一种GPG‑Ⅰ气化热解一体式反应器和生产装置及工艺的制作方法

本发明属于煤制油技术领域，具体涉及一种gpg-ⅰ气化热解一体式反应器和生产装置及工艺，实现了从煤制油的一步转换。

背景技术：

自从19世纪中叶和20世纪初在美洲和中东发现大规模的石油储藏以来，人们广泛使用石油为能源。近年来，随着石油资源的日益减少，国际石油市场动荡不定，给各国经济发展带来不利影响。人们不会忘记1973年及1979-1980年两次金融危机造成的全球经济衰退。同时由于石油是规模巨大的石油化工的基础，用于塑料、纤维、油漆、医药等工业外，还用于生产食用油脂、蛋白质、糖类及合成甘油等基本食品，石油资源的枯竭必将影响到石化行业。因此，从经济和社会效益来看，煤经过转化制油技术是值得提倡和发展的方向。

目前国内煤制油技术还不是很成熟，直接液化压力高，对设备操作调件要求苛刻，间接液化煤制油对煤的利用率不够，目前的反应器操作条件有限，在很大程度上制约着煤制油的产率，不能实现大规模的工业化生产。存在着提油率低、技术不成熟、原材料利用率低、浪费严重、经济效益不明显等诸多技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有煤制油技术中存在的提油率低、技术不成熟、原材料利用率低、浪费严重、经济效益不明显等问题，提供一种gpg-ⅰ气化热解一体式反应器和生产装置及工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种gpg-ⅰ气化热解一体式反应器，包括壳体、上部水冷壁、耐火衬里、激冷装置和下部水冷壁，所述上部水冷壁设在壳体内腔的上部形成粉煤/煤浆气化反应室a，粉煤/煤浆氧气进料喷嘴设在壳体的顶部且与粉煤/煤浆气化反应室a的顶部连通，在粉煤/煤浆气化反应室a的上部设有平衡孔，在壳体的上部设有热惰性气体入口且与粉煤/煤浆气化反应室a与壳体形成的环隙空间的下部连通，耐火衬里设在壳体侧壁的中部形成粉煤/煤浆热解反应室b，且使粉煤/煤浆热解反应室b的进料口与粉煤/煤浆气化反应室a的出料口连通，在粉煤/煤浆热解反应室b的上部设有油气焦灰出口，在粉煤/煤浆热解反应室b的中上部设有粉煤/煤浆热解喷嘴和激冷气/水蒸气喷嘴，在粉煤/煤浆热解反应室b的中部设有氢气喷嘴，激冷装置设在壳体内腔的中下部，且使激冷装置的上端口与粉煤/煤浆热解反应室b的出料口连通，下部水冷壁设在壳体内腔的下部形成焦灰气化反应室c，且使焦灰气化反应室c的渣灰入口与激冷装置的下端口连通，并使焦灰气化反应室c的热灰出口设在壳体的底部，在焦灰气化反应室c的中部设有负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴、负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴都为多喷嘴形式，粉煤/煤浆热解喷嘴、负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴各喷嘴及激冷装置的格栅口设置为同向且径向角度为0-30°。

一种gpg-ⅰ气化热解生产装置，包括气化热解反应器、一级旋风分离器、二级旋风分离器、焦灰陶瓷过滤器、灰焦冷却器、灰焦输送器和料腿，所述气化热解反应器的油气焦灰出口与一级旋风分离器的油气焦灰入口连接，一级旋风分离器的焦灰出口与料腿的第一个焦灰入口连接，料腿的焦灰出口与灰焦输送器的焦灰入口连接，灰焦输送器的焦灰出口与气化热解反应器的焦灰喷嘴连接，气化热解反应器的热灰出口与灰焦冷却器连接，一级旋风分离器的油气焦灰出口与二级旋风分离器的油气焦灰入口连接，二级旋风分离器的焦灰出口与料腿的第二个焦灰入口连接，二级旋风分离器的油气焦灰出口与焦灰陶瓷过滤器的油气焦灰入口连接，焦灰陶瓷过滤器的焦灰出口与料腿的第三个焦灰入口连接，料腿的两个吹扫口连接惰性气体气源。

