可调以及产品质量较优的气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法是目前亟须解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中煤加氢气化方法工艺路线较长、投资大、热效率低、气化系统稳定性差以及产品质量较差的缺陷，而提供一种热效率高、气化系统稳定性好、产品组成可调以及产品质量较优的气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法。该气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法，能够稳定实现粉煤的加氢气化过程，产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且产品气中CH4含量高。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供一种气流床粉煤加氢气化炉，所述气流床粉煤加氢气化炉具有炉体，所述炉体围成炉腔，所述炉腔包括贫氧燃烧区和加氢气化区，所述贫氧燃烧区位于所述加氢气化区的下方；
所述炉腔的侧壁设有第一进料口和第二进料口，所述炉腔的底部设有灰渣出口，所述炉腔的顶部设有产物出口；
所述第一进料口用于将含有粉煤、氧气和载气的第一股物料送入所述贫氧燃烧区；所述第二进料口用于将含有粉煤和氢气的第二股物料送入所述加氢气化区；
所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为10-50；所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/6-1/3；所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为2/3-5/6。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，所述贫氧燃烧区用于所述第一股物料中的粉煤和氧气发生贫氧燃烧反应获得燃烧气体产物和灰渣、并实现所述燃烧气体产物与所述灰渣的逆向流动分离、进而将所述燃烧气体产物输送至所述加氢气化区以及将所述灰渣从所述灰渣出口排出；所述加氢气化区用于所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触发生加氢气化反应获得加氢气化产物和半焦、并实现所述加氢气化产物和所述半焦并流向上流动进而从所述产物出口排出。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，较佳地，所述第一进料口用于将所述第一股物料沿与所述炉体的轴线垂直的方向送入所述贫氧燃烧区。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，较佳地，所述第二进料口用于将所述第二股物料沿与所述炉体的轴线垂直的方向送入所述加氢气化区。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比较佳地为30-50，例如可为40。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值较佳地为1/6-1/4，例如可为1/5。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值较佳地为3/4-5/6，例如可为4/5。
在本发明一较佳实施方式中，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为40，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/5，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为4/5。
在本发明一较佳实施方式中，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为30，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/6，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为5/6。
在本发明一较佳实施方式中，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为50，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/4，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为3/4。
