一种煤粉加氢气化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种煤粉加氢气化方法及装置，涉及燃料加工领域，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。该方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；半焦中含有灰分；灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；使半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；煤渣包括有灰分和未反应的含碳物质；包括氢气和未反应的含碳物质的还原性气氛将金属氧化物和非金属氧化物分别还原成金属和非金属；未反应的含碳物质继续燃烧，使得金属和非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；将金属混合物层和玻璃态灰渣层分别排出。该煤粉加氢气化装置用于煤粉的加氢气化反应。

【技术实现步骤摘要】
一种煤粉加氢气化方法及装置
本专利技术涉及燃料加工领域，尤其涉及一种煤粉加氢气化方法及装置。
技术介绍
煤加氢气化过程是在一定温度和压力下煤粉与过量氢气发生气化反应生成富甲烷的合成气、轻质油品和半焦的过程。半焦中所含有的灰分一般是多种金属氧化物及非金属氧化物的混合物。因此，含有高灰分的半焦具有高粘结性，极易造成煤加氢气化装置的堵塞，不利于排放；而且，高灰分的存在不仅会降低半焦的再利用价值，同时，半焦经过传统利用方式如燃烧或气化后剩余的灰渣在废弃物分类方面属于二次危废，不能直接排放，需要进一步处理才符合环保要求。因此，受限于半焦排放的问题，在煤加氢气化技术中一般选择具有较低粘结性和较低灰分的煤种。这样的话，高粘结性、高灰分煤种就不适应于煤加氢气化技术，使得煤加氢气化技术中煤种的选择范围受到了一定的限制。基于此，如何实现高粘结性、高灰分煤种的煤加氢气化，从而拓宽煤加氢气化技术的煤种适用范围，是目前需要解决的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的问题，本专利技术的实施例提供一种煤粉加氢气化方法及装置，解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一方面、本专利技术实施例提供了一种煤粉加氢气化方法，所述煤粉加氢气化方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；包括所述氢气和所述未反应的含碳物质的还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；所述未反应的含碳物质继续燃烧，使得所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；将所述金属混合物层和所述玻璃态灰渣层分别排出。可选的，在所述加氢气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：使煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给后续的所述加氢气化反应。可选的，在所述煤粉与所述气化剂发生气化反应的过程中，所述煤粉在外部推动力作用下与所述气化剂混合。可选的，所述煤粉加氢气化方法还包括：在所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应的过程中补入煤粉，以使所述补入的煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给所述加氢气化反应；所述还原性气氛还包括所述补入的煤粉。可选的，所述补入的煤粉和所述半焦在外部推动力作用下与所述气化剂混合。可选的，所述半焦与气化剂发生气化反应的温度为2000～2200℃。另一方面、本专利技术实施例提供了一种煤粉加氢气化装置，包括：在从所述装置的顶部指向所述装置的底部的方向上依次设置的：加氢气化反应区，用于使煤粉与氢气发生加氢气化反应生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；半焦气化区，用于使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；所述氢气和所述未反应的含碳物质使得所述半焦气化区具有还原性气氛，所述还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；熔融区，用于使所述未反应的含碳物质继续燃烧，以使所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；在所述熔融区设置有金属混合物出口，所述金属混合物出口用于排出所述金属混合物层；在所述熔融区高于所述金属混合物出口的位置还设置有玻璃态灰渣出口，所述玻璃态灰渣出口用于排出所述玻璃态灰渣层。可选的，所述煤粉加氢气化装置还包括：设置在所述加氢气化反应区与所述半焦气化区之间的缩径过渡区。可选的，所述加氢气化反应区的最大直径与所述缩径过渡区的最小直径的比例为3:1～5:1。可选的，在所述半焦气化区、且靠近所述加氢气化反应区的位置设置有气化剂入口管。可选的，所述气化剂入口管的数量至少为两个，每相邻两个所述气化剂入口管的延长线的夹角为100°～160°。可选的，所有所述气化剂入口管的管口位于同一水平面上、且所有所述气化剂入口管与水平面的夹角相同；所有所述气化剂入口管延长线的交点与所述熔融区的熔融液水平面之间的垂直距离为0.5～2m。可选的，在所述半焦气化区、在所述气化剂入口管的上方的位置设置有补充煤粉入口管。可选的，所述补充煤粉入口管与水平面的夹角为30°～80°，和/或，所述补充煤粉入口管沿着所述煤粉加氢气化装置水平横截面对称设置。