本發(fā)明涉及煤炭熱分解生產(chǎn)領(lǐng)域，具體是一種合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，我國煤炭工業(yè)取得了長足的發(fā)展，煤炭產(chǎn)量快速增長，但是煤炭利用效率偏低，大量富含揮發(fā)分的低階煤(如長焰煤、褐煤等)未經(jīng)分質(zhì)分級(jí)利用便直接燃燒或氣化，一定程度上造成了高附加值煤料資源的浪費(fèi)，往往由此還引發(fā)了一系列的生態(tài)和環(huán)境污染問題。因此，積極開展煤炭的清潔高效利用，是當(dāng)前煤化工領(lǐng)域一項(xiàng)重要的研究課題。
目前，關(guān)于煤炭熱分解生產(chǎn)裝置及工藝方法，大致可分成以下幾種類型：固定床、回轉(zhuǎn)爐、移動(dòng)床、流化床等，基本上為常壓或低壓操作，設(shè)備占地大，環(huán)境保護(hù)差。而且對(duì)原料煤性質(zhì)的依賴性較大，難以普遍推廣應(yīng)用。同時(shí)熱分解產(chǎn)生的粗煤氣中粉塵及焦油的分離存在一定的難度，至今還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置及方法，以解決現(xiàn)有煤物質(zhì)熱分解產(chǎn)品產(chǎn)率低及產(chǎn)物分離技術(shù)存在的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：包括粉煤料罐、反應(yīng)爐、旋風(fēng)分離器、粉焦罐、分級(jí)除塵器、廢熱鍋爐、汽包、鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻器、輕油吸收塔、溶劑油循環(huán)泵、氣液分離器、壓縮機(jī)、脫硫反應(yīng)器、轉(zhuǎn)化爐，其中：
所述粉煤料罐由從上至下依次排列的接收料罐、均壓料罐、進(jìn)料罐構(gòu)成，來自煤粉制備系統(tǒng)制備的粉煤從接收料罐頂部通入接收料罐內(nèi)，接收料罐底部有出料口，且接收料罐底部出料口通往均壓料罐，均壓料罐底部有出料口，且均壓料罐底部出料口通往進(jìn)料罐，進(jìn)料罐底部亦有出料口，所述接收料罐的出料口、均壓料罐的出料口上分別安裝有旋轉(zhuǎn)閥，進(jìn)料罐的出料口上設(shè)有三通的旋轉(zhuǎn)閥，該三通的旋轉(zhuǎn)閥其中一個(gè)閥口與進(jìn)料罐的出料口連通，所述均壓料罐側(cè)部設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴冢鶋毫瞎迋?cè)部的氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴诜謩e通過管路與外部氮?dú)庠催B接，進(jìn)料罐側(cè)部設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)口，且進(jìn)料罐側(cè)部氮?dú)膺M(jìn)口通過管路與外部氮?dú)庠催B接；
所述反應(yīng)爐頂部設(shè)有反應(yīng)爐進(jìn)口噴嘴，反應(yīng)爐底部設(shè)有反應(yīng)爐出口，所述進(jìn)料罐出料口上的旋轉(zhuǎn)閥第二個(gè)閥口通過管路與反應(yīng)爐的反應(yīng)爐進(jìn)口噴嘴連接，反應(yīng)爐的反應(yīng)爐出口通過管路與旋風(fēng)分離器的進(jìn)口連接；
所述旋風(fēng)分離器頂部、底部分別具有出口，所述粉焦罐頂部具有進(jìn)口、底部具有出口，旋風(fēng)分離器底部出口與所述粉焦罐頂部進(jìn)口連接，粉焦罐底部出口處設(shè)有三通的粉焦罐出口閥，該粉焦罐出口閥其中一個(gè)閥口與粉焦罐底部出口連通，該粉焦罐出口閥第二個(gè)閥口與外部壓縮氣源連接，該粉焦罐出口閥第三個(gè)閥口與外部粉焦輸送系統(tǒng)連接；
所述分級(jí)除塵器具有兩個(gè)并排串聯(lián)的腔體，每個(gè)腔體底部分別設(shè)有排渣口，其中一個(gè)腔體一側(cè)上部設(shè)有分級(jí)除塵器進(jìn)氣口，另一個(gè)腔體另一側(cè)上部設(shè)有分級(jí)除塵器出氣口，所述旋風(fēng)分離器頂部出口與分級(jí)除塵器的進(jìn)氣口連接，分級(jí)除塵器中每個(gè)排渣口處分別安裝有出口閥，且分級(jí)除塵器兩排渣口分別通過各自的出口閥與粉焦罐內(nèi)上部連通，分級(jí)除塵器的出氣口通過管路與廢熱鍋爐的進(jìn)氣口連通；