上述气流床粉煤加氢气化炉中，较佳地，所述炉腔还具有灰渣收集区，所述灰渣收集区位于所述贫氧燃烧区的下方；所述灰渣收集区内装有激冷水，所述激冷水用于激冷冷却所述灰渣；所述气流床粉煤加氢气化炉的外部还设有黑水处理单元，所述黑水处理单元与所述灰渣收集区连通，所述黑水处理单元用于维持所述灰渣收集区中激冷水的液位以及调节所述灰渣收集区中激冷水的流量和温度。通过调节所述灰渣收集区中激冷水的流量和温度可起到调节所述灰渣在黑水中的含量。
本发明还提供一种加氢气化系统，所述加氢气化系统包括前述的气流床粉煤加氢气化炉、旋风分离器、除尘器、气液分离器和氢气膜分离器；所述旋风分离器具有第一进气口、第一出气口和第一半焦出口，所述除尘器具有第二进气口、第二出气口和第二半焦出口，所述气液分离器具有第三进气口、第三出气口和液体出口，所述氢气膜分离器具有第四进气口、氢气出口和富甲烷气出口；所述产物出口与所述第一进气口连通，所述第一出气口与所述第二进气口连通，所述第二出气口与所述第三进气口连通，所述第三出气口与所述第四进气口连通，所述第三出气口还与所述第一进气口连通。
上述加氢气化系统，较佳地，所述旋风分离器与所述除尘器之间设有第一冷却器，其用于冷却从所述第一出气口排出的气体。
上述加氢气化系统，较佳地，所述除尘器与所述气液分离器之间设有第二冷却器，其用于冷却从所述第二出气口排出的气体。
上述加氢气化系统，所述第三出气口用于向所述第一进气口输送激冷气。
上述加氢气化系统，所述第三出气口与所述第一进气口连通的管道上可设有循环气压缩机，其用于向所述第一进气口输送激冷气。
上述加氢气化系统，所述第一半焦出口可与第一半焦罐连通，所述第二半焦出口可与第二半焦罐连通。
本发明还提供一种加氢气化方法，所述加氢气化方法在前述的气流床粉煤加氢气化炉中进行或者在前述的加氢气化系统中进行，所述加氢气化方法包括如下步骤：
(1)含有粉煤、氧气和载气的第一股物料和含有粉煤和氢气的第二股物料分别送入所述贫氧燃烧区和所述加氢气化区；
(2)所述第一股物料中的粉煤和氧气在所述贫氧燃烧区发生贫氧燃烧反应，得燃烧气体产物和灰渣；
(3)所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触并发生加氢气化反应，即得加氢气化产物和半焦；
其中，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为(1-6)：1；步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为(1.8-4)：1；步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为700℃-1000℃。
发明人在研发过程中发现，通过采用贫氧燃烧区的贫氧燃烧反应产生的高温的燃烧气体产物对进入加氢气化区的第二股物料进行瞬间直接加热，获得粉煤与氢气发生加氢气化反应的条件，再配合上述其他工艺条件，如此，能够稳定实现粉煤的加氢气化过程，产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且产品气中CH4含量高。
步骤(1)中，所述第一股物料和所述第二股物料中的粉煤的各项指标可为本领域常规的粉煤加氢气化所采用的粉煤。所述粉煤的粒径较佳地为125um-180um。所述粉煤的含水量较佳地小于10wt％。
步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比较佳地为(1.5-3):1，例如可为2:1。其中，较佳地，所述第一股物料中粉煤的质量流量为1.0-1.5t/h。例如，所述第一股物料中粉煤的质量流量为1.3t/h，所述第一股物料中的氧气的质量流量为0.6t//h。
步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为较佳地为(2-3):1。其中，较佳地，所述第二股物料中粉煤的质量流量为3.1-3.6t/h。例如，所述第二股物料中粉煤的质量流量为3.1t/h，所述第二股物料中的氢气的质量流量为1.1t//h。
步骤(1)中，输送至所述气流床粉煤加氢气化炉的粉煤的质量流量与输送至所述气流床粉煤加氢气化炉的气体的体积流量的比值较佳地为300-500t/m3。其中，所述气体指的是输入所述气流床粉煤加氢气化炉的氢气、氧气和载气。
步骤(1)中，所述载气的种类可为本领域常规使用的氢气，一般为本领域常规使用的高压氢气。
步骤(1)中，较佳地，所述第一股物料中含有二氧化碳和/或所述第二股物料中含有二氧化碳，且所述二氧化碳的质量流量占所述第一股物料与所述第二股物料的总质量流量的1％-3％。发明人在研发过程中发现，添加上述百分比的二氧化碳至反应体系，更有利于提高产品气中CH4含量。
步骤(2)中，所述第一股物料中的粉煤和氧气的用量关系须能够发生贫氧燃烧反应且所述贫氧燃烧反应产生的热量能够使得所述第二股物料中的粉煤和氢气发生加氢气化反应。
