一种催化气化装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及催化气化技术领域，尤其涉及一种催化气化装置、系统及方法。解决了现有技术中无氧气化工艺在将一氧化碳和氢气返炉制甲烷时需提供高温过热气化剂，能耗较大，工业放大难以及通氧工艺中甲烷含量低、安全性差、耗氧量高的缺陷。本发明专利技术实施例提供一种催化气化装置，包括：气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区，所述气体分布板用于向所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域通入水蒸气和氧气；至少一个气体入射管，每一个所述气体入射管与所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域连通，用于向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气。本发明专利技术实施例用于催化气化制甲烷。

Catalytic gasification device, system and method

The invention relates to the technical field of catalytic gasification, in particular to a catalytic gasification device, a system and a method. To solve the non oxygen gasification process to provide heat in the gasification agent, carbon monoxide and hydrogen back to furnace methane in the prior art is difficult and high energy consumption, industrial oxygen in the process of methane content is low, poor safety and high oxygen consumption defects. Including the embodiment of the invention provides a catalytic gasification device: gasification furnace, the gasification furnace comprises a gas distribution plate, the upper part of the gas distribution plate for fluidized bed reaction zone, the gas distribution plate to the fluidized bed reaction zone near the area of the gas distribution plate into water vapor and oxygen; at least one incident gas tube, each of the incident gas pipe and the fluidized bed reaction zone from the gas distribution plate of regional connectivity, to the fluidized bed reaction zone away from the area of the gas distribution plate into carbon monoxide and hydrogen. The embodiment of the invention is used for catalyzing gasification to make methane.

【技术实现步骤摘要】
一种催化气化装置、系统及方法
本专利技术涉及催化气化
，尤其涉及一种催化气化装置、系统及方法。
技术介绍
煤催化气化技术是指煤在较低的温度下与气化剂(由水蒸气、氢气和一氧化碳组成)在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成富含甲烷的粗煤气。与其他煤气化技术相比，由于同时引入了煤催化气化和甲烷化反应的催化剂，将吸热的煤气化反应和放热的甲烷化反应耦合在一起，能够提高系统能效。在现有的煤催化气化技术中，多采用无氧气化工艺，具体的，将水蒸气、氢气和一氧化碳组成的气化剂经气化炉底部的气体分布板通入气化炉中，使得煤与所述气化剂发生煤气化反应，并同时副产甲烷，气化炉中产生的富含甲烷的粗煤气经过净化分离后获得富含甲烷的净化气体，将富含甲烷的净化气体经深冷分离获得一氧化碳和氢气，将所获得的一氧化碳和氢气作为循环气与水蒸气混合一同通入气化炉中在催化剂的催化作用下进行甲烷化反应，以进一步提高甲烷产量，但是，在此过程中，由于气化炉内的总反应为微吸热反应，因此，需要将气化剂过热至800℃以上，以促进气化炉中反应的进行，使得能耗较大，工业放大困难。若采用有氧气化工艺，则需要在经气化炉底部的气体分布板通入的气化剂中加入部分氧气，通过氧气燃烧来补充气化炉内反应所需的能量，而在通氧的情况下，氧气与一氧化碳和氢气不能同时通入，容易引发爆炸、爆燃等事故，存在安全性问题；并且气化炉内强放热的甲烷化反应较少，所获得的粗煤气中甲烷的含量较低，耗氧量较高。鉴于此，亟待开发一种能够同时通入氧气、一氧化碳和氢气的气化炉，能够在通过氧气燃烧补充气化炉内反应热所需的能量的同时，避免氧气与一氧化碳和氢气接触，提高甲烷含量的同时降低耗氧量。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种催化气化装置、系统及方法，解决了现有技术中无氧气化工艺在将一氧化碳和氢气返炉制甲烷时能耗较大，需将气化剂过热至较高温度、工业放大难以及通氧工艺中甲烷含量低、安全性差、耗氧量高的缺陷。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供一种催化气化装置，包括：气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区，所述气体分布板用于向所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域通入水蒸气和氧气；至少一个气体入射管，每一个所述气体入射管与所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域连通，用于向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气。可选的，所述流化床反应区从下到上依次包括密相区和稀相区，每一个所述气体入射管与所述密相区连通。可选的，所述密相区从下到上依次包括有氧区和无氧区，其中，所述气体入射管的出口位于所述无氧区底部。可选的，所述密相区具有一床径从下到上渐扩的过渡区。可选的，所述气化炉对应所述过渡区的炉壁与垂直方向的夹角小于等于8度。可选的，所述气体入射管为至少两个，且分层穿设于所述气化炉侧壁的不同高度。可选的，每层所述气体入射管为至少两个，且沿所述气化炉的周向均匀分布。可选的，每一个所述气体入射管的一端位于所述气化炉的外部，另一端与所述气化炉的内壁平齐。可选的，所述气体入射管与水平面具有一第一锐角，所述气体入射管与所述气体入射管和所述气化炉的侧壁连接点的切线所在的平面之间具有一第二锐角。可选的，当所述气体入射管向下倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为45度；当所述气体入射管向上倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为15度；所述第二锐角为25-45度。可选的，所述气体入射管的管径设置为使通过所述气体入射管的气体流速为5-30m/s。可选的，每一个所述气体入射管的一端位于所述气化炉的外部，另一端伸入气化炉内，且伸入气化炉内的一端设有至少两个通孔。可选的，每一个所述通孔的孔径为2-5mm，所述气体入射管的管径设置为使通过所述通孔的气体流速为10-30m/s。可选的，所述气体入射管以第三锐角倾斜设置或水平设置于所述气化炉的侧壁上，所述第三锐角是指所述气体入射管与所述气体入射管和所述气化炉的侧壁连接点的切线所在的平面之间所成的夹角。可选的，所述气体分布板为倒锥形结构，且所述气体分布板上开设有气孔，所述气孔的孔径小于等于5mm。可选的，所述气孔的开孔数设置为使得所述气体分布板的压降为所述气化炉压降的1/3。另一方面，本专利技术实施例提供一种催化气化系统，包括：如上所述的催化气化装置以及分别与所述催化气化装置的粗煤气出口和所述气体入射管的进口连通的净化分离系统；所述净化分离系统用于将粗煤气中的一氧化碳和氢气分离出来，并将所分离的一氧化碳和氢气一同输送至气化炉中。可选的，所述净化分离系统包括与所述催化气化装置的粗煤气出口连通的气固分离系统，以及与所述气固分离系统的气体出口连通的气体分离系统，其中，所述气体分离系统为深冷分离系统或者物理化学吸附系统。可选的，所述催化气化系统还包括提压系统，所述提压系统的进口与所述气体分离系统的一氧化碳出口和氢气出口连通，所述提压系统的出口与所述气体入射管的进口连通，所述提压系统用于将一氧化碳和氢气的压力提升至预设值，并将压力提升至预设值的一氧化碳和氢气输送入所述气化炉中。再一方面，本专利技术实施例提供一种催化气化方法，应用于如上所述的催化气化系统，包括：通过气体分布板向所述流化床反应区通入水蒸气和氧气，使负载有催化剂的固体燃料与所述水蒸气和氧气发生催化气化反应，生成粗煤气；通过气体入射管向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气，使一氧化碳和氢气在固体燃料所携带的催化剂的催化作用下发生甲烷化反应。本专利技术实施例提供一种催化气化装置，通过所述气体分布板向所述流化床反应区通入水蒸气和氧气，能够使进入所述气化炉内的固体燃料与所述水蒸气和氧气在所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域发生气化反应生成富含甲烷、一氧化碳和氢气的粗煤气，并且所述氧气的通入能够为气化反应提供所需的能量，适合于工业放大，同时，通过所述气体入射管向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气，能够与进入所述流化床反应区的固体燃料在固体燃料所携带的催化剂的催化作用下发生甲烷化反应，有利于一氧化碳和氢气返炉制甲烷，提高粗煤气中的甲烷含量，还能够避免氧气与一氧化碳和氢气同时通入发生爆炸，保证催化气化的安全性，同时，由于甲烷化反应为强放热反应，还能够有效降低耗氧量。解决了现有技术中无氧气化工艺在将一氧化碳和氢气返炉制甲烷时需将气化剂过热至较高温度，能耗较大、工业放大难以及通氧工艺中甲烷含量低、安全性差、耗氧量高的缺陷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种催化气化装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种气体入射管与气化炉连接的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种催化气化装置的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种气体入射管与气化炉连接的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种催化气化系统的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种催化气化系统的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化气化装置，其特征在于，包括：气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区，所述气体分布板用于向所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域通入水蒸气和氧气；至少一个气体入射管，每一个所述气体入射管与所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域连通，用于向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气。

