一种石油焦气化制备氢气的系统及方法

摘要

本发明提供一种石油焦气化制备氢气的系统及方法，涉及石油焦气化技术领域，该系统及方法可显著提高石油焦气化产品气中氢气的含量，从而实现低灰高硫劣质石油焦的高效利用。该系统包括：用于使石油焦、气化剂和吸收剂发生气化反应的发生装置；吸收剂用于吸收石油焦与气化剂反应生成的酸性气体，形成饱和吸收剂；发生装置上设有：用于排出石油焦与气化剂反应后生成的石油焦灰渣和饱和吸收剂的排渣口；发生装置上还设有：吸收剂返回口；与排渣口、吸收剂返回口分别连通的吸收剂处理系统，用于对从排渣口排出的石油焦灰渣和饱和吸收剂进行处理，以得到新鲜的吸收剂，并将新鲜的吸收剂从吸收剂返回口输送至发生装置。用于石油焦气化制备氢气。

说明书

技术领域

本发明涉及石油焦气化技术领域，尤其涉及一种石油焦气化制备氢气的系统及方法。

背景技术

随着我国启动原油进口后，中国原油进口量开始呈现爆炸式增长，中国的石油焦产量也不断增加，实现劣质石油焦的高效、高价值利用是我国炼油企业目前共同面临的难题，而传统的冶炼、电石、石墨及发电等行业已不能满足石油焦的增长需求，亟待开发具有独立知识产权的石油焦气化技术。

氢气作为一种绝对清洁的燃料，每单位质量的氢气释放的热量是每单位质量的汽油的三倍，且氢气燃烧的最终产物只有水，长期以来被认为是一种有潜力取代化石燃料的清洁能源。

将石油焦气化制氢是目前石油焦有效利用的重要途径之一，不仅可以解决石油化工副产高硫劣质石油焦的高效利用问题，同时，还可为炼化厂二次加工装置提供廉价的氢气、蒸汽等，可实现炼化厂的自给自足，提高了炼油厂的轻油收率和自身经济效益。

如何提高石油焦气化制氢的产氢量是目前亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术的问题，本发明的实施例提供一种石油焦气化制备氢气的系统及方法，该系统及方法可显著提高石油焦气化产品气中氢气的含量，从而实现低灰高硫劣质石油焦的高效利用。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面、提供一种石油焦气化制备氢气的系统，所述系统包括：用于使石油焦、气化剂和吸收剂发生气化反应的发生装置；所述吸收剂用于吸收所述石油焦与所述气化剂反应生成的酸性气体，形成饱和吸收剂；所述发生装置上设有：用于排出所述石油焦与所述气化剂反应后生成的石油焦灰渣和所述饱和吸收剂的排渣口；所述发生装置上还设有：吸收剂返回口；与所述排渣口、所述吸收剂返回口分别连通的吸收剂处理系统，用于对从所述排渣口排出的所述石油焦灰渣和所述饱和吸收剂进行处理，以得到新鲜的吸收剂，并将所述新鲜的吸收剂从所述吸收剂返回口输送至所述发生装置。

可选的，所述发生装置上还设有：用于排出含固体颗粒的富氢气体的第一顶部排气口；所述固体颗粒包括：所述气化反应后生成的石油焦灰渣和所述饱和吸收剂；所述系统还包括：与所述第一顶部排气口、所述吸收剂处理系统分别连通的第一气固分离系统，用于对所述含固体颗粒的富氢气体进行气固分离，并使分离出的所述固体颗粒输送至所述吸收剂处理系统中。

可选的，所述第一气固分离系统包括：第一气固分离单元；所述第一气固分离单元上设有：通过第一传输管线与所述第一顶部排气口连通的第一进料口；用于排出经所述气固分离后的所述富氢气体的第一排气口；用于排出经所述气固分离后的所述固体颗粒的第一排料口；用于形成稳定料封的第一返料单元；所述第一返料单元通过第一垂直传输管线与所述第一排料口连通、通过向下倾斜的第一倾斜管线与所述吸收剂处理系统连通。

可选的，所述第一倾斜管线与水平方向之间的夹角为45-75°；和/或，所述第一倾斜管线靠近所述第一返料单元的一端上设有用于通入吹送气的第一吹送气进口。

可选的，所述吸收剂处理系统包括：与所述排渣口连通，或者，与所述排渣口和所述第一气固分离系统分别连通的煅烧装置；所述煅烧装置上设有：用于通入含氧介质的煅烧气入口；所述含氧介质用于与所述石油焦灰渣发生燃烧反应，并使所述饱和吸收剂释放出吸收的所述酸性气体以得到预吸收剂；所述煅烧装置上还设有用于排出所述预吸收剂的底部排料口；与所述底部排料口连通的破碎单元，用于对从所述底部排料口排出的所述预吸收剂进行破碎处理，以得到破碎小粒径吸收剂；与所述破碎单元连通的吸收剂活化单元；所述吸收剂活化单元上设有：用于通入过热蒸汽的底部射流入口；所述过热蒸汽用于对从所述破碎单元通入到所述吸收剂活化单元中的所述破碎小粒径吸收剂进行活化处理，以得到新鲜的吸收剂；所述系统还包括：连通所述吸收剂活化单元与所述吸收剂返回口的吸收剂输送管线，用于使经所述吸收剂活化单元处理后的所述新鲜的吸收剂在所述过热蒸汽的气流作用下输送至所述发生装置。

