高温高压半焦降温降压方法与流程

本发明涉及高温高压半焦冷却技术领域，更具体地，涉及一种高温高压半焦降温降压方法。

背景技术：

煤炭梯级利用是从煤炭化学结构出发，充分利用煤自身含有的芳香族、脂肪族等官能团结构，获得高附加值油品，提高工艺技术指标，实现煤资源高效、合理、清洁利用的有效途径之一。煤加氢气化技术是现有煤梯级利用研发的主流方向之一，加氢气化反应温度700-950℃，操作压力4-10mpa。煤进行加氢气化反应后，产生大量高温高压低硫高碳多孔的半焦。后续采用干粉气化技术对半焦进行再利用是常采用的手段，这势必需要将半焦冷却至较低温度后才能进入下一工段。

传统半焦降温降压采用分步处理的办法，先利用流化床或者废锅回收半焦的高温热量，将半焦温度降低至金属设备可接受程度，再进行泄压置换，最终将半焦排放至静态冷却器设备，继续冷却将半焦冷却至40-60℃。将冷却后半焦输送至其他单元进行其他操作。由于半焦本身的热导率低，约0.58-0.81w/(m²·k)，单纯采用静态冷却形式进行半焦冷却，冷却时间长，同时带来气化框架过高，投资成本高等问题。

鉴于此，亟待一种能够有效提高冷却效率，降低投资成本的高温高压半焦降温降压方法的出现，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够对高温高压半焦物料进行有效且高效处理，并能够大大降低处理成本的高温高压半焦降温降压方法，以解决现有技术中存在的问题。

根据本发明提供一种高温高压半焦降温降压方法，该高温高压半焦降温降压方法包括：

步骤一：向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体至预设时长，所述高温高压半焦处理设备用于对高温高压半焦物料进行降温降压处理；

步骤二：停止向所述高温高压半焦处理设备中充入冷却气体后，向所述高温高压半焦处理设备内输入所述高温高压半焦物料，所述高温高压半焦物料下落过程中与所述高温高压半焦处理设备内的冷却气体进行热量交换；

步骤三：当所述高温高压半焦处理设备内的半焦物料堆积至预设高度位置处时，停止向所述高温高压半焦处理设备内输入所述高温高压半焦物料；

步骤四：对所述高温高压半焦处理设备进行泄压，从而完成对所述高温高压半焦处理设备的充压泄压操作，通过泄压过程，再次对所述高温高压半焦物料进行降温和降压处理。

优选地，所述步骤一中，通过所述高温高压半焦处理设备的充泄压口和进气口的至少其中之一，向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体；

其中，所述充泄压口设于所述高温高压半焦处理设备的上部，所述进气口设于所述高温高压半焦处理设备下部的充气锥上。

优选地，所述步骤二中，通过所述高温高压半焦处理设备的进料口，向所述高温高压半焦处理设备内输入所述高温高压半焦物料；

其中，所述进料口位于所述高温高压半焦处理设备的顶部。

优选地，所述步骤三中，所述预设高度位置为所述高温高压半焦处理设备的高料位口处，当所述高温高压半焦处理设备内的半焦物料堆积至高料位口处时，停止向所述高温高压半焦处理设备内输入所述高温高压半焦物料。

优选地，所述高温高压半焦处理设备的高料位口以下部分的容积占整个所述高温高压半焦处理设备容积的60-70％。

优选地，该高温高压半焦降温降压方法还包括步骤五，所述步骤五包括：

完成对所述高温高压半焦处理设备的充压泄压操作后，继续对所述高温高压半焦处理设备进行至少一次的充泄压置换操作，对所述高温高压半焦物料进行降温和降压处理，直至将所述高温高压半焦物料处理至达到外排标准。

