CN109181773A - 一种煤粉加氢气化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化方法及装置，涉及燃料加工领域，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。该方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；半焦中含有灰分；灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；使半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；煤渣包括有灰分和未反应的含碳物质；包括氢气和未反应的含碳物质的还原性气氛将金属氧化物和非金属氧化物分别还原成金属和非金属；未反应的含碳物质继续燃烧，使得金属和非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；将金属混合物层和玻璃态灰渣层分别排出。该煤粉加氢气化装置用于煤粉的加氢气化反应。

Description

一种煤粉加氢气化方法及装置
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装置。
背景技术
煤加氢气化过程是在一定温度和压力下煤粉与过量氢气发生气化反应生成富甲烷的合成气、轻质油品和半焦的过程。
半焦中所含有的灰分一般是多种金属氧化物及非金属氧化物的混合物。因此，含有高灰分的半焦具有高粘结性，极易造成煤加氢气化装置的堵塞，不利于排放；而且，高灰分的存在不仅会降低半焦的再利用价值，同时，半焦经过传统利用方式如燃烧或气化后剩余的灰渣在废弃物分类方面属于二次危废，不能直接排放，需要进一步处理才符合环保要求。因此，受限于半焦排放的问题，在煤加氢气化技术中一般选择具有较低粘结性和较低灰分的煤种。
这样的话，高粘结性、高灰分煤种就不适应于煤加氢气化技术，使得煤加氢气化技术中煤种的选择范围受到了一定的限制。
基于此，如何实现高粘结性、高灰分煤种的煤加氢气化，从而拓宽煤加氢气化技术的煤种适用范围，是目前需要解决的问题。
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装置，解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
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，生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；
包括所述氢气和所述未反应的含碳物质的还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；所述未反应的含碳物质继续燃烧，使得所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
将所述金属混合物层和所述玻璃态灰渣层分别排出。
可选的，在所述加氢气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：使煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给后续的所述加氢气化反应。
可选的，在所述煤粉与所述气化剂发生气化反应的过程中，所述煤粉在外部推动力作用下与所述气化剂混合。
可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：在所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应的过程中补入煤粉，以使所述补入的煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给所述加氢气化反应；所述还原性气氛还包括所述补入的煤粉。
可选的，所述补入的煤粉和所述半焦在外部推动力作用下与所述气化剂混合。
可选的，所述半焦与气化剂发生气化反应的温度为2000～2200℃。
另一方面、本发明实施例提供了一种煤粉加氢气化装置，包括：
在从所述装置的顶部指向所述装置的底部的方向上依次设置的：
加氢气化反应区，用于使煤粉与氢气发生加氢气化反应生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
半焦气化区，用于使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；所述氢气和所述未反应的含碳物质使得所述半焦气化区具有还原性气氛，所述还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；
