本發(fā)明涉及含碳原料的高效清潔轉(zhuǎn)化利用、煤制天然氣技術領域，具體涉及一種由生物質(zhì)、低階煤炭、石油焦、油頁巖中的一種或者兩種以上根據(jù)反應物料的碳氫元素平衡按特定比例混合而成的混合含碳物料同步制取富甲烷合成氣與輕質(zhì)煤焦油的裝置及方法。
背景技術：
煤炭燃燒，尤其是劣質(zhì)煤的散燒，是造成我國目前燃煤型大氣污染的主要原因，也是霧霾中硫酸鹽、硝酸鹽、pm2.5等污染物的重要來源之一。在我國目前的煤炭消費結(jié)構(gòu)中，約20％用于工業(yè)鍋爐和生活散燒。散煤消費的主體是小型水泥廠、玻璃廠、鋼廠與居民家庭取暖，這些散煤消費基本都未安裝除塵、脫硫、脫硝裝置。解決我國目前的煤炭消費所引起的霧霾污染問題，除了依靠科技創(chuàng)新大力推進煤炭的高效轉(zhuǎn)化與清潔利用，加大散煤清潔化治理力度以外，還應減少煤炭分散直接燃燒，采用成熟的工業(yè)脫硫、脫硝、除塵技術，進行煤炭的集中燃燒和轉(zhuǎn)化。煤制天然氣即屬于煤炭集中高效轉(zhuǎn)化的路徑之一，也是實現(xiàn)煤炭燃料原料化與工業(yè)鍋爐煤改氣的重要技術支撐，其生產(chǎn)過程能效高于煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等過程。煤制天然氣是以煤為原料，采用氣化、凈化和甲烷化技術制取合成天然氣的過程，為占據(jù)我國能源生產(chǎn)和消費主體的煤炭的低碳化、清潔化利用提供了一條有效途徑；通過向目標市場供應清潔的天然氣，把項目所在地的煤炭大規(guī)模集約化利用，將煤中的諸如硫、氮等造成大氣污染的主要物質(zhì)捕集并轉(zhuǎn)化為硫磺、氨水等產(chǎn)品，實現(xiàn)資源化利用。煤制天然氣在一定程度上可緩解“霧霾圍城”的大氣污染問題，對保障國家能源安全、增加天然氣替代、實現(xiàn)煤炭高效清潔利用、降低環(huán)境污染具有重要意義。
據(jù)國家發(fā)改委最新數(shù)據(jù)顯示，2016年我國全年天然氣產(chǎn)量約為1371億立方米，同比增長1.5％；天然氣進口量720億立方米,增長17.4％；天然氣消費量2090億立方米,增長6.6％。天然氣對外依存度高達34.44％，截止目前，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術已比較成熟，世界上有多套煤制氣工業(yè)化生產(chǎn)裝置在穩(wěn)定運行。因此發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)是有效補充我國石油、天然氣資源不足、保障國家能源安全的重要途徑，將有利于緩解我國天然氣供需矛盾，促進社會經(jīng)濟的均衡發(fā)展。
常規(guī)煤制氣流程的第一步與煤制甲醇和煤制合成氨流程相同，都是先進行煤氣化生產(chǎn)合成氣，然后進行凈化處理。不同的是，煤制氣流程希望凈化氣中甲烷含量越高越好，這樣既可減少第二步甲烷化裝置的運行負荷與也便于控制合成氣甲烷化的裝置規(guī)模與投資成本，煤制甲醇與合成氨則要求凈化氣中甲烷越低越好。而煤制氣前端氣化工藝的選擇對項目整體的投資強度、運行成本等經(jīng)濟性具有重要影響。截止目前，煤制天然氣所采用的氣化工藝大多為碎煤加壓氣化技術，因為與碎煤加壓氣化技術相比，常規(guī)的粉煤氣化工藝、水煤漿氣化工藝因其所產(chǎn)生的合成氣中甲烷含量過低，將其作為煤制天然氣的氣化工藝并無明顯優(yōu)勢。典型的碎煤加壓氣化為lurgi碎煤加壓氣化技術、bgl碎煤熔渣氣化技術，lurgi碎煤加壓氣化技術生成的粗煤氣中甲烷含量最高(7vol％～12.5vol％)，bgl碎煤熔渣氣化技術的粗煤氣甲烷含量次之(6.2vol％)。然而lurgi氣化技術、bgl氣化技術所適用的都是5～50mm的塊煤，而基于目前的機采工藝，直接作為上述兩種氣化工藝的原料煤占比不足30％，煤炭機采過程中所產(chǎn)生的大量粉煤資源無法利用。因此現(xiàn)有的煤制天然氣氣化工藝存在配煤問題的短板。此外，這兩種工藝所產(chǎn)合成氣中co體積分數(shù)為25vol％～56vol％，h2體積分數(shù)為20vol％～35vol％，h2/co比僅為0.6～0.8，而現(xiàn)有的合成氣甲烷化反應均要求原料氣中h2/co比大于2，需將大部分co通過變化反應以調(diào)節(jié)h2/co比。另外，bgl氣化技術、lurgi碎煤加壓氣化技術單套裝置投煤量僅分別為950t/d、1200t/d，裝置規(guī)模較小，造成其比投資強度過高，尤其bgl工藝還采用的是液態(tài)排渣，需要大量的急冷水，兩種氣化工藝還會產(chǎn)生大量很難處理的廢水，末端廢水處理難度與成本都很高。因此，對于現(xiàn)有煤制天然氣工藝而言，亟需開發(fā)一種合成氣中甲烷濃度高、投煤量大、廢水產(chǎn)生量小、原料適應性強、合成氣中h2/c比大，且以粉煤為原料的干法排渣氣化工藝。發(fā)明專利干熄焦聯(lián)產(chǎn)煤制天然氣的方法(cn101747918a)公開了一種煉焦過程中用冷煤及其熱解過程吸收高溫焦炭熱能的焦炭冷卻方法，提供了一種干熄焦聯(lián)產(chǎn)煤制天然氣的方法，以還原性氣體作為載熱氣體，吸收高溫焦炭熱能，將高溫焦炭冷卻，將吸收熱能后的高溫載熱氣體與煤料直接接觸換熱，用煤升溫和熱解回收熱量，將高溫焦炭熄焦過程與煤熱解過程耦合，生成熱解半焦和熱解煤氣，在上述干熄焦和煤熱解的方法的基礎上，進一步采用水蒸汽和氧氣氣化熱解半焦生成氣化煤氣，再將氣化煤氣與熱解煤氣的混合氣經(jīng)變換和凈化用于甲烷化反應生成天然氣。