CN205115400U - 一种煤加氢气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种煤加氢气化系统，涉及煤气化技术领域，以提高煤加氢气化系统的碳转化效率。所述煤加氢气化系统包括：煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元；其中，煤加氢气化单元用于使原煤粉和含氢反应气体进行煤加氢气化反应，获得半焦；半焦水煤浆制备单元与煤加氢气化单元连通，半焦水煤浆制备单元利用由煤加氢气化单元输出的半焦制得半焦水煤浆；半焦水煤浆气化单元分别与半焦水煤浆制备单元和煤加氢气化单元连通，用于使由半焦水煤浆制备单元输出的半焦水煤浆进行水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，对半焦气化粗煤气进行后处理获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

Description

一种煤加氢气化系统

技术领域

本实用新型涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种煤加氢气化系统。

背景技术

煤加氢气化是煤气化的一种，指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下(800℃～1000℃，3MPa～8MPa)反应生成富含甲烷的气体以及轻质油品的过程。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，因而受到广泛地关注和应用。但是，在煤加氢气化的过程中，通常会产生大量的半焦，半焦的产量占进料量的50％左右，且半焦的碳含量与原煤粉相当，具有较高的利用价值，因此，如何有效利用这部分半焦成为限制煤加氢气化系统的高效性的重要因素。

现有技术中，半焦通常直接排出，因此半焦中的碳源并未得到有效的利用，从而导致煤加氢气化系统中的碳转化效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种煤加氢气化系统，用于解决因半焦的碳源未得到有效利用而导致煤加氢气化系统的碳转化效率较低的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种煤加氢气化系统，包括煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元；其中，

所述煤加氢气化单元用于使原煤粉和含氢反应气体进行煤加氢气化反应，获得半焦；

所述半焦水煤浆制备单元与所述煤加氢气化单元连通，所述半焦水煤浆制备单元利用由所述煤加氢气化单元输出的半焦制得半焦水煤浆；

所述半焦水煤浆气化单元分别与所述半焦水煤浆制备单元和所述煤加氢气化单元连通，用于使由所述半焦水煤浆制备单元输出的半焦水煤浆进行水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，对半焦气化粗煤气进行后处理获得含氢产物气体，含氢产物气体通入所述煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

本实用新型提供的煤加氢气化系统中，通过半焦水煤浆制备单元将由煤加氢气化单元输出的半焦制成半焦水煤浆，通过半焦水煤浆气化单元使由半焦水煤浆制备单元制得的半焦水煤浆发生水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，并对半焦气化粗煤气进行后处理，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元中，用作含氢反应气体的原料气体，参与煤加氢气化反应。因此，本实用新型提供的煤加氢气化系统通过煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元中的煤加氢气化反应提供原料气体，与现有技术中将半焦直接排出煤加氢气化系统相比，有效地利用了半焦中的碳源，从而提高了煤加氢气化系统中的碳转化效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种煤加氢气化系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种煤加氢气化系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种半焦水煤浆制备单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种半焦水煤浆制备单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的煤加氢气化方法的流程示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种半焦水煤浆制备工艺的流程示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种半焦水煤浆制备工艺的流程示意图；

图8为本实用新型实施例提供的半焦水煤浆气化工艺的流程示意图；

图9为本实用新型实施例提供的煤加氢气化工艺的流程示意图。

附图标记：

10-煤加氢气化单元，20-半焦水煤浆制备单元，

30-半焦水煤浆气化单元，11-煤加氢气化炉，

12-除尘装置，13-换热装置，

14-油品提取装置，15-氢气分离装置，

16-半焦冷却降压装置，21-半焦研磨装置，

22-煤粉研磨装置，23-湿法研磨装置，

24-混合制浆装置，25-烘干装置，

26-破碎装置，27-振动筛，

31-水煤浆气化炉，32-一氧化碳变换装置，

33-产物气体净化装置。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统，下面结合说明书附图进行详细描述。

请参阅图1，本实用新型实施例还提供一种煤加氢气化系统，包括煤加氢气化单元10、半焦水煤浆制备单元20和半焦水煤浆气化单元30；其中，煤加氢气化单元10用于使原煤粉和含氢反应气体进行煤加氢气化反应，获得半焦；半焦水煤浆制备单元20与煤加氢气化单元10连通，半焦水煤浆制备单元20利用由煤加氢气化单元10输出的半焦制得半焦水煤浆；半焦水煤浆气化单元30分别与半焦水煤浆制备单元20和煤加氢气化单元10连通，用于使由半焦水煤浆制备单元20输出的半焦水煤浆进行水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，对半焦气化粗煤气进行后处理获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元10中参与煤加氢气化反应。

具体实施时，请继续参阅图1，原煤粉和含氢反应气体被输入至煤加氢气化单元10中，并在煤加氢气化单元10中发生煤加氢气化反应，获得具有较高的碳含量的半焦；煤加氢气化反应获得的半焦被输送至半焦水煤浆制备单元20中，在半焦水煤浆制备单元20中制得半焦水煤浆；半焦水煤浆被输送至半焦水煤浆气化单元30中，并在半焦水煤浆气化单元30中发生水煤气浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，半焦气化粗煤气中主要含有一氧化碳和氢气，半焦气化粗煤气经后处理后，获得含氢产物气体，含氢产物气体被输送至煤加氢气化单元10中，用作含氢反应气体的原料气体，参与煤加氢气化反应。

