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(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由生物質(zhì)、低階煤炭、石油焦、油頁(yè)巖中的一種或者兩種以上根據(jù)反應(yīng)物料的碳?xì)湓仄胶獍刺囟ū壤旌隙傻幕旌虾嘉锪贤街迫「患淄楹铣蓺馀c輕質(zhì)煤焦油的裝置及方法。
背景技術(shù)：
煤炭燃燒，尤其是劣質(zhì)煤的散燒，是造成我國(guó)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(lái)源之一。在我國(guó)目前的煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，約20％用于工業(yè)鍋爐和生活散燒。散煤消費(fèi)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(fèi)基本都未安裝除塵、脫硫、脫硝裝置。解決我國(guó)目前的煤炭消費(fèi)所引起的霧霾污染問(wèn)題，除了依靠科技創(chuàng)新大力推進(jìn)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(yīng)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(shù)，進(jìn)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(shí)現(xiàn)煤炭燃料原料化與工業(yè)鍋爐煤改氣的重要技術(shù)支撐，其生產(chǎn)過(guò)程能效高于煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等過(guò)程。煤制天然氣是以煤為原料，采用氣化、凈化和甲烷化技術(shù)制取合成天然氣的過(guò)程，為占據(jù)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(guò)向目標(biāo)市場(chǎng)供應(yīng)清潔的天然氣，把項(xiàng)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(shí)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(wèn)題，對(duì)保障國(guó)家能源安全、增加天然氣替代、實(shí)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(guó)家發(fā)改委最新數(shù)據(jù)顯示，2016年我國(guó)全年天然氣產(chǎn)量約為1371億立方米，同比增長(zhǎng)1.5％；天然氣進(jìn)口量720億立方米,增長(zhǎng)17.4％；天然氣消費(fèi)量2090億立方米,增長(zhǎng)6.6％。天然氣對(duì)外依存度高達(dá)34.44％，截止目前，煤制天然氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(yùn)行。因此發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)是有效補(bǔ)充我國(guó)石油、天然氣資源不足、保障國(guó)家能源安全的重要途徑，將有利于緩解我國(guó)天然氣供需矛盾，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行煤氣化生產(chǎn)合成氣，然后進(jìn)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(yùn)行負(fù)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(duì)項(xiàng)目整體的投資強(qiáng)度、運(yùn)行成本等經(jīng)濟(jì)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(shù)，因?yàn)榕c碎煤加壓氣化技術(shù)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(guò)低，將其作為煤制天然氣的氣化工藝并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。典型的碎煤加壓氣化為lurgi碎煤加壓氣化技術(shù)、bgl碎煤熔渣氣化技術(shù)，lurgi碎煤加壓氣化技術(shù)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(shù)的粗煤氣甲烷含量次之(6.2vol％)。然而lurgi氣化技術(shù)、bgl氣化技術(shù)所適用的都是5～50mm的塊煤，而基于目前的機(jī)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(jī)采過(guò)程中所產(chǎn)生的大量粉煤資源無(wú)法利用。因此現(xiàn)有的煤制天然氣氣化工藝存在配煤?jiǎn)栴}的短板。此外，這兩種工藝所產(chǎn)合成氣中co體積分?jǐn)?shù)為25vol％～56vol％，h2體積分?jǐn)?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(yīng)均要求原料氣中h2/co比大于2，需將大部分co通過(guò)變化反應(yīng)以調(diào)節(jié)h2/co比。另外，bgl氣化技術(shù)、lurgi碎煤加壓氣化技術(shù)單套裝置投煤量?jī)H分別為950t/d、1200t/d，裝置規(guī)模較小，造成其比投資強(qiáng)度過(guò)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(huì)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(duì)于現(xiàn)有煤制天然氣工藝而言，亟需開(kāi)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(yīng)性強(qiáng)、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(kāi)了一種煉焦過(guò)程中用冷煤及其熱解過(guò)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(guò)程與煤熱解過(guò)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(chǔ)上，進(jìn)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(yīng)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(jìn)行甲烷化反應(yīng)，但是工藝技術(shù)中仍然有半焦產(chǎn)生，且屬于高溫?zé)峤猓a(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(shù)實(shí)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(shí)產(chǎn)生高濃度富含甲烷合成氣，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的梯級(jí)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(dá)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(yīng)系統(tǒng)以及與其入口相連的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(chǔ)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(jìn)料系統(tǒng)包括依次相連的原料儲(chǔ)倉(cāng)、可控進(jìn)料粉碎器、一體式循環(huán)氣干燥器