一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置及方法与流程

本发明属于煤化工领域，涉及低阶煤清洁高效转化、梯级利用技术，具体涉及一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置及方法。

背景技术：

我国西部地区的陕西、宁夏、内蒙自治区所在的“能源金三角”区域及新疆自治区“富油煤”资源非常丰富，据预测，这些宝贵的“富油煤”资源储量、年产量分别占我国煤炭资源总储量、年产量的50％以上。高挥发分、高化学反应活性的“富油煤”资源本身就是宝贵的石油资源，对于保障我国能源战略安全具有重要的意义。cn205133505公开了一种低阶煤分级利用多联产系统，包括原料煤热解干馏系统和气流床干粉气化系统,所述的热解干馏系统将高水/高灰低阶煤进行热解干馏处理,获得荒煤气、焦油和半焦，荒煤气经过净化处理获得煤气，半焦送气流床气化，低阶煤热解干馏设备控制操作温度300-550℃，采用自热式或外热式操作控制炉内温度，但该发明所公开的技术存在以下的技术缺陷：1)所公开的热解干馏反应器采用的原料煤空气干燥基大部分原料煤种的干燥基挥发分达48.14％，而焦油收率仅为5％，焦油收率很低，受限于工艺技术，大量煤焦油缩聚为半焦或裂解为荒煤气组分；2)原料煤热解产生的半焦一部分与粉煤进行掺混，之后还需要重新磨粉，再与粉煤进入气流床气化炉进行气化制取合成气；3)原料煤热解干馏系统和气流床干粉气化系统之间耦合程度很低，二者之间无未建立高效的热量、物料内循环；4)工艺流程复杂，各装置间的集约化程度低，工艺系统能耗高、能效水平低，技术经济性竞争力不强；

cn102504842a公开了一种三流化床固体热载体煤热解气化燃烧梯级利用方法，该方法包括将煤与循环流化床燃烧炉中的高温循环灰混合发生热解，获得煤气、焦油和半焦，半焦进入流化床气化炉与水蒸汽和氧气气化，生产合成气，流化床气化炉中未反应完全的半焦送入循环流化床燃烧炉进行富氧气燃烧，加热固体热载体，产生的热烟气生产气化炉所需的蒸汽。虽然采用该方法通过热解、气化和燃烧三者的解耦，利用高温循环灰为固体热载体，对煤进行热解气化燃烧梯级利用，实现了焦油、热解煤气和合成气的联产，但是该存在的问题主要为：部分热解半焦进行气化，剩余未被完全气化的半焦送入燃烧炉中进行富氧气燃烧，相比半焦完全进行气化而言，比氧耗高且会产生大量的co2，从碳平衡角度来看，整个工艺的co含量会减少，因此会造成整个工艺有效合成气的量降低，即工艺比氧耗高且合成气产率较低；此外，从整个工艺过程分析，循环流化床燃烧炉中燃烧未被完全气化的半焦，燃烧后的高温循环灰颗粒较细，因此会造成进入流化床气化炉后产生的合成气中的飞灰较多，会增加合成气后续除尘难度。

因此，针对目前国内外现有的低阶煤炭资源转化技术所存在的瓶颈及挑战，亟需开发一种新型富油煤高效提油及活性半焦高效转化并联产高品质富氢合成气的集成装置及方法。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置及方法，同步实现高挥发份富油煤的高效提油和活性焦高效转化联产高品质富氢合成气。

为实现上述目的本发明采用以下方案：

一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置，包括活性焦转化炉、富油煤热裂解反应炉、气固分流器、冷却缓冲料斗、锁斗、给料器和细渣冷却缓冲器；

所述的富油煤热裂解反应炉顶部出口通过第三衬里管道与气固分流器的入口相连接，富油煤热裂解反应炉底部物料入口通过第一衬里管道与活性焦转化炉顶部出口相连接，富油煤热裂解反应炉底部出口通过第二衬里管道与细渣冷却缓冲器入口相连接；

所述的气固分流器底部出口通过第四衬里管道与冷却缓冲料斗入口相连接，冷却缓冲料斗底部出口通过阀组及衬里管道与锁斗入口相连接，锁斗底部出口通过阀组及衬里管道与给料器相连接，给料器出口与活性焦转化炉入口喷嘴相连接；

所述的活性焦转化炉底部出口通过阀组及衬里管道与粗渣显热回收系统相连接，细渣冷却缓冲器底部出口连接细渣显热回收系统。

进一步，所述富油煤热裂解反应炉包括自下而上依次设置的分散区、反应区和分离区，分散区与反应区之间为床层界面，富油煤粉料及惰性颗粒床料自床层界面下方进入富油煤热裂解反应炉。

