一種氣流床煤粉加氫氣化方法技術

本發明專利技術公開了一種氣流床煤粉加氫氣化方法，其包括如下步驟：(1)煤粉、氧氣與加熱后的氫氣經噴嘴輸入氣化爐，在氣化爐的反應段發生加氫氣化反應，得到產物，產物包括半焦、合成氣；(2)產物經氣化爐的出口處降溫后，半焦排出氣化爐，合成氣經除塵之后分成兩股，占合成氣摩爾分數為3％?5％的一股作為輸送煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股經降溫及分離獲得產品氣和液態油品；噴嘴包括三個同軸通道，內部通道通入加熱后的氫氣，中間通道通入煤粉，外部通道通入氧氣。本發明專利技術的氣流床煤粉加氫氣化方法熱效率高、氣化系統穩定性好以及產品質量較優，能夠穩定實現煤粉的加氫氣化過程，碳轉化率高，產品氣中CH4含量高。

A Method for Hydrogasification of Pulverized Coal in an Air-entrained Bed

The invention discloses an entrained-flow pulverized coal hydrogenation gasification method, which comprises the following steps: (1) pulverized coal, oxygen and heated hydrogen are injected into the gasifier through a nozzle, and hydrogenation gasification reaction occurs in the reaction section of the gasifier to obtain products, including semi-coke and syngas; (2) after the products are cooled at the outlet of the gasifier, semi-coke is discharged from the gasifier, and the syngas is divided into two parts after dust removal. Two strands, which account for 3%-5% of the molar fraction of syngas, are used as part of the carrier gas for conveying pulverized coal. The remaining strand is cooled and separated to obtain product gas and liquid oil. The nozzle consists of three coaxial channels, the internal channel is fed with heated hydrogen, the intermediate channel is fed with pulverized coal, and the external channel is fed with oxygen. The airflow pulverized coal hydrogasification method of the invention has high thermal efficiency, good stability of the gasification system and better product quality, can stably realize the process of pulverized coal hydrogasification, high carbon conversion rate and high CH4 content in the product gas.