可选的，所述煅烧装置为快速流化床，和/或，所述吸收剂活化单元为喷动床反应器。

可选的，针对所述煅烧装置与所述排渣口连通的情况，所述煅烧装置上还设有：用于与所述排渣口连通的第一混料入口；其中，所述第一混料入口高于所述煅烧气入口设置；或者，针对所述煅烧装置与所述排渣口和所述第一气固分离系统分别连通的情况，所述煅烧装置上还设有：用于与所述排渣口连通的第一混料入口；用于与所述第一气固分离系统连通的第二混料入口；其中，所述第一混料入口高于所述煅烧气入口设置、所述第二混料入口高于所述第一混料入口设置。

可选的，所述煅烧装置上还设有：用于排出含所述预吸收剂的富酸性气体的第二顶部排气口；所述吸收剂处理系统还包括：与所述第二顶部排气口、所述吸收剂活化单元分别连通的第二气固分离系统，用于对所述含所述预吸收剂的富酸性气体进行气固分离，并使分离出的所述预吸收剂输送至所述吸收剂活化单元中。

可选的，所述第二气固分离系统包括：第二气固分离单元；所述第二气固分离单元上设有：通过第二传输管线与所述第二顶部排气口连通的第二进料口；用于排出经所述气固分离后的所述富酸性气体的第二排气口；用于排出经所述气固分离后的所述预吸收剂的第二排料口；用于形成稳定料封的第二返料单元；所述第二返料单元通过第二垂直传输管线与所述第二排料口连通、通过向下倾斜的第二倾斜管线与所述吸收剂活化单元连通。

可选的，所述第二倾斜管线与水平方向之间的夹角为45-75°；和/或，所述第二倾斜管线靠近所述第二返料单元的一端上设有用于通入吹送气的第二吹送气进口。

可选的，所述吸收剂活化单元上还设有：用于与所述吸收剂输送管线连接的吸收剂排料口；预吸收剂第一通入口，所述预吸收剂第一通入口通过所述第二倾斜管线与所述第二返料单元连通；预吸收剂第二通入口，所述预吸收剂第二通入口通过向下倾斜的第三倾斜管线与所述破碎单元连通；其中，所述吸收剂排料口高于所述预吸收剂第一通入口设置、所述预吸收剂第一通入口高于所述预吸收剂第二通入口设置、所述预吸收剂第二通入口高于所述底部射流入口设置。

可选的，所述第三倾斜管线与水平方向之间的夹角为45-75°；和/或，所述第三倾斜管线靠近所述破碎单元的一端上设有用于通入吹送气的第三吹送气进口。

可选的，所述第一气固分离单元或所述第二气固分离单元包括：多级旋风分离器、移动床除尘器、金属过滤器中的任一种。

可选的，所述发生装置为鼓泡床气化炉。

可选的，所述发生装置上还设有：用于通入所述气化剂的气化剂通入口、用于通入所述石油焦和所述吸收剂的原料进料口；其中，所述原料进料口高于所述吸收剂返回口设置、所述吸收剂返回口高于所述排渣口设置、所述排渣口高于所述气化剂通入口设置。

可选的，所述排渣口通过向下倾斜的第四倾斜管线与所述吸收剂处理系统连通。

可选的，所述第四倾斜管线与水平方向之间的夹角为30-70°。

可选的，所述第四倾斜管线上设有：靠近所述发生装置的第一阀门；靠近所述吸收剂处理系统的第二阀门；位于所述第一阀门与所述第二阀门之间，且靠近所述第一阀门设置的用于通入吹送气的第四吹送气进口。

可选的，所述第四吹送气进口与水平方向之间的夹角为35-80°。

另一方面、提供一种石油焦气化制备氢气的方法，所述方法包括：使石油焦、气化剂和吸收剂发生气化反应，得到石油焦灰渣、饱和吸收剂和含固体颗粒的富氢气体；其中，所述吸收剂吸收所述石油焦与所述气化剂反应生成的酸性气体形成所述饱和吸收剂；对所述石油焦灰渣和所述饱和吸收剂进行处理，得到新鲜的吸收剂，并将所述新鲜的吸收剂输送至所述气化反应中。

可选的，所述固体颗粒包括：所述石油焦灰渣和所述饱和吸收剂；所述方法还包括：对所述含固体颗粒的富氢气体进行气固分离，得到所述固体颗粒；所述对所述石油焦灰渣和所述饱和吸收剂进行处理，得到新鲜的吸收剂，并将所述新鲜的吸收剂输送至所述气化反应中，还包括：对分离出的所述固体颗粒进行处理，得到所述新鲜的吸收剂。

