组合式流化床煤催化气化制氢的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，采用流化床气化炉和再生炉组合，于原料进口位于流化床气化炉上层空间，流化床气化炉下层空间的返料出口通过返料装置与再生炉的返料进口相连接，再生炉上方出口通过返料装置与流化床气化炉上层空间的返料进口相连接技术方案，主要解决氢气含量低、碳转化率低、能耗高等问题。本实用新型专利技术的装置及方法，较好地解决了上述问题，可应用于煤制氢领域。

【技术实现步骤摘要】
组合式流化床煤催化气化制氢的装置
本技术属于煤制氢
，涉及一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，尤其涉及一种分层反应的流化床气化炉和流化床再生炉相组合的催化气化制氢反应的装置。
技术介绍
氢能作为一种清洁能源，在能量转化过程中，最终的产物是水，可真正实现零排放，被广泛应用于航天动力、车载燃料、燃料电池、燃烧发电、化工生产等方面，在能源结构中发挥越来越重要的作用。目前制备氢能的主要方法包括重油部分氧化重整制氢、电解水制氢和煤气化制氢等，其中煤气化制氢符合我国的能源结构特征和基本国情，是主流的制氢技术。传统的煤制氢主要包括煤气化、煤气净化、CO变换及提纯等工艺，所涉及的设备较多，各设备间温度、压力匹配困难，能耗大，流程长，系统能量转化率低。煤气化装置是煤制氢的关键设备，现有技术的煤气化装置主要采用气流床和流化床气化炉，其出口的合成气中氢气含量普遍偏低，增加了后续净化、变换和提纯工艺的负荷。专利CN101372312A提出了一种煤气化制备氢气的方法，采用二段式气化方法，第一步是在隔绝空气及不高于900℃条件下，热裂解煤，主要得到煤热解气化、焦油和煤焦，分离煤热解气化和焦油，得到的煤焦进入第二个步骤，在不高于800℃条件下，用气化剂进行气化反应，所得的煤焦气经纯化后得到目标产物氢气。该方法的问题在于在没有外供热的条件下难以维持反应温度，需要将过热蒸汽加热至气化反应所需的温度，能耗较高，并且颗粒停留时间较长，碳转化率低，工业应用的经济性较差。专利CN102585911A提出了一种煤气化制氢装置及方法，反应器耦合了煤气化、钙基吸附剂捕获二氧化碳和碳酸钙煅烧三个过程，通过钙基吸附剂捕获煤气化合成气中的二氧化碳以提高氢气含量。然而该装置气化反应器出口的合成气需通过外置热交换器降温后进入吸附反应器，两个反应器之间的温度匹配性差，并且其合成气中夹带的煤灰易产生管路堵塞。燃烧反应器产生的钙基吸附剂分成两股，分别进入气化反应器和吸附反应器中，压力平衡难以控制并且无法进入各段反应器的比例，不利于控制各反应的效果，从而影响出口技术指标。
技术实现思路
上述技术中考虑了催化剂或者载体对气化炉内反应过程的促进作用，对出口合成气中氢气含量的提升有一点作用，但是从反应过程强化而言并未形成合理有效的方法，所采用的催化剂或者载体还未能满足技术指标和经济性的要求。因而可以考虑强化变换和CO2吸收反应，并采用具有高效催化性能的载体来提高煤催化气化制氢过程，生成高品质的富氢合成气。基于以上考虑可在气化炉内强化变换和碳酸化反应，研究一种气化反应速率快，变换反应程度高、催化反应性能好，工艺简单，运行稳定并且高效的煤催化气化制氢技术。本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、氢气产率偏低、能耗偏高及运行稳定性差的问题，本技术提出了一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，该装置由流化床气化炉和流化床再生炉组成，流化床气化炉内通入原料煤A、氧化态高温热载体G、上层气体分布器气化剂和下层气体分布器气化剂，进行热解、气化、变换和碳酸化反应，生成富氢合成气、气化半焦和碳酸盐载体，碳酸盐载体和气化半焦进入到再生炉中，与含氧气体进行高温燃烧反应，分解碳酸盐载体，再次生成氧化态高温热载体。实现了高温热载体的循环再生，平衡了热流和物流，提高了气化强度、碳转化率和氢气产率。