【技術實現步驟摘要】
一種氣流床煤粉加氫氣化方法
本專利技術涉及煤氣化領域，尤其涉及一種氣流床煤粉加氫氣化方法。
技術介紹
能源是社會發展和經濟發展的支柱，在我國，煤炭作為儲量最大并且利用量最多的能源對國民生活起著重大的作用。但是，煤炭的傳統利用形勢有著天然的缺陷，特別是對于環境的污染嚴重。而煤氣化是一項相對清潔的煤炭利用技術，可以將煤炭轉化為清潔燃料氣，解決相應的環境污染和能源分布不均問題，對我國的經濟發展有著重大的作用。常規兩步法煤制天然氣工藝路線較長，投資大，熱效率低。為克服上述技術的不足，近年來，煤加氫氣化技術受到越來越多的重視。中國專利申請CN102559310A中公布了一種用焦爐氣等工業廢氣進行煤炭加氫氣化制天然氣等烴類的方法，該工藝中，原煤加熱至300℃會發生熱解產生焦油，容易發生堵塞，不利于輸送，該工藝由于輸入的熱量不足以達到激發加氫氣化反應溫度，無法獲得質量較優的產品和保證系統的穩定運行。因此，開發一種熱效率高、氣化系統穩定性好以及產品質量較優的氣流床煤粉加氫氣化方法是目前亟須解決的問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術中煤加氫氣化方法工藝路線較長、投資大、熱效率低、氣化系統穩定性差以及產品質量較差的缺陷，提供一種熱效率高、氣化系統穩定性好以及產品質量較優的氣流床煤粉加氫氣化方法，該氣流床煤粉加氫氣化的方法，能夠穩定實現煤粉的加氫氣化過程，碳轉化率高，產品氣中CH4含量高。本專利技術提供了一種氣流床煤粉加氫氣化方法，其包括如下步驟：(1)煤粉、氧氣與加熱后的氫氣經噴嘴輸入氣化爐，在所述氣化爐的反應段發生加氫氣化反應，得到產物，所述產物包括半焦和合成氣；(2)所述產物經所述氣化爐的出口處降溫后，所述半焦排出所述氣化爐，所述合成氣經除塵之后分成兩股，占所述合成氣摩爾分數為3％-5％的一股作為輸送所述煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股經降溫及分離獲得產品氣和液態油品；其中，所述噴嘴包括三個同軸通道，所述噴嘴的內部通道通入所述加熱后的氫氣，所述噴嘴的中間通道通入煤粉，所述噴嘴的外部通道通入所述氧氣。本專利技術中，所述載氣中使用合成氣作為部分載氣具有特別好的效果。一方面，使用合成氣中的熱量加熱載氣，在整個過程兩者均勻混合，有效換熱面積和換熱時間較長，換熱效果更均勻，熱效率更高。另一方面，通常認為，產物的存在會影響反應的進行，而本專利技術中，使用了常規的加氫氣化反應溫度在800℃-1000℃，且壓力在2Mpa-10Mpa，且停留時間在15s-20s范圍內時，反應體系中3％-5％的合成氣對煤氣化加氫反應平衡基本無影響。本專利技術中，所述氫氣的加熱步驟較佳地包括：在所述氣化爐外部先對所述氫氣進行一次加熱，得到一次加熱氫氣；然后，在所述噴嘴處通過貧氧燃燒的方式對所述一次加熱氫氣進行二次加熱，得到加熱后的氫氣。其中，所述一次加熱按照本領域常規可通過換熱器換熱實現，較佳地為：所述氫氣首先在氣體換熱器內與所述合成氣進行換熱，然后進入氫氣加熱爐進行換熱，得到所述一次加熱氫氣。本專利技術中，所述載氣及所述煤粉在進入所述噴嘴前較佳地為280℃-300℃，經所述噴嘴外部通道貧氧燃燒加熱后較佳地為400℃以上，且進入所述氣化爐的瞬間較佳地為700℃以上。本專利技術中，所述氣流床煤粉加氫氣化方法中各原料用量可為本領域常規，所述氫氣與煤粉的摩爾質量比較佳地為(100-110)：1，單位為mol/kg，如煤粉質量為1t/h時，合成氣總量約為36.1kmol/h，此時的氫氣用量為107.2kmol/h。本專利技術中，所述氣化爐中的反應壓力與反應溫度為本領域常規，所述氣化爐的反應壓力較佳地為2MPa-10MPa，反應溫度較佳地為800℃-1000℃。本專利技術中，所述煤粉在所述氣化爐的中停留時間可為本領域常規，較佳地為15s-20s。本專利技術中，所述反應段出口處降溫方式為本領域常規，較佳地為激冷冷卻。本專利技術中，所述載氣較佳地還包括氫氣，所述氫氣在使用時按照本領域常規一般為高壓氫氣。本專利技術中，所述煤粉的各項指標為本領域常規煤粉加氫氣化的煤粉，所述的煤粉的粒徑較佳地為125um-180um，所述煤粉的含水量較佳地小于12％。本專利技術中，所述氣化爐的出口處降溫按照本領域常規以折流方式實現所述合成氣與所述半焦初步分離，所述半焦經半焦收集段進行收集并排出所述氣化爐，所述合成氣經所述半焦收集段從氣體溢出段排出所述氣化爐。其中，所述半焦收集段還可與一灰水處理單元相連通，用于維持所述半焦收集段中的液位，通過調節水流量和溫度，可起到調節所述半焦、所述產品氣和所述液態油品中各組分的含量。在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本專利技術各較佳實例。本專利技術所用試劑和原料均市售可得。本專利技術的積極進步效果在于：本專利技術的氣流床煤粉加氫氣化方法熱效率高、氣化系統穩定性好以及產品質量較優，能夠穩定實現煤粉的加氫氣化過程，碳轉化率高，產品氣中CH4含量高。附圖說明圖1為本專利技術實施例的氣流床煤粉加氫氣化方法的工藝流程示意圖。附圖標記說明：原煤制粉單元1密相輸送單元2氧氣輸送單元3噴嘴4氣化爐5：反應段51下降管511氣體溢出段52半焦收集段53冷卻室531半焦沉積段532半焦冷卻器6鎖斗7灰水處理單元8旋風分離器9換熱器10氣體換熱器11冷卻分離單元12氫氣加熱爐13原料煤F1密相輸送原料氣F2氧氣F3補給氫氣F4補給冷卻水F5進水F6加壓蒸汽F7半焦F8產品氣F9液態油品F10分離所得氫氣F11具體實施方式下面通過實施例的方式進一步說明本專利技術，但并不因此將本專利技術限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。實施例1如圖1所示，本專利技術提供一種氣流床煤粉加氫氣化方法，其包括如下步驟：(1)煤粉、氧氣與加熱后的氫氣經噴嘴4輸入氣化爐5，在所述氣化爐5的反應段51發生加氫氣化反應，得到產物，所述產物包括半焦、合成氣；(2)所述產物經所述氣化爐5的出口處降溫后，所述半焦排出所述氣化爐5，所述合成氣經除塵之后分成兩股，占所述合成氣摩爾分數為3％-5％的一股作為輸送所述煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股經降溫及分離獲得產品氣和液態油品；其中，所述噴嘴4包括三個同軸通道，所述噴嘴4的內部通道通入所述加熱后的氫氣，所述噴嘴4的中間通道通入煤粉，所述噴嘴4的外部通道通入所述氧氣。半焦經氣化爐5的下降管511進入冷卻室531，進行初步冷卻后，經半焦收集段53，匯集于半焦沉積段532，然后進入半焦冷卻器6進行二次冷卻，經二次冷卻后的半焦進入鎖斗7中，被進一步冷卻和粉碎得到半焦產品。合成氣經氣化爐5的下降管511，以折流方式與半焦初步分離，進入冷卻室531，經氣體溢出段52，進入旋風分離器9進行除塵，獲得少量半焦，然后少量半焦經換熱器10降溫后排出，經除塵后的合成氣分成兩股，占所述合成氣摩爾分數為3％-5％的一股作為輸送所述煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股進入氣體換熱器11進行冷卻后，進入冷卻分離單元12，進一步冷卻至室溫，獲得氫氣、產品氣和液態油品。分離所得氫氣F11和補給氫氣F4經氣體換熱器11升溫后進入氫氣加熱爐13進行初步加熱，并在噴嘴4中通過貧氧燃燒的方式進行二次加熱產生加熱后的氫氣，溫度提高至900℃；然后與從噴嘴4的內部通道進入的煤本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種氣流床煤粉加氫氣化方法，其特征在于，其包括如下步驟：(1)煤粉、氧氣與加熱后的氫氣經噴嘴輸入氣化爐，在所述氣化爐的反應段發生加氫氣化反應，得到產物，所述產物包括半焦、合成氣；(2)所述產物經所述氣化爐的出口處降溫后，所述半焦排出所述氣化爐，所述合成氣經除塵之后分成兩股，占所述合成氣摩爾分數為3％?5％的一股作為輸送所述煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股經降溫及分離獲得產品氣和液態油品；其中，所述噴嘴包括三個同軸通道，所述噴嘴的內部通道通入所述加熱后的氫氣，所述噴嘴的中間通道通入煤粉，所述噴嘴的外部通道通入所述氧氣。