可选的，所述对所述石油焦灰渣和所述饱和吸收剂进行处理，得到新鲜的吸收剂，并将所述新鲜的吸收剂输送至所述气化反应中的步骤，或者，所述对所述石油焦灰渣、所述饱和吸收剂和分离出的所述固体颗粒进行处理，得到新鲜的吸收剂，并将所述新鲜的吸收剂输送至所述气化反应中的步骤包括：使含氧介质与所述石油焦灰渣发生燃烧反应，并使所述饱和吸收剂释放出吸收的所述酸性气体以得到预吸收剂；对所述预吸收剂进行破碎处理，得到破碎小粒径吸收剂；通过过热蒸汽对所述破碎小粒径吸收剂进行活化处理，得到新鲜的吸收剂；使所述新鲜的吸收剂在所述过热蒸汽的气流作用下输送至所述气化反应中。

可选的，所述使含氧介质与所述石油焦灰渣发生燃烧反应，并使所述饱和吸收剂释放出吸收的所述酸性气体以得到预吸收剂的步骤，还包括：得到含所述预吸收剂的富酸性气体；所述方法还包括：对所述含所述预吸收剂的富酸性气体进行气固分离，得到分离出的所述预吸收剂；所述通过过热蒸汽对所述破碎小粒径吸收剂进行活化处理，得到新鲜的吸收剂的步骤，还包括：通过过热蒸汽对分离出的所述预吸收剂进行活化处理，得到新鲜的吸收剂。

可选的，所述气化反应的操作温度为700-850℃，所述气化反应的操作压力为0.5-3MPa；所述气化剂为450-600℃的过热蒸汽，所述石油焦在所述过热蒸汽与所述石油焦总量中的碳摩尔比为1.5-3，所述石油焦在所述吸收剂与所述石油焦总量中的碳摩尔比为0.8-2。

可选的，所述吸收剂包括：氧化钙、氢氧化钙、氧化镁中的至少一种。

可选的，所述酸性气体包括：二氧化碳、硫化物。

可选的，所述燃烧反应的操作温度为850-1000℃，所述燃烧反应的操作压力为0.3-2.5MPa；所述活化处理的操作温度为500-700℃。

基于此，通过本发明实施例提供的上述系统及方法，在石油焦气化过程中循环加入吸收剂，吸收气化产生的酸性气体，从而加速气化反应向生产氢气的方向进行，使得发生装置出口得到更多的氢气产品。上述系统可显著提高石油焦气化产品气中氢气的含量，从而实现低灰高硫劣质石油焦的高效利用。同时，还为炼化厂二次加工装置提供更多的廉价的氢气等，可实现炼化厂的自给自足，进一步提高了炼油厂的轻油收率和自身经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种石油焦气化制备氢气的系统的配置结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种石油焦气化制备氢气的系统的配置结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种石油焦气化制备氢气的方法流程示意图。

附图标记：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一方面、本发明实施例提供了一种石油焦气化制备氢气的系统，如图1所示，该系统包括：

用于使石油焦、气化剂和吸收剂发生气化反应的发生装置1；该吸收剂用于吸收气化反应生成的酸性气体，形成饱和吸收剂；发生装置1上设有：用于排出气化反应后生成的石油焦灰渣和饱和吸收剂的排渣口1b；该发生装置1上还设有：吸收剂返回口1a；与排渣口1b、吸收剂返回口1a分别连通的吸收剂处理系统2，用于对从排渣口1b排出的石油焦灰渣和饱和吸收剂进行处理，以得到新鲜的吸收剂，并将新鲜的吸收剂从吸收剂返回口1a输送至发生装置1。

需要说明的是，第一、本发明实施例对吸收剂进入发生装置1的方式不作限定，示例的，吸收剂可以与石油焦通过同一个进口进入发生装置1中；或者，吸收剂也可以与石油焦通过不同进口进入发生装置1中。

本发明实施例对发生装置1与吸收剂处理系统2之间的循环连通方式不作限定，只要能够使得从排渣口1b排出的石油焦灰渣和饱和吸收剂进入吸收剂处理系统2中进行处理，并使得处理后形成的新鲜的吸收剂再从吸收剂返回口1a输送至发生装置1即可。

第二、吸收剂参与到石油焦与气化剂发生气化反应中，同发生装置1内石油焦气化产生的酸性气体接触后，会吸收二氧化碳、脱除硫化合物，同时催化一氧化碳、氢气变换反应的进行，加速气化反应向生产氢气的方向进行，使得发生装置出口得到更多的氢气产品；另外，催化变换反应及吸收酸性气体(如二氧化碳、二氧化硫)的同时，还会释放出大量的反应热，为石油焦碳水吸热反应的进行提供热量，从而能够将发生装置1内的气化温度控制在一定的要求范围，促进氢气的生成。