由上可知，本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统中，通过半焦水煤浆制备单元20将由煤加氢气化单元10输出的半焦制成半焦水煤浆，通过半焦水煤浆气化单元30使由半焦水煤浆制备单元20制得的半焦水煤浆发生水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，并对半焦气化粗煤气进行后处理，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元10中，用作含氢反应气体的原料气体，参与煤加氢气化反应。因此，本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统通过煤加氢气化单元10、半焦水煤浆制备单元20和半焦水煤浆气化单元30的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元10中的煤加氢气化反应提供原料气体，与现有技术中将半焦直接排出煤加氢气化系统相比，有效地利用了半焦中的碳源，从而提高了煤加氢气化系统中的碳转化效率。

另外，本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统通过煤加氢气化单元10、半焦水煤浆制备单元20和半焦水煤浆气化单元30的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元10中的煤加氢气化反应提供原料气体，实现了煤加氢气化系统的氢气供需平衡，减少了煤加氢气化系统对外界氢气的需求量，从而节约了成本。

再者，本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统通过煤加氢气化单元10、半焦水煤浆制备单元20和半焦水煤浆气化单元30的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元10中的煤加氢气化反应提供原料气体，与现有技术中直接将半焦燃烧相比，减少了能源浪费，并减少了环境污染。

在上述实施例中，原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化单元10中发生煤加氢气化反应后，获得的半焦为多孔颗粒，亲水性较弱，因而仅使用半焦制得的半焦水煤浆的浓度较低(为40％左右)，因此，为了提高半焦水煤浆的成浆浓度，可以将半焦研磨制得半焦粉，并在半焦水煤浆中添加由原煤制得的制浆煤粉，通过对半焦粉与制浆煤粉进行粒度级配，以提高半焦水煤浆的成浆浓度。半焦水煤浆的制备工艺可以采用干法制浆和湿法制浆两种方式。

采用干法制浆的方式制备半焦水煤浆时，请参阅图2，半焦水煤浆制备单元20包括：对半焦进行研磨以获得较小平均粒径的半焦粉的半焦研磨装置21，以及对原煤进行研磨以获得较大平均粒径的制浆煤粉的煤粉研磨装置22。

具体实施时，请参阅图3，由煤加氢气化单元10输出的半焦置于半焦研磨装置21中，在半焦研磨装置21中研磨形成半焦粉；原煤先置于烘干装置25中被烘干，经烘干后的原煤的含水量小于等于8％；经烘干装置25烘干后的原煤置于破碎装置26中，在破碎装置26中被破碎为粒径小于等于10mm的原煤颗粒；经烘干并破碎后的原煤颗粒置于煤粉研磨装置22中，在煤粉研磨装置22中研磨形成初始煤粉，使初始煤粉过振动筛27，获得符合要求的制浆煤粉，不符合要求的粗煤粉则返回至煤粉研磨装置22中继续研磨；将半焦粉和制浆煤粉按一定比例投放至混合制浆装置24中，注入一定量的水，搅拌均匀，即制得半焦水煤浆。

将半焦研磨成半焦粉，将煤研磨成制浆煤粉，且半焦粉的平均粒径小于制浆煤粉的平均粒径，将平均粒径较小的半焦粉与粒径较大的制浆煤粉相互混合，通过粒度级配，平均粒径较小的半焦粉填充在平均粒径较大的制浆煤粉的空隙中，从而提高半焦水煤浆的成浆浓度，并改善半焦水煤浆的稳定性和流动性。

值得一提的是，多孔颗粒的半焦主要是由于原煤粉在煤加氢气化反应的过程中发生快速膨胀而形成，因而半焦较容易磨碎，而原煤相比于半焦难以磨碎，因而根据半焦和原煤的可磨性，将半焦和原煤分别进行研磨，将半焦研磨成平均粒径较小的半焦粉，将原煤研磨成平均粒径较大的制浆煤粉，可以有效地降低对半焦和原煤分别进行研磨时的能量消耗，并节省对半焦和原煤分别进行研磨时的时间。

上述实施例中，半焦研磨装置21和煤粉研磨装置22可以根据半焦和原煤的研磨难度进行选择，例如，可以为球磨机、柱磨机、棒磨机、自磨机等。在本实用新型实施例中，半焦研磨装置21为球磨机或棒磨机，煤粉研磨装置22为球磨机或棒磨机。

当采用湿法制浆的方式制备半焦水煤浆时，请参阅图4，半焦水煤浆制备单元包括：对半焦进行研磨以获得半焦粉的半焦研磨装置21，以及对半焦粉、水和原煤同时进行研磨以获得半焦水煤浆的湿法研磨装置23。

具体实施时，由煤加氢气化单元10输出的半焦直接输入半焦研磨装置21中，在半焦研磨装置21中研磨形成半焦粉；将半焦粉与水混合并搅拌均匀，以形成半焦水浆，将原煤置于破碎装置26，在破碎装置26中被破碎为粒径小于等于10mm的原煤颗粒，然后将原煤颗粒、半焦水浆和水按照一定比例置于湿法研磨装置23中进行研磨，以形成由半焦粉、制浆煤粉和水组成的半焦水煤浆。在采用湿法制浆中，对原煤进行研磨时，采用湿法研磨，与采用干法制浆中采用干法研磨的方式对原煤进行研磨相比，节约了能源。