【技術特征摘要】
1.一種氣流床煤粉加氫氣化方法，其特征在于，其包括如下步驟：(1)煤粉、氧氣與加熱后的氫氣經噴嘴輸入氣化爐，在所述氣化爐的反應段發生加氫氣化反應，得到產物，所述產物包括半焦、合成氣；(2)所述產物經所述氣化爐的出口處降溫后，所述半焦排出所述氣化爐，所述合成氣經除塵之后分成兩股，占所述合成氣摩爾分數為3％-5％的一股作為輸送所述煤粉的載氣的一部分，剩余的另一股經降溫及分離獲得產品氣和液態油品；其中，所述噴嘴包括三個同軸通道，所述噴嘴的內部通道通入所述加熱后的氫氣，所述噴嘴的中間通道通入煤粉，所述噴嘴的外部通道通入所述氧氣。2.如權利要求1所述的氣流床煤粉加氫氣化方法，其特征在于，所述氫氣的加熱步驟包括：在所述氣化爐外部先對所述氫氣進行一次加熱，得到一次加熱氫氣；然后，在所述噴嘴處通過貧氧燃燒的方式對所述一次加熱氫氣進行二次加熱，得到加熱后的氫氣。3.如權利要求1所述的氣流床煤粉加氫氣化方法，其特征在于，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王興軍，劉海峰，孫志剛，郭強，于廣鎖，王輔臣，劉建兵，丁天才，王顯炎，張金剛，蔣超，姚奎，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，華東理工大學，中石化寧波技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11