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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410809322.0(22)申请日 2014.12.23C10J 3/48(2006.01)C10J 3/50(2006.01)C10J 3/72(2006.01)(71)申请人 新奥科技发展有限公司地址 065001 河北省廊坊市经济技术开发区华祥路新奥科技园南区 B 座 522 室(72)发明人 汪国庆 马志超 周三 方科学刘明 聂永广 张正旺 景旭亮郑征 汤海奇 闫云东(74)专利代理机构 北京中博世达专利商标代理有限公司 11274代理人 申健(54) 发明名称一种气流床粉煤加氢气化方法(57) 摘要本发明实施例提供了一种。
2、气流床粉煤加氢气化方法，属于煤气化领域，能够稳定实现煤加氢气化过程并获得高品质产物，实现煤炭资源的高效利用。所述气流床粉煤加氢气化方法，包括 ：将粉煤与加热后的原料气混合后通过气化炉喷嘴送入气化炉中 ；所述粉煤与加热后的原料气在所述气化炉的反应段混合并发生加氢气化反应，生成半焦、合成气以及气态油；待经所述反应段出口处的降温装置降温后，所述合成气以及气态油经除尘、换热，获得气体产物和液态油品产物 ；所述半焦被排出所述气化炉。本发明可用于煤加氢气化过程。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图1页(10)申请公布号 CN 104。
3、479752 A(43)申请公布日 2015.04.01CN 104479752 A1/1 页21.一种气流床粉煤加氢气化方法，其特征在于，包括 ：将粉煤与加热后的原料气混合后通过气化炉喷嘴送入气化炉中 ；所述粉煤与加热后的原料气在所述气化炉的反应段混合并发生加氢气化反应，生成半焦、合成气以及气态油 ；待经所述反应段出口处的降温装置降温后，所述合成气以及气态油经除尘、换热，获得气体产物和液态油品产物 ；所述半焦被排出所述气化炉。2.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入气化炉之前，还包括 ：在所述气化炉外部对原料气进行一次加热，产生一次加热原料气 。
4、；和在所述气化炉喷嘴内部通过贫氧燃烧的方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气。3.根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，所述在所述气化炉外部对原料气进行一次加热，产生一次加热原料气具体为 ：在开车阶段，原料气依次流经半焦冷却器和气体换热器，然后进入氢气加热炉进行加热，产生所述一次加热原料气 ；或在系统运行阶段，原料气首先在所述半焦冷却器内与半焦进行换热，然后进入所述气体换热器进行换热，产生所述一次加热原料气。4.根据权利要求 2 所述的方法，其特征在于，在所述气化炉喷嘴内部对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气具体为 ：向所述气化炉喷嘴内通入氧气，通过贫氧燃。
5、烧的方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生所述加热后的原料气。5.根据权利要求 4 所述的方法，其特征在于，所述氧气的添加量为所述加热后的原料气的 2-10。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热后的原料气的温度高于1000，所述加热后的原料气与粉煤混合后的温度高于 700。7.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述加热后的原料气与粉煤的加入量的质量比为 0.1-0.4。8.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述气化炉的反应压力为 3-12MPa，反应温度为 700-1200。9.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述粉煤在所述气化炉的反应段中停留5-2。