熔融区，用于使所述未反应的含碳物质继续燃烧，以使所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
在所述熔融区设置有金属混合物出口，所述金属混合物出口用于排出所述金属混合物层；在所述熔融区高于所述金属混合物出口的位置还设置有玻璃态灰渣出口，所述玻璃态灰渣出口用于排出所述玻璃态灰渣层。
可选的，所述煤粉加氢气化装置还包括：设置在所述加氢气化反应区与所述半焦气化区之间的缩径过渡区。
可选的，所述加氢气化反应区的最大直径与所述缩径过渡区的最小直径的比例为3:1～5:1。
可选的，在所述半焦气化区、且靠近所述加氢气化反应区的位置设置有气化剂入口管。
可选的，所述气化剂入口管的数量至少为两个，每相邻两个所述气化剂入口管的延长线的夹角为100°～160°。
可选的，所有所述气化剂入口管的管口位于同一水平面上、且所有所述气化剂入口管与水平面的夹角相同；所有所述气化剂入口管延长线的交点与所述熔融区的熔融液水平面之间的垂直距离为0.5～2m。
可选的，在所述半焦气化区、在所述气化剂入口管的上方的位置设置有补充煤粉入口管。
可选的，所述补充煤粉入口管与水平面的夹角为30°～80°，和/或，所述补充煤粉入口管沿着所述煤粉加氢气化装置水平横截面对称设置。
可选的，在所述煤粉加氢气化装置的同一纵截面的同一侧，所述补充煤粉入口管的延长线与所述气化剂入口管的延长线的夹角为30°～50°。
可选的，在所述加氢气化反应区、靠近所述半焦气化区的位置开设有煤粉入口。
基于此，本发明实施例提供的上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，使得煤粉中的高灰分在煤粉加氢气化后随半焦进行气化，半焦在气化过程中形成还原性气氛。该还原性气氛可以使得半焦所含有的灰分中的金属氧化物和非金属氧化物分别被还原成金属和非金属。而由于半焦气化后未反应的含碳物质继续燃烧，产生大量的热，使得金属和非金属熔融液化形成熔融液，二者在自身熔点和密度的作用下自动分层，熔融液的上层是非金属形成的玻璃态灰渣，下层是熔融的金属混合物，通过将金属混合物和玻璃态灰渣分别排出，从而实现了灰分中不同成分的有效分离。
由于排出的玻璃态灰渣和熔融的金属混合物都是流动的液态，排放过程中不会造成煤加氢气化装置的堵塞，从而解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
进一步的，排出的玻璃态灰渣再经后续冷却或成型固化工艺，可以将灰渣中的有害元素固化封存，从而减少灰渣以粉尘形式排放时对环境的污染。排出的金属液可以进一步加工成金属制品，从而提高半焦中灰分的利用价值，进而实现半焦的高附加值利用。
综上所述，上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，实现了对高粘结性、高灰分煤种加氢气化所产半焦的有效排放和高附加值利用，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
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方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种煤粉加氢气化装置的结构示意图。
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。
如图1所示，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，生成含半焦的产物；半焦中含有灰分；灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
步骤S2、使半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；煤渣包括有灰分和未反应的含碳物质；
包括氢气和未反应的含碳物质的还原性气氛将金属氧化物和非金属氧化物分别还原成金属和非金属；未反应的含碳物质继续燃烧，使得金属和非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
步骤S3、将金属混合物层和玻璃态灰渣层分别排出。
需要说明的是，第一、S1中进行的主要化学反应过程包括：
coal(煤粉)+2H2→CnHm+C(半焦)(反应1,其中，n≥1,m≥2)；
此处CnHm表示的是CH4以及轻质油等。
S1中的煤粉可以是高粘结性、高灰分煤种，该煤种加氢气化反应后生成高灰分含半焦的产物，由于该产物中的灰分中含有大量的金属氧化物和非金属氧化物，使得其具有高粘结性，不易排放。
上述金属氧化物主要是镁、钙、铅、铜、铝和铁的氧化物；上述非金属氧化物主要是硅的氧化物。这些物质在废弃物分类方面属于二次危废，不能直接排放，需要进一步处理才符合环保要求。