优选地，所述充泄压置换操作包括：

向所述高温高压半焦处理设备内进行预设时长的充压，其中，向所述高温高压半焦处理设备内充入的气体为冷却气体；

将所述高温高压半焦处理设备进行预设时长的泄压。

优选地，所述向所述高温高压半焦处理设备内进行预设时长的充压包括：

通过所述高温高压半焦处理设备的充泄压口和进气口，向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体；

其中，所述充泄压口设于所述高温高压半焦处理设备的上部，所述进气口设于所述高温高压半焦处理设备下部的充气锥上。

优选地，通过所述进气口向所述高温高压半焦处理设备内充入冷却气体的充气流量，大于通过所述充泄压口向所述高温高压半焦处理设备内充入冷却气体的充气流量。

优选地，所述高温高压半焦处理设备的操作压力为0.2mpa-7mpa。

优选地，所述高温高压半焦处理设备泄压时，通过所述高温高压半焦处理设备的充泄压口进行泄压。

有益效果：

本发明提供的高温高压半焦降温降压方法，首先将高温高压半焦物料投放至高温高压处理设备中，高温高压半焦物料在落料过程中与高温高压处理设备中的冷却气体进行换热，从而有效降低高温高压半焦物料的外部温度，然后再通过泄压操作以及后续的多次充压泄压置换操作使得半焦物料处于流化状态，来进一步降低半焦物料的内外部温度。通过该高温高压半焦降温降压方法，能够对高温高压半焦物料进行有效的降温降压处理，并且处理效率高，处理的投资成本也大大降低。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了根据本发明实施例的高温高压半焦处理设备的结构示意图。

图2为图1中的a-a剖视图。

图3示出了根据本发明实施例的高温高压半焦降温降压方法的步骤流程图。

图中：圆筒部1、高料位口11、冷却介质入口12、冷却介质出口13、顶盖部2、半焦进料口21、充泄压口22、压力平衡口23、锥体部3、本体31、低料位口311、充气锥32、进气口321、排焦口322、法兰33、换热管4。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明提供一种高温高压半焦降温降压方法，该实施例中，高温高压半焦降温降压方法利用高温高压半焦处理设备对高温高压半焦进行降温和降压处理。下面首先对高温高压半焦处理设备进行较为详细的说明。

如图1至图2所示，本实施例中的高温高压半焦处理设备，用于对高温高压的半焦进行降温降压处理，该高温高压半焦处理设备包括自上而下依次连接的圆筒部1、顶盖部2和锥体部3，圆筒部1、顶盖部2和锥体部3彼此连通形成容纳腔室，容纳腔室用于容纳待处理的高温高压半焦物料。

其中，顶盖部2上设有半焦进料口21以及充泄压口22，半焦进料口21用于向容纳腔室内输入高温高压半焦物料，充泄压口22用于容纳腔室的充压和泄压，锥体部3上设有用于向容纳腔室内充压的进气口321，向容纳腔室内充压时充入的为冷却气体。该实施例中，充泄压口22上连接有泄压过滤器，用于防止泄压时半焦物料在泄压时随着气体外流。

进一步地，锥体部3包括本体31和充气锥32，充气锥32可拆卸连接，例如法兰33连接于本体31上。充气锥32用于向容纳腔室内充压操作过程中半焦物料的流化以及排焦过程中辅助下料，进气口321设于充气锥32上，并且，进气口321的数目为多个，多个进气口321环绕充气锥32设置。进气口321的轴线与充气锥32的轴线之间的夹角为65°-70°。如此，可有效防止容纳腔室内的粉体物料进入进气口321内以及在进气口321的积存。

该实施例中，充气锥32优选无内部过滤元件的结构，如此，使得半焦本身具有更好的流动性，保证充入的冷却气体能够将容纳腔室内的物料充分搅动，增强半焦物料的换热效率。

顶盖部2为球形罩结构，圆筒部1、顶盖部2和锥体部3同轴设置。锥体部3的本体31上设有低料位口311，圆筒部1上设有高料位口11，低料位口311和高料位口11用于监控高温高压半焦物料的料位高度，从而使得高温高压半焦物料在容纳空腔内的高度处于低料位口311与高料位口11之间。底料口与高料位口11上分别设有射线料位计，用于监控高温高压半焦物料的料位高度。

半焦进料口21位于顶盖部2的轴线上，充泄压口22位于半焦进料口21的一侧。

进一步地，为了增强降温效果，容纳腔室内设有换热管4，换热管4用于与堆积于容纳腔室内的高温高压半焦物料进行换热。换热管4包括多个竖直设置的管段，各个管段之间依次连通，形成上下折流的管簇结构，即整体上形成圆柱状的结构，从而与容纳腔室的结构匹配，如此增大了换热面积。换热管4位于圆筒部1和锥体部3内，其中，换热管4的下端可形成球头结构，并伸入到锥体部3内。