进一步，所述活性焦转化炉包括自下而上分设置的冷却区、第一反应区和第二反应区，冷却区和第一反应区之间为冷却床料界面，自给料器而来的活性焦颗粒与活性焦转化剂组成的进料物流、开工料与开工料转化剂组成的开工物流分别由活性焦转化炉顶部的进料喷嘴、开工喷嘴从冷却床料界面上方进入活性焦转化炉的第一反应区，并在第一反应区进行气-固两相反应，携带少量细熔融体的气-固混合产物在上行气流的作用下进入第二反应区与氧气混合并发生二次转化。

进一步，通过向细渣冷却缓冲器加入细渣冷却剂将细渣冷却后通过阀组及衬里管道排放至细渣显热回收系统，细渣冷却缓冲器输出的细渣温度为120～250℃，压力为0～10mpag，粒径范围200～1000μm。

进一步，所述第一衬里管道、第二衬里管道、第三衬里管道、第四衬里管道从内到外依次设有耐磨层、隔热层和保温层三层耐火材料。

一种富油煤提油联产合成气一体化方法，包括以下步骤：

(1)、系统开工前在富油煤热裂解反应炉中加入惰性颗粒并建立床层料位；

(2)、调节开工料及开工料转化剂的组成、比例，预先将活性焦转化炉、第一衬里管道、富油煤热裂解反应炉、第二衬里管道、和气固分流器升温至500～600℃；

(3)、系统升温至预定温度后富油煤热裂解反应炉开始进料，同时继续调节开工料和开工料转化剂的组成、比例，使活性焦转化炉的第一反应区反应温度逐步升高至转化温度区间1300～1800℃，并通过进料负荷调整将富油煤热裂解反应炉的反应温度调控至设定温度450～800℃；

(4)、富油煤热裂解反应炉内产生的油气与活性焦混合物上行通过第三衬里管道进入气固分流器，而惰性细颗粒则以流态化形式通过第二衬里管道进入细渣冷却缓冲器回收显热后排放；

(5)、自富油煤热裂解反应炉顶部输出的气-固混合流体在气固分流器内进行气固分离后，呈气态的油气流股经油气冷却剂降温冷却后上行进入油气回收系统，固相的活性焦流股行经第四衬里管道进入冷却缓冲料斗；

(6)、活性焦流股在冷却缓冲料斗中经显热回收后，冷却后的活性焦流股通过锁斗进入给料器；

(7)、给料器通过气力输送或者机械式给料机构将冷却后的活性焦流股通过中部进料喷嘴输送进入活性焦转化炉的第一反应区；

(8)、活性焦转化炉内产生的熔融体下行进入冷却区，在粗渣冷却剂的作用下实现显热回收并最终从下方的排渣口排出粗渣，粗渣经阀组及管道进入粗渣显热回收系统；

(9)、活性焦转化炉中携带少量细熔融体的混合物流上行进入第二反应区后与氧气混合并发生二次转化，使第二反应区的温度比第一反应区高1～50℃，第二反应区产生的粗合成气、高温细熔融体组成的混合物流继续上行经第一衬里管道进入富油煤热裂解反应炉底部的分散区，经混合物流整流及温度调控后为新鲜进料富油煤的热裂解反应提供热量。

进一步，进入冷却缓冲料斗的活性焦流股的初始温度为450～800℃，压力为0～9mpag，所述活性焦转化炉的操作压力为1～10mpag。

进一步，所述开工料为活性焦、粉煤、重油、柴油、天然气、lng、lpg或其混合物；所述开工料转化剂由空气、富氧空气、纯氧和co2中的两种或者两种以上与过热水蒸汽组成，且空气、富氧空气、纯氧或co2的质量流量是过热水蒸汽的5～15倍，系统开工时的开工料转化剂为空气、富氧空气或纯氧。

进一步，所述富油煤热裂解反应炉内表观空速为0.5～15m/s，惰性颗粒床料的循环倍率为50～300倍。

进一步，所述富油煤粉料的挥发分为25～50wt％，灰分为5～15wt％，进料粒径范围为50～500μm；所述的进入油气回收系统的呈气态油气流股经中ch4含量为0.05～1vol％，h2含量为10～30vol％，co含量为30～65vol％，焦油气含量为15～30vol％。

