一种煤气化系统的制作方法

1.本实用新型涉及煤气化技术领域，具体而言，涉及一种煤气化系统。


背景技术：

2.煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。我国煤炭资源丰富，油气资源相对匮乏，将丰富的煤炭转化成清洁的气体和油，近年来受到众多关注及应用。流化床气化炉因炉内温度均匀，气固混合均匀、接触佳，气化效率高等原因广泛应用于煤气化工艺。
3.现有流化床煤气化系统，采用粉煤为气化原料，首先将炉煤干燥至水分在一定含量下，通过进煤系统加入气化炉中，在炉内发生热解、气化反应；因流化床内整体温度相对均匀，热解在较高的气化温度下进行，焦油含量低，技术经济性降低。另外，流化床均存在粉尘夹带量大的问题，后续通过两级或多级旋风分离系统将飞灰分离下来，再通过复杂的干粉返回系统返回气化炉继续参与气化反应，干粉分离及返回系统存在飞灰下落不畅、堵塞、磨损等问题，影响系统运行稳定性。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型提出了一种煤气化系统，旨在解决现有流化床气化炉热解温度高、焦油产率低，与粗煤气混合后，后续分离系统规模大、分离困难以及飞灰返炉困难、易堵塞、磨损大、长周期稳定运行困难等问题。
5.本实用新型提出了一种煤气化系统，包括：煤浆制备单元、干燥热解单元、加压流化床气化炉、第一净化分离单元和催化剂回收系统；其中，所述煤浆制备单元设置有粉煤进口，用于输送粉煤并制备水煤浆；所述干燥热解单元的第一进口与所述煤浆制备单元的出口连通，用以使从所述煤浆制备单元输出的水煤浆发生干燥热解反应，以得到半焦、焦油、热解气及水蒸气；所述加压流化床气化炉的进口与所述干燥热解单元的第一出口连通，用以使从所述干燥热解单元输出的半焦发生气化反应，得到富甲烷粗煤气；所述第一净化分离单元的进口与所述干燥热解单元的第二出口连通，所述第一净化分离单元的第一出口与所述煤浆制备单元的第二进口连通，用以分离焦油、除去热解气及水蒸气中夹带的粉尘以得到含尘废水并将含尘废水输送至所述煤浆制备单元中；所述催化剂回收系统的第一进口与所述加压流化床气化炉的第一出口连通，所述催化剂回收系统的第二进口与所述加压流化床气化炉的第二出口连通，用以对灰渣和飞灰中的催化剂进行回收得到含固催化剂溶液，并将所述含固催化剂溶液输送至所述煤浆制备单元中。
6.进一步地，上述煤气化系统中，所述干燥热解单元包括：壳体和位于所述壳体内、自下而上依次相连通的热介质缓冲段、水煤浆缓冲段、充分热解干燥段和干燥半焦沉降段；其中，所述壳体位于水煤浆缓冲段的侧壁上向下倾斜设置有若干水煤浆喷嘴，用以使进入所述壳体内的水煤浆相互对撞以充分分散后向下运动；所述壳体位于热介质缓冲段的侧壁上沿轴向向上倾斜设置有若干组热介质喷嘴，且每组中的各所述热介质喷嘴沿所述壳体的周向分布，用以使热介质与分散下落的水煤浆充分接触换热。
7.进一步地，上述煤气化系统中，各组所述热介质喷嘴与所述壳体横截面的夹角自上而下逐渐减小。
8.进一步地，上述煤气化系统中，各组所述热介质喷嘴中，位于最上层的各所述热介质喷嘴的喷射方向与对撞分散后处于最外侧的水煤浆的下落方向保持一致，用以使最外侧的水煤浆同热介质充分接触。
9.进一步地，上述煤气化系统中，各所述水煤浆喷嘴与各所述热介质喷嘴在周向上错开设置。
10.进一步地，上述煤气化系统中，所述水煤浆喷嘴位于所述热介质喷嘴上方0.2
‑
0.5m处，用以使水煤浆有足够的空间进行对撞、分散、下落后与热介质充分接触。