所述廢熱鍋爐底部具有焦油出口，廢熱鍋爐側(cè)部具有蒸汽出口、出氣口及進(jìn)水口，廢熱鍋爐底部的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接，所述汽包具有鍋爐循環(huán)水汽口、蒸汽出口、進(jìn)水口、出水口，汽包的鍋爐循環(huán)水汽口與廢熱鍋爐的蒸汽出口連接，汽包的蒸汽出口通過管路向外部輸出蒸汽，汽包的出水口與廢熱鍋爐的進(jìn)水口接；
所述鍋爐給水預(yù)熱器一側(cè)從上至下依次設(shè)有鍋爐給水進(jìn)口、鍋爐給水出口、粗煤氣進(jìn)口，鍋爐給水預(yù)熱器另一側(cè)設(shè)有粗煤氣出口，鍋爐給水預(yù)熱器底部具有焦油出口，鍋爐給水預(yù)熱器的鍋爐給水進(jìn)口通過管路與外部水源連接，鍋爐給水預(yù)熱器鍋爐給水出口通過管路與汽包的進(jìn)水口連接，鍋爐給水預(yù)熱器的粗煤氣進(jìn)口通過管路與廢熱鍋爐的出氣口連接，鍋爐給水預(yù)熱器的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接；
所述冷卻器一側(cè)具有進(jìn)氣口，冷卻器另一側(cè)設(shè)有循環(huán)冷卻水進(jìn)、出口，冷卻器頂部設(shè)有出氣口，冷卻器底部設(shè)有焦油出口，冷卻器的進(jìn)氣口通過管路與鍋爐給水預(yù)熱器的粗煤氣出口連接，冷卻器的循環(huán)水進(jìn)、出口分別通過管路與外部冷卻水源連接，冷卻器的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接；
所述輕油吸收塔內(nèi)被塔板分為上、下兩段，輕油吸收塔上段一側(cè)設(shè)有煤氣出口，輕油吸收塔下段一側(cè)設(shè)有煤氣進(jìn)口，輕油吸收塔頂部設(shè)有上部噴頭，輕油吸收塔內(nèi)塔板上設(shè)有通往輕油吸收塔內(nèi)下段的中部噴頭，輕油吸收塔底部設(shè)有輕油出口，輕油吸收塔的煤氣進(jìn)口通過管路與冷卻器的出氣口連接，輕油吸收塔頂部上部噴頭通過管路與外部溶劑油源連接，輕油吸收塔底部輕油出口通過管路與所述溶劑油循環(huán)泵的進(jìn)口連接，溶劑油循環(huán)泵的出口通過管路與輕油吸收塔塔板上的中部噴頭連接；
所述氣液分離器內(nèi)水平設(shè)有金屬濾網(wǎng)，氣液分離器頂部具有煤氣出口，金屬絲網(wǎng)下方的氣液分離器一側(cè)設(shè)有煤氣進(jìn)口，氣液分離器底部設(shè)有輕油出口，氣液分離器的煤氣進(jìn)口通過管路與輕油吸收塔的煤氣出口連接，氣液分離器的煤氣出口通過管路與所述壓縮機(jī)的進(jìn)口連接，氣液分離器的輕油出口通過管路向外輸出輕油；
所述轉(zhuǎn)化爐內(nèi)設(shè)有含鎳催化劑，頂部設(shè)有燒嘴，轉(zhuǎn)化爐一側(cè)上部設(shè)有蒸汽進(jìn)口，轉(zhuǎn)化爐一側(cè)下部設(shè)有出口，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)位于催化劑下方還設(shè)有盤管，所述壓縮機(jī)的出口通過管路與轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的盤管一端連接，轉(zhuǎn)化爐的燒嘴通過管路與外部氧氣源連接，轉(zhuǎn)化爐的蒸汽進(jìn)口通過管路與外部蒸汽源連接，轉(zhuǎn)化爐的出口通過管路與進(jìn)料罐出料口上的旋轉(zhuǎn)閥第三個(gè)閥口連接；
所述脫硫反應(yīng)器內(nèi)具有上、下兩段不同的催化劑，脫硫反應(yīng)器頂部具有出氣口，脫硫反應(yīng)器一側(cè)下部具有進(jìn)氣口，所述轉(zhuǎn)化爐內(nèi)盤管的另一端與脫硫反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接，脫硫反應(yīng)器的出氣口通過管路向外輸出凈煤氣，脫硫反應(yīng)器的出氣口還通過管路與轉(zhuǎn)化爐的燒嘴連接。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：均壓料罐氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴诘墓苈飞戏謩e設(shè)有氮?dú)夤艿篱y門，進(jìn)料罐氮?dú)膺M(jìn)口的管路上亦設(shè)有氮?dú)夤艿篱y門。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：所述反應(yīng)爐殼體為合金鋼材料，反應(yīng)爐爐壁采用耐火襯里。