煤分级转化系统的制作方法

本实用新型涉及煤炭高效清洁利用的技术领域，尤其是指一种煤分级转化系统。

背景技术：

对我国而言，以煤为主的能源结构短期内不会改变，随着环境污染问题日益严重，发展煤的高效洁净利用技术于我国乃至世界都具有深远的意义。

我国煤炭资源中以褐煤、次烟煤为代表的低阶煤占55%以上，储量巨大。低阶煤种具有煤化程度低、挥发分高、水含量高的特点，直接燃烧或气化效率低。但从化学角度看，低阶煤是由芳环、脂肪链等官能团缩合形成的大分子聚集体，既含有以无定型碳与灰为代表的固体成分（60-80wt.%），又含有高达10-40wt.%的由链烷烃、芳香烃、碳氧支链构成的代表煤本身固有油气成分的挥发成分。依据煤的组成和结构特征，利用分级转化技术，通过热解将煤本身含有的油气挥发分先提取出来，剩余半焦再进行气化，不仅可以避免资源浪费， 而且可以节约大量水资源和降低二氧化碳的排放。

为实现分级转化，目前常用工艺为原料煤经热解获得油气产品，所得半焦用于气化，产合成气，为实现该过程通常需要设计两套系统，由于半焦较原料煤而言灰分含量更大，无法避免设置排渣和气体净化过程，所以两套系统均需设计排渣和气体净化，导致整个分级转化系统更加复杂，且气体显热不能有效利用，为解决这一问题，也有提出在同一反应器中实现两个过程，但同一个反应器中明确根据反应所需最佳条件分区控制难度大，热解和气化之间没有明确的界限，不能使两个反应在最优条件下运行。

技术实现要素：

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中气化系统复杂，且转化效率低的问题，从而提供一种结构简单、且提高转换效率的煤分级转化系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的一种煤分级转化系统，包括粉煤富氢热转化系统、半焦深度脱灰系统、超净焦浆气化系统以及气体处理系统，其中所述粉煤富氢热转化系统包括制粉单元、富氢热转换炉，所述制粉单元接收原料煤，所述制粉单元与所述富氢热转换炉相连，所述半焦深度脱灰系统包括研磨单元以及深度脱灰单元，且所述富氢热转换炉与所述研磨单元相连,所述研磨单元与所述深度脱灰单元相连，所述深度脱灰单元与所述超净焦浆气化系统相连，所述超净焦浆气化系统通过所述富氢热转换炉与所述气体处理系统相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述超净焦浆气化系统包括成浆单元、气化炉、混温器，其中所述深度脱灰单元与所述成浆单元相连，所述成浆单元通过所述气化炉与所述混温器相连，所述混温器与所述富氢热转换炉相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述气体处理系统包括冷却除尘单元、水煤气变换单元、低温甲醇洗单元以及氢气分离及循环系统，其中所述富氢热转换炉通过所述冷却除尘单元与所述水煤气变换单元相连，所述水煤气变换单元通过所述低温甲醇洗单元与所述氢气分离及循环系统相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述氢气分离及循环系统与所述混温器相连。

在本实用新型的一个实施例中，还包括甲烷合成系统，且所述甲烷合成系统与氢气分离及循环系统相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述富氢热转换炉中设有喷嘴。

在本实用新型的一个实施例中，所述成浆单元中添加水和添加剂。

在本实用新型的一个实施例中，所述气化炉中添加氧气。

在本实用新型的一个实施例中，所述混温器中添加水蒸气。

在本实用新型的一个实施例中，所述制粉单元与所述研磨单元相连。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的煤分级转化系统，在系统中设计了半焦深度脱灰工段，将半焦灰分在气化工段前脱除并制得超净半焦浆，由于该半焦浆灰分含量低于0.5%，成为类似重质柴油的气化原料，无需排渣和气体净化就可以通过喷嘴进入富氢热转化炉，不仅简化了气化系统，而且合成气的显热得到充分利用，提高了整个系统的转化效率。

将原煤富氢热转化炉与超净半焦气化耦合，富氢热转化过程所需氢源和热量由超净半焦气化提供，原煤的热转化过程中控制氢气含量高于70%，反应在高压（5-8MPa）条件下进行，所产油品为轻质芳烃油品，品质和价值远高于传统热解工艺，高温合成气的显热用于富氢热转化过程热量来源，有效提高整个系统热效率。