該工藝方法雖然也采用熱解煤氣與氣化煤氣混合氣作為原料氣進行甲烷化反應，但是工藝技術中仍然有半焦產(chǎn)生，且屬于高溫熱解，所產(chǎn)焦油中重質(zhì)組分較多、具有高附加值的btx與pcx組分含量較少。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種在粉煤加壓快速熱解生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中低溫煤焦油的同時產(chǎn)生高濃度富含甲烷合成氣，實現(xiàn)煤炭資源的梯級利用、高效清潔轉(zhuǎn)化的同步制取富甲烷合成氣與輕質(zhì)煤焦油的裝置及方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的裝置包括含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)以及與其入口相連的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進料系統(tǒng)，與其出口相連的合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)，合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)的出口依次與輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)、甲烷富集分離系統(tǒng)相連；
所述的含碳物料熱裂解反應系統(tǒng)包括自下而上依次相連的循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)、快速混合升溫子系統(tǒng)、含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)；
所述的合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)包括依次相連的高溫干法分離子系統(tǒng)、合成氣深度凈化子系統(tǒng)、顆粒篩分子系統(tǒng)和外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)，所述的高溫干法分離子系統(tǒng)與含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)的合成氣出口相連，外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)捕集的含碳顆粒循環(huán)返回循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)；
所述的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)包括依次相連的油氣吸附分離子系統(tǒng)、輕油分離提純子系統(tǒng)和輕質(zhì)煤焦油儲存子系統(tǒng)；
所述的甲烷富集分離系統(tǒng)包括甲烷分離提純子系統(tǒng)和甲烷升壓儲存子系統(tǒng)，所述的甲烷分離提純子系統(tǒng)與輕油分離提純子系統(tǒng)的合成氣出口相連。
所述的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進料系統(tǒng)包括依次相連的原料儲倉、可控進料粉碎器、一體式循環(huán)氣干燥器、進料緩沖器和機械氣力耦合式粉煤給料裝置，所述的機械氣力耦合式粉煤給料裝置與含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)的入口相連通。
所述的含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)上還安裝有捕集不含碳惰性顆粒的內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)，該內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)將捕集的惰性顆粒再通過多通路內(nèi)置循環(huán)返料系統(tǒng)分別循環(huán)返回快速混合升溫子系統(tǒng)及循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)用以調(diào)控兩個子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度。