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：所述旋風(fēng)分離器和分級(jí)除塵器的殼體均為合金鋼材料，內(nèi)部均采用耐火襯里；分級(jí)除塵器具有兩個(gè)并排串聯(lián)的腔體，兩個(gè)腔體內(nèi)分別設(shè)置圓球形合金填料，且兩腔體內(nèi)的圓球形合金填料粒徑不同。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：所述輕油吸收塔內(nèi)部被塔板分成上、下兩段，塔板采用輕型浮閥塔，液態(tài)傳質(zhì)在塔板液層上方進(jìn)行，依靠氣體高速流動(dòng)將塔板上部液體噴射成大量的粉碎性液滴，氣液兩相分別以液體為分散相、氣體為連續(xù)相狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：脫硫反應(yīng)器殼體為合金鋼材料，脫硫反應(yīng)器內(nèi)有上、下兩段催化劑，其中下段的催化劑為含鉬加氫催化劑，上段的催化劑為含鋅脫硫反應(yīng)劑。
所述的合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，其特征在于：轉(zhuǎn)化爐殼體為合金鋼材料，采用耐火襯里，頂部中設(shè)置有環(huán)繞中心腔的外環(huán)隙。
一種合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離方法，其特征在于：首先將來自煤粉制備系統(tǒng)的合格粉煤物料通過氣體輸送系統(tǒng)送入接收料罐，等接收料罐完成進(jìn)料后，再打開接收料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，通過輸煤管道將粉煤送入均壓料罐，均壓料罐完成進(jìn)料后，關(guān)閉接收料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，打開均壓料罐側(cè)部的氮?dú)夤艿篱y門，使均壓料罐壓力達(dá)到2.5MPa，再打開均壓料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，使得煤物料進(jìn)入進(jìn)料罐，均壓料罐完成出料后，關(guān)閉其底部旋轉(zhuǎn)閥，再打開均壓料罐側(cè)部氮?dú)庑狗趴诘牡獨(dú)夤艿篱y門，使均壓料罐返回常壓狀態(tài)，再重新從接收料罐接收粉煤原料；
進(jìn)料罐維持一定的料位，其下部的旋轉(zhuǎn)閥處于常開狀態(tài)，在連續(xù)放料過程中，被從轉(zhuǎn)化爐出來的壓力為2.6MPa、溫度為1200℃的合成氣通過密相氣體輸送到反應(yīng)爐頂部的噴嘴，通過噴嘴高速噴入反應(yīng)爐內(nèi)，高溫合成氣和粉煤經(jīng)噴嘴噴射后，在反應(yīng)爐中自上而下快速混合并發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng)，生成粗煤氣和粉焦，溫度降至600℃；反應(yīng)產(chǎn)物粗煤氣和粉焦通過反應(yīng)爐出料口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中完成氣固相的初步分離，粗煤氣中的大顆粒焦粉通過旋風(fēng)分離器的出口進(jìn)入粉焦罐中；氣相則由旋風(fēng)分離器的上部出口進(jìn)入分級(jí)除塵器中，在通過兩種不同粒徑的金屬球縫隙時(shí)，依次除去粗煤氣中的細(xì)焦粉和微粒焦粉；細(xì)焦粉和微粒焦粉經(jīng)過氮?dú)夥创岛螅俜謩e打開分級(jí)除塵器兩排渣口的出口閥，通過氣體輸送管道進(jìn)入粉焦罐中儲(chǔ)存，定期輸送至粉焦冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步處理；
經(jīng)旋風(fēng)分離器和分級(jí)除塵器依次除去不同粒徑粉焦的粗煤氣，進(jìn)入廢熱鍋爐的換熱管中，通過與鍋爐給水熱交換回收余熱，循環(huán)鍋爐給水被加熱后返回汽包產(chǎn)生中壓飽和蒸汽；經(jīng)廢熱鍋爐回收余熱后粗煤氣溫度降至150～200℃后，再進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器中進(jìn)一步回收余熱；出鍋爐給水預(yù)熱器的粗煤氣溫度降至80～100℃，再進(jìn)入冷卻器，通過循環(huán)水冷卻至30℃；粗煤氣在廢熱鍋爐、鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻器中冷卻過程中冷凝下來的焦油統(tǒng)一回收后作為產(chǎn)品外送；