第三、排渣口1b(也称为溢流口)设置在发生装置1底部床径较细的部位，用于将石油焦气化反应后生成的粒径较粗的石油焦灰渣(即残炭)和饱和吸收剂的混合物排出发生装置1。

通过吸收剂处理系统2对从排渣口1b排出的石油焦灰渣和饱和吸收剂进行处理后，能够将残炭消耗完全，同时对饱和吸收剂进行煅烧，释放出吸收的二氧化碳、二氧化硫等酸性气体，还原得到纯度较高的新鲜的吸收剂，以便再次循环回发生装置1中进行反应。

基于此，通过本发明实施例提供的上述系统，在石油焦气化过程中循环加入吸收剂，吸收气化产生的酸性气体，从而加速气化反应向生产氢气的方向进行，使得发生装置1出口得到更多的氢气产品。上述系统可显著提高石油焦气化产品气中氢气的含量，从而实现低灰高硫劣质石油焦的高效利用。同时，还为炼化厂二次加工装置提供更多的廉价的氢气等，可实现炼化厂的自给自足，进一步提高了炼油厂的轻油收率和自身经济效益。

如图2所示，发生装置1上还设有：用于排出含固体颗粒的富氢气体的第一顶部排气口1c。这些固体颗粒包括：气化反应后生成的石油焦灰渣和饱和吸收剂的混合物。

为了对这部分夹带出的小粒径的固体颗粒进行利用，从而进一步提高低灰高硫劣质石油焦的高效利用，参考图2所示，上述系统还包括：与第一顶部排气口1c、吸收剂处理系统2分别连通的第一气固分离系统3，用于对含固体颗粒的富氢气体进行气固分离，并使分离出的固体颗粒输送至吸收剂处理系统2中，以便形成更多的新鲜的吸收剂。

即，吸收剂处理系统2对从发生装置1的排渣口1b直接排出的大粒径石油焦灰渣和大粒径饱和吸收剂、对经第一气固分离系统3分离出的小粒径石油焦灰渣和小粒径饱和吸收剂均进行处理，以获得尽可能多的新鲜的吸收剂，返供给发生装置1。

下面对以上各结构作具体说明，以进一步详细说明上述的系统。

发生装置1

在本发明一些实施例中，上述发生装置1具体为气流速度较低、各反应物料接触程度较高的鼓泡床气化炉，鼓泡床气化炉具体结构为下部细、上部粗的圆柱形结构。

参考图1和图2所示，上述发生装置1上还设有：用于通入气化剂的气化剂通入口1d；用于通入石油焦和吸收剂的原料进料口1e；其中，原料进料口1e高于吸收剂返回口1a设置、吸收剂返回口1a高于排渣口1b设置、排渣口1b高于气化剂通入口1d设置。

来自入炉原料制备单元的石油焦经进料系统从原料进料口1e进入发生装置1中，同从气化剂通入口1d通入的气化剂进行气化反应。

吸收剂返回口1a和原料进料口1e设置在发生装置1中部较粗的床径位置处，且吸收剂返回口1a设置在原料进料口1e下部，便于较细的经处理后的高温新鲜吸收剂在上行过程中同下落的较粗的环境温度石油焦充分接触、混合均匀并换热。

而将排渣口1b高于气化剂通入口1d设置，有利于利用发生装置1内的气流作用将反应后的石油焦灰渣和饱和吸收剂排出发生装置1。

上述通入的气化剂示例的可以为450-600℃的过热蒸汽(即过热水蒸汽)。

并且，为了便于反应后的石油焦灰渣和饱和吸收剂从发生装置1中顺利排出，上述排渣口1b通过向下倾斜的第四倾斜管线44与吸收剂处理系统2连通。第四倾斜管线44与水平方向之间的夹角示例的可以为30-70°。

可以理解的是，上述的“向下倾斜”是以物体受重力作用的方向为参照，即通常为地面方向。

更进一步的，上述第四倾斜管线44上设有：靠近发生装置1的第一阀门44a；靠近吸收剂处理系统2的第二阀门44b；位于第一阀门44a与第二阀门44b之间，且靠近第一阀门44a设置的用于通入吹送气的第四吹送气进口44c。

这里，第一阀门44a、第二阀门44b具体为高温阀门，分别设置在该条管线的上游入口和下游出口处，以控制该条管线内输送物料的流入和流出；并且，在该条管线靠近第一阀门44a处设置第四吹送气进口44c，第四吹送气进口与水平方向之间的夹角示例的可以为35-80°，通过第四吹送气进口44c向该条管线内通入吹送气，以松动并吹送该条管线中的物料及时、顺畅地落入吸收剂处理系统2中。