所述的循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)包括自下而上依次設置的顆粒升溫活化區(qū)、初級裂解反應區(qū)和深度裂解反應區(qū)，所述的顆粒升溫活化區(qū)分別與外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)及內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)相連。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)包括自下而上依次設置的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)、渦旋流場傳遞區(qū)、混合流體溫控區(qū)，所述的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)與循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)的深度裂解反應區(qū)相連通，混合流體溫控區(qū)與含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)相連通。
所述的油氣吸附分離子系統(tǒng)設有由高吸附活性分子篩、改性接枝聚合物材料、烷基苯系共聚物纖維所組成的吸附填料床層。
所述的含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)的操作壓力為3.0～5.0mpa,反應溫度為950～1200℃。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)通過局部射流構(gòu)型與50～300高溫熱載體循環(huán)倍率所提供的10-20mj/m2s的熱通量，在103～105℃/s的升溫速率下，于1～10ms內(nèi)將新鮮進料快速加熱至500～700℃的反應溫度。
所述的甲烷分離提純子系統(tǒng)采用ch4富集分離材料以高強度、高通量高分子篩膜與柔性mofs材料復合材料、多孔活性碳纖維、活性氧化鋁、碳分子篩、高分子聚合物中空纖維膜中的一種或者兩種以上所組裝的分級富集膜組件。
本發(fā)明同步制取富甲烷合成氣與輕質(zhì)煤焦油的方法包括以下步驟：
首先，原料儲倉中的原料煤依次經(jīng)由可控進料粉碎器、一體式循環(huán)氣干燥器所組成的原料制備系統(tǒng)制備出粒徑范圍10～1000μm且含水率低于2.0wt％的干燥煤粉，制備合格的新鮮煤粉進入進料緩沖器再經(jīng)過機械氣力耦合式粉煤給料裝置進入含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)中的快速混合升溫子系統(tǒng)，在快速混合升溫子系統(tǒng)中與自循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)而來的高溫氣-固混合熱載體在50～300倍的顆粒循環(huán)倍率下在于1-10ms的時間內(nèi)進行瞬時換熱，煤粉顆粒被加熱至熱解溫度500～700℃后上行進入含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)，之后在3.0～5.0mpa壓力條件下于2s內(nèi)完成快速粉煤快速熱解反應，快速熱解反應所產(chǎn)生的含高濃度ch4、co、h2、焦油蒸汽、富碳顆粒、惰性顆粒等組分的熱解產(chǎn)物再進入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)進行產(chǎn)物凈化分離，含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)中粉煤熱解所產(chǎn)生的氣-固混合流體中粒徑范圍在50μm～600μm的不含碳惰性顆粒在內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)中被捕集，捕集的惰性顆粒再通過多通路內(nèi)置循環(huán)返料系統(tǒng)分別循環(huán)返回快速混合升溫子系統(tǒng)及循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)用以調(diào)控兩個子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度；
然后，經(jīng)過初步凈化后即從內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)逃逸的固定碳含量70～75wt％且粒徑0.1～50μm范圍的亞微米、微米級富碳顆粒的的合成氣進入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)，依次通過高溫干法分離子系統(tǒng)、合成氣深度凈化子系統(tǒng)、顆粒篩分子系統(tǒng)、外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)在氣動力學及機械篩分原理的耦合方式所構(gòu)建的流道截面漸變式雙旋流氣固分離器的作用下，與氣相有效分離，并循環(huán)返回循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)，依次通過顆粒升溫活化區(qū)、初級裂解反應區(qū)、深度裂解反應區(qū)，最終產(chǎn)生富氫粗合成氣，與反應產(chǎn)生的高溫無機顆粒一起構(gòu)成高溫、富氫、氣-固兩相混合熱載體，上行進入快速混合升溫子系統(tǒng)，依次通過富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)、渦旋流場傳遞區(qū)、混合流體溫控區(qū)，瞬時將粉煤顆粒加熱至預定熱解溫度；