所述气化热解反应器包括壳体、上部水冷壁、耐火衬里、激冷装置和下部水冷壁，所述上部水冷壁设在壳体内腔的上部形成粉煤/煤浆气化反应室a，粉煤/煤浆氧气进料喷嘴设在壳体的顶部且与粉煤/煤浆气化反应室a的顶部连通，在壳体的上部设有热惰性气体入口且与粉煤/煤浆气化反应室a与壳体形成的环隙空间的下部连通，耐火衬里设在壳体侧壁的中部形成粉煤/煤浆热解反应室b，且使粉煤/煤浆热解反应室b的进料口与粉煤/煤浆气化反应室a的出料口连通，在粉煤/煤浆热解反应室b的上部设有油气焦灰出口，在粉煤/煤浆热解反应室b的中上部设有粉煤/煤浆热解喷嘴和激冷气/水蒸气喷嘴，在粉煤/煤浆热解反应室b的中部设有氢气喷嘴，激冷装置设在壳体内腔的中下部，且使激冷装置的上端口与粉煤/煤浆热解反应室b的出料口连通，下部水冷壁设在壳体内腔的下部形成焦灰气化反应室c，且使焦灰气化反应室c的渣灰入口与激冷装置的下端口连通，并使焦灰气化反应室c的热灰出口设在壳体的底部，在焦灰气化反应室c的中部设有负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴、负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴都为多喷嘴形式，粉煤/煤浆热解喷嘴、负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴各喷嘴及激冷装置的格栅口设置为同向且径向角度为0-30°。

一种利用所述装置的气化热解生产工艺，包括以下步骤：

粉煤/煤浆、氧气通过粉煤/煤浆氧气进料喷嘴喷入粉煤/煤浆气化反应室a中反应，部分热量通过上部水冷壁中的水换热产生蒸汽供其它系统使用，粉煤/煤浆气化反应室a和粉煤/煤浆气化反应室a与壳体形成的环隙空间通过平衡孔平衡压力，粉煤/煤浆气化反应室a产生的液态热渣及高温合成气进入粉煤/煤浆热解反应室b与粉煤/煤浆热解反应室b煤/煤浆热解喷嘴喷入的粉煤/煤浆及氢气喷嘴送入的氢气混合发生热解反应，反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴喷入的物料进行控温，控温后的物料大部分焦灰因重力及热解反应室旋流作用通过激冷装置进入焦灰气化反应室c，剩余部分焦灰油气经过油气焦灰出口进入一级旋风分离器进行一次气固分离；一次分离后的大部分焦灰进入料腿中，剩余焦灰及油气通过一级旋风分离器的油气焦灰出口送入二级旋风分离器的油气焦灰入口进行二次气固分离，二次分离后的焦灰进入料腿中，剩余焦灰及油气通过二级旋风分离器的油气焦灰出口送入焦灰陶瓷过滤器的油气焦灰入口进行气固分离，分离出的洁净气体送入下游工序进行油品提炼及合成气多元化利用，过滤后的焦灰送入料腿中，料腿中分离出的焦灰通过灰焦输送器送至气化热解反应器的焦灰喷嘴，进入气化热解反应器的焦灰气化反应室c中与负氧/氧气蒸汽喷嘴送入的物料发生气化反应，同时热解反应室b落入的焦灰也参与气化反应，反应后的灰通过热灰出口排入灰焦冷却器中，经冷却后送出；产生的合成气经激冷装置进入热解反应室b中参与热解反应。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴、负氧/氧气蒸汽喷嘴、焦灰喷嘴和激冷装置的喷出物料旋流方向一致，通过旋流便于焦灰分离。

所述粉煤/煤浆气化反应室a的反应温度为1300-1500℃，粉煤/煤浆热解反应室b的反应温度为500-1000℃，焦灰气化反应室c的反应温度为900-1100℃，焦灰气化反应室c进入激冷装置激冷后的温度为900-1000℃,粉煤/煤浆气化反应室a、粉煤/煤浆热解反应室b及焦灰气化反应室c的压力为0-5mpa。

所述粉煤/煤浆热解反应室b的煤/煤浆热解喷嘴喷入的粉煤/煤浆的温度为80-100℃，所述粉煤/煤浆热解反应室b反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴喷入的物料进行控温在500-600℃。

本发明采用以上技术方案，能够实现煤到油的一步转换，充分利用了气化产生的热源，对产生的焦灰进行二次气化，该装置耗水量少，减少了气化装置的渣水处理系统，能够满足连续生产需要，压力在0-5.0mpa,该反应器上下两段气化热同时供给热解段，极大的提高了单套反应器的热解能力，满足多种煤种的需求。该技术充分利用气流床、流化床各自特点，最大优势的利用了合成气和渣的余热，同时最大程度的实现了节水气化，同时实现热解反应处理量的最大化。该技术产品多元化，综合能效与常规粉煤/煤浆气化、水煤浆气化等技术高，能耗更小，用水少，处理量大。实现了气化+热解+半焦气化的一体化技术。解决了现有煤制油设备的提油率低、技术不成熟、原材料利用率低、浪费严重、经济效益不明显的技术问题，因此，与背景技术相比，本发明具有技术成熟、产品质量稳定、结构简单可靠、原材料利用率高、提油率高、节能环保、经济安全、能够实现大规模的工业化生产等优点。