11.进一步地，上述煤气化系统中，所述水煤浆缓冲段与所述热介质缓冲段均为直筒状，二者之间通过第一变径段连通，并且，所述水煤浆缓冲段的内径小于所述热介质缓冲段的内径。
12.进一步地，上述煤气化系统中，还包括：预热器；其中，所述预热器的进口与所述第一净化分离单元的第二出口连通，所述预热器的出口与所述干燥热解单元的第二进口连通，用以对所述第一净化分离单元排出的气体进行升温从而为所述干燥热解单元提供热源。
13.进一步地，上述煤气化系统中，还包括：气固分离单元；其中，所述气固分离单元的进口与所述加压流化床气化炉的第二出口连通，所述气固分离单元的第一出口与所述催化剂回收系统的第二进口连通，用以分离粗煤气中夹带的飞灰，并将含催化剂的飞灰输送至所述催化剂回收系统中。
14.进一步地，上述煤气化系统中，还包括：依次连通的多级换热系统和第二净化分离单元；其中，所述多级换热系统的第一进口与所述气固分离单元的第二出口连通，用以回收粗煤气中的显热；所述多级换热系统的第一出口与所述催化剂回收系统的第三进口连通，用以将酸水废水输送至所述催化剂回收系统中；所述多级换热系统的第二进口与所述第一净化分离单元的第二出口连通，用以回收热解气中的热量；所述第二净化分离单元的进口与所述多级换热系统的第二出口连通，用以脱除回收热量后的粗煤气中的酸性气体。
15.本实用新型提供的煤气化系统，通过煤浆制备单元与第一净化分离单元和催化剂回收系统分别连通，以将粉煤与含尘废水、含固催化剂回收液混合制备成水煤浆，通过热解干燥单元与水煤浆制备单元连通，避免了现有技术中通过分离系统将飞灰分离后通过干粉返回系统返回气化炉导致的飞灰下落不畅、设备堵塞和磨损的问题；同时有利于获取高附加值焦油产品，再通过加压流化床气化炉与干燥热解单元连通，使热解半焦煤发生气化反应，产生富甲烷粗煤气，通过物料、热量的梯级利用，提高了工艺的技术经济性，同时实现了废水和催化剂的循环利用。
附图说明
16.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
17.图1为本实用新型实施例提供的煤气化系统的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中干燥热解单元的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
20.参阅图1，本实用新型实施例的煤气化系统包括：煤浆制备单元1、干燥热解单元2、加压流化床气化炉3、第一净化分离单元4和催化剂回收系统5；其中，所述煤浆制备单元1设置有粉煤进口，用于输送粉煤并制备水煤浆；所述干燥热解单元2的第一进口与所述煤浆制备单元1的出口连通，用以使从所述煤浆制备单元1输出的水煤浆发生干燥热解反应，以得到半焦、焦油、热解气及水蒸气；所述加压流化床气化炉3的进口与所述干燥热解单元2的第一出口连通，用以使从所述干燥热解单元2输出的半焦发生气化反应，得到富甲烷粗煤气；所述第一净化分离单元4的进口与所述干燥热解单元2的第二出口连通，所述第一净化分离单元4的第一出口与所述煤浆制备单元1的第二进口连通，用以分离焦油、除去热解气及水蒸气中夹带的粉尘以得到含尘废水并将含尘废水输送至所述煤浆制备单元1中；所述催化剂回收系统5的第一进口与所述加压流化床气化炉3的第一出口连通，所述催化剂回收系统5的第二进口与所述加压流化床气化炉3的第二出口连通，用以对灰渣和飞灰中的催化剂进行回收得到含固催化剂溶液，并将所述含固催化剂溶液输送至所述煤浆制备单元1中。
21.具体而言，煤浆制备单元1可以将来自上游的一定粒度范围的粉煤，与来自第一净化分离单元4的含尘废水及与来自催化剂回收系统5的含固催化剂回收溶液进行混合，可以得到固相浓度在50