在上述实施例中，半焦水煤浆中，半焦粉与制浆煤粉的质量比为1:9～1:1；半焦水煤浆包括水，水占半焦水煤浆的质量百分比为30％～40％。举例来说，请参阅表1，当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:9时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为65％；当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为3:7时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为62％；当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:1时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为60％。综上，将半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:9～1:1时，制得的半焦水煤浆的成浆浓度均大于等于60％，满足将半焦水煤浆输送至半焦水煤浆气化单元中的要求，并满足半焦水煤浆气化单元的进料要求。

表1

在上述实施例中，半焦粉的平均粒径为10μm～50μm；制浆煤粉的平均粒径为200μm～350μm。通过半焦研磨装置21将半焦研磨为平均粒径为10μm～50μm的半焦粉，可以防止因半焦粉的平均粒径大于50μm时半焦粉疏水性较强而导致制浆难度增加，同时可以防止因半焦粉的平均粒径小于10μm而导致研磨半焦时的时间延长；通过煤粉研磨装置22将原煤研磨为平均粒径为200μm～350μm的制浆煤粉，该粒径范围的制浆煤粉与平均粒径为10μm～50μm的半焦粉的级配效果较好，且将该粒径范围的制浆煤粉与平均粒径为10μm～50μm的半焦粉混合制得的半焦水煤浆具有较好的流动性和稳定性。

当采用方式二制备半焦水煤浆时，由于半焦先后经过了半焦研磨装置21和湿法研磨装置23的研磨，因而通过半焦研磨装置21对半焦进行研磨获得的半焦粉的平均粒径可以大于50μm。

值得指出的是，制浆煤粉的最大粒径优选小于等于1000μm，以防止因制浆煤粉的粒径大于1000μm而降低半焦水煤浆发生水煤浆气化反应时的反应速率和化学转化率。

值得一提的是，在上述实施例中，半焦粉的平均粒径为10μm～50μm；制浆煤粉的平均粒径为200μm～350μm，相比于制浆煤粉来说，半焦粉为一种超细粉，采用干法制浆的方式制备半焦水煤浆时，通过煤粉研磨装置22对原煤进行研磨时，也会得到部分粒径与半焦粉的平均粒径相当的超细粉。为了防止制备得到的半焦水煤浆中含有过多的超细粉而导致半焦水煤浆的成浆浓度、流动性以及稳定性降低，优选地，通过煤粉研磨装置22对原煤进行研磨后得到初始煤粉，初始煤粉通过两次振动筛27，通过第一次振动筛27时将粒径大于制浆煤粉的最大粒径(例如1000μm)的粗煤粉筛选出来，通过第二次振动筛27时将粒径与半焦粉的平均粒径相当(例如粒径小于等于45μm)的超细粉筛选出来。当制备半焦水煤浆时，半焦粉和粒径与半焦粉的平均粒径相当的制浆煤粉组成超细粉，超细粉占半焦水煤浆的固体原料的质量百分比不超过50％，即超细粉不超过半焦粉和制浆煤粉的质量总和的50％，以防止半焦水煤浆中含有过多超细粉而导致半焦水煤浆的成浆浓度、流动性和稳定性均下降。

为了提高半焦水煤浆的稳定性和流动性，在本实用新型实施例中，半焦水煤浆还可以添加添加剂，添加剂占半焦水煤浆的质量百分比为0.2％～2％。在半焦水煤浆中添加添加剂，以防止半焦水煤浆在输送的过程中产生沉淀，并降低半焦水煤浆的粘度，从而提高半焦水煤浆的稳定性和流动性。在半焦水煤浆中添加0.2％～2％的添加剂，防止因添加剂过多而导致半焦水煤浆的制备成本增加，同时可以防止因添加剂过少而导致对半焦水煤浆的稳定性和流动性的改善效果较差。添加剂可以为萘磺酸系添加剂。

请继续参阅图2，在本实用新型实施例中，半焦水煤浆气化单元30包括水煤浆气化炉31和后处理装置，其中，水煤浆气化炉31与半焦水煤浆制备单元20连通；后处理装置分别与水煤浆气化炉31和煤加氢气化单元10连通；半焦水煤浆在水煤浆气化炉31中发生水煤气气化反应后获得的半焦气化粗煤气通入后处理装置，经后处理装置后处理后获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元10中参与煤加氢气化反应。

水煤浆气化炉31上设置有含氧气体进气管，半焦水煤浆在水煤浆气化炉31中进行水煤浆气化反应时，通过含氧气体进气管向水煤浆气化炉31中通入含氧气体，含氧气体作为助燃气体，协助半焦水煤浆发生水煤浆气化反应，保证反应温度。

