CN108795505A

CN108795505A - 一种煤粉加氢气化方法及系统

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Publication number: CN108795505A
Application number: CN201810713379.9A
Authority: CN
Inventors: 贾则琨; 曾亮; 周三; 汪国庆; 李克忠
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: CN108795505B

Abstract

本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化方法及系统，涉及燃料加工领域，可有效提高加氢气化过程中的碳转化效率和能量利用效率以及可解决加氢气化过程中氢源的问题。该煤粉加氢气化方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成半焦；使所述半焦与蒸汽在吸收剂存在的条件下发生化学链气化反应；其中，所述半焦与所述吸收剂在流化状态下分层，所述半焦在下层与所述蒸汽反应生成气体产物；所述气体产物包括：酸性气体、氢气、甲烷；所述吸收剂在上层吸收所述酸性气体；所述吸收剂的粒径小于所述半焦的粒径；将所述氢气从所述气体产物中分离出后提供给所述加氢气化反应。该煤粉加氢气化系统用于煤粉的加氢气化反应。

Description

一种煤粉加氢气化方法及系统

技术领域

本发明涉及燃料加工领域，尤其涉及一种煤粉加氢气化方法及系统。

背景技术

我国能源结构的基本特点是“富煤贫油少气”。以煤炭作为原料，生产各种化学品和燃料，特别是煤制高热值燃气，无论从能源安全还是经济效益以及生态环保等方面而言，都是值得研究与关注的。传统煤制天然气技术通常包括高温煤气化(1000℃以上)、水煤气变换、低温甲醇洗和甲烷化等工艺流程，该技术的工艺流程需要不断升温和降温，投资较大且能效较低。

为了实现煤炭资源的分级高效利用，学术界提出了“煤拔头”的工艺设想，在煤中提取气体、液体燃料和精细化学品。煤的加氢气化是符合这一设想的工艺，煤与过量氢气在一定温度和高压下反应生成甲烷、一氧化碳等高热值气体以及具有高附加值的化学品，如三苯、粗酚等。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，受到广泛地关注和应用。

加氢气化过程的固体产物并非传统意义上的灰渣，而是含碳量较高的高温半焦，同时携带大量的高品热，具有较高的利用价值。现有技术中，半焦通常直接排出，其中的碳及显热并未得到有效利用，这就使得，加氢气化过程碳转化效率和能量利用效率低，另一方面，加氢气化过程需要使用大量氢气，需要寻找稳定的气源，为工业化装置安稳运行提供基础和保障。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明的实施例提供一种煤粉加氢气化方法及系统，可有效提高加氢气化过程中的碳转化效率和能量利用效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面、本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化方法，所述煤粉加氢气化方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成半焦；使所述半焦与蒸汽在吸收剂存在的条件下发生化学链气化反应；其中，所述半焦与所述吸收剂在流化状态下分层，所述半焦在下层与所述蒸汽反应生成气体产物；所述气体产物包括：酸性气体、氢气、甲烷；所述吸收剂在上层吸收所述酸性气体；所述吸收剂的粒径小于所述半焦的粒径；将所述氢气从所述气体产物中分离出后提供给所述加氢气化反应。

可选的，所述化学链气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦；所述化学链气化反应中的所述半焦为满足预设条件的半焦。

可选的，所述满足预设条件的半焦为粒径在0.2mm以上的半焦。

可选的，所述吸收剂的粒径为0.05～1mm，和/或，所述吸收剂包含20％-55％的CaO。

可选的，所述吸收剂粒径为：0.05～0.08mm或0.08～0.15mm或0.15～0.6mm或0.6～1.0mm。

可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：吸收剂再生反应；所述吸收剂再生反应包括：对吸收有所述酸性气体的吸收剂进行处理，以使所述吸收剂恢复活性；将恢复活性的吸收剂再提供给所述化学链气化反应。

可选的，所述处理的温度为900-1100℃。

可选的，所述吸收剂的质量与所述煤粉的质量比为0.5:1～10:1。

可选的，所述加氢气化反应的温度为700-1000℃，和/或，所述煤粉与所述氢气的氢煤质量比为0.2～2。

可选的，所述化学链气化反应的温度为700-900℃，和/或，所述吸收剂与所述半焦的质量比为0.2～2。

可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：对分离氢气后的所述气体产物再次进行分离，得到甲烷产品气。

