CN110387269A - 煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法，所述焦粉高效气化的系统包括：干粉气化单元，用于气化所述焦粉并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；沉降增稠单元用于对黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆；水煤浆气化单元，用于接收含碳灰浆并将其与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，还用于对水煤浆进行气化并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。本发明提供的系统和方法，可实现煤炭和焦粉的高效率、高转化率、高附加值、低消耗和低环保压力的使用和转化。

Description

煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法

技术领域

本发明涉及煤炭资源利用技术领域，特别涉及焦粉高效气化的系统和方法，还涉及煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法。

背景技术

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭的消费量占一次能源消费量的60％以上，无论是现在还是未来的一段时间内，我国以煤为主的能源结构难以改变。在我国的煤炭能源利用领域中，除部分消耗为燃烧煤炭获取能量外，其余全部是利用煤炭生产化学品。

一种是利用低温热解技术，在400-600℃的温度下，挥发分离煤本身，经分离后得到焦油和煤气，焦油可加氢后分离油品，煤气则用作燃料或联产化学品。固体残留物被称为焦粉、焦炭或兰炭，其主要为灰分和单质碳，化学反应活性较差，主要用于冶金、化工或作为气化原料。

另一种是将原煤经物理处理(破碎、制浆或磨粉)后直接气化，生产以一氧化碳、氢气和甲烷为主的合成气，作为下游化学品生产的原料。

从我国已探明的煤矿品质看，水分高、挥发分高的中低阶煤所占比重非常大，通过热解技术可有效提取其大量挥发分中的焦油和煤气。但副产的焦粉/半焦机械强度差，不适于冶金高炉生产，而其他领域的需求量又比较少。而作为气化原料时，因其成浆性差、反应活性差又很难实现高效的转化。原煤直接气化则需要考虑原煤含水量高等特点，同时挥发分中高附加值的焦油产品没能够在低温下提取而是在大于1300℃的温度下气化成单碳化合物，再冷却用于化工品生产，造成了能量和能源的浪费。另外在市场环境变幻莫测的当今社会，焦炭企业生产的焦粉产品仅供给冶金行业也限制了焦炭企业的稳定发展，在某些特殊时期将焦粉进一步气化生产附加值高的化学品以统筹安排生产、获取利润也是企业自身维持和发展的必然要求。

中国专利申请CN107446600A和CN107384488A中，均考虑到了中低阶煤的多联产利用，但更多的关注在于热解产品中的煤气，通过对干馏煤气、快速热解气及电石炉尾气等进行综合处理联产相应的SNG、甲醇、乙炔、乙二醇、聚乙烯等产品。而对大量的固体副产物焦粉则仅采用燃烧发电，没有真正意义上实现对煤炭和焦粉的高效、分级利用，属于焦炉煤气下游产品的综合利用。

中国专利申请CN 106753585 A公开了一种煤炭分级利用的系统和方法，采用原煤热解提取煤气和焦油，焦粉进一步气化的分级利用方法，但其仅采用操作温度800-1000℃的流化床气化炉处理反应活性差的焦粉，存在气化效率低、转化率差等不足。

中国专利申请CN107446626A公开了一种焦炭加压连续气化生产方法，其仅采用加压固定床气化焦粉，转化效率和转化率同样较低且环保压力更大。

中国专利申请CN105154121A和CN106433734A公开的方案中，均意识到了低阶煤的性质特点不利于直接气化，通过分级利用干馏提取焦油和煤气，焦粉利用反应温度更高、效率更高的气流床气化炉进行气化。但是即使这样，由于焦粉反应活性差的特点，仍会制约其达到高的转化率，细灰中大量未反应完全的焦粉没有进一步的利用，而是直接作为固体废弃物处理掉，工业化后会仍会出现消耗高、效率低等缺陷，不能完全实现焦粉的高效气化。

综上，如何开发焦粉高效气化以及煤炭分级综合利用的系统和方法，是本技术领域亟待取得突破的技术难点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦粉高效气化的系统和方法；还提供一种煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法，利用该系统和方法可实现焦粉/煤炭的高效率、高转化率、高附加值、低消耗和低环保压力的使用和转化。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种焦粉高效气化的系统，包括：

干粉气化单元，用于气化焦粉并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

沉降增稠单元，用于对来自干粉气化单元的所述黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆；

水煤浆气化单元，用于接收来自所述沉降增稠单元的含碳灰浆并将其与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，还用于对所述水煤浆进行气化并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述沉降增稠单元还用于对来自所述水煤浆气化单元的所述黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆。

所述含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水是指经气化后未反应的煤炭/焦粉经过激冷、水洗后进入水中并与水混合形成水与未反应煤炭/焦粉的固液混合物。

本发明的系统，优选的，所述干粉气化单元包括干粉加压输送装置、干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置；

所述干粉加压输送装置用于将焦粉输送至所述干粉气化装置；

所述干粉气化装置用于将焦粉行气化及对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水。干粉气化装置采用本领域常用的相应装置均可，例如具体可以是盘管水冷壁或列管水冷壁结构，烧嘴位置可以是顶置下喷或直筒段侧喷，烧嘴数量可以是单一组合烧嘴或多个烧嘴，激冷形式可以是全部水激冷、部分激冷加废锅或全废锅。

所述第一合成气净化装置与所述干粉气化装置连通，用于接收来自所述干粉气化装置的粗合成气并对其进行洗涤净化，以获得净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；

所述第一闪蒸浓缩装置分别与所述干粉气化装置和所述第一合成气净化装置连通，用于接收分别来自干粉气化装置和第一合成气净化装置的所述含有未完全反应的焦粉的黑水，并对其进行闪蒸以获得浓缩的黑水；

所述沉降增稠单元与所述第一闪蒸浓缩装置连通，以接收经所述第一闪蒸浓缩装置浓缩的黑水并对其进行沉降。

优选的，所述干粉气化单元还包括与所述干粉气化装置相连的第一排渣装置，用于对干粉气化装置中所得的固体废渣进行减压并排出系统外。

本发明的系统，优选的，所述水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置；

所述磨煤制浆装置与沉降增稠单元连通，用于接收所述含碳灰浆并将其与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆；

所述水煤浆气化装置用于接收来自磨煤制浆装置的水煤浆，且将所述水煤浆进行气化及对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，以获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述第二合成气净化装置与所述水煤浆气化装置连通，用于接收来自所述水煤浆气化装置的粗合成气并对其进行洗涤净化，以获得净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述第二闪蒸浓缩装置分别与所述水煤浆气化装置和所述第二合成气净化装置连通，用于接收分别来自水煤浆气化装置和第二合成气净化装置的所述含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水，并对其进行闪蒸以获得浓缩的黑水；