请继续参阅图2，后处理装置包括一氧化碳变换装置32和产物气体净化装置33，水煤浆气化炉31依次连通一氧化碳变换装置32和产物气体净化装置33，产物气体净化装置33与煤加氢气化单元10连通；半焦水煤浆在水煤浆气化炉31中发生水煤浆气化反应后获得的半焦气化粗煤气依次通入一氧化碳变换装置32和产物气体净化装置33，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元10中参与煤加氢气化反应。半焦水煤浆在水煤浆气化炉31中发生水煤浆气化反应后获得的半焦气化粗煤气主要包括一氧化碳和氢气，将半焦水煤浆在水煤浆气化炉31中发生水煤浆气化反应后获得的半焦气化粗煤气通入一氧化碳变换装置32中，使一氧化碳发生一氧化碳变换反应后生成氢气，经一氧化碳变换反应后的半焦气化粗煤气经产物气体净化装置33处理，将存在于一氧化碳变换反应后的半焦气化粗煤气中不利于煤加氢气化反应的气体去除，例如将一氧化碳变换反应后的半焦气化粗煤气中的少量一氧化碳、二氧化硫等去除。

请继续参阅图2，在本实用新型实施例提供的煤加氢气化系统中，煤加氢气化单元10包括对煤加氢气化反应后获得的半焦进行冷却降压的半焦冷却降压装置16，半焦冷却降压装置16与半焦水煤浆制备单元20连通。煤加氢气化反应获得的半焦经半焦冷却降压装置16冷却降压后，通入半焦水煤浆制备单元20中。半焦冷却降压装置16的设置，使煤加氢气化反应获得的半焦降温并降压，可以防止因输送至半焦水煤浆制备单元20中的半焦的温度和压力较大而导致制浆难度增加，方便在半焦水煤浆制备单元20中进行制浆操作。

请继续参阅图2，煤加氢气化单元10包括煤加氢气化炉11和气体净化分离装置，煤加氢气化炉11的粗煤气出口连通气体净化分离装置，原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化炉11中进行煤加氢气化反应后还获得煤加氢气化粗煤气，煤加氢气化粗煤气通入气体净化分离装置，由气体净化分离装置净化分离后获得的含氢残余气体通入煤加氢气化炉11中参与煤加氢气化反应。

举例来说，气体净化分离装置包括除尘装置12、换热装置13、油品提取装置14及氢气分离装置15，煤加氢气化炉11的粗煤气出口依次连通除尘装置12、换热装置13的放热侧、油品提取装置14及氢气分离装置15，换热装置13的吸热侧的出口与煤加氢气化炉11连通，换热装置13的吸热侧的入口连通有氢气分离装置15和半焦水煤浆气化单元30。

具体实施时，原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化炉11中进行煤加氢气化反应，获得含有轻质油品(例如苯、甲苯、萘等)、甲烷和氢气的煤加氢气化粗煤气，煤加氢气化反应获得的煤加氢气化粗煤气通入除尘装置12，通过除尘装置12将煤加氢气化粗煤气中夹带的细颗粒半焦过滤掉；除尘后的煤加氢气化粗煤气通入换热装置13的放热侧，与换热装置13的吸热侧中的气体进行热交换，对吸热侧中的气体进行预热，使由吸热侧的出口排出的气体的温度达到600℃左右，除尘后的煤加氢气化粗煤气降温形成温度降低的煤加氢气化粗煤气；温度降低的煤加氢气化粗煤气通入油品提取装置14中，通过油品提取装置14将温度降低的煤加氢气化粗煤气中的轻质油品提取出来；提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气通入氢气分离装置15中，通过氢气分离装置15将提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气中不利于煤加氢气化反应的气体分离出来，获得含氢残余气体，含氢残余气体通入换热装置13的吸热侧，在换热装置13中换热后通向煤加氢气化炉11，用作含氢反应气体的原料气体，参与煤加氢气化反应，通过氢气分离装置15对提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气进行处理后，还获得甲烷。换热装置13的吸热侧中的气体包括由半焦水煤浆气化单元30输出的含氢产物气体、由氢气分离装置15输出的含氢残余气体以及外界氢气。

煤加氢气化反应获得的煤加氢气化粗煤气经气体净化分离装置处理后获得含氢残余气体，含氢残余气体通入煤加氢气化炉11中，参与煤加氢气化反应，实现了氢气的高效循环利用，减少了煤加氢气化系统对外界氢气的需求量，节约了成本。

气体净化分离装置包括换热装置13，煤加氢气化粗煤气通入换热装置13的放热侧，与换热装置13的吸热侧中的气体进行热交换，以对换热装置13的吸热侧中的气体进行预热，即对参与煤加氢气化反应的含氢反应气体进行预热，以防止通向煤加氢气化炉11中的含氢反应气体的温度较低而降低了煤加氢气化反应的温度。另外，通过设置换热装置13，可以减少对通向煤加氢气化炉11中的含氢反应气体进行预热的预热设备，从而节省了能源，并简化煤加氢气化系统的结构。

使半焦水煤浆气化单元30与换热装置13的吸热侧的入口连通，即使产物气体净化装置33与换热装置13的吸热侧的入口连通，半焦气化粗煤气在一氧化碳变换装置32中发生变换反应，并经产物气体净化装置33处理后，获得的含氢产物气体通入换热装置13的吸热侧，并在换热装置13中与除尘后的煤加氢气化粗煤气换热后，再通向煤加氢气化炉中，提高了煤加氢气化反应的反应速率和化学转化率。