附图说明

图1是本发明gpg-ⅰ气化热解一体式反应器的结构示意图；

图2是本发明粉煤/煤浆热解喷嘴与壳体的装配结构示意图；

图3是本发明激冷装置的结构示意图；

图4是本发明激冷装置的剖视图；

图5是本发明负氧/氧气蒸汽喷嘴和焦灰喷嘴与壳体的装配结构示意图；

图6是本发明gpg-ⅰ气化热解生产装置的结构示意图；

图7是本发明料腿的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例中的一种gpg-ⅰ气化热解一体式反应器，包括壳体101、上部水冷壁102、耐火衬里103、激冷装置104和下部水冷壁105，所述上部水冷壁102设在壳体101内腔的上部形成粉煤/煤浆气化反应室a，粉煤/煤浆氧气进料喷嘴106设在壳体101的顶部且与粉煤/煤浆气化反应室a的顶部连通，在粉煤/煤浆气化反应室a的上部设有平衡孔1014，在壳体101的上部设有热惰性气体入口107且与粉煤/煤浆气化反应室a与壳体101形成的环隙空间的下部连通，耐火衬里103设在壳体101侧壁的中部形成粉煤/煤浆热解反应室b，且使粉煤/煤浆热解反应室b的进料口与粉煤/煤浆气化反应室a的出料口连通，在粉煤/煤浆热解反应室b的上部设有油气焦灰出口108，在粉煤/煤浆热解反应室b的中上部设有粉煤/煤浆热解喷嘴109和激冷气/水蒸气喷嘴1010，在粉煤/煤浆热解反应室b的中部设有氢气喷嘴1011，激冷装置104设在壳体101内腔的中下部，且使激冷装置104的上端口与粉煤/煤浆热解反应室b的出料口连通，下部水冷壁105设在壳体101内腔的下部形成焦灰气化反应室c，且使焦灰气化反应室c的渣灰入口与激冷装置104的下端口连通，并使焦灰气化反应室c的热灰出口设在壳体101的底部，在焦灰气化反应室c的中部设有负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013；

如图2-5所示，所述粉煤/煤浆热解喷嘴109为4喷嘴形式，各喷嘴同向且径向角度为30°；负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013各设置2个喷嘴并位于同一水平面，各喷嘴同向且径向角度为30°；激冷装置104的格栅口10401同向均匀分布且径向角度为30°。

本实施例中的一种gpg-ⅰ气化热解生产装置，包括气化热解反应器1、一级旋风分离器2、二级旋风分离器3、焦灰陶瓷过滤器4、灰焦冷却器5、灰焦输送器6和料腿7，所述气化热解反应器1的油气焦灰出口108与一级旋风分离器2的油气焦灰入口连接，一级旋风分离器2的焦灰出口与料腿7的第一个焦灰入口连接，料腿7的焦灰出口与灰焦输送器6的焦灰入口连接，灰焦输送器6的焦灰出口与气化热解反应器1的焦灰喷嘴1013连接，气化热解反应器1的热灰出口与灰焦冷却器5连接，一级旋风分离器2的油气焦灰出口与二级旋风分离器3的油气焦灰入口连接，二级旋风分离器3的焦灰出口与料腿7的第二个焦灰入口连接，二级旋风分离器3的油气焦灰出口与焦灰陶瓷过滤器4的油气焦灰入口连接，焦灰陶瓷过滤器4的焦灰出口与料腿7的第三个焦灰入口连接，料腿7的两个吹扫口连接惰性气体气源。图7为本发明料腿的结构示意图。