本技术提供了一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，包括流化床气化炉、原料进口、气化炉下层气体分布器、气化炉上层气体分布器、气化炉出口、气化炉排渣口、气化炉返料出口、返料装置、再生炉返料进口，再生炉、载体加料口，再生炉气体分布器、再生炉气体出口、再生炉排渣口、第一旋风分离器、灰斗、返料直管、U型返料装置、气化炉返料进口、气化炉热回收单元、分离净化单元、第二旋风分离器、再生炉冷却净化单元，其中，所述原料进口与所述流化床气化炉相连接，所述流化床气化炉通过所述气化炉返料出口与所述返料装置相连接，所述返料装置通过所述再生炉返料进口与所述再生炉相连接，所述载体加料口与所述再生炉相连接，所述再生炉气体出口与所述第一旋风分离器相连接，所述第一旋风分离器底部连接所述灰斗和所述返料直管，所述U型返料装置通过所述气化炉返料进口与所述流化床气化炉相连接，所述第一旋风分离器的出口与所述第二旋风分离器相连接，所述第二旋风分离器与所述再生炉冷却净化单元相连接，所述气化炉出口与所述气化炉热回收单元和所述分离净化单元相连接。研究发现，通过优化本技术的流化床气化炉结构和工艺，在强化反应过程、物料传质和传热方面具有明显优势。根据本技术的一些实施方式，所述流化床气化炉由上层空间和下层空间组成；所述上层空间的内径大于所述下层空间的内径；和/或，所述上层空间的高度大于等于所述下层空间的高度。根据本技术的一些实施方式，所述上层空间的内径为所述下层空间的内径的1.2-5.0倍；和/或，所述上层空间的高度为所述下层空间的高度的1.0-3.0倍。根据本技术的一些实施方式，所述气化炉下层气体分布器位于所述流化床气化炉)的下层空间的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，所述气化炉下层气体分布器的锥面上设置有气孔；和/或，所述气化炉上层气体分布器位于所述流化床气化炉的上层空间的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，所述气化炉上层气体分布器锥面上设置有气孔。根据本技术的一些实施方式，所述气化炉下层气体分布器位于所述流化床气化炉的下层空间的底部，与水平轴线呈15-45°的夹角，所述气化炉下层气体分布器的锥面上设置有气孔，所述气孔沿圆周均匀布置；和/或，所述气化炉上层气体分布器位于所述流化床气化炉的上层空间的底部，与水平轴线呈15-45°的夹角，所述气化炉上层气体分布器锥面上设置有气孔；所述气孔沿圆周均匀布置。根据本技术的一些实施方式，所述气化炉下层气体分布器设有5-50个圈气孔，开孔率为1-5％；和/或，所述气化炉上层气体分布器设有10-100个圈气孔，开孔率为1-5％。根据本技术的一些实施方式，所述原料进口位于所述流化床气化炉的上层空间内，位置为低于所述上层空间的高度的2/3；和/或，所述的气化炉返料出口位于所述流化床气化炉的下层空间内；和/或，所述的气化炉返料进口位于所述流化床气化炉的上层空间内。根据本技术的一些实施方式，所述原料进口位于所述上层空间的高度的1/5-3/5之间；和/或，所述的气化炉返料出口位于所述下层空间的高度的1/5-4/5之间；和/或，所述的气化炉返料进口位于所述上层空间的高度的1/3-2/3之间。根据本技术的一些实施方式，所述再生炉返料进口位于所述再生炉的下方，位置为低于所述再生炉的高度的1/2；和/或，所述再生炉设有1-5个载体加料口，所述载体加料口位于再生炉中部。