值得一提的是，经油品提取装置14提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气可以直接通入半焦水煤浆气化单元30中的产物气体净化装置33，经产物气体净化装置33提纯后通入换热装置13中，此时，可以取消氢气分离装置15的设置。

在上述实施例中，煤加氢气化炉11中设置有对煤加氢气化反应后获得的煤加氢气化粗煤气进行冷却的激冷装置。煤加氢气化反应后获得的煤加氢气化粗煤气经激冷装置冷却后通入气体净化分离装置中。在煤加氢气化炉11中设置激冷装置，使煤加氢气化反应获得的煤加氢气化粗煤气冷却，以防止煤加氢气化粗煤气中的轻质的轻质油品在高温下发生分解。

请参阅图5，本实施例还提供一种煤加氢气化方法，包括：

步骤100、煤加氢气化工序，原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化单元中进行煤加氢气化反应，获得半焦；

步骤200、半焦水煤浆制备工序，半焦水煤浆制备单元利用在煤加氢气化工序中获得的半焦制得半焦水煤浆；

步骤300、半焦水煤浆气化工序，半焦水煤浆在半焦水煤浆气化单元中进行水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，半焦气化粗煤气经后处理获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

本实施例提供的煤加氢气化方法中，在半焦水煤浆制备工序中，通过半焦水煤浆制备单元将在煤加氢气化工序中获得的半焦制成半焦水煤浆，在半焦水煤浆气化工序中，通过半焦水煤浆气化单元使在半焦水煤浆制备工序中制得的半焦水煤浆发生水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，并对半焦气化粗煤气进行后处理，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元中，用作含氢反应气体的原料气体。因此，本实施例提供的煤加氢气化方法利用在煤加氢气化工序中获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化工序中的煤加氢气化反应提供原料气体，与现有技术中将半焦直接排出相比，有效地利用了半焦中的碳源，从而提高了煤加氢气化系统中的碳转化效率。

另外，本实施例提供的煤加氢气化方法通过煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元中的煤加氢气化反应提供原料气体，实现了煤加氢气化系统的氢气供需平衡，减少了煤加氢气化系统对外界氢气的需求量，从而节约了成本。

再者，本实施例提供的煤加氢气化方法通过煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元的配合使用，利用煤加氢气化反应获得的具有较高的碳含量的半焦生成含氢产物气体，为煤加氢气化单元中的煤加氢气化反应提供原料气体，与现有技术中直接将半焦燃烧相比，减少了能源浪费，并减少了环境污染。

在上述实施例中，在煤加氢气化工序完成后，获得的半焦为多孔颗粒，亲水性较弱，因而仅使用半焦制得的半焦水煤浆的浓度较低(为40％左右)，因此，为了提高半焦水煤浆的成浆浓度，可以将半焦研磨制得半焦粉，并在半焦水煤浆中还会添加由原煤制得的制浆煤粉，通过对半焦粉与制浆煤粉进行粒度级配，以提高半焦水煤浆的成浆浓度。半焦水煤浆制备工序可以采用下列两种方式：

方式一，请参阅图6，半焦水煤浆包括半焦粉和制浆煤粉，半焦水煤浆制备单元包括半焦研磨装置和煤粉研磨装置，半焦水煤浆制备工序包括：

步骤210、研磨步骤，通过半焦研磨装置对在煤加氢气化工序中获得的半焦进行研磨以形成半焦粉，通过煤粉研磨装置对原煤进行研磨以形成制浆煤粉，制浆煤粉的平均粒径大于半焦粉的平均粒径；

步骤220、半焦水煤浆制备步骤，将半焦粉、制浆煤粉和水混合均匀，制得半焦水煤浆。

具体实施时，在研磨步骤中，通过半焦研磨装置对在煤加氢气化工序中获得的半焦进行研磨以形成半焦粉之前，还可以对煤加氢气化工序中获得的半焦进行冷却降压，以方便利用半焦研磨装置对半焦进行研磨；通过煤粉研磨装置对原煤进行研磨以形成制浆煤粉之前，可以先将原煤置于烘干装置中进行烘干，经烘干后的原煤的含水量小于等于8％，经烘干装置烘干后的原煤被置于破碎装置，并在破碎装置中被破碎为粒径小于等于10mm的原煤颗粒，经烘干并破碎后的原煤颗粒置于煤粉研磨装置中，在煤粉研磨装置中研磨形成初始煤粉，然后使初始煤粉过振动筛，获得符合要求的制浆煤粉，不符合要求的粗煤粉则返回至煤粉研磨装置中继续研磨。

在半焦水煤浆制备工艺中，可以将半焦粉、制浆煤粉和水按照一定的比例置于混合制浆装置中，并将半焦粉、制浆煤粉和水搅拌均匀，制得半焦水煤浆。

在半焦水煤浆制备工序中，先将半焦研磨成半焦粉，将煤研磨成制浆煤粉，且半焦粉的平均粒径小于制浆煤粉的平均粒径，将平均粒径较小的半焦粉与粒径较大的制浆煤粉相互混合，通过粒度级配，平均粒径较小的半焦粉填充在平均粒径较大的制浆煤粉的空隙中，从而提高半焦水煤浆的成浆浓度，并改善半焦水煤浆的稳定性和流动性。