、進(jìn)料緩沖器和機(jī)械氣力耦合式粉煤給料裝置，所述的機(jī)械氣力耦合式粉煤給料裝置與含碳物料快速熱裂解反應(yīng)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(yīng)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(guò)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(gè)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(shè)置的顆粒升溫活化區(qū)、初級(jí)裂解反應(yīng)區(qū)和深度裂解反應(yīng)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(shè)置的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)、渦旋流場(chǎng)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(yīng)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(yīng)子系統(tǒng)相連通。
所述的油氣吸附分離子系統(tǒng)設(shè)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(yīng)系統(tǒng)的操作壓力為3.0～5.0mpa,反應(yīng)溫度為950～1200℃。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)通過(guò)局部射流構(gòu)型與50～300高溫?zé)彷d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(jìn)料快速加熱至500～700℃的反應(yīng)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(qiáng)度、高通量高分子篩膜與柔性mofs材料復(fù)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(jí)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(chǔ)倉(cāng)中的原料煤依次經(jīng)由可控進(jìn)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(jìn)入進(jìn)料緩沖器再經(jīng)過(guò)機(jī)械氣力耦合式粉煤給料裝置進(jìn)入含碳物料快速熱裂解反應(yīng)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(lái)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行瞬時(shí)換熱，煤粉顆粒被加熱至熱解溫度500～700℃后上行進(jìn)入含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應(yīng)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(yīng)，快速熱解反應(yīng)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(jìn)入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)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(guò)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(gè)子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度；
然后，經(jīng)過(guò)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(jí)富碳顆粒的的合成氣進(jìn)入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)，依次通過(guò)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(dòng)力學(xué)及機(jī)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(guò)顆粒升溫活化區(qū)、初級(jí)裂解反應(yīng)區(qū)、深度裂解反應(yīng)區(qū)，最終產(chǎn)生富氫粗合成氣，與反應(yīng)產(chǎn)生的高溫?zé)o機(jī)顆粒一起構(gòu)成高溫、富氫、氣-固兩相混合熱載體，上行進(jìn)入快速混合升溫子系統(tǒng)，依次通過(guò)富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)、渦旋流場(chǎng)傳遞區(qū)、混合流體溫控區(qū)，瞬時(shí)將粉煤顆粒加熱至預(yù)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(jìn)入下游的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)，依次通過(guò)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(jìn)入輕質(zhì)煤焦油儲(chǔ)存子系統(tǒng)，回收油品后所得的凈化富甲烷合成氣再進(jìn)入甲烷富集分離系統(tǒng)，依次通過(guò)甲烷分離提純子系統(tǒng)、甲烷升壓儲(chǔ)存子系統(tǒng)，最后進(jìn)入甲烷儲(chǔ)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(yè)巖等的一種或者兩種以上根據(jù)反應(yīng)物料的碳?xì)湓仄胶獍刺囟ū壤龢?gòu)成的混合物料作為進(jìn)料，進(jìn)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(shí)，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(xì)化工產(chǎn)品，大幅增強(qiáng)煤制氣的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，在實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效、梯級(jí)、綜合利用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)煤制天然氣與煤基精細(xì)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(shì)：
1)以粉煤為原料，通過(guò)粉煤的快速加氫熱解，實(shí)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(dá)25～55vol％，高于現(xiàn)有的碎煤加壓氣化技術(shù)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(wú)需再通過(guò)變換反應(yīng)來(lái)提高h(yuǎn)2/c比；
3)本發(fā)明所公開(kāi)的工藝技術(shù)系統(tǒng)中輕質(zhì)煤焦油的收率高達(dá)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(jì)競(jìng)爭(zhēng)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(yīng)用；
5)實(shí)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(yè)巖等的一種或者兩種以上根據(jù)反應(yīng)物料的碳?xì)湓仄胶獍刺囟ū壤龢?gòu)成的混合物料，裝置進(jìn)料適應(yīng)性強(qiáng)。