该实施例中，管簇结构的外围管段的轴线需与容纳腔室的腔室壁间隔预设距离，该预设距离为3-5倍的换热管4直径，例如设为3倍、4倍或者5倍的换热管4的外径，最小间距不小于100mm。如此，便可防止换热管4与容纳腔室间距过大时造成半焦冷却效果差，以及间距过小时造成换热管4与容纳腔室壁面之间半焦架桥情况的出现。

换热管4的圆筒部1上设有冷却介质入口12和冷却介质出口13，两者的数目一直，并且可相同高度设置，换热管4内走低压冷却介质，例如冷却气体或者冷却混合液等。换热管4的冷却介质入口12与高温高压半焦处理设备的高料位口11间隔预设距离x设置，冷却介质入口12的高度低于高料位口11的高度。其中，预设距离x为3-5倍的换热管4的外径，预设距离的值可根据需要设定，例如设为3倍、4倍或者5倍的换热管4的外径。如此，方便在高料位口11处设置用于检测粉体料位的射线料位计，对容纳腔室内的料位高度进行监控。并且，如此设置可有效防止由于x过大造成上部半焦物料与换热管4间传热热阻较大，或者x过小造成半焦物料监控困难情况的出现。当高温高压半焦处理设备进料过程中显示装置显示高料位口11有料时，即半焦物料堆积到高料位口11处，设备停止进料。

该实施例中，高料位口11以下部分的容纳腔室容积占整个容纳腔室容积的60-70％，避免因下料过程中半焦物料的膨胀造成半焦大量进入过滤器，造成过滤器负荷急剧上升。

换热管4的底部与低料位口311间隔预设距离设置，该预设距离为3-5倍的换热管4的外径，例如设为3倍、4倍或者5倍的换热管4的外径。如此，方便在低料位口311处设置用于检测粉体料位的射线料位计，对容纳腔室内的料位高度进行监控。

参见图2，该实施例中，换热管4可成排设置，即设置为成排的管段结构，相邻排的管段之间彼此错开设置，并且，排与排之间的间隔距离与同一排的相邻的两个管段之间的距离相同。如此，使得同一排中相邻的两个管段与相邻排的距离最近的管段之间形成等边三角形分布的结构，三个相邻的管段分别位于等腰三角形的三个顶点上。如此结构设置，使得管段周围半焦可均匀与该管段换热，冷却后半焦温度更加均匀。另外，换热管4的各管段垂直设置可有效减少半焦在换热管4上的残留堆积。换热管4优选dn30-50mm规格，换热管4设计需要能够承受外部压力。相邻的管段之间的中心距优选为3-5倍换热管4外径，例如设为3倍、4倍或者5倍的换热管4的外径。

另外，由于换热管4的各个管段垂直设置，并且换热管4的总长度较长，需要在换热管4上分段增加固定件，固定件形式可根据管道布置以及施工难易程度确定，固定件的布置的间隔距离根据换热管4的结构强度确定，但需防止固定件布置过于密集而影响半焦的流动，固定件层间距小于等于500mm。

锥体部3的锥角可根据粉体物料的安息角进行设计，合理设计锥体部3的锥角可辅助粉体物料下料，该处的粉体物料为半焦物料在处理过程中产生的粉状物料。

进一步地，充气锥32的底部设有排焦口322，用于排出容纳腔室中的半焦。顶盖部2上还设有压力平衡口23，在半焦物料进料过程中保证进料的顺畅性。

需要说明的是，用来处理高温高压半焦物料的高温高压半焦处理设备的具体结构不限于此，其具体结构可根据需要进行相应的设计，对此不做具体限定。本发明中仅以此实施例中的高温高压半焦处理设备对高温高压半焦降温降压方法进行详细说明。

如图3所示，本发明提供的高温高压半焦降温降压方法，具体可参考步骤二至步骤六。

步骤一：向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体至预设时长，高温高压半焦处理设备用于对高温高压半焦物料进行降温降压处理；

该步骤中，通过高温高压半焦处理设备的充泄压口22和进气口321的至少其中之一，向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体，例如可以仅通过充泄压口22向高温高压半焦处理设备内充入冷却气体，也可以经通过进气口321向高温高压半焦处理设备内充入冷却气体。

该实施例中，冷却气体具体可选为诸如经制冷后的空气，对高温高压半焦处理设备的充压时间为4-6min，例如5min。

步骤二：停止向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体后，向高温高压半焦处理设备内输入高温高压半焦物料，高温高压半焦物料下落过程中与高温高压半焦处理设备内的冷却气体进行热量交换；