所述沉降增稠单元与所述第二闪蒸浓缩装置连通，以接收经所述第二闪蒸浓缩装置浓缩的黑水并对其进行沉降。

在一些具体实施方式中，所述水煤浆气化单元还包括煤浆输送装置，用于将磨煤制浆装置制得的水煤浆输送至水煤浆气化装置。在一些具体实施方式中，所述水煤浆气化单元还包括与水煤浆气化装置相连的第二排渣装置，用于将水煤浆气化装置中所得的固体废渣减压后排出系统外。

所述水煤浆气化装置采用本领域常用的相应装置均可，例如可以是耐火砖或水冷壁结构，烧嘴位置可以是顶置下喷或直筒段侧喷，烧嘴数量可以是单一组合烧嘴或多个烧嘴，激冷形式可以是全部水激冷、部分激冷加废锅或全废锅。

第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置中进行闪蒸可以为二级闪蒸或多级闪蒸，对此不做特别限定。

本发明的系统，优选的，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；

所述黑水沉降槽分别与所述第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置连通，用于接收分别来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水，并对所述浓缩的黑水进行沉降以从中分离得到灰水和含碳灰浆；

进一步优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述灰水储存及输送装置用于接收所述黑水沉降槽中的灰水，所述灰水储存及输送装置分别与第一合成气净化装置和第二合成气净化装置连通，以将部分灰水加热并输送至第一及第二合成气净化装置。

在一些具体实施方式中，所述黑水沉降槽的底部优选为锥底，黑水在黑水沉降槽中自然重力沉降，上部的灰水溢流进入灰水储存及输送装置，底部的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元。优选的一些具体实施方式中，在黑水进入黑水沉降槽之前向其中加入絮凝剂，用于帮助固体颗粒团聚沉降。

本发明第二方面提供一种煤炭综合利用和焦粉高效气化的系统，该系统在前文所述的焦粉高效气化系统的基础上，还包括煤热解单元，用于热解煤粉并分离热解所得的产物，以获得焦油、煤气和用于供应至干粉气化单元的焦粉。利用该系统可以对焦粉进行高效气化，对煤炭进行进行分级综合利用。

优选的，所述煤热解单元包括热解反应器、油气分离装置和焦粉收集分离装置；

所述热解反应器用于对煤粉进行热解，并获得气态产物和固态产物；

所述油气分离装置与所述热解反应器连通并用于接收所述气态产物，以从中分离得到焦油和煤气；

所述焦粉收集分离装置与所述热解反应器连通并用于接收所述固态产物，以从中分离得到焦粉。

作为一种具体实施方式，油气分离装置中包括焦油捕集分离器，用于将气态产物中的焦油分离和收集下来。优选的，所述煤热解单元还包括煤气热回收器和煤气净化设备，分别用于对油气分离装置得到的煤气进行热量回收和去除其中的水分和粉尘，从而得到主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷和少量其他烷烃类化合物的煤气产品。

优选的，所述煤炭综合利用和焦粉高效气化的系统还包括破碎研磨装置，用于对原煤进行破碎研磨以得到煤粉，破碎研磨装置分别与煤热解单元和磨煤制浆单元相连通，以将煤粉供应至煤热解单元和磨煤制浆单元。

优选的，所述干粉气化单元设有干粉加压输送装置和干粉气化装置，所述干粉加压输送装置用于将煤热解单元所得的焦粉输送至所述干粉气化装置中，具体为输送至干粉气化装置的气化炉中。

本发明第三方面提供一种利用上文所述的焦粉高效气化系统进行焦粉高效气化的方法，包括如下步骤：

1)将焦粉送入至干粉气化单元进行气化，对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

2)将步骤1)所得的所述黑水送入至沉降增稠单元，对所述黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

3)将步骤2)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元，在水煤浆气化单元将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，所述水煤浆的浓度优选≥55wt％，例如55-65wt％；将所述水煤浆进行气化，对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

4)将步骤3)所得的黑水循环至步骤2)中所述的沉降增稠单元并进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤3)中所述的水煤浆气化单元中。

优选的，沉降增稠单元所得的所述含碳灰浆的浓度为20-30wt％。优选的，步骤2)和步骤4)中所述的黑水进入沉降增稠单元之前，向其中加入絮凝剂，以促进固体颗粒团聚沉降。絮凝剂的种类并无特别限定，可根据煤质和黑水的性质进行选取，只要能达到絮凝的作用即可，例如可以是阴离子聚丙烯酰胺类絮凝剂、聚合氯化铝类、复合高分子类、以及上述材料的复配型絮凝剂等，添加量例如以控制在0.5-3mg/L，比如2mg/L。

优选水煤浆的浓度≥55wt％，更优选55-65wt％，采用优选的水煤浆浓度，在气化时具有较低的气化消耗和较高的气化效率，节能环保；优选在满足该水煤浆浓度的前提下，尽可能多的使用来自沉降增稠单元的含碳灰浆。在一些优选的具体实施方式中，水煤浆的粘度＜1200mPa.s，pH为6-9，更好的满足煤浆输送要求，必要时可通过添加分散剂和酸碱等助剂来达到这些要求。

本发明中所用的磨煤水，可以是热解产生的废水或其他有机废水。所述的其他有机废水是指含有有机物的废水，例如含甲醇、酚类、油或其他有机物，这些废水往往不容易通过传统的方法处理或者处理的成本比较高，将其作为磨煤制浆的水使用，有机物将随水煤浆进入气化炉，在炉内高于1000℃的环境下，将被燃烧或转化，变成CO、CO₂、CH₄等单碳化合物，部分可以作为合成气产品，既可以实现废物利用，还能够减少环境破坏。

本发明所述的方法，在一些优选的实施方式中，步骤1)所述的干粉气化单元包括干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置：

步骤1)中，焦粉在干粉气化装置(或称干粉煤气化装置)进行气化，优选气化温度为1300-1700℃，压力为2.5-4.0MpaG；在干粉气化装置中对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

将粗合成气送入至第一合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；

将干粉气化装置中所得的所述黑水和第一合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第一闪蒸浓缩装置，经闪蒸获得浓缩的黑水，优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；

步骤2)中送入至沉降增稠单元的所述黑水为第一闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水。

本发明所述的方法，在一些优选的实施方式中，步骤3)中所述的水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置：

步骤3)中，在磨煤制浆装置中将来自步骤2)的含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，水煤浆送入水煤浆气化装置中与氧气接触进行气化反应，优选气化反应的温度为1300-1700℃，压力2.5-8.7MpaG；在水煤浆气化装置中对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

将水煤浆气化装置中所得的粗合成气送入至第二合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

将水煤浆气化装置和第二合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第二闪蒸浓缩装置中，经闪蒸得到浓缩的黑水；优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；