6、0 秒。10.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，将所述半焦、合成气以及气态油降温至700以下。11.根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入气化炉之前，还包括在密相输送单元中利用输送气体将粉煤输送至所述气化炉喷嘴。12.根据权利要求 11 所述的方法，其特征在于，所述输送气体为高压氢气。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉煤的粒径为5-75m，所述粉煤的含水量小于 10。权 利 要 求 书CN 104479752 A1/6 页3一种气流床粉煤加氢气化方法技术领域0001 本发明涉及煤气化领域，尤其涉及一种气流床粉煤加氢气化方法。。
7、背景技术0002 我国“贫油少气相对富煤”的资源条件注定将在很长一段时间内保持为以煤炭资源为主的能源结构。随着城市化进程的加快和环保要求的提高，对天然气的需求日益增加，缺口巨大，因此开发高效的煤代天然气技术是弥补我国天然气资源短缺的有效手段。0003 对于常规两步法煤制天然气工艺而言，虽技术成熟，但工艺路线较长，投资大，热效率低。为改变常规技术的不足，近年来，利用煤热解和加氢气化来提取原煤中的焦油和气体产品的工艺受到越来越高的重视，专利申请 CN102559310A 中公布了一种用焦炉气等工业废气进行煤炭加氢气化制天然气等烃类的方法，该方法利用焦炉气或甲醇驰放气等工业废气作为气源进行煤转化反应。
8、，虽给出较优的氢气供应方式，但并未给出较优的工艺过程，如在该工艺中，原煤与焦炉红焦需加热至 300后输送至气化炉内，但在加热至该温度后时，原煤会发生热解产生焦油，容易发生堵塞，从而不利于原料煤在管道中的输送，且更为重要的是，该工艺由于输入的热量不足以达到激发加氢气化反应温度，无法获得较优的产品质量和稳定的系统运行。0004 针对上述煤加氢气化技术现状而言，提供一种能够稳定实现煤加氢气化过程并获得高品质产物的煤加氢气化方法是本领域技术人员所面临的重要课题。发明内容0005 本发明实施例提供了一种气流床粉煤加氢气化方法，能够稳定实现煤加氢气化过程并获得高品质产物，实现煤炭资源的高效利用。0006 。
9、为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案 ：0007 一种气流床粉煤加氢气化方法，包括 ：0008 将粉煤与加热后的原料气混合后通过气化炉喷嘴送入气化炉中 ；0009 所述粉煤与加热后的原料气在所述气化炉的反应段混合并发生加氢气化反应，生成半焦、合成气以及气态油 ；0010 待经所述反应段出口处的降温装置降温后，所述合成气以及气态油经除尘、换热，获得气体产物和液态油品产物 ；所述半焦被排出所述气化炉。0011 可选的，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入气化炉之前，还包括 ：0012 在所述气化炉外部对原料气进行一次加、热，产生一次加热原料气 ；和0013 在所述气化炉喷嘴内部通过。
10、贫氧燃烧的方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气。0014 可选的，所述在所述气化炉外部对原料气进行一次加热，产生一次加热原料气具体为 ：0015 在开车阶段，原料气依次流经半焦冷却器和气体换热器，然后进入氢气加热炉进说 明 书CN 104479752 A2/6 页4行加热，产生所述一次加热原料气 ；或0016 在系统运行阶段，原料气首先在所述半焦冷却器内与半焦进行换热，然后进入所述气体换热器进行换热，产生所述一次加热原料气。0017 可选的，在所述气化炉喷嘴内部对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气具体为 ：0018 向所述气化炉喷嘴内通入氧气，通过贫氧燃烧的。
11、方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生所述加热后的原料气。0019 进一步的，所述氧气的添加量为所述加热后的原料气的 2-10。0020 优选的，所述加热后的原料气的温度高于 1000，所述加热后的原料气与粉煤混合后的温度高于 700。0021 可选的，所述加热后的原料气与粉煤的加入量的质量比为 0.1-0.4。0022 可选的，所述气化炉的反应压力为 3-12MPa，反应温度为 700-1200。0023 优选的，所述粉煤在所述气化炉的反应段中停留 5-20 秒。0024 可选的，将所述半焦、合成气以及气态油降温至 700以下。0025 可选的，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入。