步骤(2)中，所述贫氧燃烧反应的压力与温度可为本领域常规。所述贫氧燃烧反应的压力较佳地为2MPa-10MPa。所述贫氧燃烧反应的温度较佳地为1200℃-1400℃。
步骤(2)中，所述贫氧燃烧区发生的反应为粉煤的贫氧燃烧反应，主要进行以下化学反应：
C+CO2→2CO-Q；
C+O2→CO2+Q；
C+H2O→CO+H2-Q；
C+2H2O→2H2+CO2-Q。
步骤(3)中，所述第二股物料中的粉煤和氢气的用量关系在所述燃烧气体产物的作用下能够发生加氢气化反应即可。较佳地，所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触的瞬间得混合物料，且所述混合物料的温度为700℃以上。
步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度例如可为950℃。
步骤(3)中，所述加氢气化反应的压力可为本领域常规。所述加氢气化反应的压力较佳地为2MPa-10MPa。
步骤(3)中，所述第二股物料中的粉煤在所述气流床粉煤加氢气化炉的中的停留时间可为本领域常规的加氢气化反应中粉煤在所述气流床粉煤加氢气化炉的中的停留时间，较佳地为15s-20s。
步骤(3)中，所述加氢气化区主要进行以下化学反应：
C+H2O→CO+H2-Q；
C+2H2O→2H2+CO2-Q。
步骤(3)中，所述加氢气化产物的后处理方式可为本领域常规，例如，所述加氢气化产物经激冷冷却后，依次经旋风分离器和除尘器后，排出半焦，并获得净化气；所述净化气经冷却和气液分离后，得气态产物和液态产物；所述气态产物分成两股，一股作为所述激冷冷却的激冷气，另一股经氢气分离膜分离后获得产品气(也可称为“富甲烷气体”)；而所述液态产物经分层后即得液态油品和水。
在本发明一较佳实施方式中，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为2:1，步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为1.8:1，步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为950℃。
在本发明一较佳实施方式中，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为1.5:1，步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为2:1，步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为700℃。
在本发明一较佳实施方式中，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为3:1，步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为3:1，步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为1000℃。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明的气流床粉煤加氢气化炉、加氢气化系统及加氢气化方法，能够稳定实现粉煤的加氢气化过程，产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且产品气中CH4含量高。
附图说明
图1为实施例1-3的气流床粉煤加氢气化炉的结构示意图；
图2为实施例1-3的加氢气化系统的结构示意图及加氢气化方法的工艺流程示意图。
附图标记说明：
气流床粉煤加氢气化炉10
第一进料口11
第二进料口12
灰渣出口13
产物出口14
旋风分离器20
第一冷却器30
除尘器40
第二冷却器50
气液分离器60
氢气膜分离器70
循环气压缩机80
第一半焦罐90
第二半焦罐100
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
(1)气流床粉煤加氢气化炉10
如图1所示，气流床粉煤加氢气化炉10具有炉体，炉体围成炉腔，炉腔包括贫氧燃烧区和加氢气化区，贫氧燃烧区位于加氢气化区的下方；炉腔的侧壁设有第一进料口11和第二进料口12，炉腔的底部设有灰渣出口13，炉腔的顶部设有产物出口14；第一进料口11用于将含有粉煤、氧气和载气的第一股物料送入贫氧燃烧区；第二进料口12用于将含有粉煤和氢气的第二股物料送入加氢气化区；气流床粉煤加氢气化炉的高径比为40；第一进料口的中心线与第二进料口的中心线之间的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/5；第二进料口的中心线距炉腔的顶部的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为4/5。