值得一提的是，呈多孔颗粒的半焦主要是由于原煤粉在煤加氢气化反应的过程中发生快速膨胀而形成，因而半焦较容易磨碎，而原煤相比于半焦难以磨碎，因而根据半焦和原煤的可磨性，将半焦和原煤分别进行研磨，将半焦研磨成平均粒径较小的半焦粉，将原煤研磨成平均粒径较大的制浆煤粉，可以有效地降低对半焦和原煤分别进行研磨时的能量消耗，并节省对半焦和原煤分别进行研磨时的时间。

方式一提供的半焦水煤浆制备工序为采用干法制浆，半焦水煤浆制备工序还可以为采用干湿法制浆。

方式二，请参阅图7，半焦水煤浆包括半焦粉和制浆煤粉，半焦水煤浆制备单元包括半焦研磨装置和湿法研磨装置，半焦水煤浆制备工序包括：

步骤210’、半焦研磨步骤，通过半焦研磨装置对在煤加氢气化工序中获得的半焦进行研磨以形成半焦粉；

步骤220’、半焦水浆制备步骤，将半焦粉与水混合并搅拌均匀，制得半焦水浆；

步骤230’、半焦水煤浆制备步骤，通过湿法研磨装置对半焦水浆、原煤和水进行研磨，形成半焦水煤浆。

具体实施时，在半焦水煤浆制备步骤中，通过湿法研磨装置对半焦水浆、原煤和水同时进行研磨之前，可以先将原煤置于破碎装置，在破碎装置中被破碎为粒径小于等于10mm的原煤颗粒，原煤颗粒、半焦水浆和水同时置于湿法研磨装置中，在湿法研磨装置中研磨形成由半焦粉、制浆煤粉和水组成的半焦水煤浆。在方式二中，对原煤进行研磨时，采用湿法研磨，与方式一中采用干法研磨的方式对原煤进行研磨相比，节约了能源。

为了进一步提高半焦水煤浆的成浆浓度，优选地，半焦水煤浆中，半焦粉与制浆煤粉的质量比为1:9～1:1；半焦水煤浆包括水，水占半焦水煤浆的质量百分比为30％～40％。举例来说，当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:9时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为65％；当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为3:7时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为62％；当半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:1时，经过测量，制得的半焦水煤浆的成浆浓度为60％。综上，将半焦粉与制浆煤粉的质量比选为1:9～1:1时，制得的半焦水煤浆的成浆浓度均大于等于60％，满足将半焦水煤浆输送至半焦水煤浆气化单元中的要求，并满足半焦水煤浆气化单元的进料要求。

在半焦水煤浆中，水占半焦水煤浆的质量百分比为30％～40％，可以满足制取半焦水煤浆的要求，保证半焦水煤浆的浓度较高，同时使得半焦水煤浆具有较好的流动性和稳定性。

在本实施例中，半焦水煤浆中，半焦粉的平均粒径为10μm～50μm；制浆煤粉的平均粒径为200μm～350μm。在方式一中，通过半焦研磨装置将半焦研磨为平均粒径为10μm～50μm的半焦粉，可以防止因半焦粉的平均粒径大于50μm时半焦粉疏水性较强而导致制浆难度增加，同时可以防止因半焦粉的平均粒径小于10μm而导致研磨半焦时的时间延长；通过煤粉研磨装置将原煤研磨为平均粒径为200μm～350μm的制浆煤粉，该粒径范围的制浆煤粉与平均粒径为10μm～50μm的半焦粉的级配效果较好，且将该粒径范围的制浆煤粉与平均粒径为10μm～50μm的半焦粉混合制得的半焦水煤浆具有较好的流动性和稳定性。

值得一提的是，当采用方式二制备半焦水煤浆时，由于半焦先后经过了半焦研磨装置和湿法研磨装置的研磨，因而通过半焦研磨装置对半焦进行研磨获得的半焦粉的平均粒径可以大于50μm。

当采用方式一制备半焦水煤浆时，半焦粉的平均粒径为10μm～50μm；制浆煤粉的平均粒径为200μm～350μm，相比于制浆煤粉来说，半焦粉为一种超细粉，而通过煤粉研磨装置对原煤进行研磨时，也会得到部分粒径与半焦粉的平均粒径相当的超细粉，为了防止制备得到的半焦水煤浆中含有过多的超细粉而导致半焦水煤浆的成浆浓度、流动性以及稳定性降低，优选地，通过煤粉研磨装置对原煤进行研磨后得到初始煤粉，初始煤粉通过两次振动筛，通过第一次振动筛时，将粒径大于制浆煤粉的最大粒径(例如1000μm)的粗煤粉筛选出来，通过第二次振动筛时，将粒径与半焦粉的平均粒径相当(例如粒径小于等于45μm)的超细粉筛选出来。当制备半焦水煤浆时，半焦粉和粒径与半焦粉的平均粒径相当的制浆煤粉组成超细粉，超细粉占半焦水煤浆的固体原料的质量百分比不超过50％，即超细粉不超过半焦粉和制浆煤粉的质量总和的50％，以防止半焦水煤浆中含有过多超细粉而导致半焦水煤浆的成浆浓度、流动性和稳定性均下降。