可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：对所述加氢气化反应生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，得到所述半焦和所述富甲烷产品气；将所述半焦提供给所述化学链气化反应；将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；将所述氢气提供给所述加氢气化反应；对分离后的所述富甲烷产品气再次进行分离，得到甲烷产品气。

可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：对所述加氢气化反应生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，得到所述半焦和所述富甲烷产品气；将所述半焦提供给所述化学链气化反应；将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；将所述氢气提供给所述加氢气化反应。

另一方面、本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化系统，包括：用于进行煤粉加氢气化反应的加氢气化装置，所述加氢气化装置上设有底部排渣口；与所述底部排渣口连通的气化反应装置；所述气化反应装置上设有蒸汽进气口；从所述加氢气化装置的底部排渣口排出的半焦与从所述蒸汽进气口进入的蒸汽发生气化反应；与所述气化反应装置、所述加氢气化装置分别连通的氢气分离装置；所述氢气分离装置用于对所述半焦气化后产生的气体产物进行分离，并将从所述气体产物中分离出的氢气通入所述加氢气化装置中；与所述加氢气化装置和所述气化反应装置分别连通的半焦筛分装置；所述半焦筛分装置用于对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦。

可选的，所述煤粉加氢气化系统还包括，与所述加氢气化装置、所述氢气分离装置、所述气化反应装置分别连通的气固分离装置；所述气固分离装置用于对所述煤粉加氢气化后生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，以使得分离出的富甲烷产品气排入所述氢气分离装置中、分离出的所述半焦排入所述气化反应装置中；所述氢气分离装置还用于从所述富甲烷产品气中分离出氢气，通入所述加氢气化装置中。

可选的所述气化反应装置上还设有进料口和出料口；所述煤粉加氢气化系统还包括与所述气化反应装置的进料口和出料口均连通的吸收剂再生装置；所述再生装置用于恢复在气化反应装置中失活的吸收剂；其中，所述失活的吸收剂从所述气化反应装置的出料口排出进入所述吸收剂再生装置，恢复活性的吸收剂从所述气化反应装置的进料口再次进入所述气化反应装置。

可选的，所述煤粉加氢气化系统还包括与氢气分离装置连通的气体净化装置；所述气体净化装置用于分离出甲烷产品气。

基于此，本发明实施例提供的煤粉加氢气化方法由于包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成半焦；使所述半焦与蒸汽在吸收剂存在的条件下发生化学链气化反应；其中，所述半焦与所述吸收剂在流化状态下分层，所述半焦在下层与所述蒸汽反应生成气体产物；所述气体产物包括：酸性气体、氢气、甲烷；所述吸收剂在上层吸收所述酸性气体；所述吸收剂的粒径小于所述半焦的粒径；将所述氢气从所述气体产物中分离出后提供给所述加氢气化反应，这就使得，煤粉加氢气化反应后生成的半焦可以进一步与蒸汽发生气化反应。

该方法实现了煤炭的梯级利用，提高加氢气化过程中的碳转化效率。煤粉加氢气化反应生成的高温半焦的温度，与半焦与蒸汽发生气化反应所需温度相匹配，因此该高温半焦可以直接与蒸汽发生气化反应，不需要进行升温或降温处理，也就是说，充分利用了煤粉加氢气化反应后生成的半焦携带的大量高品热。

进一步的，吸收剂吸收气体产物中的酸性气体，可有效促进该反应过程向产氢方向进行，从而可提高气体产物中甲烷和氢气的浓度和产率。半焦与蒸汽发生气化反应，有大量氢气生成，煤粉加氢气化反应恰好又需要使用大量氢气，将半焦与蒸汽发生气化反应产生的氢气分离出来，提供给煤粉加氢气化反应，循环利用，解决加氢气化的氢源问题，所以该煤粉加氢气化方法可有效提高加氢气化过程中的碳转化效率和能量利用效率以及解决加氢气化的氢源问题。

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，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种煤粉加氢气化系统配置结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种煤粉加氢气化系统配置结构示意图二。

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。

本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化方法，该煤粉加氢气化方法包括以下步骤：

步骤S1、使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成半焦；

步骤S2、使所述半焦与蒸汽在吸收剂存在的条件下发生化学链气化反应；其中，所述半焦与所述吸收剂在流化状态下分层，所述半焦在下层与所述蒸汽反应生成气体产物；所述气体产物包括：酸性气体、氢气、甲烷；所述吸收剂在上层吸收所述酸性气体；所述吸收剂的粒径小于所述半焦的粒径；