其中，贫氧燃烧区用于第一股物料中的粉煤和氧气发生贫氧燃烧反应获得燃烧气体产物和灰渣、并实现燃烧气体产物与灰渣的逆向流动分离、进而将燃烧气体产物输送至加氢气化区以及将灰渣从灰渣出口13排出；加氢气化区用于第二股物料中的粉煤和氢气与燃烧气体产物接触发生加氢气化反应获得加氢气化产物和半焦、并实现加氢气化产物和半焦并流向上流动进而从产物出口14排出。
其中，第一进料口11用于将第一股物料沿与炉体的轴线垂直的方向送入贫氧燃烧区。
其中，第二进料口12用于将第二股物料沿与炉体的轴线垂直的方向送入加氢气化区。
其中，炉腔还具有灰渣收集区，灰渣收集区位于贫氧燃烧区的下方；灰渣收集区内装有激冷水，激冷水用于激冷冷却灰渣；气流床粉煤加氢气化炉10的外部还设有黑水处理单元，黑水处理单元与灰渣收集区连通，黑水处理单元用于维持灰渣收集区中激冷水的液位以及调节灰渣收集区中激冷水的流量和温度。通过调节灰渣收集区中激冷水的流量和温度可起到调节灰渣在黑水中的含量。
(2)加氢气化系统
如图2所示的加氢气化系统，包括上述气流床粉煤加氢气化炉10、旋风分离器20、除尘器40、气液分离器60和氢气膜分离器70；旋风分离器20具有第一进气口、第一出气口和第一半焦出口，除尘器40具有第二进气口、第二出气口和第二半焦出口，气液分离器60具有第三进气口、第三出气口和液体出口，氢气膜分离器70具有第四进气口、氢气出口和富甲烷气出口；产物出口14与第一进气口连通，第一出气口与第二进气口连通，第二出气口与第三进气口连通，第三出气口与第四进气口连通，第三出气口还与第一进气口连通。
其中，旋风分离器20与除尘器40之间设有第一冷却器30，其用于冷却从第一出气口排出的气体。
其中，除尘器40与气液分离器60之间设有第二冷却器50，其用于冷却从第二出气口排出的气体。
其中，第三出气口用于向第一进气口输送激冷气。
其中，第三出气口与第一进气口连通的管道上设有循环气压缩机80，其用于向第一进气口输送激冷气。
其中，第一半焦出口与第一半焦罐90连通，第二半焦出口与第二半焦罐100连通。
(3)加氢气化方法
如图2所示的加氢气化方法，采用上述加氢气化系统，加氢气化方法包括如下步骤：
(1)含有粉煤、氧气和载气的第一股物料和含有粉煤和氢气的第二股物料分别送入贫氧燃烧区和加氢气化区；
(2)第一股物料中的粉煤和氧气在贫氧燃烧区发生贫氧燃烧反应，得燃烧气体产物和灰渣；
(3)第二股物料中的粉煤和氢气与燃烧气体产物接触并发生加氢气化反应，即得加氢气化产物和半焦。
步骤(1)中，第一股物料和第二股物料中的粉煤的粒径为125um-180um，粉煤的含水量小于10wt％。
步骤(1)中，第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为2:1，第一股物料中粉煤的质量流量为1.0t/h。
步骤(1)中，第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为1.8：1，第二股物料中粉煤的质量流量为3.6t/h。
步骤(1)中，载气为氢气。
步骤(1)中，第一股物料中含有二氧化碳；第二股物料中含有二氧化碳，且二氧化碳的质量流量占第一股物料与第二股物料的总质量流量的1％。
步骤(1)中，所选煤种煤质分析如表1所示，输送至气流床粉煤加氢气化炉10的粉煤的质量流量共计100t/d，且粉煤的质量流量与气体(此处的气体指的是输入气流床粉煤加氢气化炉10的氢气和二氧化碳)的体积流量的比值为300t/m3。
步骤(2)中，贫氧燃烧反应的压力为4MPa，贫氧燃烧反应的温度为1400℃。
步骤(3)中，第二股物料中的粉煤和氢气与燃烧气体产物接触的瞬间得混合物料，且混合物料的温度为700℃以上。
步骤(3)中，加氢气化反应的压力为4MPa，加氢气化反应的温度为950℃。
步骤(3)中，第二股物料中的粉煤在气流床粉煤加氢气化炉10的中的停留时间为15s。
步骤(3)中，加氢气化产物经激冷冷却后，依次经旋风分离器20和除尘器40后，排出半焦，并获得净化气；净化气经冷却和气液分离后，得气态产物和液态产物；气态产物分成两股，一股作为激冷冷却的激冷气，另一股经氢气分离膜分离后获得氢气和产品气(也可称为“富甲烷气体”)；而液态产物经分层后即得液态油品和水。
表1煤的工业分析与元素分析
效果数据：产品气流量和液态油品组成如表2、表3所示，产品气、液态油品及半焦中分布如表4所示。
此处，需要说明的是，表2-4中，I区指的是贫氧燃烧区，II区指的是加氢气化区。
表2产品气流量
表3液态油品组成分布
表4产品气、液态油品及半焦分布
从表2和表3中可以看出，产品气中的CH4含量可达68.9％以上，液态油品中萘含量高达23.85％以上，经济价值高。
实施例2
(1)气流床粉煤加氢气化炉