其中，为避免在上述系统中引入其他杂质气体，本发明实施例中提及的吹送气均为过热蒸汽。

第一气固分离系统3

参考图2所示，在本发明一些实施例中，上述第一气固分离系统3包括：

第一气固分离单元31；该第一气固分离单元31上设有：通过第一传输管线51与发生装置1的第一顶部排气口1c连通的第一进料口31a；用于排出经气固分离后的富氢气体的第一排气口31b；用于排出经气固分离后的固体颗粒的第一排料口31c；用于形成稳定料封的第一返料单元32；该第一返料单元32通过第一垂直传输管线61与第一排料口31c连通、通过向下倾斜的第一倾斜管线41与吸收剂处理系统2连通。

需要说明的是，上述的第一气固分离单元31包括：多级旋风分离器、移动床除尘器、金属过滤器中的任一种，只要能够实现对上述含固体颗粒的富氢气体进行气固分离的处理即可。

经发生装置1的第一顶部排气口1c排出的含固体颗粒(小粒径的石油焦灰渣和小粒径的饱和吸收剂)的富氢气体，进入第一气固分离单元31进行气固分离，分离下来的小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂经第一垂直传输管线61(示例的可以为垂直料腿)进入第一返料单元32后再通过向下倾斜的第一倾斜管线41与吸收剂处理系统2连通。

去除固相(即小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂)的富氢气体经第一排气口31b排出旋风。其主要组成为氢气、水蒸气及少量的二氧化碳。对这些气体后续进行降温回收余热处理，可以使得其中的水蒸气通过冷凝的方式分离出来，得到纯度较高的氢气产品，以进行后续利用，也可以去除其中少量的二氧化碳气体以进一步提高氢气产品的纯度。

其中，第一返料单元32可以为高温翼阀或其他返料装置，用于形成稳定料封，以避免后续系统中的气体反窜进入第一气固分离单元31及第一垂直传输管线61中引发旋风失效，同时可以将旋风分离下来的进入料腿中的物料送入后续处理单元。

上述第一倾斜管线41与水平方向之间的夹角示例的可以为45-75°，以便于物料的顺畅下落。

并且，第一倾斜管线41靠近第一返料单元32的一端上设有用于通入吹送气(如过热蒸汽)的第一吹送气进口41a，以松动并吹送该条管线中的物料及时、顺畅地落入吸收剂处理系统2中。

第一吹送气进口41a与水平方向之间的夹角示例的可以为47-80°。

吸收剂处理系统2

在本发明一些实施例中，上述吸收剂处理系统2包括：参考图1所示，与发生装置1的排渣口1b连通，或者，参考图2所示，与发生装置1的排渣口1b和第一气固分离系统3分别连通的煅烧装置21；该煅烧装置21上设有：用于通入含氧介质的煅烧气入口21a；含氧介质用于与石油焦灰渣发生燃烧反应，并使饱和吸收剂释放出吸收的酸性气体以得到预吸收剂；该煅烧装置21上还设有用于排出预吸收剂的底部排料口21b。

上述吸收剂处理系统2还包括：参考图1或图2所示，与煅烧装置21的底部排料口21b连通的破碎单元22，用于对从底部排料口21b排出的预吸收剂进行破碎处理，以得到破碎小粒径吸收剂，提高参与后续反应后与酸性气体相接触的面积。

上述吸收剂处理系统2还包括：参考图1或图2所示，与破碎单元22连通的吸收剂活化单元23(例如为气固接触效率较高的喷动床反应器)；该吸收剂活化单元23上设有：用于通入过热蒸汽的底部射流入口23a；过热蒸汽用于对从前述破碎单元22通入到吸收剂活化单元23中的破碎小粒径吸收剂进行活化处理，以得到新鲜的吸收剂。

在此基础上，上述系统还包括：连通吸收剂活化单元23与发生装置1的吸收剂返回口1a的吸收剂输送管线53，用于使经吸收剂活化单元23处理后的新鲜的吸收剂在过热蒸汽的气流作用下输送至前述的发生装置1，吸收发生装置1中的酸性气体以促进氢气的生成。

需要说明的是，上述煅烧装置21具体为气固反应接触速度较快的快速流化床。

在本发明一些实施例中，参考图1所示，针对煅烧装置21与发生装置1的排渣口1b连通的情况，上述煅烧装置21上还设有：用于与该排渣口1b连通的第一混料入口21d；其中，该第一混料入口21d高于煅烧气入口21a设置，以使得从该第一混料入口21d排入的大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂能够与从煅烧气入口21a通入的含氧介质充分接触。

在本发明另一些实施例中，参考图2所示，针对煅烧装置21与发生装置1的排渣口1b和第一气固分离系统3分别连通的情况，上述煅烧装置21上还设有：用于与排渣口1b连通的第一混料入口21d；用于与第一气固分离系统3(具体可以为第一气固分离系统3中的第一返料单元32)连通的第二混料入口21e；其中，第一混料入口21d高于煅烧气入口21a设置、第二混料入口21e高于第一混料入口21d设置。

由于煅烧装置21通常为上部细、下部粗的圆柱形结构，上述各开口设置能够使得用于排入大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂的混合物的第一混料入口21d、用于排入小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂的混合物的第二混料入口21e均设置在下部粗床径位置，且大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂的混合物的入口设置在小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂的混合物的入口下部，便于气流更快的进行选择性筛分、使得细颗粒上行夹带出煅烧装置21、大颗粒落入煅烧装置21下部，便于排出。