12、气化炉之前，还包括在密相输送单元中利用输送气体将粉煤输送至所述气化炉喷嘴。0026 进一步的，所述输送气体为高压氢气。0027 可选的，所述粉煤的粒径为 5-75m，所述粉煤的含水量小于 10。0028 本发明实施例提供了一种气流床粉煤加氢气化方法，通过对原料气进行一次加热及二次贫氧燃烧加热两步将与粉煤混合的原料气温度提高至 1000以上，从而保证混合后的粉煤能达到加氢气化反应所需条件，进而保证激发加氢气化反应，同时，在气化炉反应段出口处采用降温装置控制反应程度，以此对生成产物组份进行调控。通过加氢气化反应不但可提高油品价值，实现油品轻质化，还可避免油品在后系统除尘步骤出现堵塞的可能性，从而提。
13、高整体工艺运行的稳定性。附图说明0029 图 1 为本发明实施例提供的气流床粉煤加氢气化方法的工艺示意图 ；0030 1、原煤制粉单元 ；2、密相输送单元 ；3、气化炉喷嘴 ；4、加氢气化炉 ；5、半焦冷却器 ；6、换热器 ；7、除尘单元 ；8、气体换热器 ；9、后续冷却分离系统 ；10. 氢气加热炉 ；401. 反应段 ；402. 半焦收集段 ；0031 F1.原料煤 ；F2.密相输送原料气 ；F3.进喷嘴氧气 ；F4.激冷气或者激冷水 ；F5.加氢气化反应原料气 ；F6. 换热器进水 ；F7. 高压蒸汽 ；F8. 高附加值富芳烃油品 ；F9. 半焦产物 ；F10. 合成气产物。具体实施方式。
14、0032 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。说 明 书CN 104479752 A3/6 页50033 下面结合附图对本发明实施例的气流床粉煤加氢气化方法进行详细描述。0034 图1为本发明实施例提供的气流床粉煤加氢气化方法的工艺示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种气流床粉煤加氢气化方法，包括 ：0035 S1 ：将粉煤与加热后的原料气混合后通过气化炉喷嘴送入气化炉。
15、中 ；0036 在本步骤中，在气化炉喷嘴中一次加热原料气通过贫氧燃烧放热被二次加热，然后与从气化炉喷嘴中心进入的粉煤发生快速混合，并将煤粉温度快速提高至 700以上，从而激发粉煤与加热后的原料气在气化炉内发生加氢气化反应。0037 S2 ：所述粉煤与加热后的原料气在所述气化炉的反应段混合并发生加氢气化反应，生成半焦、合成气以及气态油 ；0038 在本步骤中，加热后的原料气与粉煤在反应段快速混合并发生加氢气化反应，从而生成半焦、合成气以及气态油。0039 S3 ：待经所述反应段出口处的降温装置降温后，反应终止，所述合成气以及气态油经除尘、换热，获得气体产物和液态油品产物 ；所述半焦被排出所述气化。
16、炉。0040 在本步骤中，待经所述反应段出口处的降温装置降温后，半焦以折流的方式在气化炉内与合成气以及气态油进行初步分离。其中，半焦进入气化炉半焦收集段 402，并在维持一定料位后被排入半焦冷却器 5 中，在半焦冷却器 5 中将原料气 F5 加热至 300，而自身被冷却后排出系统，半焦可以作为气化制氢原料，为系统提供反应所需原料气。而合成气以及气态油排出气化炉，进入除尘单元 7，该单元包括旋风除尘和过滤器除尘，由于加氢气化所产生的气态油均为轻质油，在系统工况条件下其沸点均低于 300，所以只要保证气体温度不低于 350即可保证油品不会析出且高温条件下不易结碳，进而保证除尘单元的稳定性。而这相对。
17、于传统热解和低温下的加氢热解过程而言，由于其所产生的焦油为重质油，且沸点较高，所以即使采取了 400以上的除尘温度，但油品仍然容易析出，并阻塞过滤设备，同时重质焦油在高温条件下还容易结碳，堵塞系统，因此本申请中的加氢气化工艺条件可使系统运行更加稳定。经除尘单元 7 获得的半焦进入换热器 6，产出高品质蒸汽，从过滤单元7出来的气体温度为600-700左右的合成气及气态油进入气体换热器8，在该单元将原料气从 300加热至 500以上，满足原料气的入炉要求，换热后的合成气及气态油则进入后续的冷却分离单元 9，在该单元内合成气及气态油被进一步冷却至室温，经过进一步分离获得气体产物和液体油品产物。其中，。