【技术特征摘要】
1.一种催化气化装置，其特征在于，包括：气化炉，所述气化炉包括气体分布板，所述气体分布板的上方为流化床反应区，所述气体分布板用于向所述流化床反应区靠近所述气体分布板的区域通入水蒸气和氧气；至少一个气体入射管，每一个所述气体入射管与所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域连通，用于向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气。2.根据权利要求1所述的催化气化装置，其特征在于，所述流化床反应区从下到上依次包括密相区和稀相区，每一个所述气体入射管与所述密相区连通。3.根据权利要求2所述的催化气化装置，其特征在于，所述密相区从下到上依次包括有氧区和无氧区，其中，所述气体入射管的出口位于所述无氧区底部。4.根据权利要求2所述的催化气化装置，其特征在于，所述密相区具有一床径从下到上渐扩的过渡区。5.根据权利要求4所述的催化气化装置，其特征在于，所述气化炉对应所述过渡区的炉壁与垂直方向的夹角小于等于8度。6.根据权利要求1-5任一项所述的催化气化装置，其特征在于，所述气体入射管为至少两个，且分层穿设于所述气化炉侧壁的不同高度。7.根据权利要求6所述的催化气化装置，其特征在于，每层所述气体入射管为至少两个，且沿所述气化炉的周向均匀分布。8.根据权利要求6所述的催化气化装置，其特征在于，每一个所述气体入射管的一端位于所述气化炉的外部，另一端与所述气化炉的内壁平齐。9.根据权利要求8所述的催化气化装置，其特征在于，所述气体入射管与水平面具有一第一锐角，所述气体入射管与所述气体入射管和所述气化炉的侧壁连接点的切线所在的平面之间具有一第二锐角。10.根据权利要求9所述的催化气化装置，其特征在于，当所述气体入射管向下倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为45度；当所述气体入射管向上倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为15度；所述第二锐角为25-45度。11.根据权利要求8所述的催化气化装置，其特征在于，所述气体入射管的管径设置为使通过所述气体入射管的气体流速为5-30m/s。12.根据权利要求6所述的催化气化装置，其特征在于，每一个所述气体入射管的一端位于所述气化炉的外部，另一端伸入气化炉内，且伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克忠，毛燕东，刘雷，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13