在系统中设计了混温器，高温气体经过调温进入热转化炉与原料煤反应，保证原料煤的富氢热转化过程可以在最优反应温度下进行，使原料煤热转化和半焦气化均可控制在最佳反应条件下运行，保证系统效率最高。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型煤分级转化系统的连接示意图；

图2是本实用新型煤分级转化系统的工作示意图。

说明书附图说明：10-粉煤富氢热转化系统，11-制粉单元，12-富氢热转换炉，20-半焦深度脱灰系统，21-研磨单元，22-深度脱灰单元，30-超净焦浆气化系统，31-成浆单元，32-气化炉，33-混温器，40-气体处理系统，41-冷却除尘单元，42-水煤气变换单元，43-低温甲醇洗单元，44-氢气分离及循环系统，50-甲烷合成系统。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例提供一种煤分级转化系统，包括粉煤富氢热转化系统10、半焦深度脱灰系统20、超净焦浆气化系统30以及气体处理系统40，其中所述粉煤富氢热转化系统10包括制粉单元11、富氢热转换炉12，所述制粉单元11接收原料煤，所述制粉单元11与所述富氢热转换炉12相连，所述半焦深度脱灰系统20包括研磨单元21以及深度脱灰单元22，且所述富氢热转换炉12与所述研磨单元21相连,所述研磨单元21与所述深度脱灰单元22相连，所述深度脱灰单元22与所述超净焦浆气化系统相连，所述超净焦浆气化系统30通过所述富氢热转换炉12与所述气体处理系统40相连。

本实施例所述煤分级转化系统，包括粉煤富氢热转化系统10、半焦深度脱灰系统20、超净焦浆气化系统30以及气体处理系统40，其中所述粉煤富氢热转化系统10包括制粉单元11、富氢热转换炉12，所述制粉单元11接收原料煤，将所述原料煤制作成煤粉颗粒，所述制粉单元11与所述富氢热转换炉12相连，所述富氢热转换炉12用于将煤粉制成甲烷、芳烃油品、和半焦，其中所述甲烷和芳烃油品经净化分离后可作为最终产品，中间产品半焦需要处理，具体地，所述半焦深度脱灰系统20包括研磨单元21以及深度脱灰单元22，且所述富氢热转换炉12与所述研磨单元21相连,所述研磨单元21与所述深度脱灰单元22相连，从而将热转化过程所得半焦进行超细研磨及深度脱灰，使半焦中的灰含量降低，制得灰含量低于0.5%的超净焦，所述深度脱灰单元22与所述超净焦浆气化系统30相连，所述超净焦成浆后进入所述超净焦气化系统30，由于半焦经过脱灰处理，使气化过程无需单独设置排渣和气体净化系统，所述超净焦浆气化系统30通过所述富氢热转换炉12与所述气体处理系统40相连，气化产生的高温气体经过调温后就可以进入所述富氢热转化炉12内，不仅简化了气化系统，而且合成气的显热得到充分利用，提高了整个系统的转化效率。

所述超净焦浆气化系统30包括成浆单元31、气化炉32、混温器33，其中所述深度脱灰单元22与所述成浆单元31相连，通过所述成浆单元31制得超净煤浆，所述成浆单元31通过所述气化炉32与所述混温器33相连，所述超净煤浆通过浆泵加压后送入所述气化炉32，所述气化炉32中添加氧气，由于超净焦灰含量极低，气化工段不需要设置排渣和净化系统，气化后的高温合成气进入所述混温器33，所述混温器33中添加水蒸气，用于调节温度。所述成浆单元31中添加水和添加剂，所述混温器33主要靠循环氢气以及部分水蒸气来进行调温和反应气体组成调节，在保证所述富氢热转换炉12所需最佳反应温度的同时，保证进粉煤热转化系统的气体氢气含量不低于70%，粉煤是在富氢条件下发生热转化过程；所述混温器33与所述富氢热转换炉12相连，从而有利于将所述富氢热转换炉12内的温度提高至反应温度，同时，由于所述混温器33的作用，使热转化过程的反应温度易于控制，保证了油、气产率和品质。

所述气体处理系统40包括冷却除尘单元41、水煤气变换单元42、低温甲醇洗单元43以及氢气分离及循环系统44，其中所述富氢热转换炉12通过所述冷却除尘单元41与所述水煤气变换单元42相连，所述富氢热转化炉12反应生成的含油气体经过所述冷却除尘单元41后，获得轻质芳烃油品，气体送入所述水煤气变换单元42，将部分一氧化碳转化为氢气，保证氢气循环量满足富氢热转化工段要求，所述水煤气变换单元42通过所述低温甲醇洗单元43与所述氢气分离及循环系统44相连，变换后的气体进入所述低温甲醇洗单元43，脱除酸性气体。所述氢气分离及循环系统44与所述混温器33相连，经过所述水煤气变换单元42的气体经脱酸处理后，进入所述氢气分离及循环系统44，分离出的纯氢经压缩机加压后进入所述混温器33，调节反应气体中氢气的含量，保证工艺需求。