值得指出的是，制浆煤粉的最大粒径优选小于等于1000μm，以防止因制浆煤粉的粒径大于1000μm而降低半焦水煤浆发生水煤浆气化反应时的反应速率和化学转化率。

为了提高半焦水煤浆的稳定性和流动性，在本实施例中，半焦水煤浆还包括添加剂，添加剂占半焦水煤浆的质量百分比为0.2％～2％。具体实施时，当采用方式一制备半焦水煤浆时，添加剂可以与半焦粉、制浆煤粉和水同时置于混合制浆装置中，混合均匀后形成半焦水煤浆，也可以在将半焦粉、制浆煤粉和水搅拌均匀之后再置于混合制浆装置中，混合均匀后形成半焦水煤浆；当采用方式二制备半焦水煤浆时，添加剂可以与半焦水浆、原煤、水同时置于湿法研磨装置中，通过湿法研磨装置使添加剂、半焦粉、制浆煤粉和水混合均匀，形成含有添加剂的半焦水煤浆。

在半焦水煤浆中添加添加剂，以防止半焦水煤浆在输送的过程中产生沉淀，并降低半焦水煤浆的粘度，从而提高半焦水煤浆的稳定性和流动性。在半焦水煤浆中添加0.2％～2％的添加剂，防止因添加剂过多而导致半焦水煤浆的制备成本增加，同时可以防止因添加剂过少而导致对半焦水煤浆的稳定性和流动性的改善效果较差。

上述实施例中，添加剂可以为多种，例如，木质素磺酸系添加剂、萘磺酸系添加剂、氨基磺酸系添加剂等，还可以为通过对多种添加剂进行配比后形成的混合添加剂。在本实施例中，添加剂为萘磺酸系添加剂。

请参阅图8，半焦水煤浆气化单元包括水煤浆气化炉、后处理装置，半焦水煤浆气化工序包括：

步骤310、半焦水煤浆气化步骤，将半焦水煤浆、含氧气体置于水煤浆气化炉，使半焦水煤浆在水煤浆气化炉中发生水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气；

步骤320、粗煤气后处理步骤，将半焦气化粗煤气通入后处理装置中，后处理装置对半焦气化粗煤气进行后处理，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

具体实施时，在半焦水煤浆气化步骤中，半焦水煤浆与含氧气体在水煤浆气化炉中发生水煤浆气化反应后，获得的半焦气化粗煤气主要包括一氧化碳和氢气；后处理装置包括一氧化碳变换装置和产物气体净化装置，在粗煤气后处理步骤中，含有一氧化碳和氢气的半焦气化粗煤气通入一氧化碳变换装置中，并在在一氧化碳变换装置中发生一氧化碳变换反应，使得半焦气化粗煤气中的一氧化碳经一氧化碳变换反应后生成氢气，在一氧化碳变换装置中发生一氧化碳变换反应后的半焦气化粗煤气通入产物气体净化装置，产物气体净化装置将在一氧化碳变换装置中发生一氧化碳变换反应后的半焦气化粗煤气中的少量一氧化碳、少量二氧化硫等不利于煤加氢气化反应的气体去除，形成以氢气为主的含氢产物气体。

请参阅图9，在本实施例中，煤加氢气化单元包括煤加氢气化炉、半焦冷却降压装置和气体净化分离装置，其中，煤加氢气化炉中设置有激冷装置，煤加氢气化工序包括：

步骤110、原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化炉中进行煤加氢气化反应，获得半焦和煤加氢气化粗煤气；

步骤120、通过半焦冷却降压装置对煤加氢气化反应获得的半焦进行冷却降压，经冷却降压后的半焦通向半焦水煤浆制备单元中；

步骤130、煤加氢气化粗煤气经煤气激冷装置激冷后通入气体净化分离装置，通过气体净化分离装置对经煤气激冷装置激冷后的煤加氢气化粗煤气进行净化分离，获得含氢残余气体，含氢残余气体通入煤加氢气化炉中参与煤加氢气化反应。

在上述实施例中，煤加氢气化反应获得的半焦在半焦冷却降压装置中降温并降压后，再通入半焦水煤浆制备单元中，可以防止因输送至半焦水煤浆制备单元中的半焦的温度和压力较大而导致制浆难度增加，方便在半焦水煤浆制备单元中进行制浆操作。

气体净化分离装置包括除尘装置、换热装置、油品提取装置及氢气分离装置，且煤加氢气化炉的粗煤气出口依次连通除尘装置、换热装置的放热侧、油品提取装置和氢气分离装置，换热装置的吸热侧的入口连通有氢气分离装置和半焦水煤浆气化单元，换热装置的吸热侧的出口与煤加氢气化炉连通。原煤粉和含氢反应气体在煤加氢气化炉中进行煤加氢气化反应，还获得含有轻质油品(例如苯、甲苯、萘等)、甲烷和氢气等的煤加氢气化粗煤气，煤加氢气化反应获得的煤加氢气化粗煤气经煤加氢气化炉中的激冷装置激冷后通入除尘装置，通过除尘装置将煤加氢气化粗煤气中夹带的细颗粒半焦过滤掉；除尘后的煤加氢气化粗煤气通入换热装置的放热侧，与换热装置的吸热侧中的气体进行热交换，对换热装置的吸热侧中的气体进行预热，使由换热装置的吸热侧中的出口排出的气体的温度达到600℃左右，除尘后的煤加氢气化粗煤气降温形成温度降低的煤加氢气化粗煤气；温度降低的煤加氢气化粗煤气通入油品提取装置中，通过油品提取装置将温度降低的煤加氢气化粗煤气中的轻质油品提取出来；提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气通入氢气分离装置中，通过氢气分离装置将提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气中不利于煤加氢气化反应的气体分离出来，获得含氢残余气体，含氢残余气体通入换热装置的吸热侧，在换热装置中换热后通向煤加氢气化炉，用作含氢反应气体的原料气体，参与煤加氢气化反应，通过氢气分离装置对提取轻质油品后的煤加氢气化粗煤气进行处理后，还获得甲烷。换热装置的吸热侧中的气体包括由半焦水煤浆气化单元输出的含氢产物气体、由氢气分离装置输出的含氢残余气体以及外界氢气。