如图1所示的气流床粉煤加氢气化炉，气流床粉煤加氢气化炉的高径比为30；第一进料口的中心线与第二进料口的中心线之间的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/6；第二进料口的中心线距炉腔的顶部的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为5/6，其余同实施例1的气流床粉煤加氢气化炉。
(2)加氢气化系统
如图2所示的加氢气化系统，包括上述气流床粉煤加氢气化炉10，其余同实施例1的加氢气化系统。
(3)加氢气化方法
如图2所示的加氢气化方法，采用上述加氢气化系统，其中：步骤(1)中，第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为1.5:1，第一股物料中粉煤的质量流量为1.2t/h；步骤(1)中，第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为2:1，第二股物料中粉煤的质量流量为3.4t/h；步骤(1)中，输送至气流床粉煤加氢气化炉10的粉煤的质量流量共计100t/d，且粉煤的质量流量与气体(氢气及二氧化碳)的体积流量的比值为400t/m3；步骤(1)中，二氧化碳的质量流量占第一股物料与第二股物料的总质量流量的3％；步骤(2)中，贫氧燃烧反应的压力为2MPa，贫氧燃烧反应的温度为1200℃；步骤(3)中，加氢气化反应的压力为2MPa，加氢气化反应的温度为700℃；步骤(3)中，第二股物料中的粉煤在气流床粉煤加氢气化炉10的中的停留时间为20s；其余同实施例1的加氢气化方法。
效果数据：产品气流量和液态油品组成如表5、表6所示，产品气、液态油品及半焦中分布如表7所示。
此处，需要说明的是，表5-7中，I区指的是贫氧燃烧区，II区指的是加氢气化区。
表5产品气流量
表6液态油品组成分布
表7产品气、液态油品及半焦分布
从表5和表6中可以看出，产品气中的CH4含量可达68.9％以上，液态油品中萘含量高达26.24％以上，经济价值高。
实施例3
(1)气流床粉煤加氢气化炉
如图1所示的气流床粉煤加氢气化炉，气流床粉煤加氢气化炉的高径比为50；第一进料口的中心线与第二进料口的中心线之间的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/4；第二进料口的中心线距炉腔的顶部的距离占气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为3/4，其余同实施例1的气流床粉煤加氢气化炉。
(2)加氢气化系统
如图2所示的加氢气化系统，包括上述气流床粉煤加氢气化炉10，其余同实施例1的加氢气化系统。
(3)加氢气化方法
如图2所示的加氢气化方法，采用上述加氢气化系统，其中：步骤(1)中，第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为3:1，第一股物料中粉煤的质量流量为1.5t/h；步骤(1)中，第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为3:1，第二股物料中粉煤的质量流量为3.1t/h；步骤(1)中，输送至气流床粉煤加氢气化炉10的粉煤的质量流量共计100t/d，且粉煤的质量流量与气体(氢气及二氧化碳)的体积流量的比值为500t/m3；步骤(1)中，二氧化碳的质量流量占第一股物料与第二股物料的总质量流量的2％；步骤(2)中，贫氧燃烧反应的压力为10MPa，贫氧燃烧反应的温度为1300℃；步骤(3)中，加氢气化反应的压力为10MPa，加氢气化反应的温度为1000℃；步骤(3)中，第二股物料中的粉煤在气流床粉煤加氢气化炉10的中的停留时间为18s；其余同实施例1的加氢气化方法。
效果数据：产品气流量和液态油品组成如表8、表9所示，产品气、液态油品及半焦中分布如表10所示。
此处，需要说明的是，表8-10中，I区指的是贫氧燃烧区，II区指的是加氢气化区。
表8产品气流量
表9液态油品组成分布
表10产品气、液态油品及半焦分布
/>
从表8和表9中可以看出，产品气中的CH4含量可达68.9％以上，液态油品中萘含量高达21.47％以上，经济价值高。
对比例1
(1)气流床粉煤加氢气化炉
如图1所示的气流床粉煤加氢气化炉，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为8；所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/2；所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/2，其余同实施例1。
(2)加氢气化系统
如图2所示的加氢气化系统，包括上述气流床粉煤加氢气化炉10，其余同实施例1的加氢气化系统。