第二、上述气化剂中含有氧气，半焦燃烧放出大量的热量，在高温环境中，半焦发生气化反应，反应过程中放出大量的氢气，同时也会产生大量煤渣，上述金属氧化物和非金属氧化物等灰分仍旧残留在这些煤渣中，使得该煤渣仍然具有高粘结性，不易排放。
上述产生的氢气和煤渣中残留的含碳物质，在高温条件下充满整个反应装置，且由于半焦燃烧消耗了大量的氧气，所以使得该反应环境处于一个贫氧富氢和碳的还原性气氛；在该还原性气氛中上述金属氧化物和非金属氧化物分别被还原成金属和非金属。
第三、煤渣中残留的含碳物质与未消耗完的氧气继续发生燃烧反应，放出大量的热量，使得上述金属和非金属熔融液化形成熔融液。
金属和非金属在自身熔点和密度的作用下自动分层，熔融液的上层是非金属形成的玻璃态灰渣，下层是熔融的金属混合物，然后可将金属混合物和玻璃态灰渣分别排出。
此处需要解释的是，玻璃态是一种无定型固体状态，可以看成是保持类玻璃特性的固体状态，其熔融态和凝固态是可逆的。
基于此，本发明实施例提供的上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，使得煤粉中的高灰分在煤粉加氢气化后随半焦进行气化，半焦在气化过程中形成还原性气氛。该还原性气氛可以使得半焦所含有的灰分中的金属氧化物和非金属氧化物分别被还原成金属和非金属。而由于半焦气化后未反应的含碳物质继续燃烧，产生大量的热，使得金属和非金属熔融液化形成熔融液，二者在自身熔点和密度的作用下自动分层，熔融液的上层是非金属形成的玻璃态灰渣，下层是熔融的金属混合物，通过将金属混合物和玻璃态灰渣分别排出，从而实现了灰分中不同成分的有效分离。
由于排出的玻璃态灰渣和熔融的金属混合物都是流动的液态，排放过程中不会造成煤加氢气化装置的堵塞，从而解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
进一步的，排出的玻璃态灰渣再经后续冷却或成型固化工艺，可以将灰渣中的有害元素固化封存，从而减少灰渣以粉尘形式排放时对环境的污染。排出的金属液可以进一步加工成金属制品，从而提高半焦中灰分的利用价值，进而实现半焦的高附加值利用。
综上所述，上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，实现了对高粘结性、高灰分煤种加氢气化所产半焦的有效排放和高附加值利用，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
进一步的，为了向上述S1中的煤粉加氢气化反应供应原料氢气和热量，在进行步骤S1的加氢气化反应之前，上述煤粉加氢气化方法还包括以下步骤：
步骤a1、使煤粉与气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；
步骤b1、将氢气和热量提供给后续的加氢气化反应。
当煤粉加氢气化反应开始后，有半焦生成时，则可以根据半焦生成量对应降低与气化剂反应的煤粉供给量，从而采用这部分半焦代替部分用于生产氢气的煤粉，节省煤粉用量。
进一步的，在煤粉与气化剂发生气化反应的过程中，可以给予该煤粉和该气化剂一个外部推动力，在该外部推动力的作用下，使得煤粉与气化剂混合更加充分，使反应过程中具有更多的反应位点，促进反应的进行。
当半焦气化产生的氢气量不足时，为了调节整个煤粉加氢气化过程的速率，该煤粉加氢气化方法还包括以下步骤：
步骤a2、在半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应的过程中补入煤粉，以使补入的煤粉与气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；
步骤b2、将氢气和热量提供给加氢气化反应，以促进加氢气化反应的进行。
在此情况下，上述还原性气氛还包括补入的煤粉。
在整个煤粉加氢气化过程正常进行时，可以给予补入的煤粉和半焦一个外部推动力，从而在外部推动力的作用下，使得该使煤粉和半焦与气化剂混合更加充分，使反应过程中具有更多的反应位点，促进反应的进行。
示例的，上述外部推动力可以是气力，例如可以将煤粉在一定压力作用下喷入反应装置内，将气化剂在一定压力作用下喷入反应装置，从而带动煤粉和半焦与气化剂混合。
示例的，上述气化剂可以是水蒸气和氧气的混合气；
在此情况下，上述S2中进行的燃烧反应和气化反应的主要化学反应过程包括：
C(半焦)+O2→CO2(反应2)；
C(半焦)+CO2→CO(反应3)；
C(半焦)+H2O→CO+H2(反应4)；
CO+H2O→H2+CO2(反应5)；
示例的，上述S1中加氢气化反应的温度可以控制在800～1000℃。
该温度可以使得煤粉与氢气反应充分、且较易于实现。
示例的，上述S2中半焦与气化剂发生气化反应的温度控制在2000～2200℃。