与现有的技术相比，本发明所产生的有益效果及竞争优势为：

1)突破了常规低阶煤转化技术路线。突破了常规低阶煤热解、干馏工艺对煤炭资源利用效率低、综合附加值低、焦油收率低，且通常都以块煤、粒煤为原料，所产生的合成气品质差、工艺过程污染严重等技术缺陷；

2)实现了粉煤提油及半焦高效转化的直接耦合。常规的焦化工艺、低阶煤热解、块煤干馏工艺在获取少量煤焦油的同时，通常还会副产块状兰炭、半焦，副产的兰炭、半焦附加值较低，本发明在工程化层面实现了低阶煤提油与活性焦高效转化的直接耦合，焦油收率最高可达20％以上，并在同一个系统内实现活性焦高效转化的制取高品质富氢合成气；

3)装置性能稳定、可靠。现阶段的低阶煤热解技术均存在工艺流程冗长、设备结构复杂、系统集成化程度低、装置运行苛刻度高，无法实现长周期、稳定、安全运行，基于本发明所述的一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置核心设备的独特结构设计及诸元工艺过程耦合、操作条件温和等竞争优势，可实现连续、安全稳定运行。

4)装置运行成本低。相比常规工艺技术，本发明所公开的全新的富油煤提油联产合成气一体化装置具有系统操作苛刻度低、系统集成化程度高、能效水平高、投资强度低、运行单耗低等显著的竞争优势。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图

图中：10-活性焦转化炉、20-进料喷嘴富油煤热裂解反应炉、30-气固分流器、40-冷却缓冲料斗、50-锁斗、60-给料器、70-细渣冷却缓冲器、1-第一衬里管道、2-第二衬里管道、3-第三衬里管道、4-第四衬里管道、21-分散区、22-反应区、23-分离区、24-床层界面，101-开工料、102-开工料转化剂、103-氧气、104-富油煤粉料、105-惰性颗粒床料、106-油气回收系统，107-粗渣显热回收系统、108-细渣显热回收系统、109-活性焦流股、12-活性焦冷却介质、111-活性焦转化剂、113-细渣冷却剂、114-粗渣冷却剂、115-油气冷却剂、150-活性焦颗粒、151-进料物流、152-开工物流、155-进料喷嘴、156-开工喷嘴、11-冷却区、12-第一反应区、13-第二反应区、14-冷却床料界面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1，本发明的上下分流式富油煤提油联产合成气一体化装置包括富油煤热裂解反应炉20、活性焦转化炉10、细渣冷却缓冲器70、气固分流器30、冷却缓冲料斗40、锁斗50、给料器60。

所述的富油煤热裂解反应炉20顶部出口通过耐高温、耐磨损的第三衬里管道3与气固分流器30的入口相连接，富油煤热裂解反应炉20底部物料入口通过耐高温、耐磨损的第一衬里管道1与活性焦转化炉10顶部出口相连接，富油煤热裂解反应炉20底部出口通过耐高温、耐磨损的第二衬里管道2与细渣冷却缓冲器70入口相连接。

所述的气固分流器30底部通过耐高温、耐磨损的第四衬里管道4与冷却缓冲料斗40入口相连接；冷却缓冲料斗40底部出口通过阀组及衬里管道与锁斗50入口相连接，锁斗50底部通过阀组及衬里管道与给料器60相连接，给料器60出口与活性焦转化炉10入口喷嘴相连接。

所述的活性焦转化炉10顶部出口与富油煤热裂解反应炉20底部物料入口通过耐高温、耐磨损衬里管道相连接，活性焦转化炉10底部出口通过阀组及衬里管道与粗渣显热回收系统相连接；

所述的细渣冷却缓冲器70顶部通过耐高温、耐磨损的第二衬里管道2与富油煤热裂解反应炉20底部出口相连接，细渣冷却缓冲器70底部出口通过阀组及衬里管道与细渣显热回收系统相连接。

所述的富油煤热裂解反应炉20包括自下而上依次设置的分散区21、反应区22和分离区23，分散区21与反应区22之间为床层界面24，富油煤粉料104及惰性颗粒床料105自床层界面24下方进入富油煤热裂解反应炉20。

所述的活性焦转化炉10包括自下而上分设置的冷却区11、第一反应区12和第二反应区13，冷却区11和第一反应区12之间为冷却床料界面14，自给料器60而来的活性焦颗粒150与活性焦转化剂111组成的进料物流151、开工料101与开工料转化剂102组成的开工物流152分别由活性焦转化炉10顶部的进料喷嘴155、开工喷嘴156从冷却床料界面14上方进入活性焦转化炉10的第一反应区12，并在第一反应区12进行气-固两相反应，携带少量细熔融体的气-固混合产物在上行气流的作用下进入第二反应区13与氧气混合并发生二次转化。正常工况下，开工喷嘴156为进料物流151的备用喷嘴。