步骤4)中，循环至沉降增稠单元的所述黑水为第二闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水。

焦粉在干粉煤气化单元中进行直接气化，因焦粉活性差，焦粉不能全部转化，未完全反应的焦粉经洗涤、闪蒸浓缩后排入到沉降增稠单元中；与来自水煤浆气化单元的经闪蒸浓缩后的黑水一起沉降增稠，分离得到含碳灰浆。含碳灰浆与反应活性较焦粉更好的煤粉混合后，共同磨煤制浆，优选将水煤浆浓度控制为≥55wt％，并进行水煤浆气化，实现焦粉的二次气化/多次气化，提高焦粉的整体转化率和气化效率。此外，将含碳灰浆经磨煤制浆后进行水煤浆气化，不需要设计浆料的干燥、成型等进一步处理的其他进料方式，不仅简化流程，且降低投资和消耗，并达到较高的气化效率。

本发明所述的方法，在一些优选的实施方式中，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；

步骤2)中，为将第一闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水送入至黑水沉降槽进行所述沉降；步骤4)中，为将第二闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水循环至黑水沉降槽进行所述沉降；来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水在黑水沉降中经沉降得到灰水和含碳灰浆；

进一步优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述方法还包括如下步骤：将黑水沉降槽所得的灰水送入至灰水储存及输送装置，并通过该装置将部分灰水加热后作为洗涤净化所需的溶液输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置。灰水储存和输送装置采用本领域现有相应装置即可，例如，该装置具体可包括用于容纳灰水的灰水槽、用于输送灰水的灰水泵、用于加热灰水的灰水加热设备等；黑水经黑水沉降槽沉淀后，上层清液(称为灰水)溢流进入灰水槽中，然后经灰水泵送入灰水加热设备中加热(具体的，比如可以利用第一或第二闪蒸浓缩装置的闪蒸蒸汽作为加热热源)，加热后的灰水输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置，比如可以配备灰水输送升压泵来输送；此处仅是例举，只要能实现对灰水进行容纳、加热和输送的功能的相应设备均可使用。

本发明第四方面提供一种利用上文所述的煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统进行煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的方法，该方法包括如下步骤：

a)将煤粉送入至煤热解单元进行热解，分离热解所得的产物，获得焦油、煤气和焦粉；优选的，所述煤粉的粒径为≤5mm；

b)将焦粉送入至干粉气化单元进行气化，对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

c)将步骤b)所得的所述黑水送入至沉降增稠单元，对所述黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

d)将步骤c)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元，在水煤浆气化单元将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，所述水煤浆的浓度优选≥55wt％；将所述水煤浆进行气化，对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

e)将步骤d)所得的黑水循环至步骤c)中所述的沉降增稠单元并进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤d)的水煤浆气化单元中；

优选的，沉降增稠单元所得的所述含碳灰浆的浓度为20-30wt％。

本发明的方法,在步骤a)中直接使用煤粉进行热解，优选将煤粉的粒径控制在5mm以下，使得在步骤a)的煤热解单元输出的焦粉可直接满足后续干粉气化的粒度要求，无需设计磨煤干燥系统，无需再次研磨，且由于经步骤a)热解后所得的焦粉具有较高的温度，之后直接进入步骤b)中利用干粉气化技术对焦粉进行较高转化率的气化，不仅节省了投资，也大大降低耗能。

本发明所述的方法，在一些优选的实施方式中，步骤a)中所述的煤热解单元包括热解反应器、油气分离装置和焦粉收集分离装置；

步骤a)中，将煤粉送入至热解反应器进行热解反应，得到固态产物和气态产物；优选的，热解反应的温度为400-900℃，热解反应器可以为自热或外热形式；煤炭在煤热解单元经热解提质，煤中的水分和大部分挥发分脱离处理，形成气态产物，残留的为固态产物。煤热解单元中的热解工艺具体可以是干馏热解工艺、加氢热解工艺等等。

气态产物送入至油气分离装置进行油气分离得到焦油和煤气。固态产物送入至焦粉收集分离装置，从固态产物中分离得到焦粉。在一些具体实施方式一种，煤气经进一步的热回收和净化处理后得到以一氧化碳、氢气和甲烷为主的煤气产品；焦油经净化后获得净化的焦油产品；焦油和煤气产品均可以进一步深化处理获得附加值更高的化工产品。其中，焦油可以用于油品加工，例如加氢后得到柴油、汽油、石脑油等油品；

本发明所述的方法，优选的，步骤b)中所述的干粉气化单元包括干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置；

步骤b)中，焦粉在干粉气化装置进行气化，优选气化温度为1300-1700℃，压力为2.5-4.0MpaG；在干粉气化装置中对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；将粗合成气送入至第一合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；将干粉气化装置中所得的所述黑水和第一合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第一闪蒸浓缩装置，经闪蒸获得浓缩的黑水，优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；步骤c)中送入至沉降增稠单元的所述黑水为第一闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水；

优选的，步骤d)中所述的水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置；步骤d)中，在磨煤制浆装置中将来自步骤c)的含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，水煤浆送入水煤浆气化装置中与氧气接触进行气化反应，优选气化反应的温度为1300-1700℃，压力2.5-8.7MpaG；在水煤浆气化装置中对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；将水煤浆气化装置中所得的粗合成气送入至第二合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；将水煤浆气化装置和第二合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第二闪蒸浓缩装置中，经闪蒸得到浓缩的黑水；优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；步骤e)中，循环至沉降增稠单元的所述黑水为第二闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水。

优选的，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；步骤c)中，为将第一闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水送入至黑水沉降槽进行所述沉降；步骤e)中，为将第二闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水循环至黑水沉降槽进行所述沉降；来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水在黑水沉降中经沉降得到灰水和含碳灰浆；进一步优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述方法还包括如下步骤：将黑水沉降槽所得的灰水送入至灰水储存及输送装置，并通过该装置将部分灰水加热后作为洗涤净化所需的溶液输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统和方法，包括煤炭热解和焦粉及煤炭的高效气化两个部分，焦粉及煤炭的高效气化由干粉气化单元和水煤浆气化单元和一个共用的沉降增稠单元组成。原煤经热解后获得焦油、煤气和焦粉。焦粉在干粉气化单元气化，未完全转化的焦粉在经沉降增稠单元沉降增稠后以灰浆的形式与原煤混合制备水煤浆，并在水煤浆气化单元中进行二次气化反应，获得以一氧化碳和氢气为主的合成气产品；而不能反应的煤灰作为固体废渣排出，而可能存在的没有完全反应的焦粉和煤炭经进入沉降增稠单元沉降后分离出含碳灰浆，再次送入水煤浆气化单元，循环利用，直至完全转化。采用本发明的系统和方法，对煤炭的利用率高，对反应活性较差的焦粉可实现99％以上的转化率，从而排出碳含量很低的废渣。系统具有产品种类丰富、附加值高，运行稳定可靠，节能环保，能耗低等特点。