该步骤中，当对高温高压半焦处理设备的充压时间达到5min后，停止向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体。停止向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体后，通过高温高压半焦处理设备的进料口，向高温高压半焦处理设备内输入高温高压半焦物料。

该实施例中，高温高压半焦物料的下料时长为8-12min，例如10min，高温高压半焦物料下落过程中与高温高压半焦处理设备容纳腔室内的冷却气体发生强制对流，下落过程中的高温高压半焦物料与冷却气体进行强换热，传热速率可达到200-300w/(m²·k)，对高温高压半焦物料，具体为高温高压半焦颗粒物料的外部降温效果明显。

步骤三：当高温高压半焦处理设备内的半焦物料堆积至预设高度位置处时，停止向高温高压半焦处理设备内输入高温高压半焦物料；

该步骤中，预设高度位置为高温高压半焦处理设备的高料位口11处，当高温高压半焦处理设备内的半焦物料堆积至高料位口11处时，高料位口11的射线料位计采集到物料信息，并将该物料信息传输至高温高压半焦处理设备的控制装置，控制装置发送控制指令，控制停止向高温高压半焦处理设备内输入高温高压半焦物料，并关闭半焦进料口21。

进一步地，高温高压半焦物料下落至高温高压半焦处理设备内后，堆积于高温高压半焦处理设备中的高温高压半焦物料与换热管4进行换热，从而对高温高压半焦物料进行降温。

具体地，高温高压半焦物料下落静止后，高温高压半焦物料开始进行静态传热过程，主要与换热管4进行热量交换，静态传热主要受控于半焦热导率和气体热导率。半焦静止状态与换热管4换热类似于保温材料与管道间热传导，距离换热管4较远的半焦需要通过半焦间的热传导和半焦间气体的热传导进行降温，而半焦的热导率和气体间热导率均较低，半焦热导率约为0.58-0.81w/(m²·k)，气体热导率约为0.025-0.174w/(m²·k)，静态传热效果较差。

步骤四：对高温高压半焦处理设备进行泄压，从而完成对高温高压半焦处理设备的充压泄压操作，通过泄压过程，再次对高温高压半焦物料进行降温和降压处理；

该步骤中，打开高温高压半焦处理设备的充泄压口22，对高温高压半焦处理设备进行泄压，从而完成对高温高压半焦处理设备的充压泄压操作。

设备泄压过程中，半焦物料内，具体为半焦颗粒物料内部空隙内温度较高气体快速向半焦颗粒物料周围释放，且半焦颗粒物料周围气体快速向泄压过滤器流动，流动气体在半焦颗粒物料之间的间隙中流动，不断变换流动方向，半焦颗粒物料处于流化状态，释放的气体处于湍流状态，传热系数大大上升。由于换热管4内冷却介质采用强制对流，泄压过程半焦冷却总传热系数可达到200-300w/(m²·k)。

该实施例中，该步骤中的泄压过程为4-6min，例如5min。对半焦颗粒物料进行泄压降压的过程是通过合理设计高温高压半焦处理设备的操作时序，实现降压过程中释放的气体使得半焦颗粒物料处于流化状态。通过有效控制降压速率，传热速率可达到200-300w/(m²·k)，半焦颗粒物料内外部温差降低，半焦颗粒物料的平均温度迅速降低。

步骤五：完成对高温高压半焦处理设备的充压泄压操作后，继续对高温高压半焦处理设备进行至少一次的充泄压置换操作，对高温高压半焦物料进行降温和降压处理，直至将高温高压半焦物料处理至达到外排标准；

该步骤中，完成对步骤一至步骤四中对高温高压半焦处理设备的充压泄压操作后，继续对高温高压半焦处理设备进行至少一次的充泄压置换操作。该实施例中，继续对高温高压半焦处理设备进行一次的充泄压置换操作。当然，充泄压置换操作的次数不限于一次，可根据需要进行多次，直到达到预设要求的半焦处理效果。