經(jīng)冷卻至30℃后的粗煤氣進(jìn)入輕油吸收塔的下部，在輕油吸收塔中向上運(yùn)行的過程中依次通過塔盤空隙，與中部噴頭和上部噴頭噴灑的溶劑油逆向接觸混合，液態(tài)傳質(zhì)在塔板液層上方進(jìn)行，依靠氣體高速流動(dòng)將塔板上部液體噴射成大量的粉碎性液滴，氣液兩相分別以液體為分散相、氣體為連續(xù)相狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)；在氣液兩相混合過程中，粗煤氣被溶劑油洗去粗煤氣中的輕油；洗去輕油后的煤氣從輕油吸收塔上部側(cè)線輸出，進(jìn)入氣液分離器分離出氣相中的冷凝液；輕油吸收塔底設(shè)置溶劑油循環(huán)泵，通過溶劑油循環(huán)泵將吸收輕油的不飽和富液返回輕油吸收塔的中部噴頭中，繼續(xù)循環(huán)吸收粗煤氣中的輕油，多余的吸收輕油富液通過支線管道輸出；
經(jīng)吸收輕油的煤氣在氣液分離器分離出氣相中的冷凝液后，進(jìn)入壓縮機(jī)中，加壓至3.5MPa后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐下部高溫區(qū)中預(yù)熱至200℃，再進(jìn)入脫硫反應(yīng)器下端，首先在脫硫反應(yīng)器內(nèi)下段含鉬加氫催化劑作用下將煤氣中有機(jī)硫全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫H2S，再通過上段含鋅脫硫反應(yīng)劑將煤氣中的H2S脫除至0.1ppm體積比；脫除H2S后的凈煤氣一分為二，一部分凈煤氣作為產(chǎn)品輸送至界外，另一部分凈煤氣通過燒嘴的環(huán)形空隙進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐中，與從燒嘴中心孔進(jìn)入的氧氣一起噴射進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐；轉(zhuǎn)化爐上部還設(shè)置中壓蒸汽進(jìn)口；凈化氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐后，首先接受來自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體的輻射熱，以及回流區(qū)對(duì)流傳熱的熱量；凈煤氣的可燃組分在轉(zhuǎn)化爐中首先在高溫、氧氣存在下迅速完全燃燒，放出大量熱；隨后凈化氣在含鎳催化劑以及高溫區(qū)作用下，與來自界外的中壓蒸汽進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成合成氣，合成氣的主要成分為H2和CO；高溫合成氣從轉(zhuǎn)化爐出口出來后，輸送來自進(jìn)料罐下落的粉煤，一起進(jìn)入反應(yīng)爐4頂部的噴嘴，在反應(yīng)爐內(nèi)快速熱解反應(yīng)生成粗煤氣和粉焦，含焦粉的粗煤氣先后除去粉塵、油品，并脫硫后一部分作為產(chǎn)品氣外送，另一部分再作為原料氣循環(huán)至系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。
本發(fā)明通過優(yōu)化工藝配置，采用合成氣和粉煤混合快速熱解并對(duì)氣液固產(chǎn)物三相進(jìn)行分級(jí)分離的工藝裝置及生產(chǎn)方法，既提高了相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)率，有效降低生產(chǎn)成本，又實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益。
相對(duì)于傳統(tǒng)煤分解及氣化工藝，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)通過合成氣和粉煤混合加壓反應(yīng)，可以有效提高油品及煤氣的產(chǎn)率，降低對(duì)原料煤種的過度依賴性；
2)通過設(shè)置兩級(jí)高溫除塵及氣相激冷和油分離工藝，可以有效降低油品中的粉塵含量，同時(shí)大幅度回收粗煤氣中的油品；
3)通過采用溶劑油洗滌粗煤器中輕油的生產(chǎn)工藝，可以大幅度輕油的回收率。
