CN219449628U - 一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤化工生产设施的技术领域，其公开一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统。该加氢气化系统中加氢气化炉的出气口与减压罐的进气口相连通，减压罐的出气口与激冷水洗塔的进气口相连通，激冷水洗塔的出气口与气液分离器的进气口相连通，气液分离器的出气口与氢气膜分离器的进气口相连通，在氢气膜分离器上设置有氢气出口和富甲烷出口，氢气膜分离器的氢气出口分两路与加氢气化炉的第二进气口和第三进气口相连通；减压罐、激冷水洗塔以及气液分离器的液体出口均与焦油收集器相连通。本实用新型可以稳定煤的加氢气化过程中实现产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且甲烷产率、高轻质芳烃(BTX、PCXN)产率较高。

Description

一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统

技术领域

本实用新型属于煤化工生产设施的技术领域，具体涉及为一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统。

背景技术

能源是社会发展和经济发展的重要支柱。作为世界能源生产和消费大国，未来我国的发展还将需要更多的能源、产生更多的排放，面临的资源和环境压力将更大。在我国能源结构中，煤炭的生产和消费一直占主导地位。因此，高效的把煤中富含的碳、氢元素转化为高附加值的化工产品是现代煤化工技术包括煤制甲烷、煤制油、煤制化学品等技术低碳利用的核心问题。

但是现有的煤制甲烷、煤制油技术主要通过高温高压的煤气化技术把煤转化为合成气，再进行有机合成，造成整体工艺存在能耗高、投资高、耗水量大的诸多弊端。而国内外关于煤制高产率、高热效的洁净煤技术也越来越受到人们的广泛关注。

因此，在煤加氢气化技术领域中，现亟需研发一种热效率高、气化系统简单、稳定性好、产品组成可调且质量较优的新工艺来解决当下现有工艺中存在的高消耗低产出的问题。

实用新型内容

本实用新型针对背景技术中现有的煤制甲烷、煤制油技术存在能耗高、投资高、耗水量大的问题，我们通过对液态排渣移动床煤加氢气化炉的结构进行重新设计，使其能够稳定实现煤的加氢气化过程，产品组分可调控，增强了原料的适应性和产品的多元性，且产品中甲烷产率、高轻质芳烃(BTX、PCXN)产率较高。为此，我们提供了一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统。

为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，包括由耐压钢壳和耐火材料一体浇筑成型的加氢气化炉，且其内由耐火材料铸成炉腔，在所述加氢气化炉的顶部和底部上分别设置有固体进口和固体出口，在所述加氢气化炉的侧壁上分别设置有从下至上分别设置有第一进气口、第二进气口、第三进气口以及出气口，且将炉腔从下到上分为氧化熔渣层、还原气化层、加氢气化甲烷化层、加氢热解层、干燥层，所述第一进气口、第二进气口、第三进气口分别设置在所述氧化熔渣层、加氢气化甲烷化层、加氢热解层中，所述还原气化层位于所述第一进气口与第二进气口之间，所述干燥层位于所述第二进气口与第三进气口之间，所述第一进气口用于将含有氧气和水蒸气的第一股物料送入所述氧化熔渣层，所述第二进气口用于将含氢气和水蒸气的第二股物料送入所述加氢气化甲烷化层，所述第三进气口用于将含有氢气的第三股物料送入所述加氢热解层，所述加氢气化炉的出气口通过管道与减压罐的进气口相连通，所述减压罐的出气口通过管道与激冷水洗塔的进气口相连通，所述激冷水洗塔的出气口通过管道与气液分离器的进气口相连通，所述气液分离器的出气口通过管道与氢气膜分离器的进气口相连通，在所述氢气膜分离器上分别设置有氢气出口和富甲烷出口，所述氢气膜分离器的氢气出口通过管道分两路与所述加氢气化炉的第二进气口和第三进气口相连通。

所述减压罐、激冷水洗塔以及气液分离器的液体出口均与焦油收集器的液体进口相连通。

在所述氢气膜分离器的氢气出口与所述加氢气化炉的第二进气口、第三进气口之间的两路管道上分别设置有循环气压缩机，用于提供输送动力。

所述加氢气化炉的高径比为10-50。

所述第一进气口与所述第二进气口的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉的高度的比值为1/5-1/3；所述第二进气口与所述第三进气口的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉的高度的比值为1/6-1/4；所述第三进气口在炉腔内距所述炉腔的顶部的距离占所述加氢气化炉的高度的比值1/5-1/3。