煤加氢气化反应获得的煤加氢气化粗煤气在煤加氢气化炉中的激冷装置的作用下激冷，可以防止煤加氢气化粗煤气中的轻质油品在高温下发生分解；激冷后的煤加氢气化粗煤气经气体净化分离装置处理后获得含氢残余气体，含氢残余气体通入煤加氢气化炉中，参与煤加氢气化反应，实现了氢气的高效循环利用，减少了煤加氢气化系统对外界氢气的需求量，节约了成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种煤加氢气化系统，其特征在于，包括煤加氢气化单元、半焦水煤浆制备单元和半焦水煤浆气化单元；其中，

所述煤加氢气化单元用于使原煤粉和含氢反应气体进行煤加氢气化反应，获得半焦；

所述半焦水煤浆制备单元与所述煤加氢气化单元连通，所述半焦水煤浆制备单元利用由所述煤加氢气化单元输出的半焦制得半焦水煤浆；

所述半焦水煤浆气化单元分别与所述半焦水煤浆制备单元和所述煤加氢气化单元连通，用于使由所述半焦水煤浆制备单元输出的半焦水煤浆进行水煤浆气化反应，获得半焦气化粗煤气，对半焦气化粗煤气进行后处理获得含氢产物气体，含氢产物气体通入所述煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

2.根据权利要求1所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述半焦水煤浆制备单元包括：对半焦进行研磨以获得较小平均粒径的半焦粉的半焦研磨装置，以及对原煤进行研磨以获得较大平均粒径的制浆煤粉的煤粉研磨装置。

3.根据权利要求1所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述半焦水煤浆制备单元包括：对半焦进行研磨以获得半焦粉的半焦研磨装置，以及对半焦粉、水和原煤同时进行研磨以获得半焦水煤浆的湿法研磨装置。

4.根据权利要求2或3所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述半焦水煤浆制备单元还包括对原煤进行破碎的破碎装置。

5.根据权利要求1所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述半焦水煤浆气化单元包括水煤浆气化炉和后处理装置，其中，所述水煤浆气化炉与所述半焦水煤浆制备单元连通；所述后处理装置分别与所述半焦水煤浆气化炉和所述煤加氢气化单元连通；半焦水煤浆在所述水煤浆气化炉中发生水煤浆气化反应后获得的半焦气化粗煤气通入所述后处理装置，经所述后处理装置后处理后获得含氢产物气体，含氢产物气体通入所述煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

6.根据权利要求5所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述后处理装置包括一氧化碳变换装置和产物气体净化装置，所述水煤浆气化炉依次连通所述一氧化碳变换装置和所述产物气体净化装置，所述产物气体净化装置与所述煤加氢气化单元连通；半焦水煤浆在所述水煤浆气化炉中发生水煤浆气化反应后获得的半焦气化粗煤气依次通入所述一氧化碳变换装置和所述产物气体净化装置，获得含氢产物气体，含氢产物气体通入所述煤加氢气化单元中参与煤加氢气化反应。

7.根据权利要求1所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述煤加氢气化单元包括对煤加氢气化反应后获得的半焦进行冷却降压的半焦冷却降压装置，所述半焦冷却降压装置与所述半焦水煤浆制备单元连通。

8.根据权利要求1所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述煤加氢气化单元包括煤加氢气化炉和气体净化分离装置，所述煤加氢气化炉的粗煤气出口连通所述气体净化分离装置，原煤粉和含氢反应气体在所述煤加氢气化炉中进行煤加氢气化反应后还获得煤加氢气化粗煤气，煤加氢气化粗煤气通入所述气体净化分离装置，由所述气体净化分离装置净化分离后获得的含氢残余气体通入所述煤加氢气化炉中参与煤加氢气化反应。

9.根据权利要求8所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述煤加氢气化炉中设置有对煤加氢气化反应后获得的煤加氢气化粗煤气进行冷却的激冷装置。

10.根据权利要求8所述的煤加氢气化系统，其特征在于，所述气体净化分离装置包括除尘装置、换热装置、油品提取装置和氢气分离装置，所述煤加氢气化炉的粗煤气出口依次连通所述除尘装置、所述换热装置的放热侧、所述油品提取装置和所述氢气分离装置，所述换热装置的吸热侧的入口连通所述氢气分离装置和所述半焦水煤浆气化单元，所述换热装置的吸热侧的出口连通所述煤加氢气化炉。