最后，合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)所輸出的凈化合成氣再進入下游的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)，依次通過油氣吸附分離子系統(tǒng)、輕油分離提純子系統(tǒng)回收氣相中的煤焦油組分，最終所獲取的液體輕質(zhì)中低溫煤焦油進入輕質(zhì)煤焦油儲存子系統(tǒng)，回收油品后所得的凈化富甲烷合成氣再進入甲烷富集分離系統(tǒng)，依次通過甲烷分離提純子系統(tǒng)、甲烷升壓儲存子系統(tǒng)，最后進入甲烷儲罐。
與現(xiàn)有煤制天然氣工藝相配套的氣化工藝相比，本發(fā)明可以由生物質(zhì)、低階煤炭、石油焦、油頁巖等的一種或者兩種以上根據(jù)反應物料的碳氫元素平衡按特定比例構(gòu)成的混合物料作為進料，進料粒徑范圍0.1～1mm，裝置所產(chǎn)的富甲烷合成氣組成為co15～30vol％，h220～40vol％ch48～35vol％，cmhn0.1～0.2vol％co28～12vol％，n22～4vol％。最重要的是，在生產(chǎn)富甲烷合成氣的同時，還可獲取15wt％～20wt％的優(yōu)質(zhì)中低溫煤焦油，這部分煤焦油經(jīng)深加工后可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦郊又蹈叩膬?yōu)質(zhì)燃料油品、芳烴、多種附加值很高的煤基精細化工產(chǎn)品，大幅增強煤制氣的經(jīng)濟競爭力，在實現(xiàn)煤炭資源高效、梯級、綜合利用的基礎上，實現(xiàn)煤制天然氣與煤基精細化工產(chǎn)業(yè)鏈間的耦合。
與現(xiàn)有煤制天然氣所配套的氣化工藝相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)勢：
1)以粉煤為原料，通過粉煤的快速加氫熱解，實現(xiàn)同步生產(chǎn)富甲烷合成氣與優(yōu)質(zhì)中低溫煤焦油，產(chǎn)生的合成氣中甲烷濃度高達25～55vol％，高于現(xiàn)有的碎煤加壓氣化技術所產(chǎn)生的粗合成氣中甲烷濃度，大幅降低后續(xù)甲烷化裝置規(guī)模與投資；
2)所產(chǎn)生的粗合成氣中h2/c比高于2.0，無需再通過變換反應來提高h2/c比；
3)本發(fā)明所公開的工藝技術系統(tǒng)中輕質(zhì)煤焦油的收率高達15～20wt％，可與下游的煤焦油深加工產(chǎn)業(yè)鏈高度耦合集成，大幅提高工藝系統(tǒng)的整體經(jīng)濟競爭力；
4)所產(chǎn)合成氣中粉塵濃度極低，總碳轉(zhuǎn)化率高，裝置規(guī)模及操作彈性大，便于工程化應用；
5)實現(xiàn)了裝置原料的多元化，既可以低變質(zhì)煙煤、褐煤為原料，也可以生物質(zhì)、低階煤炭、石油焦、油頁巖等的一種或者兩種以上根據(jù)反應物料的碳氫元素平衡按特定比例構(gòu)成的混合物料，裝置進料適應性強。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的裝置及流程示意圖。
圖中：1.連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進料系統(tǒng)；2.含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)；3.合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)；4.輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)；5.甲烷富集分離系統(tǒng)；6.原料儲倉；7.可控進料粉碎器；8.一體式循環(huán)氣干燥器；9.進料緩沖器；10.機械氣力耦合式粉煤給料裝置；11.循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)；12.內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)；13.快速混合升溫子系統(tǒng)；14.含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)；15.高溫干法分離子系統(tǒng)；16.合成氣深度凈化子系統(tǒng)；17.顆粒篩分子系統(tǒng)；18.外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)；19.油氣吸附分離子系統(tǒng)；20.輕油分離提純子系統(tǒng)；21.輕質(zhì)煤焦油儲存子系統(tǒng)；22.甲烷分離提純子系統(tǒng)；23.甲烷升壓儲存子系統(tǒng)；24.深度裂解反應區(qū)；25.初級裂解反應區(qū)；26.顆粒升溫活化區(qū)；27.混合流體溫控區(qū)；28.渦旋流場傳遞區(qū)；29.富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的技術方案及優(yōu)點更加清楚明晰，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的裝置及方法進行進一步詳細說明。