所述第一进气口与所述加氢气化炉的轴线夹角为60-90°，其便于将所述第一股物料沿该角度方向送入到所述氧化熔渣层中。

位于所述氧化熔渣层下方的炉腔内设置有灰渣收集区，其与黑水处理系统相连通，其中黑水处理系统给所述灰渣收集区提供循环的激冷水用于冷却熔融灰渣。

作为上述技术方案的进一步补充说明，作为上述技术方案的进一步解释及限定，与现有的煤制甲烷、煤制油技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型设计液态排渣移动床汽化炉具有气化效率高、污水排放少的优点，但是煤气中甲烷含量只有5-7％，用于联产甲烷和轻质烃类过程的经济性有待提高。

2、本实用新型所研发的加氢气化系统采用移动床液态排渣气化与加氢气化相结合的高效煤气化理论，将煤中的碳、氢元素在原位高效转化为甲烷和轻质油，提高煤制油、煤制甲烷系统的整体经济性。根据测算，对于间接液化的煤制油过程，可降低合成规模约1/3，提高系统能效10-20％。

3、本实用新型所研发的加氢气化系统于煤制甲烷过程，通过氢气循环利用，可实现完全非合成制甲烷，整体的能效提高20-25％，投资降低20％以上。在煤制天然气、煤制油领域，开创了一条低阶煤高效生产富甲烷、轻质油技术路线，具有工艺简单，且最大限度减少污染物排放的优点，可促进低阶煤大规模高效转化利用。

附图说明

图1为本实用新型中加氢气化系统的工艺流程图；

图2为本实用新型实施例中加氢气化炉的结构图。

图中：加氢气化炉为10，减压罐为20，激冷水洗塔为30，气液分离器为40，焦油收集器为50，氢气膜分离器为60，循环气压缩机为70。

其中加氢气化炉结构包括：固体出口为104，固体进口为105，出气口为106，炉腔为107，灰渣收集区为108，氧化熔渣层为109、还原气化层为110，加氢气化甲烷化层为111，加氢热解层为112，干燥层为113。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型的技术方案，下面结合附图1至2，在技术方案中所公开的保护范围内，通过最佳实施例对本实用新型所涉及加氢气化炉的具体结构及尺寸做进一步说明。

如附图1至2所示，一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，加氢气化系统主要包括加氢气化炉10、减压罐20、激冷水洗塔30，气液分离器40、焦油收集器50、氢气膜分离器60。其中加氢气化炉10包括由耐压钢壳和耐火材料一体浇筑成型，且加氢气化炉10的内部由耐火材料铸成炉腔107，在所述加氢气化炉10的顶部和底部上分别设置有固体进口105和固体出口104，在所述加氢气化炉10的侧壁上分别设置有从下至上分别设置有第一进气口101、第二进气口102、第三进气口103以及出气口106，其中第一进气口101与所述加氢气化炉10的轴线夹角为60-90°，其便于将所述第一股物料沿该角度方向送入到所述氧化熔渣层109中，所述第一进气口101用于将含有氧气和水蒸气的第一股物料送入所述氧化熔渣层109，所述第二进气口102用于将含氢气和水蒸气的第二股物料送入所述加氢气化甲烷化层111，所述第三进气口103用于将含有氢气的第三股物料送入所述加氢热解层112。

上述实施例中，其中关于加氢气化炉的内部设计结构及尺寸参数如下：

(一)我们将炉腔107从下到上分为灰渣收集区108、氧化熔渣层109、还原气化层110、加氢气化甲烷化层111、加氢热解层112、干燥层113，其中灰渣收集区108与黑水处理系统相连通，并通过黑水处理系统给所述灰渣收集区108提供循环的激冷水用于冷却熔融灰渣。所述第一进气口101、第二进气口102、第三进气口103分别设置在所述氧化熔渣层109、加氢气化甲烷化层111、加氢热解层112中，所述还原气化层110位于所述第一进气口101与第二进气口102之间，所述干燥层113位于所述第二进气口102与第三进气口103之间。

(二)加氢气化炉的高径比为10-50；第一进气口101与所述第二进气口102的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值为1/5-1/3；第二进气口102与所述第三进气口103的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值为1/6-1/4；所述第三进气口103在炉腔内距所述炉腔的顶部的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值1/5-1/3。

在本最佳实施方式中，所述液态排渣移动床煤加氢气化炉的高径比为20，第一进气口101与所述第二进气口102的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值为1/4；第二进气口102与所述第三进气口103的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值为1/5；所述第三进气口103在炉腔内距所述炉腔的顶部的距离占所述加氢气化炉10的高度的比值1/4，第一进气口101与所述加氢气化炉10的轴线夹角为85°。

该加氢气化系统中各反应设备的管路连接方式如下：

所述加氢气化炉10的出气口106通过管道与减压罐20的进气口相连通，所述减压罐20的出气口通过管道与激冷水洗塔30的进气口相连通，所述激冷水洗塔30的出气口通过管道与气液分离器40的进气口相连通，所述气液分离器40的出气口通过管道与氢气膜分离器60的进气口相连通，在所述氢气膜分离器60上分别设置有氢气出口和富甲烷出口，所述氢气膜分离器60的氢气出口通过管道分两路与所述加氢气化炉10的第二进气口102和第三进气口103相连通，所述减压罐20、激冷水洗塔30以及气液分离器40的液体出口均与焦油收集器50的液体进口相连通。在所述氢气膜分离器60的氢气出口与所述加氢气化炉10的第二进气口102、第三进气口103之间的两路管道上分别设置有循环气压缩机70，用于提供输送动力。