本发明的系统和方法中，干粉气化单元和水煤浆气化单元与沉降增稠单元相互配合，实现焦粉和煤炭的高效气化，最终得到以一氧化碳和氢气为主的合成气产品，可用于其他化工合成、化学品生产等应用领域。

由于焦粉的成浆性差，不能单独使用水煤浆气化，脱除挥发分后反应活性变差，一次气化不能达到99％以上的高转化率。本发明采用干粉气化与水煤浆气化相结合，利用焦粉高温干燥、流动性好的特性先进行干粉气化，未完全反应的焦粉与原煤一同进行水煤浆气化，进行二次气化，而未完全反应的焦粉/煤炭循环回水煤浆气化循环气化，可将焦粉和煤炭的总体转化率均提高和保障在99％以上，真正意义的做到对原料的“吃干榨净”。

采用气化后含有焦粉/煤炭的灰浆作为水煤浆气化的制浆原料可以有效利用灰浆和黑水，同时也可考虑使用厂内其他废水作为磨煤水制浆，减少了废水处理的量并减少了原水用量；原材料的转化率达到99％以上。系统中的固体废物仅为含水量低、含碳量低于1％的煤灰废渣，可以直接作为建筑材料使用，变废为宝。

本发明的煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统可以用于煤炭的分级利用，本发明的焦粉高效气化系统可单独的处理焦粉，利用本发明的系统，能够使系统产品种类更加丰富(焦油、焦粉、煤气、合成气等)，工厂可根据市场情况进行调整以达到更大的经济效益。

附图说明

图1是本发明一种实施方式中，焦粉高效气化系统的结构示意图。

图2是本发明一种实施方式中，煤炭分级综合利用和焦粉高效气化系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅为便于描述和区分，而非对数量或顺序的限定。本发明的系统中所用的各装置或元件若未特别说明，均可采用本领域常规的相应装置或元件。

本发明提供一种焦粉高效气化系统，根据本发明的实施例，参见图1，该系统包括干粉气化单元200、沉降增稠单元300、水煤浆气化单元400。

其中，干粉气化单元200用于对焦粉进行气化，并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，从而获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水。沉降增稠单元300用于对来自干粉气化单元200的黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆。水煤浆气化单元400用于接收来自沉降增稠单元300的含碳灰浆，并将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，还用于对水煤浆进行气化并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，从而获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。沉降增稠单元300还用于接收来自水煤浆气化单元400的黑水，并对其进行沉降分离得到灰水和含碳灰浆。

干粉气化单元200，用于气化焦粉并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水。在一些具体实施方式中，干粉气化单元200具体包括干粉加压输送装置202、干粉气化装置203、第一合成气净化装置204和第一闪蒸浓缩装置205。干粉加压输送装置202用于将常压干粉加压并输送到干粉气化装置，具体为输送至干粉气化装置的气化炉。干粉气化装置203用于对焦粉进行气化，并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，从而获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水。第一合成气净化装置204和干粉气化装置203相连通，用于接收来自干粉气化装置203的粗合成气，并对粗合成气进行洗涤净化，从而获得净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水。第一闪蒸浓缩装置205分别和干粉气化装置203及第一合成气净化装置204相连通，用于接收分别来自干粉气化装置203及第一合成气净化装置204的含有未完全反应的焦粉的黑水，并对其进行闪蒸，从而获得浓缩的黑水。沉降增稠单元300和第一闪蒸浓缩装置205相连通，用于接收第一闪蒸浓缩装置205所得的浓缩的黑水，并对其进行沉降分离得到灰水和含碳灰浆。

在一些具体实施方式中，干粉气化单元200中还包括第一排渣装置206，该第一排渣装置206和干粉气化装置203相连，用于对干粉气化装置203中所得的固体废渣进行减压并排出系统外。

干粉气化单元200中所用的干粉气化装置203，采用本领域常用的相应装置均可，例如具体可以是盘管水冷壁或列管水冷壁结构，烧嘴位置可以是顶置下喷或直筒段侧喷，烧嘴数量可以是单一组合烧嘴或多个烧嘴，激冷形式可以是全部水激冷、部分激冷加废锅或全废锅。

在一些具体实施方式中，水煤浆气化单元400包括磨煤制浆装置401、水煤浆气化装置403、第二合成气净化装置404和第二闪蒸浓缩装置406。磨煤制浆装置401和沉降增稠单元300相连通，用于接收来自沉降增稠单元300的含碳灰浆，并将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆。水煤浆气化装置403用于接收磨煤制浆装置401所制得的水煤浆，并将水煤浆进行气化及对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，从而获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。第二合成气净化装置404和水煤浆气化装置403相连通，用于接收来自水煤浆气化装置403中所得的粗合成气，并对粗合成气进行洗涤净化，从而获得净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。第二闪蒸浓缩装置406分别和水煤浆气化装置403及第二合成气净化装置404相连通，第二闪蒸浓缩装置406用于接收分别来自水煤浆气化装置403和第二合成气净化装置404的含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水，并对其进行闪蒸从而得到浓缩的黑水。沉降增稠单元300还和第二闪蒸浓缩装置406相连通，用于接收来自第二闪蒸浓缩装置406所得的浓缩的黑水，并对其进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆。

在一些具体实施方式中，水煤浆气化单元400中还设有煤浆输送装置402，用于将磨煤制浆装置401制得的水煤浆输送至水煤浆气化装置403中进行气化。在一些具体实施方式中，水煤浆气化单元400还包括第二排渣装置405，第二排渣装置405与水煤浆气化装置403相连，用于将水煤浆气化装置403中所得的固体废渣减压后排出系统外。

水煤浆气化单元400中所用的水煤浆气化装置403采用本领域常用的相应装置均可，例如可以是耐火砖或水冷壁结构，烧嘴位置可以是顶置下喷或直筒段侧喷，烧嘴数量可以是单一组合烧嘴或多个烧嘴，激冷形式可以是全部水激冷、部分激冷加废锅或全废锅。