18、以体积百分比计，所述气体产物包括 81.4甲烷、2.0乙烷、12.9一氧化碳、3.4二氧化碳和 0.3硫化氢 ；以重量百分比计，所述液体油品主要产物 ( 含量 1 ) 包括 41.24三苯、0.47苯酚、34.87萘、3.01芴、4.95菲、4.96蒽和 6.22芘。0041 本发明实施例提供了一种气流床粉煤加氢气化方法，通过对原料气进行一次加热及二次贫氧燃烧加热两步将与粉煤混合的原料气温度提高至 1000以上，从而保证混合后的粉煤能达到加氢气化反应所需条件，进而保证激发加氢气化反应，同时，在气化炉反应段出口处采用降温装置控制反应程度，以此对生成产物组份进行调控。通过加氢气化反应不但可提高油品。
19、价值，实现油品轻质化，还可避免油品在后系统除尘步骤出现堵塞的可能性，从而提高整体工艺运行的稳定性。0042 在本发明的一实施例中，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入气化炉之前，还包括 ：在所述气化炉外部对原料气进行一次加热，产生一次加热原料气 ；和在所述说 明 书CN 104479752 A4/6 页6气化炉喷嘴内部通过贫氧燃烧的方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气。0043 在本实施例中，原料气需经过外部一次加热过程和气化炉喷嘴内部的二次加热过程后才可被送入气化炉内，从而可确保原料气可被提升至足够高的温度，以满足粉煤发生加氢气化反应的条件至反应完全。可以理解的是，。
20、在本实施例中，所述原料气可以为氢气，也可以为含有一定量氢气的混合气体 ( 如合成气分离后可作为原料气循环使用 )，原料气即煤气化过程所需的气化剂。0044 在本发明的一可选实施例中，所述在所述气化炉外部对原料气进行一次加热，产生一次加热原料气具体为 ：在开车阶段，原料气依次流经半焦冷却器和气体换热器，然后进入氢气加热炉进行加热，产生所述一次加热原料气 ；或在系统运行阶段，原料气首先在所述半焦冷却器内与半焦进行换热，然后进入所述气体换热器进行换热，产生所述一次加热原料气。0045 在本实施例中，对原料气的一次加热发生在气化炉的外部，可分为开车阶段和系统运行阶段，在开车阶段，由于反应系统处于未运行。
21、阶段，系统内没有热源，所以，原料气只能依次流经半焦冷却器、气体换热器，并在氢气加热炉中进行加热，从而产生一次加热原料气 ；而在系统运行阶段，由于整个系统处于反应状态中，所以，常温原料气先进入半焦冷却器，并在半焦冷却器中与从气化炉内排出的半焦进行换热，从而将原料气加热至 300，然后该加热原料气顺次流入气体换热器中，由于从过滤单元 7 排出的进入气体换热器 8 的产生合成气及气态油的温度为 600-700，从而可将加热原料气再次加热至 500，而在此时，加热至 500的原料气在进入氢气加热炉后则不再进行换热，而是直接被输送至气化炉喷嘴，从而完成一次加热过程。这里需说明的是，一次加热过程后所产生的。
22、一次加热原料气的温度约在 500左右。0046 在本发明的一实施例中，在所述气化炉喷嘴内部对所述一次加热原料气进行二次加热，产生加热后的原料气具体为 ：向所述气化炉喷嘴内通入氧气，通过贫氧燃烧的方式对所述一次加热原料气进行二次加热，产生所述加热后的原料气。0047 在本实施例中，向所述气化炉喷嘴中添加少量氧气，一次加热原料气在气化炉喷嘴内实现自燃，并在贫氧燃烧条件下被二次加热，然后与中心通入的粉煤发生快速混合，从而将粉煤的温度快速提升至 700以上，激发加氢气化反应。在本发明的一优选实施例中，所述加热后的原料气的温度高于 1000，所述加热后的原料气与粉煤混合后的温度高于700。0048 在本。
23、发明的一优选实施例中，所述氧气的添加量为所述加热后的原料气的2-10。在本实施例中，进入气化炉喷嘴中的氧气的添加量约为加热后的原料气量的2-10，可使一次加热原料气在贫氧条件下被二次加热至高于 1000，从而可快速将煤粉温度提高至 700以上，激发加氢气化反应。0049 在本发明的又一实施例中，所述加热后的原料气与粉煤的加入量的质量比为0.1-0.4。在本实施例中，加热后的原料气与粉煤的加入量的质量比例为0.1-0.4，这主要是因为当加热后的原料气量过少时，其与粉煤的混合效果较差，且为了保证粉煤与加热后的原料气混合后能达到加氢气化所需温度，加热后的原料气的温度还需超过 1400，但这会大大降低。