參見圖1，本發(fā)明包括含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)2以及與其入口相連的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進料系統(tǒng)1，與其出口相連的合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3，合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3的出口依次與輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)4、甲烷富集分離系統(tǒng)5相連；
所述的含碳物料熱裂解反應系統(tǒng)2包括自下而上依次相連的循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11、快速混合升溫子系統(tǒng)13、含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14；
所述的合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3包括依次相連的高溫干法分離子系統(tǒng)15、合成氣深度凈化子系統(tǒng)16、顆粒篩分子系統(tǒng)17和外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)18，所述的高溫干法分離子系統(tǒng)15與含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14的合成氣出口相連，外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)18捕集的含碳顆粒循環(huán)返回循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11；
所述的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)4包括依次相連的油氣吸附分離子系統(tǒng)19、輕油分離提純子系統(tǒng)20和輕質(zhì)煤焦油儲存子系統(tǒng)21；
所述的甲烷富集分離系統(tǒng)5包括甲烷分離提純子系統(tǒng)22和甲烷升壓儲存子系統(tǒng)23，所述的甲烷分離提純子系統(tǒng)22與輕油分離提純子系統(tǒng)20的合成氣出口相連。
所述的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進料系統(tǒng)1包括依次相連的原料儲倉6、可控進料粉碎器7、一體式循環(huán)氣干燥器8、進料緩沖器9和機械氣力耦合式粉煤給料裝置10，所述的機械氣力耦合式粉煤給料裝置10與含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)2的入口相連通。
所述的含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14上還安裝有捕集不含碳惰性顆粒的內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)12，該內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)12將捕集的粒徑50μm～600μm級的惰性顆粒再通過多通路內(nèi)置循環(huán)返料系統(tǒng)分別循環(huán)返回快速混合升溫子系統(tǒng)13及循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11用以調(diào)控兩個子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度。
所述的循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11包括自下而上依次設置的顆粒升溫活化區(qū)26、初級裂解反應區(qū)25和深度裂解反應區(qū)24，所述的顆粒升溫活化區(qū)26分別與外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)18及內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)12相連。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)13包括自下而上依次設置的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)29、渦旋流場傳遞區(qū)28、混合流體溫控區(qū)27，所述的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)29與循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11的深度裂解反應區(qū)24相連通，混合流體溫控區(qū)27與含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14相連通。
所述的油氣吸附分離子系統(tǒng)19設有由高吸附活性分子篩、改性接枝聚合物材料、烷基苯系共聚物纖維所組成的吸附填料床層。