‑
70%的水煤浆。
22.煤浆制备单元1通过水煤浆泵7将水煤浆加压至预设压力（该压力高于干燥热解单元2的操作压力，且二者压差为0.5
‑
2mpa），并将加压后的水煤浆经干燥热解单元2的第一进口输入干燥热解单元2中。
23.干燥热解单元2可以为流化床反应器，其第一进口与煤浆制备单元1的出口连通，以对进入其内的水煤浆进行干燥、水分蒸发，将煤浆中的水快速转化为水蒸气，蒸汽随干燥热解单元2中的热介质上行，湿煤粉转化为干燥粉煤颗粒，在热介质的作用下充分流化、与热介质接触，发生热解挥发分析出反应。热解产生的以煤焦油、热解气为主的气体，掺混干燥过程析出的水蒸气及干燥热解单元2下部通入的热介质，经干燥热解单元2顶部的第二出口排出，进入后续第一净化分离单元4中。实际中，干燥热解单元2中的温度为350
‑
650℃，压力为2.5
‑
4.5mpa。
24.第一净化分离单元4主要包括水洗除尘单元，采用文丘里洗涤器对干燥热解单元2出口的高温热解气体进行直接喷淋，去除其中夹带的粉尘，同时分离出焦油，控制第一净化分离单元4的操作压力及操作温度，保持焦油可冷凝析出，同时气体中的蒸汽未达到露点析出温度，仍大量存在于水洗气体中，具体操作温度为高于蒸汽露点温度、低于焦油冷凝温度。采用萃取法或静置分层法分离出煤焦油后，将含尘废水采用含尘废水泵13加压，打入煤
浆制备单元1，用于制备水煤浆，实现含尘废水的循环利用，同时可在第一净化分离单元4与干燥热解单元2之间设置粉尘输送单元，以将第一净化分离单元4分离出的粉尘再次返回干燥热解单元2、转化为半焦后进入加压流化床气化炉3中参与气化反应，提高碳的利用效率。
25.本实施例中，还可以包括：预热器6；所述预热器6的进口与所述第一净化分离单元4的第二出口连通，所述预热器6的出口与所述干燥热解单元2的第二进口连通，用以对所述第一净化分离单元4排出的气体进行升温从而为所述干燥热解单元2提供热源。
26.实际中，第一净化分离单元4与预热器6的连通线路上设置有加压泵8，加压泵8可以为气体压缩机，以通过加压泵8将第一净化分离单元4净化后的热解气输送至预热器6中。实际中，可以根据单元整体处理量及操作温度控制，调整预热器6的出口温度，在热介质量不够的情况下，可以在进入预热器6前补充一定量水蒸气或气化炉出口粗煤气等，从而保证干燥热解单元2中有足够的热介质，进而保证干燥热解反应所需的热量。
27.加压流化床气化炉3中的操作压力低于干燥热解单元2的操作压力，且二者的压差为0.5
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1mpa，使得干燥热解单元2中产生的一定温度的热解半焦在压差的作用下自干燥热解单元2直接溢流进入加压流化床气化炉3中，加压流化床气化炉3底部设置有气化剂进口和催化剂进口，以使得热解半焦与以水蒸气、氧气为主的气化介质在催化剂作用下发生气化反应，得到富甲烷粗煤气经气化炉顶部的第二出口排出。
28.催化剂回收系统5的第一进口与加压流化床气化炉3的第一出口连通，以对气化炉内半焦转化后得到的含催化剂灰渣中的催化剂进行回收，同时，催化剂回收系统5的第二进口与气化炉第二出口连通，以对加压流化床气化炉3排出的含尘粗煤气中的含催化剂飞灰进行催化剂回收。
29.催化剂回收系统5中设置有固液分离单元，以对回收回催化剂的灰渣、飞灰进行固液分离处理，固液分离单元的过滤系统选择将较大颗粒的灰渣过滤出来，使较细的飞灰进入回收催化剂溶液中。