(3)加氢气化方法
如图2所示的加氢气化方法，采用上述加氢气化系统，其余同实施例1的加氢气化方法。
效果数据：产品气流量和液态油品组成如表11、表12所示，产品气、液态油品及半焦中分布如表13所示。
此处，需要说明的是，表11-13中，I区指的是贫氧燃烧区，II区指的是加氢气化区。
表11产品气流量
表12液态油品组成分布
/>
表13产品气、液态油品及半焦分布
从表11和表12中可以看出，产品气中的CH4含量可达68.9％以上，但液态油品中萘含量仅为14.31％-16.67％，远低于本申请的实施例。
对比例2
(1)气流床粉煤加氢气化炉
如图1所示的气流床粉煤加氢气化炉，同实施例1的气流床粉煤加氢气化炉。
(2)加氢气化系统
如图2所示的加氢气化系统，同实施例1的加氢气化系统。
(3)加氢气化方法
如图2所示的加氢气化方法，采用上述加氢气化系统，其中：步骤(1)中，第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为1:2；步骤(1)中，第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为1:2；步骤(3)中，加氢气化反应的温度为600℃，其余同实施例1的加氢气化方法。
效果数据：产品气流量和液态油品组成如表14、表15所示，产品气、液态油品及半焦中分布如表16所示。
此处，需要说明的是，表14-16中，I区指的是贫氧燃烧区，II区指的是加氢气化区。
表14产品气流量
表15液态油品组成分布
表16产品气、液态油品及半焦分布
从表14和表15中可以看出，产品气中的CH4含量仅为44.0％-48.3％，液态油品中萘含量仅为11.93％-13.90％，产品气中的CH4含量及液态油品中萘含量均远低于本申请的实施例。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种加氢气化方法，其特征在于，所述加氢气化方法在气流床粉煤加氢气化炉中进行或者在加氢气化系统中进行；
其中，所述气流床粉煤加氢气化炉具有炉体，所述炉体围成炉腔，所述炉腔包括贫氧燃烧区和加氢气化区，所述贫氧燃烧区位于所述加氢气化区的下方；所述炉腔的侧壁设有第一进料口和第二进料口，所述炉腔的底部设有灰渣出口，所述炉腔的顶部设有产物出口；所述第一进料口用于将含有粉煤、氧气和载气的第一股物料送入所述贫氧燃烧区；所述第二进料口用于将含有粉煤和氢气的第二股物料送入所述加氢气化区；所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为10-50；所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/6-1/3；所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为2/3-5/6；
其中，所述加氢气化系统包括旋风分离器、除尘器、气液分离器、氢气膜分离器和所述气流床粉煤加氢气化炉；所述旋风分离器具有第一进气口、第一出气口和第一半焦出口，所述除尘器具有第二进气口、第二出气口和第二半焦出口，所述气液分离器具有第三进气口、第三出气口和液体出口，所述氢气膜分离器具有第四进气口、氢气出口和富甲烷气出口；所述产物出口与所述第一进气口连通，所述第一出气口与所述第二进气口连通，所述第二出气口与所述第三进气口连通，所述第三出气口与所述第四进气口连通，所述第三出气口还与所述第一进气口连通；
所述加氢气化方法包括如下步骤：
(1)含有粉煤、氧气和载气的第一股物料和含有粉煤和氢气的第二股物料分别送入所述贫氧燃烧区和所述加氢气化区；
(2)所述第一股物料中的粉煤和氧气在所述贫氧燃烧区发生贫氧燃烧反应，得燃烧气体产物和灰渣；
(3)所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触并发生加氢气化反应，即得加氢气化产物和半焦；
其中，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为(1-6)：1；步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为(1.8-4)：1；步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为700℃-1000℃。
2.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，所述贫氧燃烧区用于所述第一股物料中的粉煤和氧气发生贫氧燃烧反应获得燃烧气体产物和灰渣、并实现所述燃烧气体产物与所述灰渣的逆向流动分离、进而将所述燃烧气体产物输送至所述加氢气化区以及将所述灰渣从所述灰渣出口排出；所述加氢气化区用于所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触发生加氢气化反应获得加氢气化产物和半焦、并实现所述加氢气化产物和所述半焦并流向上流动进而从所述产物出口排出；