步骤S3、将所述氢气从所述气体产物中分离出后提供给所述加氢气化反应。

需要说明的是，S1中进行的主要化学反应过程包括：

coal(煤粉)→CH₄+C**(反应1)

C**+2H₂→CH₄(反应2)

C**(活性半焦)→C*(惰性半焦)(反应3)

此处需要解释的是，用“C**”和“C*”区别活性半焦和惰性半焦。其中，活性半焦是指在高温和过量氢气环境下有很多反应位点的半焦，惰性半焦是指未接触到氢气反应位点失活的半焦。

在高温状态下，未接触到氢气的活性半焦会迅速地转化成惰性半焦，即发生上述反应3。

在上述S2中，固相的半焦与吸收剂在气相的蒸汽吹动作用下会形成气固混合的流化状态，由于吸收剂的粒径小于半焦的粒径，即吸收剂的重量相对较轻、半焦的重量相对较重，从而使得较重的半焦在下层与蒸汽反应生成含酸性气体的产品气，而较轻的吸收剂在上层吸收产生的酸性气体。

S2中进行的主要化学反应过程包括：

C+H₂O→CO+H₂(反应4)

2CO+2H₂→CH₄+CO₂(反应5)

CO+H₂O→H₂+CO₂(反应6)

CaO+CO₂→CaCO₃(反应7)

其中，上述反应(7)仅以化学链气化反应产生的酸性气体具体为二氧化碳、且吸收剂具体为碳载体CaO为例进行说明。

由上述反应5至反应7可以看出，由于吸收剂吸收了半焦气化后产生的气体产物中的酸性气体，可提高反应5、反应6分别向产甲烷、产氢方向进行，从而可提高气体产物中甲烷和氢气含量。

在上述S3中，将产生的产品气中的氢气分离出来提供给加氢气化反应，以提高氢气的循环利用率。

基于此，通过本发明实施例提供的上述煤粉加氢气化方法，可以使得煤粉加氢气化反应后生成的半焦可以进一步与蒸汽发生气化反应。该方法实现了煤炭的梯级利用，提高加氢气化过程中的碳转化效率。煤粉加氢气化反应生成的高温半焦的温度，与半焦与蒸汽发生气化反应所需温度相匹配，因此该高温半焦可以直接与蒸汽发生气化反应，不需要进行升温或降温处理，也就是说，充分利用了煤粉加氢气化反应后生成的半焦携带的大量高品热。

进一步的，为了更有效的提高该煤粉加氢气化方法的能效比，化学链气化反应之前，煤粉加氢气化方法还包括：对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦；所述化学链气化反应中的所述半焦为满足预设条件的半焦。

示例的，所述满足预设条件的半焦为粒径在0.2mm以上的半焦。

具体的，所述吸收剂可以选用粒径为0.05～1mm，和/或，所述吸收剂包含20％-55％的CaO。

该吸收剂还可以选用粒径为0.05～0.08mm或0.08～0.15mm或0.15～0.6mm或0.6～1.0mm的吸收剂。

进一步的，为了使吸收剂在化学链气化反应中循环利用，煤粉加氢气化方法还包括：吸收剂再生反应；所述吸收剂再生反应包括：对吸收有所述酸性气体的吸收剂进行处理，以使所述吸收剂恢复活性；将恢复活性的吸收剂再提供给所述化学链气化反应。

示例的，所述处理的温度可以控制在900-1100℃。

具体的，该吸收剂的质量与所述半焦的质量比可以设计为0.5:1～10:1。

需要说明的是，此处的吸收剂和半焦是指在参与化学链气化反应过程中的吸收剂和半焦。

进一步的，所述对吸收有所述酸性气体的吸收剂进行处理，以使所述吸收剂恢复活性包括：通入流化介质，促进吸收有所述酸性气体的吸收剂恢复活性，所述流化介质包括富氧气体。

当流化介质以一定的速度通过装有失活的吸收剂的容器时，在高温环境中，流化介质带动失活的吸收剂剧烈扰动，使得气固两相混合在一起，促进失活的吸收剂充分受热而释放酸性气体，恢复活性。并且，与吸收剂混合在一起的半焦燃烧，可使吸收剂达到分解所需温度，此反应过程发生的反应：