本实施例所述系统还包括甲烷合成系统50，且所述甲烷合成系统50与氢气分离及循环系统44相连，提纯氢气后的驰放气体主要含一氧化碳、氢气和甲烷，将该气体送入所述甲烷合成系统50，将一氧化碳全部转化为甲烷气体，作为天然气产品。

本实施例中，所述富氢热转换炉12中设有喷嘴，煤粉与来自所述混温器33的高温气体经所述喷嘴进行快速混合和升温，反应后生成产品气、油品和半焦。在系统启动初期，所述制粉单元11与所述研磨单元21相连，因为所述富氢热转换炉12的热量来源于半焦的气化产生的合成气，在系统启动初期是没有半焦的，所以在启动初期将煤粉送至处理半焦的工段，用煤作为启动的原料，于是将原料煤先送入半焦处理工段，用于开车。具体地，在开车热炉的过程，煤粉在开车过程中绕过所富氢热转换炉12直接进入所述研磨单元21，为所述气化炉32提供原料，通过所述气化炉32转化的高温气体来对所述富氢热转换炉12进行烘炉，保证所述富氢热转换炉12具备投煤条件。

本实用新型所述系统的工艺流程如下：

步骤S1：原料煤进入所述制粉单元11，制得水分小于5%、粒度小于75微米的煤粉颗粒；

步骤S2：煤粉先送入所述研磨单元21继续将粒径降低至10微米以下，制得超细煤粉，然后送入所述深度脱灰单元22，将煤粉中的灰分降低至0.5%以下；

步骤S3：将超净煤粉送至所述成浆单元31，制得固含量大于60%的超净煤浆；

步骤S4：超净煤浆通过浆泵加压后送入所述气化炉32，气化后的高温合成气进入所述混温器33，添加水蒸气调节温度，将所述富氢热转化炉12温度提高至反应温度；

步骤S5：待所述富氢热转换炉12温度满足工艺要求后，将煤粉经输送系统送入所述富氢热转化炉12，所述富氢热转换炉12采用气流床反应器，操作压力为5-8MPa，在富氢热转化炉12中设有喷嘴，煤粉与来自所述混温器33的高温气体经喷嘴进行快速混合和升温，反应后生成产品气、油品和半焦；

步骤S6：半焦经降温降压后进入所述研磨单元21工段，随着半焦量增加，逐步减少该工段原煤粉添加量，维持所述气化炉32的物料量和反应温度，直至最终停止向所述研磨单元21加入煤粉；

步骤S7：小于10微米的超细粉焦进入所述深度脱灰单元22，经过热转化原煤中的灰分在半焦中得到富集，同时，半焦多孔，提高了深度脱灰工段的效率，经过所述深度脱灰单元22，半焦中的灰含量降低至0.5%以下；

步骤S8：将超净焦送入所述成浆单元31，配入添加剂和水，获得固体浓度超过60%的超净焦浆；

步骤S9：超净焦浆经高压浆泵加压后送入所述气化炉32，由于超净焦灰含量极低，气化工段不需要设置排渣和净化系统，气化后的高温合成气温度在1300-1400℃左右，从所述气化炉32排出后进入所述混温器33， 基于文丘里管原理设计，加入常温氢气，同时配有高压蒸汽，保证所述富氢热转化炉12的反应温度控制在800-950℃；

步骤10：所述富氢热转化炉12反应生成的含油气体经所述冷却除尘单元41后，获得轻质芳烃油品，气体送入所述水煤气变换单元42，将部分一氧化碳转化为氢气，保证氢气循环量满足富氢热转化工段要求；

步骤S11：变换后的气体进入所述低温甲醇洗单元43，脱除酸性气体；

步骤S12：气体经脱酸处理后，进入所述氢气分离及循环系统44，分离出的纯氢经压缩机加压后进入所述混温器33，调节反应气体中氢气的含量，保证工艺需求；

步骤S13：提纯氢气后的驰放气体主要含一氧化碳、氢气和甲烷，将该气体送入所述甲烷合成系统51，将一氧化碳全部转化为甲烷气体，作为天然气产品。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。