充泄压置换操作又包括步骤s051)-s052)。

s051)、向高温高压半焦处理设备内进行预设时长的充压，其中，向高温高压半焦处理设备内充入的为冷却气体；

该步骤中，充压过程中，通过高温高压半焦处理设备的充泄压口22和进气口321同时向高温高压半焦处理设备中充入冷却气体，其中，控制通过进气口321向高温高压半焦处理设备内充入冷却气体的充气流量，大于通过充泄压口22向高温高压半焦处理设备内充入冷却气体的充气流量，以保证半焦处于流化状态，强化气体与半焦和换热管4间的传热效果。上部充压气量大于下部充压气量，则半焦由于气体大量从上部进入半焦层，造成半焦层无法有效流化，势必大大降低半焦与换热管4间的传热系数。

该实施例中，冷却气体具体可选为诸如经制冷后的空气，对高温高压半焦处理设备的充压时间为1.5-2.5min，例如2min。

s052)、将高温高压半焦处理设备进行预设时长的泄压。

该步骤中，该步骤中，打开高温高压半焦处理设备的充泄压口22，对高温高压半焦处理设备进行泄压，从而完成对高温高压半焦处理设备的充泄压置换操作。

设备泄压过程中，半焦物料，具体为半焦颗粒物料内部空隙内温度较高，气体快速向半焦颗粒物料的周围释放，且半焦颗粒物料周围气体快速向泄压过滤器流动，流动气体在半焦颗粒物料之间的间隙中流动，不断变换流动方向，半焦颗粒物料处于流化状态，释放的气体处于湍流状态，传热系数大大上升。由于换热管4内冷却介质采用强制对流，泄压过程半焦物料冷却总传热系数可达到200-300w/(m²·k)。

该实施例中，该步骤中的泄压过程为2.5-3.5min，例如3min。对半焦颗粒物料进行泄压降压的过程是通过合理设计高温高压半焦处理设备的操作时序，实现降压过程中释放的气体使得半焦颗粒物料处于流化状态。通过有效控制降压速率，半焦颗粒物料内外部温差降低，半焦颗粒物料的平均温度迅速降低。

当然，也可根据需要对高温高压半焦物料经过多次充泄压置换操作，例如两次、三次或者更多次，直至达到外排标准。

步骤六：将处理至达到外排标准的半焦物料外排出高温高压处理设备。

该步骤中，打开高温高压处理设备的排焦口322，将处理至达到外排标准的半焦物料经排焦口322进行外排。

该实施例中，以加氢气化工艺生成的高温高压半焦物料为例进行数据说明，高温高压半焦物料在流化状态冷却。经过示范装置的试验验证，验证结果表明，加氢气化生成的高温高压半焦物料在800℃冷却至300℃，总传热系数约为250w/(m²·k)，此时半焦流化速度为1倍流化数。而高温高压半焦物料泄压过程中，半焦物料层内气体的流动速度可按照该实施例中高温高压半焦处理设备的尺寸计算，高温高压半焦处理设备体积46m³(包括泄压过滤器体积6m³)，高温高压半焦处理设备直径3m，半焦堆密度200kg/m³，半焦颗粒密度500kg/m³，高温高压半焦处理设备操作压力7mpa～0.2mpa。

高温高压半焦处理设备内半焦堆积体积为：40*0.7＝28m³；

高温高压半焦处理设备内半焦真实体积约为：28*200/500＝11.2m³；

半焦层中可用于气体流动的孔隙率：1-11.2/28＝0.6；

7mpa～0.2mpa泄压过程中设备内半焦层中平均气体流速约为：46*4/5/60/3^2/3.14/0.6＝0.03m/s。

以下是加氢气化半焦物料在高温高压半焦处理设备中的操作时序。

加氢气化平均粒度范围在50μm的半焦，半焦堆密度200kg/m³，半焦颗粒密度500kg/m³，半焦真实密度1300kg/m³，半焦的流化速度约为0.006m/s。因此设备在7mpa至0.2mpa泄压过程中，半焦可以很好的处于流化状态，在此过程中半焦物料冷却速度大大加快，可实现对半焦物料快速冷却。

本申请中的高温高压半焦降温降压方法，首先将高温高压半焦物料投放至高温高压处理设备中，高温高压半焦物料在落料过程中与高温高压处理设备中的冷却气体进行换热，从而有效降低高温高压半焦物料的外部温度，然后再通过泄压操作以及后续的多次充压泄压置换操作使得半焦物料处于流化状态，来进一步降低半焦物料的内外部温度。通过该高温高压半焦降温降压方法，能够对高温高压半焦物料进行有效的降温降压处理，并且处理效率高，处理的投资成本也大大降低。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。