该温度可以使得半焦与气化剂反应充分、且较易于实现。
在上述基础上，如图2所示，本发明实施例还提供了一种煤粉加氢气化装置，包括：
在从煤粉加氢气化装置的顶部指向煤粉加氢气化装置的底部的方向上依次设置的：
加氢气化反应区1，用于使煤粉与氢气发生加氢气化反应生成含半焦的产物；半焦中含有灰分；灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
半焦气化区2，用于使半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；煤渣包括有灰分和未反应的含碳物质；氢气和未反应的含碳物质使得半焦气化区具有还原性气氛，还原性气氛将金属氧化物和非金属氧化物分别还原成金属和非金属；
熔融区3，用于使未反应的含碳物质继续燃烧，以使金属和非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
在熔融区3设置有金属混合物出口31，金属混合物出口31用于排出金属混合物层；在熔融区3高于金属混合物出口31的位置还设置有玻璃态灰渣出口32，玻璃态灰渣出口32用于排出玻璃态灰渣层。
此处需要说明的是，第一，当该煤粉加氢气化装置设置成上下结构时，从装置的顶部指向装置的底部的方向，指的是在空间上的从上到下的方向。
第二、为了使反应过程更加顺利、避免反应物料在连接处堆积，上述煤粉加氢气化装置的壳体在对应于加氢气化反应区1、半焦气化区2和熔融区3的连接处均是平滑过渡。
第三、由于形成的金属混合物层和玻璃态灰渣层，玻璃态灰渣层在上金属混合物层在下，所以玻璃态灰渣出口的位置需高于金属混合物出口。此处的高于指的是在从煤粉加氢气化装置的底部指向其顶部的方向上的高于。
对于金属混合物出口和玻璃态灰渣出口的位置此处不做具体限定，只要能够满足玻璃态灰渣层和金属混合物层的分层排出即可。通常情况下，金属混合物出口的位置设置在煤粉加氢气化装置的底部，例如图2所示，这样有利于金属混合物层的排出。
基于此，本发明实施例提供的上述煤粉加氢气化装置，包括加氢气化反应区1、半焦气化区2及熔融区3。在加氢气化反应区1内，煤粉加氢气化生成含有灰分的半焦。然后，灰分随半焦进入半焦气化区2，在半焦气化区2内，半焦气化产生大量氢气，从而形成还原性气氛。该还原性气氛可以使得半焦所含有的灰分中的金属氧化物和非金属氧化物分别被还原成金属和非金属。随后，这些金属和非金属及未反应的含碳物质一起落入熔融区3。在熔融区3中，由于未反应的含碳物质继续燃烧，产生大量的热，使得金属和非金属熔融液化形成熔融液，二者在自身熔点和密度的作用下自动分层，熔融液的上层是非金属形成的玻璃态灰渣，下层是熔融的金属混合物，通过将金属混合物和玻璃态灰渣分别从金属混合物出口31和玻璃态灰渣出口32排出，从而实现了灰分中不同成分的有效分离。
由于排出的玻璃态灰渣和熔融的金属混合物都是流动的液态，排放过程中不会造成煤加氢气化装置的堵塞，从而使得上述煤粉加氢气化装置解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。
此外，该煤粉加氢气化装置的半焦气化区2内产生的高温氢气向上流动，进入加氢气化区1内。该高温氢气可以作为煤粉加氢气化反应的原料气和热源，从而减少了原料气供应设备及加热设备投资，简化了工艺流程。
具体的，该煤粉加氢气化装置可以是气化炉。
为了便于气体的排出，在该煤粉加氢气化装置的顶部设置有产品气出口11。
进一步的，参考图2所示，为了促进半焦气化区2中的氢气向加氢气化反应区1内流动，增加氢气向上的气体流速，该煤粉加氢气化装置还包括：设置在加氢气化反应区1与半焦气化区2之间的缩径过渡区4。
具体的，加氢气化反应区1的最大直径与缩径过渡区4的最小直径的比例可设计成3:1～5:1，可以进一步增加氢气向上进入加氢气化反应区1的气体流速。
上述加氢气化反应区1的最大直径与缩径过渡区4的最小直径的比例即为缩径比。
进一步的，参考图2所示，为了通入气化剂，该煤粉加氢气化装置在半焦气化区2、且靠近加氢气化反应区1的位置设置有气化剂入口管21。
将气化剂入口管21设置在此处，可以使得使整个装置正常运行时，加氢气化反应区1内的煤粉气化后产生的半焦顺利落入半焦气化区2内，同时可以阻止已落入半焦气化区2内的半焦随氢气气流向上流动。
具体的，为了使半焦和气化剂充分混合和接触，该煤粉加氢气化装置设置气化剂入口管21的数量至少为两个；其中，每相邻两个气化剂入口管21的延长线之间呈一定的夹角(图2中标记为D)优选为100°～160°。
上述数量及角度设置可以使得加氢气化反应区1内的煤粉、与经过加氢气化后产生的半焦一同落入半焦气化区2后，能够与气化剂充分混合，防止半焦接触不到气化剂而直接落入熔融区3，降低熔融区3的温度，影响金属和非金属的熔融分层效果。