C+O₂→CO₂

因为酸性气体直接排出会对大气造成污染，可以对产生的酸性气体进行回收处理。

在上述S1中，反应的温度示例的可以控制在700-1000℃。

在上述S1中，可以将氢煤质量比设计为0.2～2。

在上述S2中，反应的温度示例的可以控制在700-900℃。

在上述S2中，可以将吸收剂与半焦的质量比设计为0.2～2。

综上所述，上述方法的具体的工艺步骤可以设计成：将粒径为0.1～2mm的煤粉投入加氢气化装置中，控制加氢气化装置内的温度为700-1000℃，压力为0.1～5.0MPa，反应体系中氢煤质量比为0.2～2，原料煤粉进入加氢气化装置后，快速气化，得到富甲烷产品气；加氢气化过程的固体产物半焦进入气化链反应装置与蒸汽发生反应，进一步气化，蒸汽与原料煤粉的质量比为0.2～2，控制气化反应装置的温度为700-900℃，压力为0.1～5MPa。

为了得到较高品质的甲烷产品气，对分离后的所述气体产物再次进行分离，得到甲烷产品气。

示例的，将富甲烷气体通入净化装置，净化后，从顶部采出，得到甲烷产品气。

进一步的，为了分离出煤粉加氢气化反应后生成的含半焦的富甲烷产品气中的半焦，本发明提供了一种实施例，煤粉加氢气化方法，所述煤粉加氢气化方法还包括：对所述加氢气化反应生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，得到所述半焦和所述富甲烷产品气；将所述半焦提供给所述化学链气化反应；将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；将所述氢气提供给所述加氢气化反应；对分离后的所述富甲烷产品气再次进行分离，得到甲烷产品气。

本发明提供了另一种实施例，所述煤粉加氢气化方法还包括：

对所述加氢气化反应生成的所述含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，将分离出的半焦提供给所述化学链气化反应、分离出的氢气提供给所述加氢气化反应。

本发明提供了另一种实施例，煤粉加氢气化方法还包括：对所述加氢气化反应生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，得到所述半焦和所述富甲烷产品气；将所述半焦提供给所述化学链气化反应；将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；将所述氢气提供给所述加氢气化反应。

为了进一步说明本发明，以下将结合具体实施例对本发明提供的煤粉加氢气化方法及系统进行详细描述。这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

以下实施例中气化反应装置具体为化学链气化装置。

通过对基于化学链技术的煤粉加氢气化工艺进行流程模拟，以10t/d规模装置进行阐述。

200kg/h的原料煤(粒径0.1～2mm)与经氢气分离装置分离出的氢气一同加入加氢气化装置，生成富甲烷气体，煤粉转化后形成半焦，与循环载体(主要成分是CaO、粒径可在0.2～3mm范围内)和蒸汽混合，进入化学链气化装置，发生气化反应。循环载体在体系中保障化学链气化装置和载体再生装置具有合理的温差，同时化学链气化装置内能产生适宜的氢气供给加氢气化装置使用。不同操作条件下，反应参数及产物指标如表1～3所示。

表1操作条件1下反应参数及产物指标

表2操作条件2下反应参数及产物指标

表3操作条件3下反应参数及产物指标

由表1-3可知：在反应体系中，温度和物料流量的匹配十分重要。本发明提供的煤粉加氢气化方法及系统通过合理的调节各反应参数，可以使得碳转化率达30％～80％。

这里需要说明的是，随着碳转化率的变化，进入化学链气化装置的半焦含碳量也随之变化，最终会影响循环利用的氢气含量。这方面的影响可以通过调控补充氢气的量来解决，从而满足装置的连续稳定运行。