和/或，所述第一进料口用于将所述第一股物料沿与所述炉体的轴线垂直的方向送入所述贫氧燃烧区；
和/或，所述第二进料口用于将所述第二股物料沿与所述炉体的轴线垂直的方向送入所述加氢气化区。
3.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为30-50；
和/或，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/6-1/4；
和/或，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为3/4-5/6。
4.如权利要求3所述的加氢气化方法，其特征在于，所述气流床粉煤加氢气化炉的高径比为40；
和/或，所述第一进料口的中心线与所述第二进料口的中心线之间的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为1/5；
和/或，所述第二进料口的中心线距所述炉腔的顶部的距离占所述气流床粉煤加氢气化炉的高度的比值为4/5。
5.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，所述炉腔还具有灰渣收集区，所述灰渣收集区位于所述贫氧燃烧区的下方；所述灰渣收集区内装有激冷水，所述激冷水用于激冷冷却所述灰渣；所述气流床粉煤加氢气化炉的外部还设有黑水处理单元，所述黑水处理单元与所述灰渣收集区连通，所述黑水处理单元用于维持所述灰渣收集区中激冷水的液位以及调节所述灰渣收集区中激冷水的流量和温度。
6.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，所述旋风分离器与所述除尘器之间设有第一冷却器，其用于冷却从所述第一出气口排出的气体；
和/或，所述除尘器与所述气液分离器之间设有第二冷却器，其用于冷却从所述第二出气口排出的气体；
和/或，所述第三出气口与所述第一进气口连通的管道上设有循环气压缩机，其用于向所述第一进气口输送激冷气。
7.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一股物料和所述第二股物料中的粉煤的粒径为125um-180um；所述粉煤的含水量小于10wt％；
和/或，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为(1.5-3):1；
和/或，步骤(1)中，所述第二股物料中粉煤与氢气的质量流量比为(2-3):1；
和/或，步骤(1)中，输送至所述气流床粉煤加氢气化炉的粉煤的质量流量与输送至所述气流床粉煤加氢气化炉的气体的体积流量的比值为300-500t/m3；其中，所述气体指的是输入所述气流床粉煤加氢气化炉的氢气、氧气和载气；
和/或，步骤(1)中，所述载气为氢气；
和/或，步骤(1)中，所述第一股物料中含有二氧化碳和/或所述第二股物料中含有二氧化碳，且所述二氧化碳的质量流量占所述第一股物料与所述第二股物料的总质量流量的1％-3％。
8.如权利要求7所述的加氢气化方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一股物料中粉煤与氧气的质量流量比为2:1。
9.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，步骤(2)中，所述贫氧燃烧反应的压力为2MPa-10MPa；和/或，步骤(2)中，所述贫氧燃烧反应的温度为1200℃-1400℃。
10.如权利要求1所述的加氢气化方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二股物料中的粉煤和氢气与所述燃烧气体产物接触的瞬间得混合物料，且所述混合物料的温度为700℃以上；
和/或，步骤(3)中，所述加氢气化反应的温度为950-1000℃；
和/或，步骤(3)中，所述加氢气化反应的压力为2MPa-10MPa；
和/或，步骤(3)中，所述第二股物料中的粉煤在所述气流床粉煤加氢气化炉的中的停留时间为15s-20s；
和/或，步骤(3)中，所述加氢气化产物经激冷冷却后，依次经旋风分离器和除尘器后，排出半焦，并获得净化气；所述净化气经冷却和气液分离后，得气态产物和液态产物；所述气态产物分成两股，一股作为所述激冷冷却的激冷气，另一股经氢气分离膜分离后获得产品气；而所述液态产物经分层后即得液态油品和水。
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2018
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