进一步的，参考图2所示，为了使半焦在落入半焦气化区2后，能够更加充分与气化剂反应，该装置上的所有气化剂入口管21的管口可以设置在同一水平面上、且所有气化剂入口管21与该水平面之间的夹角相同。
并且，气化剂入口管21延长线的交点与熔融区3的熔融液水平面之间的垂直距离预设为0.5～2m。
该垂直距离可使得气化剂通入半焦气化区2后，形成的气流碰撞在一起，从而能够托起从加氢气化反应区1落下的半焦，促使半焦与气化剂混合后发生燃烧和气化反应。
参考图2所示，为了进一步解决煤粉加氢气化反应的原料气供应和煤粉加氢气化装置预热问题，该煤粉加氢气化装置还在半焦气化区2、在气化剂入口管21的上方的位置设置有补充煤粉入口管22。
这样一来，在初始启动装置运行时，通过补充煤粉入口22向半焦气化区2内通入煤粉，可以使得补充的这部分煤粉发生燃烧和气化反应，产生大量的氢气和热量，氢气携带热量进入加氢气化区1中，为煤粉加氢气化反应供应原料气和热量。
另外，在整个装置正常运行时，也可通过补充煤粉入口22向半焦气化区2内通入煤粉，从而加快整个反应的进程。
这里，上述补充煤粉入口管22可设置成与水平面之间呈一定的夹角(图2中标记为B)，优选为30°～80°。
这一角度范围可使得从补充煤粉入口管22通入的煤粉尽可能多的落入半焦气化区2内，防止细粒煤粉自由飞散到其上方的加氢气化反应区1内，同时，还可阻止整个装置正常运行时煤加氢气化区1内气化产生的半焦随气流向上流动，从而减轻后续除尘设备的工作负荷。
并且，在通入煤粉的过程中，煤粉和气化产生的半焦在气流的推动力的作用下向下方的半焦气化区2内流动。
为了使落下的煤粉在半焦气化区2内均匀分布，上述补充煤粉入口管22优选为沿着上述煤粉加氢气化装置水平横截面对称设置。
该设置有利于加氢气化反应区1内生成的半焦进入半焦气化区2内进行半焦气化；并且可以促使半焦气化后的高温灰渣落入熔融区3内，从而保证熔融区的温度，进而可以更好的实现对灰分的熔融分离；同时，还可以提高系统的碳转化率。
这里，上述补充煤粉入口管22的具体数量可以依据半焦气化处理量和补充煤粉入口管22的负荷大小来确定，这里不做具体限定。
为了使气化剂和煤粉或半焦充分混合，从而促进反应进行，可将气化剂入口管21和补充煤粉入口管22设计成管式喷嘴。这样一来，通入气化剂和煤粉时携带的气流还可推动煤粉和气化产生的半焦向下方的半焦气化区2内流动，进一步促进反应进行。
参考图2所示，为了减少由补充煤粉入口管22通入的气流与由气化剂入口管21通入的气流间的相互干扰，在煤粉加氢气化装置的同一纵截面的同一侧，补充煤粉入口管22与其相近的气化剂入口管21的延长线之间呈一定的夹角(图2中标记为C)，优选为30°～50°。
这里，为了使煤粉和气化剂混合的更加充分，上述补充煤粉入口管22的管口所在的水平面与气化剂入口管21的管口所在的水平面之间应保持一定的垂直距离。该垂直距离具体可按照反应的实际情况而定，这里不做具体限定。
参考图2所示，上述煤粉加氢气化装置在加氢气化反应区1、靠近半焦气化区2的位置还开设有煤粉入口12。通过煤粉入口12向加氢气化反应区1内通入煤粉，半焦气化区2内产生的高温氢气向上流动，与通过煤粉入口12通入的低温煤粉相碰撞混合，携带着该煤粉进入加氢气化反应区1内，温度达到加氢气化反应温度(该温度示例的为800～1000℃)，从而促使煤粉加氢气化反应进行，生成富甲烷的产品气和半焦。
这里，为了使通入的煤粉尽可能多的进入加氢气化反应区1内，可以将煤粉入口12设置成向下倾斜的管道结构。
为了使向上流动的高温氢气与通入的煤粉在加氢气化反应区1内混合的更加均匀，可将煤粉入口12沿着煤粉加氢气化装置水平横截面对称设置，从而使得垂直于煤粉入口12的延长线的交点(图2中标记为A)落入加氢气化反应区1内。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (16)

1.一种煤粉加氢气化方法，其特征在于，煤粉加氢气化方法包括：
使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括所述灰分和未反应的含碳物质；
包括所述氢气和所述未反应的含碳物质的还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；所述未反应的含碳物质继续燃烧，使得所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
将所述金属混合物层和所述玻璃态灰渣层分别排出。
2.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，在所述加氢气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：
使煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；