本发明提供的煤粉加氢气化方法及系统将加氢气化工艺进行改进，与化学链气化过程耦合，将加氢半焦用于化学链气化，提高了碳转化率和能量利用效率，同时利用化学链气化制氢，有效解决了加氢气化氢源的问题。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种煤粉加氢气化系统，包括：一种煤粉加氢气化系统，包括：用于进行煤粉加氢气化反应的加氢气化装置01，所述加氢气化装置上设有底部排渣口11；与所述底部排渣口连通的气化反应装置03；所述气化反应装置上设有蒸汽进气口31、吸收剂入口36；从所述加氢气化装置01的底部排渣口11排出的半焦与从所述蒸汽进气口31进入的蒸汽发生气化反应；与所述气化反应装置03、所述加氢气化装置分别连通的氢气分离装置05；所述氢气分离装置05用于对所述半焦气化后产生的气体产物进行分离，并将从所述气体产物中分离出的氢气通入所述加氢气化装置01中；与所述加氢气化装置01和所述气化反应装置05分别连通的半焦筛分装置07；所述半焦筛分装置用于对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦。

用于进行煤粉加氢气化反应的加氢气化装置01，加氢气化装置01上设有底部排渣口11；与底部排渣口11连通的气化反应装置03；气化反应装置03上设有蒸汽进气口31；从加氢气化装置01的底部排渣口11排出的半焦与从蒸汽进气口31进入的蒸汽发生气化反应；与气化反应装置03、加氢气化装置01分别连通的氢气分离装置05；氢气分离装置05用于对半焦气化后产生的气体产物进行分离，并将从气体产物中分离出的氢气通入加氢气化装置01中；与所述加氢气化装置01和所述气化反应装置03分别连通的半焦筛分装置07；所述半焦筛分装置07用于对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦。

需要说明的是，第一、煤粉加氢气化反应，是煤粉与过量氢气在一定温度和高压下进行的反应，加氢气化装置01上需设置氢气通入口12，以供氢气通入，将加氢气化装置01中的温度控制在700-1000℃。

第二、为了使得半焦从底部排渣口11排出进入气化反应装置03，需在气化反应装置03上设置一个与底部排渣口11连通的进料口32。示例的，该连通可通过密相输送管路连通，半焦可通过密相输送的方式进入气化反应装置03。

这里需要解释的是，密相输送是一种可以使被输送物料在堆积状态的高固气比状态下进行输送的输送方式。为了保证输送的稳定性在输送过程中可向管路充入气体，例如所述气体可以为氢气。

第三、为了实现半焦和蒸汽的快速有效的混合，蒸汽进气口31和气化反应装置03的进料口32可设置在气化反应装置03的底部。

示例的，气化反应装置03可以为化学链气化装置。

这里需要解释的是，化学链技术将化石燃料的传统燃烧或气化反应分解为载氧体在两个反应容器中氧化和还原两个反应过程。化学链将一步分解为两步反应可以减小传统燃烧或气化反应的热力学不可逆性，从而提高能源利用率。

可以理解的是，氢气分离装置05与气化反应装置03、加氢气化装置01分别连通，需在氢气分离装置05上开设有进气口51和氢气出口52，在气化反应装置03上开设有出气口33；气化反应装置03的出气口33与氢气分离装置05的进气口51相连通，氢气分离装置05的氢气出口52与加氢气化装置01的氢气通入口12相连通。此处的连通可以采用管道连通。

可以理解的是，气固分离装置02与加氢气化装置01、氢气分离装置05、气化反应装置03分别连通，需在气固分离装置02上开设有进气口21、出气口22和固体物出口23，在加氢气化装置01上开设有出气口13，气固分离装置02的进气口21与加氢气化装置01的出气口13相连通，气固分离装置02的出气口22与氢气分离装置05的进气口51相连通，气固分离装置02的固体物出口23与气化反应装置03的进料口32相连通。此处的连通可以采用管道连通。

基于此，在本发明实施例提供的煤粉加氢气化系统，由于包括用于进行煤粉加氢气化反应的加氢气化装置01，加氢气化装置01上设有底部排渣口11；与底部排渣口11连通的气化反应装置03；气化反应装置03上设有蒸汽进气口31；从加氢气化装置01的底部排渣口11排出的半焦与从蒸汽进气口31进入的蒸汽发生气化反应；与气化反应装置03、加氢气化装置01分别连通的氢气分离装置05；氢气分离装置05用于对半焦气化后产生的气体产物进行分离，并将从气体产物中分离出的氢气通入加氢气化装置01中；与所述加氢气化装置01和所述气化反应装置03分别连通的半焦筛分装置07；所述半焦筛分装置07用于对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦，这就使得，煤粉加氢气化反应后生成的半焦可以从加氢气化装置01的底部排渣口11排出，然后进入气化反应装置03，进一步与蒸汽发生气化反应。该系统实现了煤炭的梯级利用，提高加氢气化过程中的碳转化效率。