所述气化热解反应器1包括壳体101、上部水冷壁102、耐火衬里103、激冷装置104和下部水冷壁105，所述上部水冷壁102设在壳体101内腔的上部形成粉煤/煤浆气化反应室a，粉煤/煤浆氧气进料喷嘴106设在壳体101的顶部且与粉煤/煤浆气化反应室a的顶部连通，在壳体101的上部设有热惰性气体入口107且与粉煤/煤浆气化反应室a与壳体101形成的环隙空间的下部连通，耐火衬里103设在壳体101侧壁的中部形成粉煤/煤浆热解反应室b，且使粉煤/煤浆热解反应室b的进料口与粉煤/煤浆气化反应室a的出料口连通，在粉煤/煤浆热解反应室b的上部设有油气焦灰出口108，在粉煤/煤浆热解反应室b的中上部设有粉煤/煤浆热解喷嘴109和激冷气/水蒸气喷嘴1010，在粉煤/煤浆热解反应室b的中部设有氢气喷嘴1011，激冷装置104设在壳体101内腔的中下部，且使激冷装置104的上端口与粉煤/煤浆热解反应室b的出料口连通，下部水冷壁105设在壳体101内腔的下部形成焦灰气化反应室c，且使焦灰气化反应室c的渣灰入口与激冷装置104的下端口连通，并使焦灰气化反应室c的热灰出口设在壳体101的底部，在焦灰气化反应室c的中部设有负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴109为4喷嘴形式，各喷嘴同向且径向角度为30°；负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013各设置2个喷嘴并位于同一水平面，各喷嘴同向且径向角度为30°；激冷装置104的格栅口10401同向均匀分布且径向角度为30°。

本实施例中一种利用所述装置的气化热解生产工艺，包括以下步骤：

粉煤/煤浆、氧气通过粉煤/煤浆氧气进料喷嘴106喷入粉煤/煤浆气化反应室a中反应，部分热量通过上部水冷壁102中的水换热产生蒸汽供其它系统使用，粉煤/煤浆气化反应室a和粉煤/煤浆气化反应室a与壳体101形成的环隙空间通过平衡孔1014平衡压力，粉煤/煤浆气化反应室a产生的液态热渣及高温合成气进入粉煤/煤浆热解反应室b与粉煤/煤浆热解反应室b煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆及氢气喷嘴1011送入的氢气混合发生热解反应，反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温，控温后的物料大部分焦灰因重力及热解反应室旋流作用通过激冷装置104进入焦灰气化反应室c，剩余部分焦灰油气经过油气焦灰出口108进入一级旋风分离器2进行一次气固分离；一次分离后的大部分焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过一级旋风分离器2的油气焦灰出口送入二级旋风分离器3的油气焦灰入口进行二次气固分离，二次分离后的焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过二级旋风分离器3的油气焦灰出口送入焦灰陶瓷过滤器4的油气焦灰入口进行气固分离，分离出的洁净气体送入下游工序进行油品提炼及合成气多元化利用，过滤后的焦灰送入料腿7中，料腿7中分离出的焦灰通过灰焦输送器6送至气化热解反应器1的焦灰喷嘴1013，进入气化热解反应器1的焦灰气化反应室c中与负氧/氧气蒸汽喷嘴1012送入的物料发生气化反应，同时热解反应室b落入的焦灰也参与气化反应，反应后的灰通过热灰出口排入灰焦冷却器5中，经冷却后送出；产生的合成气经激冷装置104进入热解反应室b中参与热解反应。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴109、负氧/氧气蒸汽喷嘴1012、焦灰喷嘴1013和激冷装置104的喷出物料旋流方向一致，通过旋流便于焦灰分离。

所述粉煤/煤浆气化反应室a的反应温度为1300℃，粉煤/煤浆热解反应室b的反应温度为500℃，焦灰气化反应室c的反应温度为900℃，焦灰气化反应室c进入激冷装置104激冷后的温度为900℃,粉煤/煤浆气化反应室a、粉煤/煤浆热解反应室b及焦灰气化反应室c的压力为0mpa。

所述粉煤/煤浆热解反应室b的煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆的温度为80℃，所述粉煤/煤浆热解反应室b反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温在500℃。

实施例2

本实施例中的gpg-ⅰ气化热解一体式反应器和生产装置与实施例1中相同。

本实施例中一种利用所述装置的气化热解生产工艺，包括以下步骤：

粉煤/煤浆、氧气通过粉煤/煤浆氧气进料喷嘴106喷入粉煤/煤浆气化反应室a中反应，部分热量通过上部水冷壁102中的水换热产生蒸汽供其它系统使用，粉煤/煤浆气化反应室a和粉煤/煤浆气化反应室a与壳体101形成的环隙空间通过平衡孔1014平衡压力，粉煤/煤浆气化反应室a产生的液态热渣及高温合成气进入粉煤/煤浆热解反应室b与粉煤/煤浆热解反应室b煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆及氢气喷嘴1011送入的氢气混合发生热解反应，反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温，控温后的物料大部分焦灰因重力及热解反应室旋流作用通过激冷装置104进入焦灰气化反应室c，剩余部分焦灰油气经过油气焦灰出口108进入一级旋风分离器2进行一次气固分离；一次分离后的大部分焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过一级旋风分离器2的油气焦灰出口送入二级旋风分离器3的油气焦灰入口进行二次气固分离，二次分离后的焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过二级旋风分离器3的油气焦灰出口送入焦灰陶瓷过滤器4的油气焦灰入口进行气固分离，分离出的洁净气体送入下游工序进行油品提炼及合成气多元化利用，过滤后的焦灰送入料腿7中，料腿7中分离出的焦灰通过灰焦输送器6送至气化热解反应器1的焦灰喷嘴1013，进入气化热解反应器1的焦灰气化反应室c中与负氧/氧气蒸汽喷嘴1012送入的物料发生气化反应，同时热解反应室b落入的焦灰也参与气化反应，反应后的灰通过热灰出口排入灰焦冷却器5中，经冷却后送出；产生的合成气经激冷装置104进入热解反应室b中参与热解反应。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴109、负氧/氧气蒸汽喷嘴1012、焦灰喷嘴1013和激冷装置104的喷出物料旋流方向一致，通过旋流便于焦灰分离。