将所述氢气和所述热量提供给后续的所述加氢气化反应。
3.根据权利要求2所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，在所述煤粉与所述气化剂发生气化反应的过程中，所述煤粉在外部推动力作用下与所述气化剂混合。
4.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：
在所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应的过程中补入煤粉，以使所述补入的煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；
将所述氢气和所述热量提供给所述加氢气化反应；
所述还原性气氛还包括所述补入的煤粉。
5.根据权利要求4所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述补入的煤粉和所述半焦在外部推动力作用下与所述气化剂混合。
6.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述半焦与气化剂发生气化反应的温度为2000～2200℃。
7.一种煤粉加氢气化装置，其特征在于，包括：
在从所述煤粉加氢气化装置的顶部指向所述煤粉加氢气化装置的底部的方向上依次设置的：
加氢气化反应区，用于使煤粉与氢气发生加氢气化反应生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；
半焦气化区，用于使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；所述氢气和所述未反应的含碳物质使得所述半焦气化区具有还原性气氛，所述还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；
熔融区，用于使所述未反应的含碳物质继续燃烧，以使所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；
在所述熔融区设置有金属混合物出口，所述金属混合物出口用于排出所述金属混合物层；在所述熔融区高于所述金属混合物出口的位置还设置有玻璃态灰渣出口，所述玻璃态灰渣出口用于排出所述玻璃态灰渣层。
8.根据权利要求7所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，所述煤粉加氢气化装置还包括：设置在所述加氢气化反应区与所述半焦气化区之间的缩径过渡区。
9.根据权利要求8所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，所述加氢气化反应区的最大直径与所述缩径过渡区的最小直径的比例为3:1～5:1。
10.根据权利要求7所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，
在所述半焦气化区、且靠近所述加氢气化反应区的位置设置有气化剂入口管。
11.根据权利要求10所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，所述气化剂入口管的数量至少为两个，每相邻两个所述气化剂入口管的延长线的夹角为100°～160°。
12.根据权利要求11所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，所有所述气化剂入口管的管口位于同一水平面上、且所有所述气化剂入口管与水平面的夹角相同；
所有所述气化剂入口管延长线的交点与所述熔融区的熔融液水平面之间的垂直距离为0.5～2m。
13.根据权利要求10所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，在所述半焦气化区、在所述气化剂入口管的上方的位置设置有补充煤粉入口管。
14.根据权利要求13所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，
所述补充煤粉入口管与水平面的夹角为30°～80°，
和/或，所述补充煤粉入口管沿着所述煤粉加氢气化装置水平横截面对称设置。
15.根据权利要求13所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，在所述煤粉加氢气化装置的同一纵截面的同一侧，所述补充煤粉入口管的延长线与所述气化剂入口管的延长线的夹角为30°～50°。
16.根据权利要求7所述的煤粉加氢气化装置，其特征在于，在所述加氢气化反应区、靠近所述半焦气化区的位置开设有煤粉入口。
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