[发明专利]一种粉煤气化制备还原气和活性炭的系统和方法

说明书

本发明涉及一种粉煤气化制备还原气和活性炭的系统和方法，该系统包括煤加氢气化单元、旋风分离单元、催化裂解单元、气体分离单元以及混合半焦活化单元；其中，煤加氢气化单元包括煤粉喷嘴、富氢还原气喷嘴、生物质激冷剂喷嘴、混合半焦出口和气化混合物出口；旋风分离单元包括气化混合物入口、分离后半焦出口以及除尘气出口；催化裂解单元包括除尘气入口与净化气出口；气体分离单元包括净化气入口以及二氧化碳出口；混合半焦活化单元包括混合半焦入口、二氧化碳入口、活性炭出口以及活化后二氧化碳出口。本发明能同时解决煤加氢过程中激冷剂的选择和氢气来源问题，并同时实现了气化半焦的高效利用。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种粉煤气化制备还原气和活性炭的系统和方法。

背景技术

煤加氢气化是指使原煤粉与含氢反应气体在高温、高压条件下反应生成富甲烷气以及轻质油品的过程。与传统的煤气化相比，煤加氢气化具有工艺简单、热效率高、污染小的特点，因而受到广泛地关注和应用。在煤加氢气化过程中，气化半焦的产量约占进料量(煤粉质量)的50％左右，且携带大量的热量，造成了能源的浪费，因此有必要将该部分半焦以及其携带的热量进行充分利用，以提高整个工艺的原料及能量利用率。

现有技术报道了一种利用煤气化半焦制备活性炭的方法。该方法首先将煤气化产生的气化气进行分离获得还原气和二氧化碳，并将分离所得二氧化碳对气化半焦进行活化，制得活性炭。但是，该工艺以软化水作激冷剂对反应产生的气固相进行冷却，使气化产物携带的热量未得到充分利用；同时，煤气化产生的气体中二氧化碳的含量较低，将其作为气化半焦的活化剂存在活化不充分的问题。

由此，现有技术没能充分利用煤加氢气化得到的气化半焦热量，也没能将煤加氢气化同活性炭制备过程耦合起来，实现气化半焦的高效利用。

发明内容

面临上述技术问题，本发明旨在充分利用煤加氢气化气化产物的热量，将煤气化与生物质热解产生的气体进行分离获得富氢还原气及二氧化碳，并将煤加氢气化同活性炭制备过程耦合起来，同时，以富氢还原气作为煤加氢气化的氢气来源，实现煤及生物质的分级分质利用。

为实现上述目的，本发明提出一种粉煤气化制备还原气和活性炭的系统，包括煤加氢气化单元、旋风分离单元、催化裂解单元、气体分离单元以及混合半焦活化单元；其中，

所述煤加氢气化单元包括煤粉喷嘴、富氢还原气喷嘴、生物质激冷剂喷嘴、混合半焦出口和气化混合物出口；

所述旋风分离单元包括气化混合物入口、分离后半焦出口以及除尘气出口，所述气化混合物入口与所述气化混合物出口相连；

所述催化裂解单元包括除尘气入口与净化气出口，所述除尘气入口与所述除尘气出口相连；

所述气体分离单元包括净化气入口以及二氧化碳出口，所述净化气入口与所述净化气出口相连；

所述混合半焦活化单元包括混合半焦入口、二氧化碳入口、活性炭出口以及活化后二氧化碳出口，所述混合半焦入口分别与所述混合半焦出口和所述分离后半焦出口相连，所述二氧化碳入口与所述气体分离单元的二氧化碳出口相连。

进一步地，所述气体分离单元还包括富氢还原气出口，所述富氢还原气出口和所述富氢还原气喷嘴相连。

具体地，所述煤加氢气化单元使用的装置为气流床加氢气化炉。所述旋风分离单元使用的装置是旋风分离器。所述催化裂解单元使用的装置是高温催化反应器。所述气体分离单元使用的装置是气体分离器。所述半焦活化单元使用的装置是活化室。

具体地，所述气流床加氢气化炉包括反应区、激冷区和混合半焦储存区；其中，

所述煤粉喷嘴、所述富氢还原气喷嘴和所述气化混合物出口均设置在所述反应区。优选地，所述富氢还原气喷嘴的个数为偶数，对称排列在所述煤粉喷嘴的四周。更优选地，所述煤粉喷嘴设置在所述气流床加氢气化炉炉顶。