所述粉煤/煤浆气化反应室a的反应温度为1500℃，粉煤/煤浆热解反应室b的反应温度为1000℃，焦灰气化反应室c的反应温度为1100℃，焦灰气化反应室c进入激冷装置104激冷后的温度为1000℃,粉煤/煤浆气化反应室a、粉煤/煤浆热解反应室b及焦灰气化反应室c的压力为5mpa。

所述粉煤/煤浆热解反应室b的煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆的温度为100℃，所述粉煤/煤浆热解反应室b反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温在600℃。

实施例3

本实施例中的gpg-ⅰ气化热解一体式反应器和生产装置与实施例1中相同。

本实施例中一种利用所述装置的气化热解生产工艺，包括以下步骤：

粉煤/煤浆、氧气通过粉煤/煤浆氧气进料喷嘴106喷入粉煤/煤浆气化反应室a中反应，部分热量通过上部水冷壁102中的水换热产生蒸汽供其它系统使用，粉煤/煤浆气化反应室a和粉煤/煤浆气化反应室a与壳体101形成的环隙空间通过平衡孔1014平衡压力，粉煤/煤浆气化反应室a产生的液态热渣及高温合成气进入粉煤/煤浆热解反应室b与粉煤/煤浆热解反应室b煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆及氢气喷嘴1011送入的氢气混合发生热解反应，反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温，控温后的物料大部分焦灰因重力及热解反应室旋流作用通过激冷装置104进入焦灰气化反应室c，剩余部分焦灰油气经过油气焦灰出口108进入一级旋风分离器2进行一次气固分离；一次分离后的大部分焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过一级旋风分离器2的油气焦灰出口送入二级旋风分离器3的油气焦灰入口进行二次气固分离，二次分离后的焦灰进入料腿7中，剩余焦灰及油气通过二级旋风分离器3的油气焦灰出口送入焦灰陶瓷过滤器4的油气焦灰入口进行气固分离，分离出的洁净气体送入下游工序进行油品提炼及合成气多元化利用，过滤后的焦灰送入料腿7中，料腿7中分离出的焦灰通过灰焦输送器6送至气化热解反应器1的焦灰喷嘴1013，进入气化热解反应器1的焦灰气化反应室c中与负氧/氧气蒸汽喷嘴1012送入的物料发生气化反应，同时热解反应室b落入的焦灰也参与气化反应，反应后的灰通过热灰出口排入灰焦冷却器5中，经冷却后送出；产生的合成气经激冷装置104进入热解反应室b中参与热解反应。

所述粉煤/煤浆热解喷嘴109、负氧/氧气蒸汽喷嘴1012、焦灰喷嘴1013和激冷装置104的喷出物料旋流方向一致，通过旋流便于焦灰分离。

所述粉煤/煤浆气化反应室a的反应温度为1400℃，粉煤/煤浆热解反应室b的反应温度为800℃，焦灰气化反应室c的反应温度为1000℃，焦灰气化反应室c进入激冷装置104激冷后的温度为950℃,粉煤/煤浆气化反应室a、粉煤/煤浆热解反应室b及焦灰气化反应室c的压力为3mpa。

所述粉煤/煤浆热解反应室b的煤/煤浆热解喷嘴109喷入的粉煤/煤浆的温度为90℃，所述粉煤/煤浆热解反应室b反应生成的油气焦灰经过激冷气/水蒸气喷嘴1010喷入的物料进行控温在550℃。

上述实施例中粉煤/煤浆热解喷嘴109、负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013可设置为其它多喷嘴形式，粉煤/煤浆热解喷嘴109、负氧/氧气蒸汽喷嘴1012和焦灰喷嘴1013各喷嘴及激冷装置104的格栅口10401设置为同向(同时正向或同时负向)且径向角度为0-30°都可以。