从上述煅烧装置21的煅烧气入口21a通入的含氧介质具体可以为空气、或纯氧或富氧空气，这些含氧介质与从前述的发生装置1的排渣口1b排出的大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂、或者与从前述的发生装置1的排渣口1b排出的大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂、与从前述第一气固分离系统3分离出的小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂发生燃烧放热反应，将这些混合物中的残炭消耗完全，同时饱和吸收剂煅烧释放出吸收的二氧化碳、二氧化硫等酸性气体，还原得到纯度较高的预吸收剂。

从煅烧装置21的底部排料口21b排出的预吸收剂为经过煅烧处理后的大粒径，为提高吸收剂的吸收活性，可以进一步通过与底部排料口21b连通的破碎单元22对排出的大粒径的预吸收剂进行破碎处理，以得到满足粒径需要的高温的破碎小粒径吸收剂。

在此之后，可以通过吸收剂活化单元23对从前述破碎单元22通入的破碎小粒径吸收剂进行活化处理，以得到新鲜的吸收剂。

这里，经前述破碎单元22进入的煅烧后的破碎小粒径吸收剂与底部射流入口23a进入的过热蒸汽相接触，利用气流的喷射作用能够对破碎小粒径吸收剂进行活化处理，改变破碎小粒径吸收剂的表观形貌，有效提高破碎小粒径吸收剂的表面积和孔隙率，进而有利于形成的新鲜的吸收剂返供回发生装置1中进行二氧化碳吸收的碳酸化反应的进行。

同时，活化后的高温的新鲜的吸收剂汇同过热蒸汽一并从吸收剂活化单元23的吸收剂排料口23b排出，在过热蒸汽的气流作用下经吸收剂输送管线53输送至发生装置1。

当吸收剂输送管线53中的气速不够时，可在该条管线上补充过热蒸汽，以保证处理后的高温新鲜的吸收剂的快速、顺利地输送及返炉。

在此基础上，煅烧装置21对石油焦灰渣和饱和吸收剂进行煅烧处理后，会排出大量的酸性气体(例如为高浓度的CO₂气体)，这些气体会夹带出部分的小粒径的饱和吸收剂煅烧分解后生成的预吸收剂，小粒径的预吸收剂随气流夹带上行，经第二顶部排气口21c排出。

参考图1或图2所示，上述煅烧装置21上还设有：用于排出含预吸收剂的富酸性气体(例如为富二氧化碳气体)的第二顶部排气口21c。

因此，为提高对富酸性气体夹带出的这部分小粒径预吸收剂的利用率，参考图1或图2所示，上述吸收剂处理系统2还包括：与第二顶部排气口21c、吸收剂活化单元23分别连通的第二气固分离系统7，用于对含预吸收剂的富酸性气体进行气固分离，并使分离出的预吸收剂输送至吸收剂活化单元23中。

在本发明一些实施例中，上述第二气固分离系统7包括：

第二气固分离单元71；该第二气固分离单元71上设有：通过第二传输管线52与煅烧装置21的第二顶部排气口21c连通的第二进料口71a；用于排出经气固分离后的富酸性气体的第二排气口71b；用于排出经气固分离后的预吸收剂的第二排料口71c；

用于形成稳定料封的第二返料单元72；该第二返料单元72通过第二垂直传输管线62与第二排料口71b连通、通过向下倾斜的第二倾斜管线42与前述的吸收剂活化单元23连通。

需要说明的是，上述的第二气固分离单元71包括：多级旋风分离器、移动床除尘器、金属过滤器中的任一种，只要能够实现对上述含固体颗粒的富氢气体进行气固分离的处理即可。

经煅烧装置21的第二顶部排气口21c排出的含预吸收剂的富酸性气体，进入第二气固分离单元71进行气固分离，分离下来的小粒径的预吸收剂经第二垂直传输管线62(示例的可以为垂直料腿)进入第二返料单元72后再通过向下倾斜的第二倾斜管线42与吸收剂活化单元23连通。

去除固相(即小粒径的预吸收剂)的富酸性气体经第二排气口71b排出旋风。其主要组成为二氧化碳、氮气及少量二氧化硫，后续可直接进行温室气体的收集、处理和利用。

其中，第二返料单元72可以为高温翼阀或其他返料装置，用于形成稳定料封，以避免后续系统中的气体反窜进入第二气固分离单元71及第二垂直传输管线62中引发旋风失效，同时可以将旋风分离下来的进入料腿中的物料送入后续处理单元。

上述第二倾斜管线42与水平方向之间的夹角示例的可以为45-75°，以便于物料的顺畅下落。

并且，第二倾斜管线42靠近第二返料单元72的一端上设有用于通入吹送气(如过热蒸汽)的第二吹送气进口42a，以松动并吹送该条管线中的物料及时、顺畅地落入吸收剂活化单元23中。