4)采用凈煤氣轉(zhuǎn)化爐和熱解反應(yīng)爐相結(jié)合的工藝流程和生產(chǎn)裝置，可以獲得更加廣泛的應(yīng)用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離裝置，包括粉煤料罐、反應(yīng)爐4、旋風(fēng)分離器6、粉焦罐7、分級(jí)除塵器9、廢熱鍋爐11、汽包12、鍋爐給水預(yù)熱器13、冷卻器14、輕油吸收塔15、溶劑油循環(huán)泵17、氣液分離器18、壓縮機(jī)20、脫硫反應(yīng)器21、轉(zhuǎn)化爐23，其中：
粉煤料罐由從上至下依次排列的接收料罐1-1、均壓料罐1-2、進(jìn)料罐1-3構(gòu)成，來自煤粉制備系統(tǒng)制備的粉煤從接收料罐1-1頂部通入接收料罐1-1內(nèi)，接收料罐1-1底部有出料口，且接收料罐1-1底部出料口通往均壓料罐1-2，均壓料罐1-2底部有出料口，且均壓料罐1-2底部出料口通往進(jìn)料罐1-3，進(jìn)料罐1-3底部亦有出料口，接收料罐1-1的出料口、均壓料罐1-2的出料口上分別安裝有旋轉(zhuǎn)閥2-1、2-2，進(jìn)料罐1-3的出料口上設(shè)有三通的旋轉(zhuǎn)閥2-3，該三通的旋轉(zhuǎn)閥2-3其中一個(gè)閥口與進(jìn)料罐1-3的出料口連通，均壓料罐1-2側(cè)部設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴?，均壓料?-2側(cè)部的氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴诜謩e通過管路與外部氮?dú)庠催B接，進(jìn)料罐1-3側(cè)部設(shè)有氮?dú)膺M(jìn)口，且進(jìn)料罐1-3側(cè)部氮?dú)膺M(jìn)口通過管路與外部氮?dú)庠催B接；
反應(yīng)爐4頂部設(shè)有反應(yīng)爐進(jìn)口噴嘴5-1，反應(yīng)爐底部設(shè)有反應(yīng)爐出口5-2，進(jìn)料罐1-3出料口上的旋轉(zhuǎn)閥2-3第二個(gè)閥口通過管路與反應(yīng)爐4的反應(yīng)爐進(jìn)口5-1噴嘴連接，反應(yīng)爐4的反應(yīng)爐出口5-2通過管路與旋風(fēng)分離器6的進(jìn)口連接；
所述旋風(fēng)分離器6頂部、底部分別具有出口，粉焦罐7頂部具有進(jìn)口、底部具有出口，旋風(fēng)分離器6底部出口與粉焦罐7頂部進(jìn)口連接，粉焦罐7底部出口處設(shè)有三通的粉焦罐出口閥8，該粉焦罐出口閥8其中一個(gè)閥口與粉焦罐7底部出口連通，該粉焦罐出口閥8第二個(gè)閥口與外部壓縮氣源連接，該粉焦罐出口閥8第三個(gè)閥口與外部粉焦輸送系統(tǒng)連接；
分級(jí)除塵器9具有兩個(gè)并排串聯(lián)的腔體，每個(gè)腔體底部分別設(shè)有排渣口，其中一個(gè)腔體一側(cè)上部設(shè)有分級(jí)除塵器進(jìn)氣口，另一個(gè)腔體另一側(cè)上部設(shè)有分級(jí)除塵器出氣口，旋風(fēng)分離器6頂部出口與分級(jí)除塵器9的進(jìn)氣口連接，分級(jí)除塵器9中每個(gè)排渣口處分別安裝有出口閥，且分級(jí)除塵器9兩排渣口分別通過各自的出口閥10-1、10-2與粉焦罐7內(nèi)上部連通，分級(jí)除塵器9的出氣口通過管路與廢熱鍋爐11的進(jìn)氣口連通；
廢熱鍋爐11底部具有焦油出口，廢熱鍋爐11側(cè)部具有蒸汽出口、出氣口及進(jìn)水口，廢熱鍋爐11底部的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接，汽包12具有鍋爐循環(huán)水汽口、蒸汽出口、進(jìn)水口、出水口，汽包12的鍋爐循環(huán)水汽口與廢熱鍋爐11的蒸汽出口連接，汽包12的蒸汽出口通過管路向外部輸出蒸汽，汽包12的出水口與廢熱鍋爐11的進(jìn)水口接；
鍋爐給水預(yù)熱器13一側(cè)從上至下依次設(shè)有鍋爐給水進(jìn)口、鍋爐給水出口、粗煤氣進(jìn)口，鍋爐給水預(yù)熱器13另一側(cè)設(shè)有粗煤氣出口，鍋爐給水預(yù)熱器13底部具有焦油出口，鍋爐給水預(yù)熱器13的鍋爐給水進(jìn)口通過管路與外部水源連接，鍋爐給水預(yù)熱器13鍋爐給水出口通過管路與汽包12的進(jìn)水口連接，鍋爐給水預(yù)熱器13的粗煤氣進(jìn)口通過管路與廢熱鍋爐11的出氣口連接，鍋爐給水預(yù)熱器13的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接；
