固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种固定床和熔融床组合式催化气化装置及其方法，解决了现有技术中存在的碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题。本发明专利技术由上方固定床气化段和下方熔融床气化段组成，其特征在于两个气化段采用喉口相连接，固定床气化段上部设有原料进口、底部设有炉蓖和气体分布器，熔融床气化段内上部设有回料进口，侧面设有气化剂喷嘴。主要包括以下步骤：含碳原料、催化剂、循环合成气和高温混合气体在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，未反应完全的灰渣和煤灰进入熔融床气化段进行燃烧气化反应的技术方案，较好地解决了上述问题，可应用于煤制合成气领域。

Combination of fixed bed and molten bed coal catalytic gasification reactor and its method

【技术实现步骤摘要】
固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法
本专利技术涉及一种煤催化气化反应装置及方法，更具体地，本专利技术设计一种固定床和熔融床相组合的催化气化反应装置及方法，属于煤催化气化领域。
技术介绍
富煤、贫油、少气是我国的能源结构特征，随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快，对天然气的需求日益增加。我国自身的天然气产量以无法达到天然气的需求量，供需矛盾日益突出，供应缺口唯有依赖进口得以弥补，极大程度上影响了我国的能源安全。鉴于我国是一个煤炭大国，煤炭产量丰富，将煤转化成天然气，是煤炭清洁高效利用的重要途径，因其能量转化率高，适合我国国情，有效缓解了天然气的供需矛盾，成为当前煤化工领域的研究热点之一。现阶段常用的煤制天然气技术是先将煤转换成合成气(CO+H2)，再进行甲烷化得到SNG的方法，需要经历以下几个步骤：气化、变换冷却、净化、甲烷合成等，即两步法煤制天然气的过程。该方法反应能耗大、热损失较多，需要多个反应装置因而导致工艺也较为复杂。然而，一步法煤制天然气技术是以煤为原料，在催化剂的作用下直接合成甲烷，通过在同一反应内进行催化气化、催化变换和催化甲烷化反应得到富含甲烷的合成气，该技术具有较高的经济性和可行性，因而成为煤制天然气领域的重要研究方向。美国专利US4077778提出了一种煤一步法制甲烷的工艺，采用碱金属碳酸盐或碱金属氢氧化物为催化剂，通过过热蒸汽控制炉内反应温度在700℃左右，并与煤粉在催化剂的作用下进行反应，直接得到富甲烷气体。该工艺需要将过热蒸汽加热至850℃左右，能耗较高，煤颗粒的停留时间较长，碳转化率较低，在没有外供热的条件下难以维持反应温度，并且该技术尚处于研发阶段。新奥集团的专利CN201010279560.7提出了一种多层流化床催化气化制富甲烷气体的工艺，将气化炉分为合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段。使燃烧、气化、甲烷化反应和热解反应分段进行，实现了自供热反应。然而气化炉内需要设置多层布风板和溢流通道，炉内结构复杂，气化效率和甲烷产率偏低，并且流化床底部氧气的通入容易使灰渣熔融团聚，形成大块的熔渣，堵塞气化炉的出口和气体分布器，从而影响装置的运行稳定性。专利CN200580041975.8提出了一种固定床煤气化炉，炉内设有可旋转的炉蓖以及炉蓖下方的炉灰排放出口，可旋转炉蓖具有向上朝内渐缩的外表面，可以围绕炉灰排放口的竖直轴线旋转，能够使得原料分布较为均匀，并且将大块的灰渣破碎成小颗粒的灰渣从炉灰排放口排出。然而排出的灰渣仍未反应完全，残碳含量较高，并且由于含氧气体的直接通入会形成灰渣烧结和大渣块，影响炉蓖和气化炉的稳定运行。固定床气化技术中气固逆流接触，出口温度低，使用块煤为原料，颗粒的停留时间长，挥发分不易分解，出口气体中甲烷含量较高，成为煤间接制天然气技术过程中气化单元的首选技术。然而固定床气化技术也存在气化强度低和碳转化率低的问题。熔融床气化技术作为一种较为新颖的气化技术，是将煤粉和气化剂高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内进行气化反应，具有煤种适应性广，气化强度高、良好的污染物控制和较低的气化剂需求量的特点。因而，可以考虑将高效的熔融床气化炉和固定床气化炉相结合应用于催化气化领域，研究一种气化强度高，气化反应速率快，甲烷化反应程度高、工艺简单，运行稳定的新型一步法煤催化气化制甲烷的技术。
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技术中碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本专利技术提出了一种固定床和熔融床相组合的催化气化装置，该装置由固定床气化段和熔融床气化段组成，固定床气化段内通入循环合成气和高温混合气体，进行热解、气化和甲烷化反应。将固定床气化段中未反应完全的半焦，循环至熔融床气化段中进行燃烧气化反应，实现了物料平衡，提高了气化强度、碳转化率和冷煤气效率，并且该装置运行稳定，易于放大。本专利技术所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应的气化反应方法。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：一种熔融床和固定床组合式催化气化反应装置，包括锁斗1、原料进口2、固定床气化段3、炉蓖4、传动装置5、传动构件6、气体分布器7、喉口8、熔融床气化段9、冷却夹套10、气化剂喷嘴11、下渣口12、固定床气化段出口13、旋风分离器14、灰斗15、回料直管16、回料装置17、回料进口18和分离装置19组成。其特征在于原料进口2与固定床气化段3相连接，炉蓖4通过传动构件6与传动装置5相连接，气体分布器7位于固定床气化段3底部，熔融床气化段9周边至少设有一层气化剂喷嘴11，熔融床气化段9底部与下渣口12相连接，熔融床气化段3通过喉口8与固定床气化段3相连接，固定床气化段出口13与旋风分离器14相连接，旋风分离器14出口与分离装置19相连接，旋风分离器14底部设有灰斗15和回料直管16，回料直管16底部与回料装置17相连接，回料进口18与熔融床气化段9相连接。