本发明专利技术涉及一种分段吹氧煤催化气化的装置，主要解决反应器中温度、浓度分布不均、碳转化率偏低的问题。本发明专利技术的装置，主要包括：气化剂入口(1)、富氧空气进气口(7)、反应器密相区(13)、反应器稀相区(15)、一级旋风分离器(18)、二级旋风分离器(20)，其中流化床反应器密相区(13)的下端与灰斗(11)相连，其下部进口与煤粉进料口(3)和一级粉煤循环进料管(12)相连，一级旋风分离器(18)与反应器出口(8)相连，二级旋风分离器(20)与一级旋风分离器(18)相连，并通过二级粉煤循环进料口(14)进入反应器稀相区(15)的技术方案，较好的解决了上述技术问题，可应用于煤催化气化工业生产中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用分段吹氧煤催化气化的装置及方法。
技术介绍
煤、石油、天然气是世界三大一次能源，其中煤炭在世界能源储量中约占79％，石油与天然气占12％。煤是产生动力、热、煤焦加工和副产柏油的主要燃料资源之一。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。但目前大量煤炭被直接燃烧，不仅浪费资源而且污染环境。目前，相当部分酸雨、飞灰、SOx及NOx的温室气体。因此，以减少污染为目的的煤炭转化技术受到了极大的重视。在众多的煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转化的基础技术，也是煤化工发展中最重要的工艺过程。目前，国外已工业化的煤气化技术可分为三类，即以Lurgi技术为代表的固定床气化技术，以HTW技术为代表的流化床气化技术，以及以Texaco、Shell、多喷嘴对置气化技术为代表的气流床气化技术。气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围广，是目前煤气化技术发展的主流。国外已工业化的煤气化气流床气化技术主要有以水煤浆为原料的GETexaco气化技术、E～Gas气化技术，以干粉煤为原料的Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术等。国外已产业化或文献报道已完成中试的气流床煤气化炉主要有K～T气化技术、GSP气化技术等。国外已产业化或文献报道已完成中试的气流床煤气化炉主要有K～T、Shell、Prenflo、GSP、Texaco、E～Gas、Eagle等。国内气流床煤气化技术主要有多喷嘴对置气化技术和两段干煤粉气化技术。我国是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变。实现煤炭的高效洁净利用是世界各国，尤其是我国实现能源可持续发展的关键。当全球面临的能源和环境问题，为新型煤化工的发展提供了前所未有的机遇，目前，比较成熟的煤气化工艺的气化温度一般1000℃以上，这是因为在此温度以上大多数煤的气化速率较快，能够满足实际应用的要求。这些气化技术存在的缺点是反应温度高、对生成气的净化困难、能耗大和对设备要求高、生成气的冷却强度大等，由此直接促使了煤催化气化的研究。USP4,057,402提出了一种流化床气化过程，煤经过预处理后进入流化床反应器中，采用灰熔聚法排除灰渣，飞灰先经炉内旋风分离器分离，再经炉外旋风分离器分离，循环含碳飞灰从熔聚分离管返回气化装置，所述的气化过程，要先经过高温状态下炉内旋风分离器，所以对它的材质要求更高，飞灰通过熔聚灰的分离器进行循环，操作控制困难。US4,077,778提出采用多级流化床煤催化气化工艺，消除原催化气化工艺的不足，使气化更高效的进行，充分利用进料碳资源，提高碳转化率。主流化床操作气速较高，将部分碳颗粒夹带至二级流化床，在较低气速下进行气化反应，增大固体颗粒的停留时间，最大限度提高碳转化率。多级流化床煤催化气化工艺采用多个流化床反应器，设备投资巨大，操作较复杂。