上述加氢气化系统中加氢气化炉出气口加氢气化产物经减压罐减压，排出半焦，并获得净化气，净化气依次经激冷水洗和气液分离后，得气态产物和液态产物；所述气态产物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，统一回收至焦油收集器中。

针对上述加氢气化系统中，我们获得了煤的加压热解特性和神木煤的高温高压气化反应动力学规律；完成了神木煤灰熔融特性的研究。同时，建立了处理量1t/d(6.0MPa，1500℃)的液态排渣移动床气化实验装置，并以石油焦、神木烟煤为实验原料，进行富甲烷富油气化技术的实验研究。

表1煤的工业分析与元素分析

表2入炉原料粒径分布

表3煤气组成

从表3中可以看出，产品气中的CH4含量可达23.93％以上，经济价值高。

以上实验结果验证了基于移动床液态排渣气化炉设计的加氢气化系统，通过简单的加氢工艺改造，增加煤气中甲烷和轻质烃产量的可行性。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型的创造思想和设计思路，应当等同属于本实用新型技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，包括由耐压钢壳和耐火材料一体浇筑成型的加氢气化炉(10)，且其内由耐火材料铸成炉腔(107)，其特征在于：在所述加氢气化炉(10)的顶部和底部上分别设置有固体进口(105)和固体出口(104)，在所述加氢气化炉(10)的侧壁上分别设置有从下至上分别设置有第一进气口(101)、第二进气口(102)、第三进气口(103)以及出气口(106)，且将炉腔(107)从下到上分为氧化熔渣层(109)、还原气化层(110)、加氢气化甲烷化层(111)、加氢热解层(112)、干燥层(113)，所述第一进气口(101)、第二进气口(102)、第三进气口(103)分别设置在所述氧化熔渣层(109)、加氢气化甲烷化层(111)、加氢热解层(112)中，所述还原气化层(110)位于所述第一进气口(101)与第二进气口(102)之间，所述干燥层(113)位于所述第二进气口(102)与第三进气口(103)之间，所述第一进气口(101)用于将含有氧气和水蒸气的第一股物料送入所述氧化熔渣层(109)，所述第二进气口(102)用于将含氢气和水蒸气的第二股物料送入所述加氢气化甲烷化层(111)，所述第三进气口(103)用于将含有氢气的第三股物料送入所述加氢热解层(112)，所述加氢气化炉(10)的出气口(106)通过管道与减压罐(20)的进气口相连通，所述减压罐(20)的出气口通过管道与激冷水洗塔(30)的进气口相连通，所述激冷水洗塔(30)的出气口通过管道与气液分离器(40)的进气口相连通，所述气液分离器(40)的出气口通过管道与氢气膜分离器(60)的进气口相连通，在所述氢气膜分离器(60)上分别设置有氢气出口和富甲烷出口，所述氢气膜分离器(60)的氢气出口通过管道分两路与所述加氢气化炉(10)的第二进气口(102)和第三进气口(103)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：所述减压罐(20)、激冷水洗塔(30)以及气液分离器(40)的液体出口均与焦油收集器(50)的液体进口相连通。

3.根据权利要求2所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：在所述氢气膜分离器(60)的氢气出口与所述加氢气化炉(10)的第二进气口(102)、第三进气口(103)之间的两路管道上分别设置有循环气压缩机(70)，用于提供输送动力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：所述加氢气化炉(10)的高径比为10-50。

5.根据权利要求4所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：所述第一进气口(101)与所述第二进气口(102)的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉(10)的高度的比值为1/5-1/3；所述第二进气口(102)与所述第三进气口(103)的在炉腔内的距离占所述加氢气化炉(10)的高度的比值为1/6-1/4；所述第三进气口(103)在炉腔内距所述炉腔的顶部的距离占所述加氢气化炉(10)的高度的比值1/5-1/3。

6.根据权利要求5所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：所述第一进气口(101)与所述加氢气化炉(10)的轴线夹角为60-90°，其便于将所述第一股物料沿该角度方向送入到所述氧化熔渣层(109)中。

7.根据权利要求5或6所述的一种液态排渣移动床煤加氢气化炉及加氢气化系统，其特征在于：位于所述氧化熔渣层(109)下方的炉腔(107)内设置有灰渣收集区(108)，其与黑水处理系统相连通，其中黑水处理系统给所述灰渣收集区(108)提供循环的激冷水用于冷却熔融灰渣。