从加氢气化装置01排出的高温半焦的温度，与半焦与蒸汽发生气化反应所需温度相匹配，因此该高温半焦可以直接进入气化反应装置03中与蒸汽发生气化反应，不需要进行升温或降温处理，也就是说，充分利用了煤粉加氢气化反应后生成的半焦携带的大量高品热。所以该煤粉加氢气化系统可有效提高加氢气化过程中的碳转化效率和能量利用效率。

在气化反应装置03中高温半焦与蒸汽发生气化反应，有大量氢气生成，煤粉加氢气化反应恰好又需要使用大量氢气，将气化反应装置03中产生的氢气分离出来通入到加氢气化装置01中，解决加氢气化的氢源问题。

综上所述，上述煤粉加氢气化系统不仅有效提高了加氢气化过程中的碳转化效率和能量利用效率而且解决了加氢气化的氢源问题。

如图2所示，为了分离出煤粉加氢气化反应后生成的含半焦的富甲烷产品气中的半焦，所述煤粉加氢气化系统还包括：与加氢气化装置01、氢气分离装置05、气化反应装置03分别连通的气固分离装置02；气固分离装置02用于对煤粉加氢气化后生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，以使得分离出的富甲烷产品气排入氢气分离装置01中、分离出的半焦排入气化反应装置03中；氢气分离装置05还用于从富甲烷产品气中分离出氢气，通入加氢气化装置01中。

参考图2所示，为了提高半焦气化后气体产物中甲烷和氢气的浓度，进一步的，气化反应装置03上还设有用于通入吸收剂的吸收剂入口36，吸收剂用于吸收半焦气化后产生的气体产物中的酸性气体。

在气化反应装置03中吸收剂吸收酸性气体而失活，为了恢复在气化反应装置03中失活的吸收剂，使得吸收剂循环利用，参考图2所示，气化反应装置03上还设有进料口34和出料口35；煤粉加氢气化系统还包括与气化反应装置03的进料口34和出料口35均连通的载体再生装置04；所述载体再生装置04用于恢复在气化反应装置03中失活的吸收剂；其中，失活的吸收剂从气化反应装置03的出料口35排出进入载体再生装置04，恢复活性的吸收剂从气化反应装置03的进料口34再次进入气化反应装置03。

参考图2所示，为了促进失活的吸收剂在高温环境中恢复活性，载体再生装置04上还设有流化介质进气口43，用于向载体再生装置04内通入用于促进失活的吸收剂的活性恢复的流化介质。

当流化介质以一定的速度通过装有失活的吸收剂的载体再生装置04时，带动失活的吸收剂剧烈扰动，使得气固两相混合在一起，促进失活的吸收剂充分受热，以使失活的吸收剂分解，释放出酸性气体而恢复活性。

示例的，失活的吸收剂恢复活性的方法可以为：在载体再生装置04中，使吸收剂处于例如900-1100℃的高温环境，以使失活的吸收剂分解，释放出酸性气体而恢复活性。

可以理解的是，为了实现载体再生装置04与气化反应装置03的进料口34和出料口35的连通，需在载体再生装置04上开设有进料口41和出料口42，气化反应装置03的出料口35与载体再生装置04的进料口41相连通，载体再生装置04的出料口42与气化反应装置03的进料口34相连通。此处的连通可以采用管道连通。

参考图2所示，进一步的，载体再生装置04上还设有酸性气体出口44。

进一步的，由于酸性气体直接排出会对大气造成污染，而且由于这些气体都是高温气体，收集起来可以为其他反应提供热源，所以，煤粉加氢气化系统还包括：与酸性气体出口44连通的酸性气体回收装置(图中未示意出)。

参考图2所示，为了得到高纯度的甲烷产品气，煤粉加氢气化系统还包括与氢气分离装置05连通的气体净化装置06；气体净化装置06用于分离出甲烷产品气。

参考图2所示，加氢气化装置01上还设有原料煤进料口14，用于向加氢气化装置01中加入煤粉，为了使得煤粉和氢气快速混合，可以将原料煤进料口14设计成喷嘴。

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

1.一种煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法包括：

使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成半焦；使所述半焦与蒸汽在吸收剂存在的条件下发生化学链气化反应；其中，所述半焦与所述吸收剂在流化状态下分层，所述半焦在下层与所述蒸汽反应生成气体产物；所述气体产物包括：酸性气体、氢气、甲烷；所述吸收剂在上层吸收所述酸性气体；所述吸收剂的粒径小于所述半焦的粒径；