所述的含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)2的操作壓力為3.0～5.0mpa,反應溫度為950～1200℃。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)13通過局部射流構(gòu)型與50～300高溫熱載體循環(huán)倍率所提供的10-20mj/m2s的熱通量，在103～105℃/s的升溫速率下，于1～10ms內(nèi)將新鮮進料快速加熱至500～700℃的反應溫度。
所述的甲烷分離提純子系統(tǒng)22采用ch4富集分離材料以高強度、高通量高分子篩膜與柔性mofs材料復合材料、多孔活性碳纖維、活性氧化鋁、碳分子篩、高分子聚合物中空纖維膜中的一種或者兩種以上所組裝的分級富集膜組件。
所述的顆粒篩分子系統(tǒng)17通過內(nèi)部流道構(gòu)型所構(gòu)建的壓力場、速度場梯度分布來實現(xiàn)粒徑范圍50～600μm的惰性顆粒與固定碳含量60～80wt％、粒徑＜50μm的富碳顆粒的分級、分段、分類循環(huán)返料。
本發(fā)明的方法如下:
首先，原料儲倉6中的原料煤依次經(jīng)由可控進料粉碎器7、一體式循環(huán)氣干燥器8所組成的原料制備系統(tǒng)制備出粒徑范圍10～1000μm且含水率低于2.0wt％的干燥煤粉，制備合格的新鮮煤粉進入進料緩沖器9再經(jīng)過機械氣力耦合式粉煤給料裝置10進入含碳物料快速熱裂解反應系統(tǒng)2中的快速混合升溫子系統(tǒng)13，在快速混合升溫子系統(tǒng)13中與自循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11而來的高溫氣-固混合熱載體在50～300倍的顆粒循環(huán)倍率下在于1-10ms的時間內(nèi)進行瞬時換熱，煤粉顆粒被加熱至熱解溫度500～700℃后上行進入含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14，之后在3.0～5.0mpa壓力條件下于2s內(nèi)完成快速粉煤快速熱解反應，快速熱解反應所產(chǎn)生的含高濃度ch4、co、h2、焦油蒸汽、富碳顆粒、惰性顆粒等組分的熱解產(chǎn)物再進入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3進行產(chǎn)物凈化分離，含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應子系統(tǒng)14中粉煤熱解所產(chǎn)生的氣-固混合流體中粒徑范圍在50μm～600μm的不含碳惰性顆粒在內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)12中被捕集，捕集的惰性顆粒再通過多通路內(nèi)置循環(huán)返料系統(tǒng)分別循環(huán)返回快速混合升溫子系統(tǒng)13及循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11用以調(diào)控兩個子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度；
然后，經(jīng)過初步凈化后即從內(nèi)置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)12逃逸的固定碳含量70～75wt％且粒徑0.1～50μm范圍的亞微米、微米級富碳顆粒的的合成氣進入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3，依次通過高溫干法分離子系統(tǒng)15、合成氣深度凈化子系統(tǒng)16、顆粒篩分子系統(tǒng)17、外置顆粒循環(huán)子系統(tǒng)18在氣動力學及機械篩分原理的耦合方式所構(gòu)建的流道截面漸變式雙旋流氣固分離器的作用下，與氣相有效分離，并循環(huán)返回循環(huán)顆粒二次裂解制氫子系統(tǒng)11，依次通過顆粒升溫活化區(qū)26、初級裂解反應區(qū)25、深度裂解反應區(qū)24，最終產(chǎn)生富氫粗合成氣，與反應產(chǎn)生的高溫無機顆粒一起構(gòu)成高溫、富氫、氣-固兩相混合熱載體，上行進入快速混合升溫子系統(tǒng)13，依次通過富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)29、渦旋流場傳遞區(qū)28、混合流體溫控區(qū)27，瞬時將粉煤顆粒加熱至預定熱解溫度；
最后，合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3所輸出的凈化合成氣再進入下游的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)4，依次通過油氣吸附分離子系統(tǒng)19、輕油分離提純子系統(tǒng)20回收氣相中的煤焦油組分，最終所獲取的液體輕質(zhì)中低溫煤焦油進入輕質(zhì)煤焦油儲存子系統(tǒng)21，回收油品后所得的凈化富甲烷合成氣再進入甲烷富集分離系統(tǒng)5，依次通過甲烷分離提純子系統(tǒng)22、甲烷升壓儲存子系統(tǒng)(23，最后進入甲烷儲罐。