所述的耐高温、耐磨损的第一衬里管道1、第二衬里管道2、第三衬里管道3、第四衬里管道4从内到外依次设有耐磨层、隔热层和保温层三层耐火材料。

所述的细渣冷却缓冲器70利用细渣冷却剂113将细渣冷却后通过阀组及衬里管道排放至细渣显热回收系统108，细渣冷却缓冲器70输出的细渣温度为120～250℃，压力为0～10mpag，粒径范围200～1000μm。

所述的冷却缓冲料斗40，活性焦冷却介质112与活性焦流股109在冷却缓冲料斗40中进行充分的热交换并回收显热，活性焦流股的初始温度为450～800℃，压力为0～10mpag。

所述的活性焦转化炉10的操作压力为1～9mpag，冷却区11的温度为180～300℃，第一反应区12的反应温度为1300～1800℃，第二反应区13的反应温度比第一反应区12高1～50℃。

一种上下分流式富油煤提油联产合成气一体化方法，包括以下步骤：

(1)系统开工前，需提前在富油煤热裂解反应炉20加入惰性颗粒并建立床层料位；

(2)通过自反馈调节开工料101及开工料转化剂102的组成、比例，预先将活性焦转化炉10、第一衬里管道1、富油煤热裂解反应炉20、第二衬里管道2、和气固分流器30的升温至预定的500～600℃；

(3)系统升温至预定温度后，富油煤热裂解反应炉20开始进料，同时继续调节开工料101和开工料转化剂102的组成、比例，使活性焦转化炉10的第一反应区12反应温度逐步升高至设定的转化温度区间1300～1800℃，并通过进料负荷调整将富油煤热裂解反应炉20的反应温度调控至设定温度450～800℃；

(4)富油煤热裂解反应炉20内产生的油气与活性焦混合物流上行进入第三衬里管道3，并通过第三衬里管道3进入气固分流器30，而惰性细颗粒则以流态化形式通过第二衬里管道2进入细渣冷却缓冲器70回收显热后排放；

(5)自富油煤热裂解反应炉20顶部输出的气-固混合流体在气固分流器30内进行气-固高效分离后，呈气态的油气流股经油气冷却剂115降温冷却后上行进入油气回收系统106，固相的活性焦流股109下行经第四衬里管道4进入冷却缓冲料斗40；

(6)活性焦流股109在冷却缓冲料斗40中经显热回收后，冷却后的活性焦流股109通过锁斗50进入给料器60；

(7)给料器60通过气力输送或者机械式给料机构将冷却后的活性焦流股通过进料喷嘴输送进入活性焦转化炉10的第一反应区12；

(8)活性焦转化炉10内产生的熔融体下行进入冷却区11，在粗渣冷却剂114的作用下实现显热回收并最终从下方的排渣口排出粗渣，粗渣经阀组及管道进入粗渣显热回收系统107；

(9)活性焦转化炉10中携带少量细熔融体的混合物流上行进入第二反应区13后与氧气混合并发生二次转化，使第二反应区13的温度比第一反应区12高1～50℃，第二反应区13产生的粗合成气、高温细熔融体组成的混合物流继续上行经第一衬里管道1进入富油煤热裂解反应炉20底部的分散区21，经混合物流整流及温度调控后为新鲜进料富油煤的热裂解反应提供热量。

所述的开工料101可采用活性焦、粉煤、重油、柴油、天然气、lng、lpg等气体燃料、固体燃料、或者混合燃料，并且开工时的开工料转化剂102介质为空气、富氧空气或纯氧。

所述的开工料转化剂102由空气、富氧空气、纯氧、co2与过热水蒸汽中的两种或者两种以上组成，且空气、富氧空气、纯氧或co2的质量流量是过热水蒸汽的5～15倍。

所述的富油煤热裂解反应炉20内表观空速为0.5～15m/s，惰性颗粒床料105的循环倍率为50～300倍。

所述的富油煤粉料104的挥发分为25～50wt％，灰分为5～15wt％，进料粒径范围为50～500μm。

所述的进入油气回收系统106的粗油气物流中ch4含量为0.05～1vol％，h2含量为10～30vol％，co含量为30～65vol％，焦油气含量为15～30vol％。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。