冷卻器14一側(cè)具有進(jìn)氣口，冷卻器14另一側(cè)設(shè)有循環(huán)冷卻水進(jìn)、出口，冷卻器14頂部設(shè)有出氣口，冷卻器14底部設(shè)有焦油出口，冷卻器14的進(jìn)氣口通過管路與鍋爐給水預(yù)熱器13的粗煤氣出口連接，冷卻器14的循環(huán)水進(jìn)、出口分別通過管路與外部冷卻水源連接，冷卻器14的焦油出口通過管路與外部焦油設(shè)備連接；
輕油吸收塔15內(nèi)被塔板分為上、下兩段，輕油吸收塔15上段一側(cè)設(shè)有煤氣出口，輕油吸收塔15下段一側(cè)設(shè)有煤氣進(jìn)口，輕油吸收塔15頂部設(shè)有上部噴頭16-1，輕油吸收塔15內(nèi)塔板上設(shè)有通往輕油吸收塔內(nèi)下段的中部噴頭16-2，輕油吸收塔15底部設(shè)有輕油出口，輕油吸收塔15的煤氣進(jìn)口通過管路與冷卻器14的出氣口連接，輕油吸收塔15頂部上部噴頭16-1通過管路與外部溶劑油源連接，輕油吸收塔15底部輕油出口通過管路與溶劑油循環(huán)泵17的進(jìn)口連接，溶劑油循環(huán)泵17的出口通過管路與輕油吸收塔塔板上的中部噴頭16-2連接；
氣液分離器18內(nèi)水平設(shè)有金屬濾網(wǎng)19，氣液分離器18頂部具有煤氣出口，金屬絲網(wǎng)19下方的氣液分離器一側(cè)設(shè)有煤氣進(jìn)口，氣液分離器18底部設(shè)有輕油出口，氣液分離器18的煤氣進(jìn)口通過管路與輕油吸收塔15的煤氣出口連接，氣液分離器18的煤氣出口通過管路與壓縮機(jī)20的進(jìn)口連接，氣液分離器18的輕油出口通過管路向外輸出輕油；
轉(zhuǎn)化爐23內(nèi)設(shè)有含鎳催化劑26，頂部設(shè)有燒嘴24，轉(zhuǎn)化爐23一側(cè)上部設(shè)有蒸汽進(jìn)口，轉(zhuǎn)化爐23一側(cè)下部設(shè)有出口25，轉(zhuǎn)化爐23內(nèi)位于催化劑26下方還設(shè)有盤管，壓縮機(jī)20的出口通過管路與轉(zhuǎn)化爐23內(nèi)的盤管一端連接，轉(zhuǎn)化爐23的燒嘴26通過管路與外部氧氣源連接，轉(zhuǎn)化爐23的蒸汽進(jìn)口通過管路與外部蒸汽源連接，轉(zhuǎn)化爐23的出口通過管路與進(jìn)料罐1-3出料口上的旋轉(zhuǎn)閥2-3的第三個(gè)閥口連接；
脫硫反應(yīng)器21內(nèi)具有上、下兩段不同的催化劑22，脫硫反應(yīng)器21頂部具有出氣口，脫硫反應(yīng)器21一側(cè)下部具有進(jìn)氣口，轉(zhuǎn)化爐23內(nèi)盤管的另一端與脫硫反應(yīng)器21的進(jìn)氣口連接，脫硫反應(yīng)器21的出氣口通過管路向外輸出凈煤氣，脫硫反應(yīng)器21的出氣口還通過管路與轉(zhuǎn)化爐23的燒嘴24連接。
均壓料罐1-2氮?dú)膺M(jìn)口、氮?dú)庑狗趴诘墓苈飞戏謩e設(shè)有氮?dú)夤艿篱y門3-1、3-2，進(jìn)料罐1-3氮?dú)膺M(jìn)口的管路上亦設(shè)有氮?dú)夤艿篱y門3-3。
反應(yīng)爐4殼體為合金鋼材料，反應(yīng)爐4爐壁采用耐火襯里。
旋風(fēng)分離器6和分級(jí)除塵器9的殼體均為合金鋼材料，內(nèi)部均采用耐火襯里；分級(jí)除塵器9具有兩個(gè)并排串聯(lián)的腔體，兩個(gè)腔體內(nèi)分別設(shè)置圓球形合金填料，且兩腔體內(nèi)的圓球形合金填料粒徑不同。
輕油吸收塔15內(nèi)部被塔板分成上、下兩段，塔板采用輕型浮閥塔，液態(tài)傳質(zhì)在塔板液層上方進(jìn)行，依靠氣體高速流動(dòng)將塔板上部液體噴射成大量的粉碎性液滴，氣液兩相分別以液體為分散相、氣體為連續(xù)相狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)。
脫硫反應(yīng)器21殼體為合金鋼材料，脫硫反應(yīng)器21內(nèi)有上、下兩段催化劑，其中下段的催化劑為含鉬加氫催化劑，上段的催化劑為含鋅脫硫反應(yīng)劑。
轉(zhuǎn)化爐23殼體為合金鋼材料，采用耐火襯里，頂部中設(shè)置有環(huán)繞中心腔的外環(huán)隙。
一種合成氣與煤混合反應(yīng)及產(chǎn)物氣固液分級(jí)分離方法，首先將來自煤粉制備系統(tǒng)的合格粉煤物料通過氣體輸送系統(tǒng)送入接收料罐，等接收料罐完成進(jìn)料后，再打開接收料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，通過輸煤管道將粉煤送入均壓料罐，均壓料罐完成進(jìn)料后，關(guān)閉接收料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，打開均壓料罐側(cè)部的氮?dú)夤艿篱y門，使均壓料罐壓力達(dá)到2.5MPa，再打開均壓料罐下部旋轉(zhuǎn)閥，使得煤物料進(jìn)入進(jìn)料罐，均壓料罐完成出料后，關(guān)閉其底部旋轉(zhuǎn)閥，再打開均壓料罐側(cè)部氮?dú)庑狗趴诘牡獨(dú)夤艿篱y門，使均壓料罐返回常壓狀態(tài)，再重新從接收料罐接收粉煤原料；