美国GPE公司在EXXON工艺技术基础上进行了进一步研究，US20070000177AI公开了煤一步法制甲烷的工艺，催化剂是碱金属氧化物或碱金属盐，气化剂是水蒸气，其主要技术特征除了加入高效的甲烷化催化剂之外，还加入了氧化钙到反应的煤粉当中，吸收反应过程产生的二氧化碳，进一步提高甲烷含量，上述工艺的确定是由于加入甲烷生成的催化剂，但高温不利用甲烷的生成，反应温度一般控制在700℃左右，反应速度慢，需要额外提供热量维持反应温度，这些技术还尚处于研发阶段。综上所述，上述文献中主要采用传统鼓风操作，碳的转化率不高，未反应的煤粉量较大，对于后续工艺的净化、分离等带来巨大难度，容易发生管路堵塞现象，导致设备不能正常运行，而本专利技术有针对性地解决了这些问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题之一是现有反应器中温度、浓度分布不均、碳转化率偏低的问题，提供一种新的煤催化气化的反应装置。该组合装置中流化床反应器具有密相区和稀相区温度分布均匀，碳的转化率高，分离后灰含量高的特点，同时由于这种反应器的特殊性，使得其催化剂的活性较高，煤灰可以有效排出反应器，保证反应的高效与稳定。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的反应方法。为解决上述技术问题之一，本专利技术采用的技术方案如下：一种分段吹氧煤催化气化反应的装置，主要包括：催化气化灰分离单元，煤催化气化单元以及未反应煤粉循环单元构成，所述的催化气化灰分离单元由气化剂进气管26，圆锥分布板2，煤粉进料口3，中心射流管23，环形分离管24，灰斗11，排渣口9构成，圆锥分布板2位于气化剂进气管26上部，呈倒锥形，圆锥分布板2上有均匀分布的气体出口27，圆锥分布板2下端与环形分离管24的上端连接，中心射流管23位于环形分离管24的中间，环形分离管24的下端与灰斗11相连，灰斗11上有环形分离管进气口10和排渣口9；所述的煤催化气化单元有圆形炉体4，反应器密相区13，反应器稀相区15，通过渐缩管28连接，反应器密相区13有粉煤进料口3和一级粉煤循环进料管12，反应器稀相区15有富氧空气进口7，二级粉煤循环进料口14和气化炉煤气出口8；所述的未反应煤粉循环单元是由一级旋风分离器18和二级旋风分离器20构成，一级旋风分离器18下部连接有一级粉煤循环立管19，一级粉煤循环进料管12和一级返料气管16，二级旋风分离器20下部连接有二级粉煤循环立管21，二级粉煤循环进料管14和二级返料气管17。上述技术方案中，所述圆锥分布板2的开孔率为1％～2％，孔径为1～4mm，圆锥母线与中心轴的夹角为30～45°。渐缩管28的圆锥母线与中心线的夹角为15～30°。反应器主体外部接有一级旋风分离器18和二级旋风分离器20，一级旋风分离器18的煤粉循环管12与反应器密相区13相连，在圆锥分布板2上方30～60cm处，与反应器密相区13的中心线夹角25～45°。二级旋风分离器20的煤粉循环管14与反应器稀相区15相连，在渐缩管28上方10～30cm处，与反应器稀相区15的中心线夹角25～45°。富氧空气进口7在渐缩管28上方10～30cm处，与反应器稀相区15的中心线夹角为45～60°。为解决上述问题之二，本专利技术采用的技术方案如下：一种分段吹氧煤催化气化反应的方法，采用上述的反应装置，包括如下步骤：(a)气化剂自气化剂进气管26经圆锥分布板2进入反应器密相区13，与负载催化剂的煤粉混合后进行反应，生产合成气，未反应得煤粉再进入反应器稀相区15，与来自富氧空气进口7的氧气进行部分燃烧再气化反应；(b)反应后的产物携带待未反应的煤粉和催化剂经过一级旋风分离器18和二级旋风分离器20，分离后的未反应的煤粉和催化剂分别进入到反应器密相区13和反应器稀相区15中继续反应；上述技术方案中，所述氧煤比为0.3～1Nm3/kg、蒸汽煤重量比为1～2.5，粒度为20～200μm，催化剂和煤的重量比为(0.05～0.20):1，富氧率为5～10％，反应器密相区13温度维持在750～850℃，反应器稀相区15温度维持在650～800℃，中心射流管23温度维持在1300～1500℃之间，反应压力以表压计为0.1～3.5MPa。