所述的原料进口2设有1～4个，原料进口2的位置高于固定床气化段3高度的1/2，原料进口2的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。所述的炉蓖4设在固定床气化段3的底部，炉蓖4由4～6层组成，炉蓖4各层上设有气孔，气孔为等间距布置，孔径10～20mm，开孔率15～30％。所述的气体分布器7位于固定床气化段3的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器7的锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置，设有5～20圈气孔，开孔率0.1～5％。所述的喉口8用于连接固定床气化段3和熔融床气化段9，其内径小于固定床气化段3的内径，为其内径的0.1～0.5倍。所述的熔融床气化段9外部设有冷却夹套10，熔融床气化段9侧面设有1～3层气化剂喷嘴11，每层2～4个，等间距布置。所述的熔融床气化段9底部设有下渣口12，下渣口12的内径为熔融床气化段9的0.1～0.6倍。所述的旋风分离器14底部与灰斗15相连接，灰斗15的内径为旋风分离器14筒体内径的0.5～0.8倍。所述的回料装置17底部通有返料气，用于疏松和流化旋风分离器14分离下来的飞灰。所述的回料进口18的位置高于熔融床气化段9高度的1/2，回料进口18的角度与水平轴线呈15～75°的夹角。为解决上述问题之二，本专利技术采用的技术方案如下：一种固定床和熔融床相组合的气化反应方法，其特征在于，包括以下步骤：含碳原料和催化剂进入固定床气化段3内堆积于炉蓖4上，与来自气体分布器7的循环合成气和吼口8的高温混合气体接触，进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的灰渣通过旋转炉蓖4破碎成小颗粒，落入下方熔融床气化段9与高温熔融中的灰渣和催化剂的混合物接触，进行高温熔融气化反应。反应产生的高温混合气体由喉口8向上进入固定床气化段3内与循环合成气混合并参与反应，从固定床气化段出口13夹带出的未反应完全的细灰颗粒，通过旋风分离器14和回料装置17进入熔融床气化段9，净化除尘后的气相产物经过分离装置(19)将焦油分离出来，得到富含甲烷的合成气。所述的原料进口2中的含碳原料包括：煤、石油焦、生物质或者其混合物，粒径小于等于50mm。所述的催化剂包括碱金属、碱土金属、过渡金属或者其混合物；所述的催化剂以浸渍法、干混法或离子交换法的方式负载在原煤上；所述的催化剂的负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，包括锁斗(1)、原料进口(2)、固定床气化段(3)、炉蓖(4)、传动装置(5)、传动构件(6)、气体分布器(7)、喉口(8)、熔融床气化段(9)、冷却夹套(10)、气化剂喷嘴(11)、下渣口(12)、固定床气化段出口(13)、旋风分离器(14)、灰斗(15)、回料直管(16)、回料装置(17)、回料进口(18)和分离装置(19)组成；其特征在于原料进口(2)与固定床气化段(3)相连接，炉蓖(4)通过传动构件(6)与传动装置(5)相连接，气体分布器(7)位于固定床气化段(3)底部，熔融床气化段(9)周边至少设有一层气化剂喷嘴(11)，熔融床气化段(9)底部与下渣口(12)相连接，熔融床气化段(9)通过喉口(8)与固定床气化段(3)相连接，固定床气化段出口(13)与旋风分离器(14)相连接，旋风分离器(14)上方出口与分离装置(19)相连接，旋风分离器(14)底部设有灰斗(15)和回料直管(16)，回料直管(16)底部与回料装置(17)相连接，回料进口(18)与熔融床气化段(9)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，包括锁斗(1)、原料进口(2)、固定床气化段(3)、炉蓖(4)、传动装置(5)、传动构件(6)、气体分布器(7)、喉口(8)、熔融床气化段(9)、冷却夹套(10)、气化剂喷嘴(11)、下渣口(12)、固定床气化段出口(13)、旋风分离器(14)、灰斗(15)、回料直管(16)、回料装置(17)、回料进口(18)和分离装置(19)组成；其特征在于原料进口(2)与固定床气化段(3)相连接，炉蓖(4)通过传动构件(6)与传动装置(5)相连接，气体分布器(7)位于固定床气化段(3)底部，熔融床气化段(9)周边至少设有一层气化剂喷嘴(11)，熔融床气化段(9)底部与下渣口(12)相连接，熔融床气化段(9)通过喉口(8)与固定床气化段(3)相连接，固定床气化段出口(13)与旋风分离器(14)相连接，旋风分离器(14)上方出口与分离装置(19)相连接，旋风分离器(14)底部设有灰斗(15)和回料直管(16)，回料直管(16)底部与回料装置(17)相连接，回料进口(18)与熔融床气化段(9)相连接。2.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的原料进口(2)设有1～4个，原料进口(2)的位置高于固定床气化段(3)高度的1/2，原料进口(2)的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。3.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的炉蓖(4)的位置设在固定床气化段(3)的底部，炉蓖(4)由4～6层组成，炉蓖(4)各层上设有气孔，气孔为等间距布置，气孔孔径10～20mm，开孔率15～30％。4.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的气体分布器(7)位于固定床气化段(3)的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器(7)的锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置，设有5～20圈，开孔率0.1～5％。5.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：金渭龙，顾松园，钟思青，徐俊，
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