進(jìn)料罐維持一定的料位，其下部的旋轉(zhuǎn)閥處于常開狀態(tài)，在連續(xù)放料過程中，被從轉(zhuǎn)化爐出來的壓力為2.6MPa、溫度為1200℃的合成氣通過密相氣體輸送到反應(yīng)爐頂部的噴嘴，通過噴嘴高速噴入反應(yīng)爐內(nèi)，高溫合成氣和粉煤經(jīng)噴嘴噴射后，在反應(yīng)爐中自上而下快速混合并發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng)，生成粗煤氣和粉焦，溫度降至600℃；反應(yīng)產(chǎn)物粗煤氣和粉焦通過反應(yīng)爐出料口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中完成氣固相的初步分離，粗煤氣中的大顆粒焦粉通過旋風(fēng)分離器的出口進(jìn)入粉焦罐中；氣相則由旋風(fēng)分離器的上部出口進(jìn)入分級(jí)除塵器中，在通過兩種不同粒徑的金屬球縫隙時(shí)，依次除去粗煤氣中的細(xì)焦粉和微粒焦粉；細(xì)焦粉和微粒焦粉經(jīng)過氮?dú)夥创岛?，再分別打開分級(jí)除塵器兩排渣口的出口閥，通過氣體輸送管道進(jìn)入粉焦罐中儲(chǔ)存，定期輸送至粉焦冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步處理；
經(jīng)旋風(fēng)分離器和分級(jí)除塵器依次除去不同粒徑粉焦的粗煤氣，進(jìn)入廢熱鍋爐的換熱管中，通過與鍋爐給水熱交換回收余熱，循環(huán)鍋爐給水被加熱后返回汽包產(chǎn)生中壓飽和蒸汽；經(jīng)廢熱鍋爐回收余熱后粗煤氣溫度降至150～200℃后，再進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器中進(jìn)一步回收余熱；出鍋爐給水預(yù)熱器的粗煤氣溫度降至80～100℃，再進(jìn)入冷卻器，通過循環(huán)水冷卻至30℃；粗煤氣在廢熱鍋爐、鍋爐給水預(yù)熱器、冷卻器中冷卻過程中冷凝下來的焦油統(tǒng)一回收后作為產(chǎn)品外送；
經(jīng)冷卻至30℃后的粗煤氣進(jìn)入輕油吸收塔的下部，在輕油吸收塔中向上運(yùn)行的過程中依次通過塔盤空隙，與中部噴頭和上部噴頭噴灑的溶劑油逆向接觸混合，液態(tài)傳質(zhì)在塔板液層上方進(jìn)行，依靠氣體高速流動(dòng)將塔板上部液體噴射成大量的粉碎性液滴，氣液兩相分別以液體為分散相、氣體為連續(xù)相狀態(tài)完成氣液傳質(zhì)；在氣液兩相混合過程中，粗煤氣被溶劑油洗去粗煤氣中的輕油；洗去輕油后的煤氣從輕油吸收塔上部側(cè)線輸出，進(jìn)入氣液分離器分離出氣相中的冷凝液；輕油吸收塔底設(shè)置溶劑油循環(huán)泵，通過溶劑油循環(huán)泵將吸收輕油的不飽和富液返回輕油吸收塔的中部噴頭中，繼續(xù)循環(huán)吸收粗煤氣中的輕油，多余的吸收輕油富液通過支線管道輸出；
經(jīng)吸收輕油的煤氣在氣液分離器分離出氣相中的冷凝液后，進(jìn)入壓縮機(jī)中，加壓至3.5MPa后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐下部高溫區(qū)中預(yù)熱至200℃，再進(jìn)入脫硫反應(yīng)器下端，首先在脫硫反應(yīng)器內(nèi)下段含鉬加氫催化劑作用下將煤氣中有機(jī)硫全部轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫H2S，再通過上段含鋅脫硫反應(yīng)劑將煤氣中的H2S脫除至0.1ppm體積比；脫除H2S后的凈煤氣一分為二，一部分凈煤氣作為產(chǎn)品輸送至界外，另一部分凈煤氣通過燒嘴的環(huán)形空隙進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐中，與從燒嘴中心孔進(jìn)入的氧氣一起噴射進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐；轉(zhuǎn)化爐上部還設(shè)置中壓蒸汽進(jìn)口；凈化氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐后，首先接受來自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體的輻射熱，以及回流區(qū)對(duì)流傳熱的熱量；凈煤氣的可燃組分在轉(zhuǎn)化爐中首先在高溫、氧氣存在下迅速完全燃燒，放出大量熱；隨后凈化氣在含鎳催化劑以及高溫區(qū)作用下，與來自界外的中壓蒸汽進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成合成氣，合成氣的主要成分為H2和CO；高溫合成氣從轉(zhuǎn)化爐出口出來后，輸送來自進(jìn)料罐下落的粉煤，一起進(jìn)入反應(yīng)爐4頂部的噴嘴，在反應(yīng)爐內(nèi)快速熱解反應(yīng)生成粗煤氣和粉焦，含焦粉的粗煤氣先后除去粉塵、油品，并脫硫后一部分作為產(chǎn)品氣外送，另一部分再作為原料氣循環(huán)至系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。
具體實(shí)施例：
本實(shí)例采用鄂爾多斯某礦區(qū)煤為原料，實(shí)施規(guī)模：10t/h。煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)如表1所示：
表1鄂爾多斯某礦區(qū)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)表
將原煤破碎為粒度小于0.1mm的煤粉，經(jīng)輸送系統(tǒng)從接收倉開始，經(jīng)過均壓罐、進(jìn)料罐，通過帶壓高溫(2.8MPa，1200℃)合成氣氣體輸送進(jìn)入反應(yīng)爐噴嘴。在反應(yīng)爐進(jìn)行熱分解反應(yīng)生成粗煤氣、混合油品和半焦，反應(yīng)混合物從反應(yīng)爐的下部噴嘴通過排出，依次進(jìn)入旋風(fēng)除塵器、分級(jí)除塵器，在高溫(2.5MPa，600℃)狀態(tài)下，分步除去高溫氣相中的不同粒徑的粉焦，分離出的高溫半焦全部進(jìn)入粉焦罐，通過氣體輸送至冷卻系統(tǒng)。
通過分級(jí)除去粉焦的粗煤氣，再進(jìn)入廢熱鍋爐回收余熱生產(chǎn)中壓蒸汽；出廢熱鍋爐的粗煤氣溫度200℃再進(jìn)入鍋爐預(yù)熱器，進(jìn)一步回收其中的余熱后溫度降至80℃，再進(jìn)入冷卻器通過循環(huán)水冷卻至30℃后進(jìn)入輕油吸收塔，在輕油吸收塔通過溶劑油洗滌粗煤氣中的輕油。除去輕油的煤氣再進(jìn)入氣液分離器，除去其中的液相輕油，再通過壓縮機(jī)增壓至3.0MPa后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐輻射區(qū)中預(yù)熱至250℃，在進(jìn)入脫硫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下，首先利用煤氣中氫氣將煤氣中的有機(jī)硫全部轉(zhuǎn)化為H2S，在通過干式脫硫劑將煤氣中的H2S脫除至0.1ppm(體積比)。
脫除H2S后的凈煤氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐上部的環(huán)形燒嘴中，與氧氣一同進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐中，轉(zhuǎn)化爐上端設(shè)置蒸汽入口，通入中壓飽和蒸汽。轉(zhuǎn)化爐中凈煤氣、氧氣和中壓飽和蒸汽自上而下依次發(fā)生燃燒反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)，最終生成1200℃高溫合成氣(主要成分為H2和CO)。出轉(zhuǎn)化爐的高溫高壓合成氣輸送粉煤，快速進(jìn)入反應(yīng)爐的頂部噴嘴，在噴射過程發(fā)生熱分解反應(yīng)，生產(chǎn)進(jìn)行熱解反應(yīng)生成含有粉焦的粗煤氣，粗煤氣通過分級(jí)除去其中的粉塵、油品，并脫硫后一部分作為產(chǎn)品氣外送，另一部分再作為原料氣循環(huán)至系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。
經(jīng)測(cè)算，相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)率如下：凈煤氣產(chǎn)率：820Nm3/t(干煤)；油品產(chǎn)率：340kg/t(干煤)；半焦產(chǎn)率如下：450kg/t(干煤)。