干粉气化单元200和水煤浆气化单元400中所用的第一闪蒸浓缩装置205和第二闪蒸浓缩装置406对黑水进行闪蒸，可以是二级闪蒸或多级闪蒸。

在一些具体实施方式中，沉降增稠单元300包括黑水沉降槽301，优选还包括灰水储存及输送装置302。黑水沉降槽301分别与第一闪蒸浓缩装置205和第二闪蒸浓缩装置406连通，黑水沉降槽301用于接收分别来自第一闪蒸浓缩装置205和第二闪蒸浓缩装置406所得的浓缩的黑水，并对浓缩的黑水进行沉降，从而从中分离得到灰水和含碳灰浆。灰水储存及输送装置302，用于接收黑水沉降槽301中所得的灰水；灰水储存及输送装置302还分别与第一合成气净化装置204和第二合成气净化装置404相连通，以将部分灰水加热并输送至第一合成气净化装置204和第二合成气净化装置404，使得这部分灰水作为洗涤净化粗合成气的洗涤液使用。灰水储存及输送装置302中的输送设备采用本领域现有相应装置即可，只要具备对灰水进行容纳、加热和输送灰水的功能的相应设备均可，例如，该装置具体可包括用于容纳灰水的灰水槽、用于输送灰水的灰水泵、用于加热灰水的灰水加热设备等；黑水经黑水沉降槽沉淀后，上层清液(称为灰水)溢流进入灰水槽中，然后经灰水泵送入灰水加热设备中加热(具体的，比如可以利用第一或第二闪蒸浓缩装置的闪蒸蒸汽作为加热热源)，加热后的灰水输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置，比如可以配备灰水输送升压泵来输送；此处仅是一种例举。在一些具体实施方式中，灰水储存及输送装置302中的部分灰水以废水的形式排放至废水处理系统，防止盐分在水中的富集。

在一些具体实施方式中，黑水沉降槽301优选其底部为锥底，黑水在黑水沉降槽301中自然重力沉降，上部的灰水溢流进入灰水储存及输送装置302，底部的含碳灰浆从底部排出送入至水煤浆气化单元400。优选的一些具体实施方式中，来自第一或第二闪蒸浓缩装置205、406的浓缩的黑水在进入黑水沉降槽301之前，向其中加入絮凝剂，用于帮助固体颗粒团聚沉降。絮凝剂的种类并无特别限定，只要能达到对黑水进行絮凝的作用即可，例如可以是阴离子聚丙烯酰胺类絮凝剂等，添加量例如可以控制为0.5-3mg/L。

本发明还提供一种煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统，参见图2，该系统在前文所述的焦粉高效气化系统基础上增加了煤热解单元100，其余基本与前文所述的煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统相同，相同之处不再赘述。煤热解单元100用于对煤粉进行热解，并对热解所得到的产物进行分离，从而获得焦油、煤气和焦粉。煤热解单元100所得的焦粉用于输入至干粉气化单元200中。具体的一些实施方式中，通过干粉气化单元200中的干粉加压输送装置202将煤热解单元100所得的焦粉输送至干粉气化单元200中的干粉气化装置203中进行处理。在一些具体实施方式中，煤热解单元100包括热解反应器101、油气分离装置102和焦粉收集分离装置201。其中，热解反应器101用于将煤粉进行热解反应，从而获得气态产物和固态产物。气态产物中含有煤气、焦油、水蒸气和部分固体颗粒，固态产物中主要为焦粉。油气分离装置102和热解反应器101相连通，用于接收气态产物，并从中分离得到焦油和煤气。焦粉收集分离装置201和热解反应器101相连通，用于接收固态产物，去除其中残留的煤灰，从中分离得到焦粉。

在一些具体实施方式中，油气分离装置102中包括焦油捕集分离器，用于分离和收集气态产物中的焦油。优选的，煤热解单元100还包括焦油净化装置103，用于接收油气分离装置102所得的焦油并净化去除焦油中所含的少量水分和固体粉尘，从而得到焦油产品。优选的，煤热解单元100还包括煤气热回收器104和煤气净化设备105，其中煤气热回收器104与油气分离装置102相连，用于接收油气分离装置102分离所得的煤气并对其进行热量回收，煤气净化设备105与煤气热回收器104相连，用于接收经热量回收的煤气，并去除其中夹带的水分和粉尘，从而得到主要成分为一氧化碳、氢气、甲烷和少量其他烷烃类化合物的煤气产品。

在一些具体实施方式中，本发明的系统还包括破碎研磨装置500，该破碎研磨装置500分别与煤热解单元100和水煤浆气化单元400相连。具体的，破碎研磨装置500分别与热解反应器101和磨煤制浆装置401相连。破碎研磨装置500用于对原煤进行破碎研磨以得到煤粉，所得的煤粉用于供应热解反应器101和磨煤制浆装置401。

本发明还提供一种利用上文所述的焦粉高效气化系统进行焦粉高效气化的方法。该方法主要包括以下步骤：

1)将焦粉送入至干粉气化单元200进行气化反应，气化反应的温度优选为1300-1700℃，压力为2.5-4.0MpaG；对气化反应所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

2)将步骤1)所得的黑水送入至沉降增稠单元300，对黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

3)将步骤2)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元400，在水煤浆气化单元400将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，水煤浆的浓度优选≥55wt％(例如55-65wt％)，粘度优选＜1200mPa.s，pH优选为6-9；将水煤浆与氧气接触在水煤浆气化装置403中进行气化反应，气化反应的温度优选为1300-1700℃，压力优选为2.5-8.7MpaG；对气化反应所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

4)将步骤3)所得的黑水循环至步骤2)中的沉降增稠单元300并进一步沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤3)中的水煤浆气化单元400中，进一步进行气化。

沉降增稠单元300中得到的含碳灰浆的浓度优选为20-30wt％。在一些具体实施方式中，步骤2)和步骤4)中的黑水进入沉降增稠单元300之前，可以向其中加入絮凝剂，以促进固体颗粒团聚沉降。

在一些具体实施方式中，步骤1)中的干粉气化单元200具体包括干粉加压输送装置202、干粉气化装置203、第一合成气净化装置204和第一闪蒸浓缩装置205。在干粉气化装置203中气化反应所得产物被激冷，在激冷过程中得以初步洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水。将粗合成气送入至第一合成气净化装置204进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水。将干粉气化装置203中所得的黑水和第一合成气净化装置204中所得的黑水送入至第一闪蒸浓缩装置205，经闪蒸获得浓缩的黑水，优选经第一闪蒸浓缩装置205所得的浓缩的黑水的固含量为2-12wt％。步骤2)中送入至沉降增稠单元300的黑水具体为第一闪蒸浓缩装置205得到的浓缩的黑水。在一些具体实施方式中，干粉气化单元200中还包括第一排渣装置206，第一排渣装置206和干粉气化装置203相连，用于对干粉气化装置203中所得的固体废渣进行减压并排出系统外。利用本发明的系统焦粉的利用，最终排出系统外的固体废渣的含碳量低，焦粉转化率高达99％以上。