30.在催化剂回收系统5与煤浆制备单元1之间设置含固催化剂溶液泵9，以将回收的催化剂溶液粉浆输入煤浆制备单元1中，进行飞灰及回收催化剂的再利用，将回收的催化剂溶液及夹带飞灰与粉煤混合制备成水煤浆，能有效避免采用干粉返回系统将飞灰返回气化炉容易导致的设备堵塞和磨损的问题。当然，煤浆制备单元1也可设置新鲜催化剂补充口，用于通入新鲜补充的催化剂。
31.上述显然可以得出，本实施例中提供的煤气化系统，通过煤浆制备单元与第一净化分离单元和催化剂回收系统分别连通，以将粉煤与含尘废水、含固催化剂回收液混合制备成水煤浆，通过热解干燥单元与水煤浆制备单元连通，避免了现有技术中通过分离系统将飞灰分离后通过干粉返回系统返回气化炉导致的飞灰下落不畅、设备堵塞和磨损的问题；同时有利于获取高附加值焦油产品，再通过加压流化床气化炉与干燥热解单元连通，使热解半焦煤发生气化反应，产生富甲烷粗煤气，通过物料、热量的梯级利用，提高了工艺的技术经济性，同时实现了废水和催化剂的循环利用。
32.参见图2，上述实施例中，所述干燥热解单元2包括：壳体20和位于所述壳体20内、自下而上依次相连通的热介质缓冲段21、水煤浆缓冲段22、充分热解干燥段23和干燥半焦沉降段24；其中，所述壳体20位于水煤浆缓冲段22的侧壁上向下倾斜设置有若干水煤浆喷嘴25，用以使进入所述壳体20内的水煤浆相互对撞以充分分散后向下运动；所述壳体20位
于热介质缓冲段21的侧壁上沿轴向向上倾斜设置有若干组热介质喷嘴26，且每组中的各所述热介质喷嘴26沿所述壳体20的周向分布，用以使热介质与分散下落的水煤浆充分接触换热。
33.具体而言，热介质缓冲段21与所述热介质缓冲段21均为直筒状，二者之间通过第一变径段连通，并且，所述水煤浆缓冲段22的内径小于所述热介质缓冲段21的内径。也就是说，第一变径段自下而上呈缩口状。
34.壳体20位于水煤浆缓冲段22的侧壁上向下倾斜设置有若干水煤浆喷嘴25，例如可以沿壳体20周向均匀布置2
‑
4个水煤浆喷嘴25，水煤浆喷嘴25的具体倾斜角度根据水煤浆进入速度及水煤浆缓冲段22的内径尺寸确定。各水煤浆喷嘴25可以设置在水煤浆缓冲段22的中部。
35.本实施例中，水煤浆缓冲段22内径较细，便于经水煤浆喷嘴25进入的水煤浆在水煤浆缓冲段22的中心区域及水煤浆缓冲段22与第一变径段之间的中心区域对撞、均匀分散，向下运动，下行过程中与下部热介质进入缓冲段进入的热介质充分接触、换热，同时将较为干燥的煤粉颗粒带动上行，继续发生热解反应。
36.壳体20位于热介质缓冲段21的侧壁上沿轴向向上倾斜设置有若干组热介质喷嘴26，组热介质喷嘴26可以靠近热介质缓冲段21的中上部设置，每组热介质喷嘴26为多个，每组中的各个热介质喷嘴26沿壳体20周向分布。各组热介质喷嘴26沿壳体20的轴向可以等间距设置。也就是说，在壳体20位于热介质缓冲段21的侧壁上设置至少两层热介质喷嘴26。各组所述热介质喷嘴26与所述壳体20横截面的夹角自上而下逐渐减小，即越向下，热介质喷嘴26与壳体20水平截面的夹角越小，保证热介质逐渐经外侧喷入中心区域。
37.进一步的，各组所述热介质喷嘴26中，位于最上层的各所述热介质喷嘴26的喷射方向与对撞分散后处于最外侧的水煤浆的下落方向保持一致，用以使最外侧的水煤浆同热介质充分接触。也就是说，水煤浆对撞下落过程中处于最外侧的水煤浆下落轨迹与壳体20水平截面之间的夹角与位于最上层的各所述热介质喷嘴26与壳体20水平截面之间的夹角相等。
38.此外，充分热解干燥段23和干燥半焦沉降段24也为直筒状，充分热解干燥段23和干燥半焦沉降段24之间通过第二变径段连通，并且，所述充分热解干燥段23的内径小于所述干燥半焦沉降段24的内径。也就是说，第二变径段自下而上呈扩口状。