将所述氢气从所述气体产物中分离出后提供给所述加氢气化反应。

2.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述化学链气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：

对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦；

所述化学链气化反应中的所述半焦为满足预设条件的半焦。

3.根据权利要求2所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述满足预设条件的半焦为粒径在0.2mm以上的半焦。

4.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述吸收剂的粒径为0.05～1mm，

和/或，

所述吸收剂包含20％-55％的CaO。

5.根据权利要求4所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述吸收剂粒径为：0.05～0.08mm或0.08～0.15mm或0.15～0.6mm或0.6～1.0mm。

6.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：吸收剂再生反应；

所述吸收剂再生反应包括：

对吸收有所述酸性气体的吸收剂进行处理，以使所述吸收剂恢复活性；

将恢复活性的吸收剂再提供给所述化学链气化反应。

7.根据权利要求6所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述处理的温度为900-1100℃。

8.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述吸收剂的质量与所述煤粉的质量比为0.5:1～10:1。

9.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述加氢气化反应的温度为700-1000℃，

和/或，

所述煤粉与所述氢气的氢煤质量比为0.2～2。

10.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述化学链气化反应的温度为700-900℃，

和/或，

所述吸收剂与所述半焦的质量比为0.2～2。

11.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：

对分离氢气后的所述气体产物再次进行分离，得到甲烷产品气。

12.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：

对所述加氢气化反应生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，得到所述半焦和所述富甲烷产品气；

将所述半焦提供给所述化学链气化反应；

将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；

将所述氢气提供给所述加氢气化反应；

对分离后的所述富甲烷产品气再次进行分离，得到甲烷产品气。

13.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：

将所述半焦提供给所述化学链气化反应；

将所述富甲烷产品气再次进行分离，得到氢气；

将所述氢气提供给所述加氢气化反应。

14.一种煤粉加氢气化系统，其特征在于，包括：

用于进行煤粉加氢气化反应的加氢气化装置，所述加氢气化装置上设有底部排渣口；

与所述底部排渣口连通的气化反应装置；所述气化反应装置上设有蒸汽进气口，吸收剂进口；从所述加氢气化装置的底部排渣口排出的半焦与从所述蒸汽进气口进入的蒸汽发生气化反应；

与所述气化反应装置、所述加氢气化装置分别连通的氢气分离装置；所述氢气分离装置用于对所述半焦气化后产生的气体产物进行分离，并将从所述气体产物中分离出的氢气通入所述加氢气化装置中；

与所述加氢气化装置和所述气化反应装置分别连通的半焦筛分装置；所述半焦筛分装置用于对所述半焦进行粒径筛分，得到满足预设条件的半焦。

15.根据权利要14所述的煤粉加氢气化系统，其特征在于，所述煤粉加氢气化系统还包括，

与所述加氢气化装置、所述氢气分离装置、所述气化反应装置分别连通的气固分离装置；所述气固分离装置用于对所述煤粉加氢气化后生成的含半焦的富甲烷产品气进行气固分离，以使得分离出的富甲烷产品气排入所述氢气分离装置中、分离出的所述半焦排入所述气化反应装置中；

所述氢气分离装置还用于从所述富甲烷产品气中分离出氢气，通入所述加氢气化装置中。

16.根据权利要14所述的煤粉加氢气化系统，其特征在于，

所述气化反应装置上还设有进料口和出料口；

所述煤粉加氢气化系统还包括与所述气化反应装置的进料口和出料口均连通的吸收剂再生装置；

所述再生装置用于恢复在气化反应装置中失活的吸收剂；其中，所述失活的吸收剂从所述气化反应装置的出料口排出进入所述吸收剂再生装置，恢复活性的吸收剂从所述气化反应装置的进料口再次进入所述气化反应装置。

17.根据权利要求16所述的煤粉加氢气化系统，其特征在于，

所述煤粉加氢气化系统还包括与氢气分离装置连通的气体净化装置；

所述气体净化装置用于分离出甲烷产品气。