在一些具体实施方式中，步骤3)中的水煤浆气化单元400具体包括磨煤制浆装置401、水煤浆气化装置403、第二合成气净化装置404和第二闪蒸浓缩装置406。步骤3)中，在磨煤制浆装置401中将来自步骤2)的含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，水煤浆送入水煤浆气化装置403中与氧气接触进行气化反应；在水煤浆气化装置403中对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。将水煤浆气化装置403中所得的粗合成气送入至第二合成气净化装置404进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水。将水煤浆气化装置403和第二合成气净化装置404中所得的黑水送入至第二闪蒸浓缩装置406中，经闪蒸得到浓缩的黑水，优选该浓缩的黑水的固含量为2-12wt％。步骤4)中，循环至沉降增稠单元300的黑水具体为第二闪蒸浓缩装置406得到的浓缩的黑水。在一些具体实施方式中，水煤浆气化单元400中还设有煤浆输送装置，用于将磨煤制浆装置401制得的水煤浆输送至水煤浆气化装置403中进行气化。在一些具体实施方式中，水煤浆气化单元400还包括第二排渣装置405，第二排渣装置405与水煤浆气化装置403相连，用于将水煤浆气化装置403中所得的固体废渣减压后排出系统外。

第一排渣装置206和第二排渣装置405所排出的固体废渣的主要成分为煤灰、微量的未转化的碳和少量的水，可作为建筑材料使用。干粉气化单元200和水煤浆气化单元400中，没有完全反应的焦粉或焦粉/煤炭，在激冷和洗涤净化过程中均进入黑水中，在沉降增稠单元300中处理后，循环用于后续的水煤浆气化单元400，从而大大减少废渣的排放量，减少了环境压力。

在一些具体实施方式中，沉降增稠单元300具体包括黑水沉降槽301和灰水储存及输送装置302。步骤3)中，具体为将第一闪蒸浓缩装置205所得的浓缩的黑水送入至黑水沉降槽301进行所述沉降；步骤5)中具体为将第二闪蒸浓缩装置406所得的浓缩的黑水循环至黑水沉降槽301进行所述沉降；来自第一闪蒸浓缩装置205和第二闪蒸浓缩装置406的浓缩的黑水在黑水沉降槽301中经沉降得到灰水和含碳灰浆。本发明的方法还包括如下步骤：将黑水沉降槽301所得的灰水送入(例如通过溢流的方式进入)至灰水储存及输送装置302，并通过该装置将部分灰水加热后(例如可热至150-160℃)作为洗涤净化所需的溶液输送至第一合成气净化装置204和第二合成气净化装置404，从而减少第一和第二合成气净化装置404洗涤净化所需的水，充分利用水资源，节能环保，而且还能进一步充分利用灰水。

本发明还提供一种利用上文所述的煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的系统进行煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的方法。

a)将煤粉送入至煤热解单元100进行热解反应，热解反应的温度优选为400-900℃；分离热解反应所得的产物，获得焦油、煤气和焦粉；优选所用煤粉的粒径≤5mm。焦粉为煤炭热解脱水及脱除煤种挥发分后的固体产物，主要成分为固定碳和灰分。优选将煤粉的粒径控制在5mm以下，因而得到的焦粉的粒度不需在进行研磨就可以直接通过加压密相输送至步骤2)中的干粉气化单元200中进行气化。

b)将焦粉送入至干粉气化单元进行气化，对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

c)将步骤b)所得的所述黑水送入至沉降增稠单元，对所述黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

d)将步骤c)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元，在水煤浆气化单元将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，所述水煤浆的浓度优选≥55wt％；将所述水煤浆进行气化，对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

e)将步骤d)所得的黑水循环至步骤c)中所述的沉降增稠单元并进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤d)的水煤浆气化单元中。

该方法的步骤b)-e)与上文所述的焦粉高效气化的方法中的步骤1)-4)基本相同，不同主要在于增加了步骤a)，且步骤b)中的焦粉来源于步骤a)，对于步骤b)-e)均可参见前文中关于步骤1)-4)的相应内容，不再赘述。

水煤浆气化单元400中所用的磨煤水可以是煤热解单元100中产生的废水或其他有机废水。

在一些具体实施方式中，步骤a)中的煤热解单元100具体包括热解反应器101、油气分离装置102和焦粉收集分离装置201。步骤a)中，将煤粉送入至热解反应器101进行热解反应，得到固态产物和气态产物；热解反应的温度优选为400-900℃，热解反应器101可以为自热或外热形式。煤炭在煤热解单元100经热解提质，煤中的水分和大部分挥发分脱离处理，形成气态产物，残留的为固态产物。煤热解单元100中的热解工艺具体可以是干馏热解工艺、加氢热解工艺等。气态产物送入至油气分离装置102进行油气分离得到焦油和煤气。固态产物送入至焦粉收集分离装置201，从固态产物中分离得到焦粉。在一些具体实施方式一种，煤气经进一步的热回收和净化处理后得到以一氧化碳、氢气和甲烷为主的煤气产品；焦油经净化后获得净化的焦油产品；焦油和煤气产品均可以进一步深化处理获得附加值更高的化工产品。其中，焦油可以用于油品加工，例如加氢后得到柴油、汽油、石脑油等油品。

下面对利用图1或2所示的系统进行生产的具体示例进行介绍。

实施例1：

以内蒙古地区的烟煤作为生产原料，煤种数据如下表1所示。原料烟煤的粒径为≤50mm，采用图2所示的系统进行生产。原煤在破碎研磨装置500中被破碎研磨，所得煤粉的粒度控制在100％<1000μm，90％<200μm，10％<10μm。煤热解单元100中的热解反应器101采用干馏热解系统，热解反应温度为700℃，原煤日处理量约4500t，生产焦油-10t/h，煤气-52,000Nm³/h(干气)，焦粉-110t/h(焦粉粒度0-1000μm：100％<1000μm，90％<200μm,10％<10μm，含水<2wt％)。焦粉50wt％左右作为产品外销，其余焦粉通过干粉气化单元200进行转化。干粉气化单元200中配套一套1500吨级干粉煤气化装置，气化压力4.0MPaG，气化温度1500℃，焦粉转化率88-90％，生产合成气-100,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比89-91％。干粉气化单元200中的第一闪蒸浓缩装置205输出的浓缩的黑水，含固量浓度为8-10wt％。

水煤浆气化单元400中，配套1套1000吨级水煤浆气化装置403(耐火砖式气化炉)，磨煤制浆装置401中含焦粉/碳灰浆(即含碳灰浆)与原煤(即破碎研磨后的煤粉)按1:3质量比(干基)混合后，磨煤制浆，制得的水煤浆的浓度为60-62wt％。水煤浆输入水煤浆气化装置403进行气化，气化压力4.0MPaG，气化温度1400℃，一次转化率(即水煤浆中碳的一次气化转化率)93-95％，生产合成气-80,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比80-82％。水煤浆气化单元400的第二闪蒸浓缩装置406输出的浓缩的黑水的固含量为5-7wt％。