39.本实施例中，壳体20位于热介质缓冲段21的底部，及位于干燥半焦沉降段24的顶部均设置有封椭圆形封头。
40.上述实施例中，各所述水煤浆喷嘴25与各所述热介质喷嘴26在周向上错开设置。也就是说水煤浆喷嘴25与热介质喷嘴26不在同一周向角度上，例如可以在两个热介质进入喷嘴之间角度上设置一个水煤浆进入喷嘴。
41.上述各实施例中，所述水煤浆喷嘴25位于所述热介质喷嘴26上方0.2
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0.5m处，用以使水煤浆有足够的空间进行对撞、分散、下落后与热介质充分接触。喷入的水煤浆与下部高温热介质接触，首先发生干燥、水分蒸发，将煤浆中的水快速转化为水蒸气，蒸汽随热介质上行，湿煤粉转化为干燥粉煤颗粒，在热介质作用下充分流化、与热介质接触，发生热解挥发分析出反应。
42.上述各实施例中，还包括：气固分离单元10；其中，所述气固分离单元10的进口与
所述加压流化床气化炉3的第二出口连通，所述气固分离单元10的第一出口与所述催化剂回收系统5的第二进口连通，用以分离粗煤气中夹带的飞灰，并将含催化剂的飞灰输送至所述催化剂回收系统5中。
43.具体而言，气固分离单元10可以为多级旋风分离器。经加压流化床气化炉3第二出口排出的含尘粗煤气进入气固分离单元10中进行气固分离，将分离得到的含催化剂飞灰经催化剂回收系统5的第二进口进入催化剂回收系统5进行催化剂回收。
44.上述各实施例中，还包括：依次连通的多级换热系统11和第二净化分离单元12；其中，所述多级换热系统11的第一进口与所述气固分离单元10的第二出口连通，用以回收粗煤气中的显热；所述多级换热系统11的第一出口与所述催化剂回收系统5的第三进口连通，用以将酸水废水输送至所述催化剂回收系统5中；所述多级换热系统11的第二进口与所述第一净化分离单元4的第二出口连通，用以回收热解气中的热量；所述第二净化分离单元12的进口与所述多级换热系统11的第二出口连通，用以脱除回收热量后的粗煤气中的酸性气体。
45.具体而言，将气固分离单元10第二出口排出的高温粗煤气经多级换热系统11的第一进口输送至多级换热系统11进行热量回收，在多级换热系统11中联产不同品味的水蒸气，可用作气化炉气化剂或热解干燥单元热介质。
46.多级换热系统11产生的酸水、废水可依次经多级换热系统11的第一出口、催化剂回收系统5的第三进口进入催化剂回收系统5中进行催化剂的回收，或者，可以在多级换热系统11与煤浆制备单元1之间设置输送泵，将废水输送至煤浆制备单元1中进行水煤浆的制备，实现废水的再利用。
47.回收热量后的粗煤气从多级换热系统11的第二出口排出后经第二净化分离单元12的进口进入第二净化分离单元12，第二净化分离脱除粗煤气中以二氧化碳为主的酸性气体，得到富甲烷煤气，后续可进行深度甲烷化得到甲烷产品、或进行甲烷分离，分别得到甲烷和合成气，合成气后续可进行化学品合成。
48.多级换热系统11的第二进口还与第一净化分离单元4的第二出口连通，用以回收热解气中的热量，以与气固分离单元10第二出口排出的高温粗煤气进行换热，实现热量的充分利用。
49.综上，本实用新型提供的煤气化系统，将粉煤及含尘废水、含固催化剂回收液等制备成水煤浆，通入热解干燥单元，获取高附加值焦油产品，再使热解半焦煤发生气化反应，产生富甲烷粗煤气。通过物料、热量的梯级利用，提高了工艺的技术经济性，同时实现了净化分离系统中废水和酸水的循环利用。
50.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。