可选的，在所述煤粉加氢气化装置的同一纵截面的同一侧，所述补充煤粉入口管的延长线与所述气化剂入口管的延长线的夹角为30°～50°。可选的，在所述加氢气化反应区、靠近所述半焦气化区的位置开设有煤粉入口。基于此，本专利技术实施例提供的上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，使得煤粉中的高灰分在煤粉加氢气化后随半焦进行气化，半焦在气化过程中形成还原性气氛。该还原性气氛可以使得半焦所含有的灰分中的金属氧化物和非金属氧化物分别被还原成金属和非金属。而由于半焦气化后未反应的含碳物质继续燃烧，产生大量的热，使得金属和非金属熔融液化形成熔融液，二者在自身熔点和密度的作用下自动分层，熔融液的上层是非金属形成的玻璃态灰渣，下层是熔融的金属混合物，通过将金属混合物和玻璃态灰渣分别排出，从而实现了灰分中不同成分的有效分离。由于排出的玻璃态灰渣和熔融的金属混合物都是流动的液态，排放过程中不会造成煤加氢气化装置的堵塞，从而解决了高粘结性、高灰分煤种气化产生的高粘结性半焦的排放问题，使得高粘结性、高灰分煤种也适用于煤加氢气化技术，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。进一步的，排出的玻璃态灰渣再经后续冷却或成型固化工艺，可以将灰渣中的有害元素固化封存，从而减少灰渣以粉尘形式排放时对环境的污染。排出的金属液可以进一步加工成金属制品，从而提高半焦中灰分的利用价值，进而实现半焦的高附加值利用。综上所述，上述煤粉加氢气化方法，将加氢气化、半焦气化及高温熔融技术有机结合，实现了对高粘结性、高灰分煤种加氢气化所产半焦的有效排放和高附加值利用，拓宽了煤加氢气化技术的煤种适用范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种煤粉加氢气化方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种煤粉加氢气化装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种煤粉加氢气化方法，该煤粉加氢气化方法包括以下步骤：步骤S1、使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；半焦中含有灰分；灰分包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤粉加氢气化方法，其特征在于，煤粉加氢气化方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括所述灰分和未反应的含碳物质；包括所述氢气和所述未反应的含碳物质的还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；所述未反应的含碳物质继续燃烧，使得所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；将所述金属混合物层和所述玻璃态灰渣层分别排出。

【技术特征摘要】
1.一种煤粉加氢气化方法，其特征在于，煤粉加氢气化方法包括：使煤粉与氢气发生加氢气化反应，生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括所述灰分和未反应的含碳物质；包括所述氢气和所述未反应的含碳物质的还原性气氛将所述金属氧化物和所述非金属氧化物分别还原成金属和非金属；所述未反应的含碳物质继续燃烧，使得所述金属和所述非金属熔融液化，分别形成金属混合物层和玻璃态灰渣层；将所述金属混合物层和所述玻璃态灰渣层分别排出。2.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，在所述加氢气化反应之前，所述煤粉加氢气化方法还包括：使煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给后续的所述加氢气化反应。3.根据权利要求2所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，在所述煤粉与所述气化剂发生气化反应的过程中，所述煤粉在外部推动力作用下与所述气化剂混合。4.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述煤粉加氢气化方法还包括：在所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应的过程中补入煤粉，以使所述补入的煤粉与所述气化剂发生燃烧反应和气化反应，产生氢气和热量；将所述氢气和所述热量提供给所述加氢气化反应；所述还原性气氛还包括所述补入的煤粉。5.根据权利要求4所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述补入的煤粉和所述半焦在外部推动力作用下与所述气化剂混合。6.根据权利要求1所述的煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述半焦与气化剂发生气化反应的温度为2000～2200℃。7.一种煤粉加氢气化装置，其特征在于，包括：在从所述煤粉加氢气化装置的顶部指向所述煤粉加氢气化装置的底部的方向上依次设置的：加氢气化反应区，用于使煤粉与氢气发生加氢气化反应生成含半焦的产物；所述半焦中含有灰分；所述灰分包括：金属氧化物和非金属氧化物；半焦气化区，用于使所述半焦与气化剂发生燃烧反应和气化反应，生成氢气和煤渣；所述煤渣包括有所述灰分和未反应的含碳物质；所述氢气和所述未反应的含碳物质使...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丽荣，聂永广，王奕唯，王蕾，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13