本专利技术所述分段吹氧煤催化气化反应的装置及方法。由于煤催化气化的反应过程中，要求气固进行快速混合接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分段吹氧煤催化气化的装置，它主要由催化气化灰分离单元，煤催化气化单元以及未反应煤粉循环单元构成，所述的催化气化灰分离单元由气化剂进气管(26)，圆锥分布板(2)，煤粉进料口(3)，中心射流管(23)，环形分离管(24)，灰斗(11)，排渣口(9)构成，圆锥分布板(2)位于气化剂进气管(26)上部，呈倒锥形，圆锥分布板(2)上有均匀分布的气体出口(27)，圆锥分布板(2)下端与环形分离管(24)的上端连接，中心射流管(23)位于环形分离管(24)的中间，环形分离管(24)的下端与灰斗(11)相连，灰斗(11)上有环形分离管进气口(10)和排渣口(9)；所述的煤催化气化单元包括圆形炉体(4)，反应器密相区(13)，反应器稀相区(15)，通过渐缩管(28)连接，其中，反应器密相区(13)有粉煤进料口(3)和一级粉煤循环进料管(12)，反应器稀相区(15)有富氧空气进口(7)，二级粉煤循环进料口(14)和气化炉煤气出口(8)；所述的未反应煤粉循环单元是由一级旋风分离器(18)和二级旋风分离器(20)构成，一级旋风分离器(18)下部连接有一级粉煤循环立管(19)，一级粉煤循环进料管(12)和一级返料气管(16)，二级旋风分离器(20)下部连接有二级粉煤循环立管(21)，二级粉煤循环进料管(14)和二级返料气管(17)。...
【技术特征摘要】
1.一种分段吹氧煤催化气化的装置，它主要由催化气化灰分离单元，煤催化气化单元以及未反应煤粉循环单元构成，所述的催化气化灰分离单元由气化剂进气管(26)，圆锥分布板(2)，煤粉进料口(3)，中心射流管(23)，环形分离管(24)，灰斗(11)，排渣口(9)构成，圆锥分布板(2)位于气化剂进气管(26)上部，呈倒锥形，圆锥分布板(2)上有均匀分布的气体出口(27)，圆锥分布板(2)下端与环形分离管(24)的上端连接，中心射流管(23)位于环形分离管(24)的中间，环形分离管(24)的下端与灰斗(11)相连，灰斗(11)上有环形分离管进气口(10)和排渣口(9)；所述的煤催化气化单元包括圆形炉体(4)，反应器密相区(13)，反应器稀相区(15)，通过渐缩管(28)连接，其中，反应器密相区(13)有粉煤进料口(3)和一级粉煤循环进料管(12)，反应器稀相区(15)有富氧空气进口(7)，二级粉煤循环进料口(14)和气化炉煤气出口(8)；所述的未反应煤粉循环单元是由一级旋风分离器(18)和二级旋风分离器(20)构成，一级旋风分离器(18)下部连接有一级粉煤循环立管(19)，一级粉煤循环进料管(12)和一级返料气管(16)，二级旋风分离器(20)下部连接有二级粉煤循环立管(21)，二级粉煤循环进料管(14)和二级返料气管(17)。2.根据权利要求1所述分段吹氧煤催化气化的装置，其特征在于圆锥分布板(2)的开孔率为1％～2％，孔径为1～4mm，圆锥母线与中心轴的夹角为30～45°。3.根据权利要求1所述分段吹氧煤催化气化的装置，其特征在于渐缩管(28)的圆锥母线与中心线的夹角为15～30°。4.根据权利要求1所述分段吹氧煤催化气化的装置，其特征在于反应器主体外部接有一级旋风分离器(18)和二级旋...
【专利技术属性】
技术研发人员：高攀，顾松园，钟思青，齐国祯，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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