附圖說(shuō)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(jìn)料系統(tǒng)；2.含碳物料快速熱裂解反應(yīng)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(chǔ)倉(cāng)；7.可控進(jìn)料粉碎器；8.一體式循環(huán)氣干燥器；9.進(jìn)料緩沖器；10.機(jī)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(yīng)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(chǔ)存子系統(tǒng)；22.甲烷分離提純子系統(tǒng)；23.甲烷升壓儲(chǔ)存子系統(tǒng)；24.深度裂解反應(yīng)區(qū)；25.初級(jí)裂解反應(yīng)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(chǎng)傳遞區(qū)；29.富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明晰，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的裝置及方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括含碳物料快速熱裂解反應(yīng)系統(tǒng)2以及與其入口相連的連續(xù)加壓穩(wěn)態(tài)進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(chǔ)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(jìn)料系統(tǒng)1包括依次相連的原料儲(chǔ)倉(cāng)6、可控進(jìn)料粉碎器7、一體式循環(huán)氣干燥器8、進(jìn)料緩沖器9和機(jī)械氣力耦合式粉煤給料裝置10，所述的機(jī)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(yīng)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(yīng)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(jí)的惰性顆粒再通過(guò)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(gè)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(shè)置的顆粒升溫活化區(qū)26、初級(jí)裂解反應(yīng)區(qū)25和深度裂解反應(yīng)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(shè)置的富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)29、渦旋流場(chǎng)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(yīng)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(yīng)子系統(tǒng)14相連通。
所述的油氣吸附分離子系統(tǒng)19設(shè)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(yīng)系統(tǒng)2的操作壓力為3.0～5.0mpa,反應(yīng)溫度為950～1200℃。
所述的快速混合升溫子系統(tǒng)13通過(guò)局部射流構(gòu)型與50～300高溫?zé)彷d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(jìn)料快速加熱至500～700℃的反應(yīng)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(qiáng)度、高通量高分子篩膜與柔性mofs材料復(fù)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(jí)富集膜組件。
所述的顆粒篩分子系統(tǒng)17通過(guò)內(nèi)部流道構(gòu)型所構(gòu)建的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)梯度分布來(lái)實(shí)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(jí)、分段、分類循環(huán)返料。
本發(fā)明的方法如下:
首先，原料儲(chǔ)倉(cāng)6中的原料煤依次經(jīng)由可控進(jìn)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(jìn)入進(jìn)料緩沖器9再經(jīng)過(guò)機(jī)械氣力耦合式粉煤給料裝置10進(jìn)入含碳物料快速熱裂解反應(yīng)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(lái)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(shí)間內(nèi)進(jìn)行瞬時(shí)換熱，煤粉顆粒被加熱至熱解溫度500～700℃后上行進(jìn)入含碳物料恒溫-加壓-催化加氫快速熱裂解反應(yīng)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(yīng)，快速熱解反應(yīng)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(jìn)入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3進(jìn)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(yīng)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(guò)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(gè)子系統(tǒng)的床層總熱容及床料密度；
然后，經(jīng)過(guò)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(jí)富碳顆粒的的合成氣進(jìn)入合成氣凈化與顆粒分流系統(tǒng)3，依次通過(guò)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(dòng)力學(xué)及機(jī)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(guò)顆粒升溫活化區(qū)26、初級(jí)裂解反應(yīng)區(qū)25、深度裂解反應(yīng)區(qū)24，最終產(chǎn)生富氫粗合成氣，與反應(yīng)產(chǎn)生的高溫?zé)o機(jī)顆粒一起構(gòu)成高溫、富氫、氣-固兩相混合熱載體，上行進(jìn)入快速混合升溫子系統(tǒng)13，依次通過(guò)富氫高溫氣-固混合流體整流區(qū)29、渦旋流場(chǎng)傳遞區(qū)28、混合流體溫控區(qū)27，瞬時(shí)將粉煤顆粒加熱至預(yù)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(jìn)入下游的輕質(zhì)煤焦油回收系統(tǒng)4，依次通過(guò)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(jìn)入輕質(zhì)煤焦油儲(chǔ)存子系統(tǒng)21，回收油品后所得的凈化富甲烷合成氣再進(jìn)入甲烷富集分離系統(tǒng)5，依次通過(guò)甲烷分離提純子系統(tǒng)22、甲烷升壓儲(chǔ)存子系統(tǒng)(23，最后進(jìn)入甲烷儲(chǔ)罐。