利用煤热解单元100脱水经处理后可获总水量-23t/h，满足磨煤制浆的用水量要求，该部分水作为磨煤水输入磨煤制浆装置401中。

由第一排渣装置206和第二排渣装置405排出的固体废渣主要是煤灰、微量未反应的碳和少量水；焦粉和煤炭的总体转化率达到99％以上。

表1：原煤数据表(该表中的％均指质量分数)

实施例2：

以东南亚地区的褐煤作为生产原料，煤种数据如下表2所示。原料褐煤的粒径为≤60mm，采用图2所示的系统进行生产。原煤在破碎研磨装置500中被破碎研磨，所得煤粉的粒度控制为100％<1000μm，80％<400μm,10％<20μm。煤热解单元100中的热解反应器101采用低温干馏热解系统，热解反应温度为600℃，原煤日处理量约10,000t，生产焦油-25t/h，煤气-100,000Nm³/h(干气)，焦粉-110t/h(焦粉粒度0-1000μm：100％<1000μm，80％<400μm,10％<20μm，含水<8wt％)。焦粉全部通过干粉气化单元200进行转化。干粉气化单元200中配套2套1500吨级干粉煤气化装置，气化压力4.0MPaG，气化温度1550℃，焦粉转化率90-95％，生产合成气-190,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比90％。干粉气化单元200中的第一闪蒸浓缩装置205输出的浓缩的黑水，含固量浓度为6-8wt％。

水煤浆气化单元400中，配套1套1000吨级水煤浆气化装置403，磨煤制浆装置401中含焦粉/碳灰浆(即含碳灰浆)与原煤(即研磨破碎后煤粉)按1:2质量比(干基)混合后，磨煤制浆，制得的水煤浆的浓度为57-59wt％。水煤浆输入水煤浆气化装置403(采用水冷壁式水煤浆气化炉)进行气化，气化压力4.0MPaG，气化温度1450℃，一次转化率(即水煤浆中碳的一次气化转化率)92-95％，生产合成气-65,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比80％。水煤浆气化单元400的第二闪蒸浓缩装置406输出的浓缩的黑水的固含量为5-7wt％。

利用煤热解单元100脱水经处理后可获总水量130-135t/h，在满足磨煤制浆的用水量要求，作为磨煤水输入磨煤制浆装置401中使用后，还剩余130t/h以上的水可作为工厂的一次水源使用。

由第一排渣装置206和第二排渣装置405排出的固体废渣主要是煤灰、微量未反应的碳和少量水；焦粉和煤炭的总体转化率达到99％以上。

表2：原煤数据表(该表中的％均指质量分数)

实施例3：

为处理转化某公司的焦粉和自产无烟煤，煤种数据如下表3所示，采用图1所示的系统进行生产。焦粉粒径为10％<50μm,40％<150μm,80％<300μm,100％<700μm。无烟煤粒径≤40mm，并在破碎研磨单元500中被破碎研磨，粒度100％<1000μm，90％<400μm,40％<50μm。焦粉通过干粉气化单元200进行转化(采用多喷嘴顶置下喷气化炉)，日处理原煤4000吨。干粉气化单元200中配套2套2000吨级干粉煤气化装置，气化压力4.0MPaG，气化温度1600℃，焦粉转化率95-96％，生产合成气-330,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比-91％。干粉气化单元200中的第一闪蒸浓缩装置205输出的浓缩的黑水，含固量浓度为4-5wt％。

水煤浆气化单元400中，配套1套2000吨级水煤浆气化装置403，磨煤制浆装置401中含焦粉/碳灰浆(即含碳灰浆)与原煤(即研磨破碎后煤粉)按1:4质量比(干基)混合后，磨煤制浆，制得的水煤浆的浓度为62wt％。水煤浆输入水煤浆气化装置403(采用水冷壁式水煤浆气化炉)进行气化，气化压力4.0MPaG，气化温度1500℃，一次转化率(即水煤浆中碳的一次气化转化率)-93％，生产合成气-140,000Nm³/h(干气)，有效成分CO+H₂占比80％。水煤浆气化单元400的第二闪蒸浓缩装置406输出的浓缩的黑水的固含量为7-9wt％。

由第一排渣装置206和第二排渣装置405排出的固体废渣主要是煤灰、微量未反应的碳和少量水；焦粉和煤炭的总体转化率达到99％以上。

表3：原煤数据表(表中％为质量分数)

本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种焦粉高效气化的系统，其特征在于，包括：

干粉气化单元，用于气化焦粉并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

沉降增稠单元，用于对来自干粉气化单元的所述黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆；

水煤浆气化单元，用于接收来自所述沉降增稠单元的含碳灰浆并将其与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，还用于对所述水煤浆进行气化并对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述沉降增稠单元还用于对来自所述水煤浆气化单元的所述黑水进行沉降，并从中分离得到灰水和含碳灰浆。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干粉气化单元包括干粉加压输送装置、干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置；

所述干粉加压输送装置用于将焦粉输送至所述干粉气化装置；

所述干粉气化装置用于对焦粉进行气化及对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，以获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

所述第一合成气净化装置与所述干粉气化装置连通，用于接收来自所述干粉气化装置的粗合成气并对其进行洗涤净化，以获得净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；

所述第一闪蒸浓缩装置分别与所述干粉气化装置和所述第一合成气净化装置连通，用于接收分别来自干粉气化装置和第一合成气净化装置的所述含有未完全反应的焦粉的黑水，并对其进行闪蒸以获得浓缩的黑水；

所述沉降增稠单元与所述第一闪蒸浓缩装置连通，以接收经所述第一闪蒸浓缩装置浓缩的黑水并对其进行沉降。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置；

所述磨煤制浆装置与沉降增稠单元连通，用于接收所述含碳灰浆并将其与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆；

所述水煤浆气化装置用于接收来自磨煤制浆装置的水煤浆，且将所述水煤浆进行气化及对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，以获得粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述第二合成气净化装置与所述水煤浆气化装置连通，用于接收来自所述水煤浆气化装置的粗合成气并对其进行洗涤净化，以获得净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

所述第二闪蒸浓缩装置分别与所述水煤浆气化装置和所述第二合成气净化装置连通，用于接收分别来自水煤浆气化装置和第二合成气净化装置的所述含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水，并对其进行闪蒸以获得浓缩的黑水；

所述沉降增稠单元与所述第二闪蒸浓缩装置连通，以接收经所述第二闪蒸浓缩装置浓缩的黑水并对其进行沉降。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；所述黑水沉降槽分别与所述第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置连通，用于接收分别来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水，并对所述浓缩的黑水进行沉降以从中分离得到灰水和含碳灰浆；

优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述灰水储存及输送装置用于接收所述黑水沉降槽中的灰水，所述灰水储存及输送装置分别与第一合成气净化装置和第二合成气净化装置连通，以将部分灰水加热并输送至第一及第二合成气净化装置。