第二吹送气进口42a与水平方向之间的夹角示例的可以为47-80°。

在本发明一些实施例中，参考图2所示，上述吸收剂活化单元23上还设有：

用于与吸收剂输送管线53连接的吸收剂排料口23b；

预吸收剂第一通入口23c，该预吸收剂第一通入口23c通过前述的第二倾斜管线42与第二返料单元72连通；

预吸收剂第二通入口23d，该预吸收剂第二通入口23d通过第三倾斜管线43与前述的破碎单元22连通。

其中，吸收剂排料口23b高于预吸收剂第一通入口23c设置、预吸收剂第一通入口23c高于预吸收剂第二通入口23d设置、预吸收剂第二通入口23d高于底部射流入口23a设置。

由于吸收剂活化单元23通常为下部圆锥形、上部圆柱形的结构，将用于排出经破碎处理后的预吸收剂第二通入口23d设置在下方，有利于这些较重的预吸收剂与过热蒸汽充分接触，提高活化改善的效果；而将用于排出经活化处理后的新鲜吸收剂的吸收剂排料口23b设置在相对最上方，有利于活化处理后的新鲜吸收剂在过热蒸汽的气流作用下传输至前述的发生装置1参与气化反应。

其中，上述第三倾斜管线43与水平方向之间的夹角示例的可以为45-75°。

并且，上述第三倾斜管线43靠近破碎单元22的一端上设有用于通入吹送气的第三吹送气进口43a。以松动并吹送该条管线中的物料及时、顺畅地落入后续处理单元中。

该第三吹送气进口与水平方向之间的夹角示例的可以为47-80°。

基于此，通过本发明实施例提供的上述系统，可实现低灰高硫劣质石油焦的高效利用，在最大限度提高产品气中氢气含量的同时，可现实石油焦的无氧气化和氢气、二氧化碳高效分离，无需PSA(Pressure Swing Absorption，变压吸附法)及其他分离工艺，成本及工艺流程大大简化和降低。

另一方面、本发明实施例还提供了一种石油焦气化制备氢气的方法，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1、使石油焦、气化剂和吸收剂发生气化反应，得到石油焦灰渣、饱和吸收剂和含固体颗粒的富氢气体；其中，吸收剂吸收石油焦与气化剂反应生成的酸性气体形成饱和吸收剂；

步骤S2、对石油焦灰渣和饱和吸收剂进行处理，得到新鲜的吸收剂，并将新鲜的吸收剂输送至气化反应中。

其中，石油焦的粒径示例的可以在6mm以下；其中，灰分含量小于3％(为尽可能高地提高反应效率，灰分含量优选地小于1％)，外水含量小于5wt％；

气化剂示例的可以为温度为450-600℃的过热蒸汽。

吸收剂为粒径小于100μm的高温吸收剂，由于石油焦与气化剂反应生成的酸性气体通常为二氧化碳和硫化物，因此，吸收剂相应的可以包括能够与二氧化碳和硫化物发生反应的：氧化钙(CaO)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、氧化镁(MgO)中的至少一种。考虑到氧化镁成本较高，吸收剂可进一步优选为氧化钙或氢氧化钙或两者的混合物。以下实施例及具体反应式均仅以吸收剂具体为氧化钙为例进行示意。

高温吸收剂氧化钙经进口送入发生装置1中，同石油焦充分混合均匀并进行热量交换，气化剂过热蒸汽经下部进入发生装置1内同石油焦、吸收剂接触，并发生气化反应，得到富含氢气的气体，经顶部排出发生装置1。

控制发生装置1的气化反应的操作温度示例的为700-850℃，操作压力示例的为0.5-3MPa，

控制石油焦在过热蒸汽与石油焦总量中的碳摩尔比为1.5-3、石油焦在吸收剂与石油焦总量中的碳摩尔比为0.8-2，以便于获取更多的氢气组分。在发生装置1中进行的主要反应如下：

2C+2H₂O→2H₂+2CO；反应(1)

CO+H₂O→CO₂+H₂；反应(2)

CaO+CO₂→CaCO₃；反应(3)

CaO+SO₃→CaSO₄；反应(4)

CaO+H₂S→CaS+H₂O；反应(5)

其中，上述反应(1)为吸热反应，其余反应(2)至反应(5)均为放热反应。

由以上各反应式可以看出，加入的吸收剂可催化一氧化碳、氢气变换反应的进行；同时吸收剂同气体中二氧化碳发生碳酸化反应，二氧化碳的减少可促进气化及变换反应向生成氢气方向进行，提高发生装置1出口氢气产率；同时，吸收剂还可以固化石油焦气化过程产生的硫化合物，对处理高硫石油焦具有较大优势。

上述变换、碳酸化反应均为强放热反应，释放的热量可以提供给碳水吸热反应，确保其快速进行。石油焦及吸收剂固相物料在发生装置1内停留时间以石油焦碳转化率为依据，保证石油焦中碳转化率为60-80％，20-40％的石油焦灰渣(即残炭)随饱和吸收剂一并排出，进入后续的处理单元。