24、气化炉喷嘴运行的稳定性，而当加热后的原料气量过大时，加氢气化又无法消耗说 明 书CN 104479752 A5/6 页7那么多原料气，会造成原料气的浪费，从而降低系统运行的经济性。0050 在本发明的一实施例中，所述气化炉的反应压力为3-12MPa，反应温度为700-1200。在本实施例中，将气化炉的反应压力设定为 3-12MPa 主要是因为当气化炉的反应压力低于 3MPa 时，加氢气化反应不足，且总碳转化率较低，从而导致系统经济性差。优选的，气化炉的反应压力在 5-8MPa 范围内。另外，还应保持气化炉的反应温度为700-1200，优选为 750-1000，从而更有利于高品质产品的生成。00。
25、51 在本发明的一实施例中，所述粉煤在所述气化炉的反应段中停留 5-20 秒。在本实施例中，将粉煤在气化炉的反应段中停留一段时间，可保证粉煤与加热后的原料气更加充分地反应，从而使粉煤反应完全。优选的，所述粉煤在所述气化炉的反应段中停留 10-15秒。0052 在本发明的一可选实施例中，将所述半焦、合成气以及气态油降温至 700以下。在本实施例中，降温装置的作用主要是终止反应，以控制反应产物组成。可以理解的是，在本实施例中，降温装置可以是激冷装置，如激冷水或者其他激冷手段，本领域技术人员可使用任一适用的降温装置对产物进行降温，又如换热装置等，本实施例中对此不做具体限定。0053 在本发明的一实施。
26、例中，在将粉煤与加热后的原料气通过气化炉喷嘴送入气化炉之前，还包括在密相输送单元中利用输送气体将粉煤输送至所述气化炉喷嘴。在本实施例中，利用密相输送技术将粉煤在输送气体的作用下输送至气化炉喷嘴，其中，在本发明的一优选实施例中，所述输送气体为高压氢气。在本实施例中选用高压氢气作为输送气体主要是因为高压氢气的输送性能更加稳定，能获得更高的固气比，最高可达到 200:1，而这相对于目前粉体输送中所常规采用的 N2或者 CO2( 输送固气比只能达到 100:1) 而言，一方面可大大减少因输送而带入气化炉中的冷气体量，从而减少热损，另一方面，使用高压氢气还可减少惰性气体的加入量，从而减少后期分离所需的能。
27、耗。0054 在本发明的一可选实施例中，在密相输送单元中利用输送气体将粉煤输送至所述气化炉喷嘴之前，还可包括对原煤进行粉碎，形成粉煤。在本发明的一优选实施例中，所述粉煤的粒径为 5-75m，所述粉煤的含水量小于 10。在本实施例中，将粉煤的粒径设置在5-75m 范围内，主要是因为若粒径太小，则粉碎的粉煤难于捕集分离，后处理难度大 ；若粒径太大，则不利于粉煤与加热后的原料气进行充分反应 ；另外，还应限定所述粉煤的含水量，这是因为若含水量过高，则会造成粉煤在输送过程中的不稳定性，所以，优选控制粉煤的含水量小于 10。0055 为了更好地说明本发明所提供的气流床粉煤加氢气化方法，下面将结合具体实施例。
28、进行阐述。0056 实施例0057 在本实施例中所选煤种煤质分析如表 1 所示，煤粉采用高压氢气密相输送技术输送进入气流床气化炉，加氢气化压力为 7.0MPa，气化温度为 850-900，高压氢气与粉煤的质量比为 0.4，半焦经冷却后作为最终产品，气体经除尘单元、冷却分离处理后获得相应油品和气体，反应总碳转化率为 55，油品干基煤产率为 12，气体和液体油品组成如表 2、表 3 所示。0058 表 1 原料煤粉煤质分析0059 说 明 书CN 104479752 A6/6 页80060 表 2 分离后产品气体组成 ( 干基，v ) ：0061 CH4C2H6CO CO2H2S81.4 2.0 。
29、12.9 3.4 0.30062 表 3 油品产物分析组成 (wt )0063 三苯 苯酚 萘 芴 菲 蒽 芘 其他41.24 0.47 34.87 3.01 4.95 4.96 6.22 4.2280064 从表中可以看出，生成的气体组成中，甲烷含量可达 81，此外，二氧化碳的含量仅为 3.4，可大大降低煤化工艺中二氧化碳的排放量 ；且生成的油品中，苯与萘的重量占油品总量的 76左右，这相对于现有的加氢转化过程所产生的油品组成复杂 ( 种类多达百种以上，且单一组分的含量低于 10，重质油品含量高，整体产品质量低 ) 而言，产品组成集中且油品质量高，大大减少了油品分离及精制成本。0065 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。说 明 书CN 104479752 A1/1 页9图1说 明 书 附 图CN 104479752 A。