5.一种煤炭综合利用和焦粉高效气化的系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-4任一项所述的焦粉高效气化系统，还包括煤热解单元，所述煤热解单元用于热解煤粉并分离热解所得的产物，以获得焦油、煤气和用于供应至所述干粉气化单元的焦粉；

优选的，所述煤热解单元包括热解反应器、油气分离装置和焦粉收集分离装置；所述热解反应器用于对煤粉进行热解，并获得气态产物和固态产物；所述油气分离装置与所述热解反应器连通并用于接收所述气态产物，以从中分离得到焦油和煤气；所述焦粉收集分离装置与所述热解反应器连通并用于接收所述固态产物，以从中分离得到焦粉；

优选的，所述干粉气化单元设有干粉加压输送装置和干粉气化装置，所述干粉加工输送装置用于将煤热解单元所得的焦粉输送至所述干粉气化装置。

6.一种利用权利要求1-4任一项所述的系统进行焦粉高效气化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将焦粉送入至干粉气化单元进行气化，对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

2)将步骤1)所得的所述黑水送入至沉降增稠单元，对所述黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

3)将步骤2)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元，在水煤浆气化单元将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，所述水煤浆的浓度优选≥55wt％；将所述水煤浆进行气化，对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

4)将步骤3)所得的黑水循环至步骤2)中所述的沉降增稠单元并进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤3)的水煤浆气化单元中；

优选的，沉降增稠单元所得的所述含碳灰浆的浓度为20-30wt％。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的干粉气化单元包括干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置；

步骤1)中，焦粉在干粉气化装置进行气化，优选气化温度为1300-1700℃，压力为2.5-4.0MpaG；在干粉气化装置中对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

将粗合成气送入至第一合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；

将干粉气化装置中所得的所述黑水和第一合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第一闪蒸浓缩装置，经闪蒸获得浓缩的黑水，优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；

步骤2)中送入至沉降增稠单元的所述黑水为第一闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置；

步骤3)中，在磨煤制浆装置中将来自步骤2)的含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，水煤浆送入水煤浆气化装置中与氧气接触进行气化反应，优选气化反应的温度为1300-1700℃，压力2.5-8.7MpaG；在水煤浆气化装置中对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

将水煤浆气化装置中所得的粗合成气送入至第二合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

将水煤浆气化装置和第二合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第二闪蒸浓缩装置中，经闪蒸得到浓缩的黑水；优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；

步骤4)中，循环至沉降增稠单元的所述黑水为第二闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水；

优选的，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；步骤2)中，为将第一闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水送入至黑水沉降槽进行所述沉降；步骤4)中，为将第二闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水循环至黑水沉降槽进行所述沉降；来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水在黑水沉降中经沉降得到灰水和含碳灰浆；进一步优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述方法还包括如下步骤：将黑水沉降槽所得的灰水送入至灰水储存及输送装置，并通过该装置将部分灰水加热后作为洗涤净化所需的溶液输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置。

9.一种利用权利要求5的系统进行煤炭分级综合利用和焦粉高效气化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)将煤粉送入至煤热解单元进行热解，分离热解所得的产物，获得焦油、煤气和焦粉；优选的，所述煤粉的粒径为≤5mm；

b)将焦粉送入至干粉气化单元进行气化，对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；

c)将步骤b)所得的所述黑水送入至沉降增稠单元，对所述黑水进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆；

d)将步骤c)所得的含碳灰浆送入至水煤浆气化单元，在水煤浆气化单元将含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合进行磨煤制浆，制得水煤浆，所述水煤浆的浓度优选≥55wt％；将所述水煤浆进行气化，对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，获得合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；

e)将步骤d)所得的黑水循环至步骤c)中所述的沉降增稠单元并进行沉降，从中分离得到灰水和含碳灰浆，所得的含碳灰浆循环至步骤d)的水煤浆气化单元中；

优选的，沉降增稠单元所得的所述含碳灰浆的浓度为20-30wt％；

优选的，所述煤热解单元包括热解反应器、油气分离装置和焦粉收集分离装置；步骤a)中，将煤粉送入至热解反应器进行热解反应，得到固态产物和气态产物；优选的，热解反应的温度为400-900℃；气态产物送入至油气分离装置进行油气分离得到焦油和煤气；固态产物送入至焦粉收集分离装置，从固态产物中分离得到焦粉。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述的干粉气化单元包括干粉气化装置、第一合成气净化装置和第一闪蒸浓缩装置；

步骤b)中，焦粉在干粉气化装置进行气化，优选气化温度为1300-1700℃，压力为2.5-4.0MpaG；在干粉气化装置中对气化所得产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的焦粉的黑水；将粗合成气送入至第一合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的焦粉的黑水；将干粉气化装置中所得的所述黑水和第一合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第一闪蒸浓缩装置，经闪蒸获得浓缩的黑水，优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；步骤c)中送入至沉降增稠单元的所述黑水为第一闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水；

优选的，步骤d)中所述的水煤浆气化单元包括磨煤制浆装置、水煤浆气化装置、第二合成气净化装置和第二闪蒸浓缩装置；步骤d)中，在磨煤制浆装置中将来自步骤c)的含碳灰浆与煤粉和磨煤水混合制备水煤浆，水煤浆送入水煤浆气化装置中与氧气接触进行气化反应，优选气化反应的温度为1300-1700℃，压力2.5-8.7MpaG；在水煤浆气化装置中对气化所得的产物进行激冷和洗涤净化，得到粗合成气、固体废渣和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；将水煤浆气化装置中所得的粗合成气送入至第二合成气净化装置进行洗涤净化，得到净化的合成气和含有未完全反应的煤炭/焦粉的黑水；将水煤浆气化装置和第二合成气净化装置中所得的所述黑水送入至第二闪蒸浓缩装置中，经闪蒸得到浓缩的黑水；优选所述浓缩的黑水的固含量为2-12wt％；步骤e)中，循环至沉降增稠单元的所述黑水为第二闪蒸浓缩装置得到的所述浓缩的黑水；

优选的，所述沉降增稠单元包括黑水沉降槽；步骤c)中，为将第一闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水送入至黑水沉降槽进行所述沉降；步骤e)中，为将第二闪蒸浓缩装置所得的浓缩的黑水循环至黑水沉降槽进行所述沉降；来自第一闪蒸浓缩装置和第二闪蒸浓缩装置的所述浓缩的黑水在黑水沉降中经沉降得到灰水和含碳灰浆；进一步优选的，所述沉降增稠单元还包括灰水储存及输送装置，所述方法还包括如下步骤：将黑水沉降槽所得的灰水送入至灰水储存及输送装置，并通过该装置将部分灰水加热后作为洗涤净化所需的溶液输送至第一合成气净化装置和第二合成气净化装置。