由于发生装置1排出的富氢气体中会夹带出一部分小粒径的固体颗粒，该固体颗粒包括：石油焦灰渣和饱和吸收剂。其中，石油焦灰渣的量(即残炭量)通常为发生装置1进口加入的石油焦总碳量的20-40％。

因此，为实现石油焦100％的充分转化，上述方法还包括：

步骤S1'、对含固体颗粒的富氢气体进行气固分离，得到固体颗粒；

相应的，上述步骤S2还包括：对分离出的固体颗粒进行处理，得到新鲜的吸收剂。

去除固相物料的富氢气体经第一气固分离单元31的第一排气口31b排出旋风。其主要组成为氢气、水蒸气和少量二氧化碳，氢气浓度为70％-90％。

在本发明一些实施例中，上述步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21、使含氧介质与石油焦灰渣发生燃烧反应，并使饱和吸收剂释放出吸收的酸性气体以得到预吸收剂；

步骤S22、对预吸收剂进行破碎处理，得到破碎小粒径吸收剂；

步骤S23、通过过热蒸汽对破碎小粒径吸收剂进行活化处理，得到新鲜的吸收剂；

步骤S24、使新鲜的吸收剂在过热蒸汽的气流作用下输送至气化反应中。

这里，对于上述步骤S22，其中的含氧介质具体可以为空气、或纯氧或富氧空气。含氧介质同进入的大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂、或同进入的大粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂及小粒径的石油焦灰渣和饱和吸收剂进行燃烧放热反应，将混合物中的石油焦灰渣消耗完全，同时饱和吸收剂煅烧释放出吸收的二氧化碳、二氧化硫等酸性气体，还原得到纯度较高的预吸收剂。

控制煅烧装置21中燃烧反应的操作温度为850-1000℃，燃烧反应的压力为0.3-2.5MPa。在煅烧装置21中发生的主要反应如下：

C+O₂→CO₂；反应(6)

CaCO₃→CaO+CO₂；反应(7)

CaSO₄→CaO+SO₃；反应(8)

其中，上述反应(6)为放热反应、其余反应(7)和反应(8)均为吸热反应。

石油焦灰渣的燃烧反应为饱和吸收剂(具体为碳酸钙、硫酸钙)的煅烧分解吸热反应提供了热量。在上述步骤S22中，可以将对预吸收剂进行破碎处理，得到粒径小于100μm的破碎小粒径吸收剂，以进行后续的活化处理。

控制吸收剂活化单元23的操作温度为500-700℃，经煅烧、破碎后的破碎小粒径吸收剂同下部进入的过热蒸汽相接触，对破碎小粒径进行活化处理，利用气体的喷射作用改变吸收剂的表观形貌，有效提高吸收剂的表面积和孔隙率，进而有利于发生装置1中二氧化碳吸收碳酸化反应的进行。

活化后的高温吸收剂汇同过热蒸汽一并经出口排出，在气流作用下输送至上述的发生装置1。

进一步的，饱和吸收剂煅烧后释放出的大量酸性气体(如二氧化碳和硫化物)会夹带一部分小粒径的预吸收剂在煅烧装置21中随气流夹带上行，经顶部出口排出，即上述步骤S21还包括：得到含预吸收剂的富酸性气体。

因此，为提高对这部分预吸收剂的循环利用率，上述方法还包括以下步骤：

步骤S21'、对含预吸收剂的富酸性气体进行气固分离，得到分离出的预吸收剂；

相应的，上述步骤S23还包括：通过过热蒸汽对分离出的预吸收剂进行活化处理，得到新鲜的吸收剂。

即，分离下来的小粒径的预吸收剂送入吸收剂活化单元23进行进一步活化处理，以形成更多的新鲜的吸收剂，返供给石油焦进行的气化反应中，进一步提高氢气产率。

基于此，通过本发明实施例提供的上述石油焦气化制备氢气的系统及方法，不仅实现了低灰高硫劣质石油焦的高效利用，同时，还为炼化厂二次加工装置提供廉价的氢气、蒸汽等，可实现炼化厂的自给自足，提高了炼油厂的轻油收率和自身经济效益。

本发明实施例提供的上述石油焦气化制备氢气的系统及方法将石油焦碳水气化反应、水煤气变换反应、氢气和二氧化碳分离集成在一个反应装置中，能够在获得较高纯度的氢气产品的同时，实现了二氧化碳等酸性气体的高温分离，有利于温室气体的运输和储存。

并且，本发明实施例提供的上述石油焦气化制备氢气的系统及方法，利用煅烧装置与吸收剂活化单元，可实现吸收剂的再生、活化和多次循环利用，同时还可保持吸收剂更好的活性。

上述整体方法和系统还实现了热量及物料输送的充分耦合，充分回收并利用了余热，从而显著提高了系统的热效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。