根据本技术的一些实施方式，所述再生炉返料进口位于所述再生炉的高度的1/5-1/2之间；和/或，所述再生炉设有1-5个载体加料口，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，包括流化床气化炉(1)、原料进口(2)、气化炉下层气体分布器(3)、气化炉上层气体分布器(4)、气化炉出口(5)、气化炉排渣口(6)、气化炉返料出口(7)、返料装置(8)、再生炉返料进口(9)，再生炉(10)、载体加料口(11)，再生炉气体分布器(12)、再生炉气体出口(13)、再生炉排渣口(14)、第一旋风分离器(15)、灰斗(16)、返料直管(17)、U型返料装置(18)、气化炉返料进口(19)、气化炉热回收单元(20)、分离净化单元(21)、第二旋风分离器(22)、再生炉冷却净化单元(23)，/n其特征在于，所述原料进口(2)与所述流化床气化炉(1)相连接，所述流化床气化炉(1)通过所述气化炉返料出口(7)与所述返料装置(8)相连接，所述返料装置(8)通过所述再生炉返料进口(9)与所述再生炉(10)相连接，所述载体加料口(11)与所述再生炉(10)相连接，所述再生炉气体出口(13)与所述第一旋风分离器(15)相连接，所述第一旋风分离器(15)底部连接所述灰斗(16)和所述返料直管(17)，所述U型返料装置(18)通过所述气化炉返料进口(19)与所述流化床气化炉(1)相连接，所述第一旋风分离器(15)的出口与所述第二旋风分离器(22)相连接，所述第二旋风分离器(22)与所述再生炉冷却净化单元(23)相连接，所述气化炉出口(5)与所述气化炉热回收单元(20)和所述分离净化单元(21)相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，包括流化床气化炉(1)、原料进口(2)、气化炉下层气体分布器(3)、气化炉上层气体分布器(4)、气化炉出口(5)、气化炉排渣口(6)、气化炉返料出口(7)、返料装置(8)、再生炉返料进口(9)，再生炉(10)、载体加料口(11)，再生炉气体分布器(12)、再生炉气体出口(13)、再生炉排渣口(14)、第一旋风分离器(15)、灰斗(16)、返料直管(17)、U型返料装置(18)、气化炉返料进口(19)、气化炉热回收单元(20)、分离净化单元(21)、第二旋风分离器(22)、再生炉冷却净化单元(23)，
其特征在于，所述原料进口(2)与所述流化床气化炉(1)相连接，所述流化床气化炉(1)通过所述气化炉返料出口(7)与所述返料装置(8)相连接，所述返料装置(8)通过所述再生炉返料进口(9)与所述再生炉(10)相连接，所述载体加料口(11)与所述再生炉(10)相连接，所述再生炉气体出口(13)与所述第一旋风分离器(15)相连接，所述第一旋风分离器(15)底部连接所述灰斗(16)和所述返料直管(17)，所述U型返料装置(18)通过所述气化炉返料进口(19)与所述流化床气化炉(1)相连接，所述第一旋风分离器(15)的出口与所述第二旋风分离器(22)相连接，所述第二旋风分离器(22)与所述再生炉冷却净化单元(23)相连接，所述气化炉出口(5)与所述气化炉热回收单元(20)和所述分离净化单元(21)相连接。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床气化炉(1)由上层空间和下层空间组成；所述上层空间的内径大于所述下层空间的内径；和/或，所述上层空间的高度大于等于所述下层空间的高度。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床气化炉(1)由上层空间和下层空间组成；所述上层空间的内径为所述下层空间的内径的1.2-5.0倍；和/或，所述上层空间的高度为所述下层空间的高度的1.0-3.0倍。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气化炉下层气体分布器(3)位于所述流化床气化炉(1)的下层空间的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，所述气化炉下层气体分布器(3)的锥面上设置有气孔；
和/或，所述气化炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：金渭龙，钟思青，徐俊，高攀，
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：新型
国别省市：北京;11