一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统技术方案

一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统，煤催化气化反应炉包括：柱状壳体内形成有气化反应区和高温熔融区，气化反应区位于高温熔融区之上；气化反应区底部设置的气化剂输送装置朝向气化反应区顶部输送高温气化剂时，在气化反应区内形成流向高温熔融区的气化剂旋流；高温熔融区顶部设置的氧化剂输送装置朝向高温熔融区底部输送高温氧化剂时，在高温熔融区内形成流向气化反应区的氧化剂旋流。通过气化剂输送装置和氧化剂输送装置降低物质传递和能量交换过程的控制难度，提高整体催化气化的环保性和运行稳定性。化的环保性和运行稳定性。化的环保性和运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统


[0001]本专利技术涉及催化气化
，特别涉及一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统。

技术介绍

[0002]气化工艺是指将含碳物质转化成合成气，用于发电和生产化工原料的工艺过程，煤催化气化制甲烷是最有效的气化工艺之一，催化剂可同步催化碳水反应、水煤气变换反应以及一氧化碳加氢甲烷化反应，实现吸放热耦合，大幅提高系统能效。
[0003]催化剂中，碱金属钾和钠的催化性能最佳，但成本较高，利用后需要对气化灰渣中的催化剂回收循环利用，但这会造成气化系统结构复杂，因此催化剂的高成本成为制约煤催化气化技术工业化的关键因素。因此，为了降低催化剂成本，简化催化剂回收流程，需要研发低成本、无需回收的催化剂体系。
[0004]现有技术的方案中，通过选用成本较低的碱金属、碱土金属盐类或混合物作为煤气化催化剂，或者将工业废碱渣或废碱液应用于煤催化气化反应中，不仅能有效催化煤气化反应，还能解决废弃物的污染问题。而且，所用催化剂成本低，可以免去催化剂回收工段。但是催化气化灰渣中金属催化剂的溶出会对环境造成污染，因此不能直接排放，必须对灰渣进行无害化处理，才能实现灰渣的资源化利用或直接排放。
[0005]现有技术为了实现煤催化气化工艺和灰渣处理流程，通常采用多个反应器构成整个装置，不同的反应器实现不同的功能，但是不同反应器之间的物质输送和能量交换难以实现，很容易造成整个装置的运行不稳定。

技术实现思路

[0006](一)专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是提供一种煤催化气化反应炉及煤催化气化反应系统，采用低成本免回收催化剂对原料煤进行处理，同时该系统中的气化反应区和高温熔融区内设置的气化剂输送装置和氧化剂输送装置，不仅能够降低物质传递和能量交换过程的控制难度，还提高了整体催化气化的环保性和运行稳定性。
[0008](二)技术方案
[0009]为解决上述问题，根据本专利技术的一个方面,本专利技术提供了一种煤催化气化反应炉，包括：柱状壳体；柱状壳体内形成有气化反应区和高温熔融区，气化反应区位于高温熔融区之上；所述气化反应区底部设置的气化剂输送装置朝向所述气化反应区顶部输送高温气化剂时，在所述气化反应区内形成流向所述高温熔融区的气化剂旋流；所述高温熔融区顶部设置的氧化剂输送装置朝向所述高温熔融区底部输送高温氧化剂时，在所述高温熔融区内形成流向所述气化反应区的氧化剂旋流。
[0010]进一步的，所述气化剂输送装置的输出口朝向所述气化反应区顶部；所述氧化剂输送装置的输出口朝向所述高温熔融区底部。
[0011]进一步的，所述气化剂输送装置和所述氧化剂输送装置设于所述柱状壳体的内壁；所述气化剂输送装置的输出口与所述柱状壳体的轴向夹角为45
°‑
90
°
；所述气化剂输送装置的输出口与垂直于所述轴向的截面的夹角为60
°‑
90
°
；所述氧化剂输送装置的输出口与所述柱状壳体的轴向夹角为15
°‑
50
°
；所述氧化剂输送装置的输出口与垂直于所述轴向的截面的夹角为45
°‑
90
°
。
[0012]进一步的，气化剂输送装置包括：多个气体分布器、多个射流管或多个喷嘴；所述氧化剂输送装置包括：多个气体分布器、多个射流管或多个喷嘴；每个所述气体分布器均位于同一水平面、每个所述射流管均位于同一水平面或每个所述喷嘴均位于同一水平面。
[0013]进一步的，高温气化剂包括：H2O和/或O2；高温氧化剂包括：氧气或富氧蒸汽。
[0014]进一步的，所述高温熔融区底部形成有熔融液面；所述氧化剂旋流流入所述熔融液面以下一定深度后沿所述柱状壳体的内壁面进入所述气化反应区。
[0015]根据本专利技术的另一个方面,本专利技术提供了一种煤催化气化反应系统，包括以上所阐述的煤催化气化反应炉，还包括：备煤单元、煤气净化单元和排渣单元；备煤单元的输出口与煤催化气化反应炉的进料口连通，以将备煤单元中制备好的煤样输送至所述煤催化气化反应炉中；所述煤催化气化反应炉的排渣口与所述排渣单元连通，以将所述煤催化气化反应炉中产生的液态熔融渣输送至所述排渣单元中进行处理；所述煤催化气化反应炉的排气口与所述煤气净化单元的输入口连通，以将粗煤气输送至所述煤气净化单元中；所述煤气净化单元的出灰口与所述煤催化气化反应炉连通，以将飞灰重新输送回所述煤催化气化反应炉的高温熔融区中进行循环处理。
[0016]进一步的，备煤单元通过催化剂负载的方法制备煤样；催化剂包括：碱金属硫酸盐、钙的氧化物、钙的氢氧化物、工业废碱渣或工业废碱液；催化剂负载的方法包括：干混、浸渍或离子交换。
[0017]进一步的，排渣单元包括依次连接的：粒化器和换热结构；粒化器用于将液态熔融渣粒化为固态；换热结构用于对固态的熔融渣进行降温并回收余热。
[0018]进一步的，煤气净化单元包括依次连接的：旋风分离器、过滤器和返回装置；旋风分离器用于分离粗煤气中携带的飞灰；过滤器用于收集飞灰；返回装置用于将飞灰输送回煤催化气化反应炉的高温熔融区中。
[0019]进一步的，还包括：气体分离单元；所述气体分离单元的输入口与所述煤气净化单元的输出口连通，用于对分离飞灰后的所述粗煤气进行膜分离或深冷分离，得到CO或H2；所述气体分离单元的第一输出口与所述煤催化气化反应炉连通，用于将全部的所述CO或H2或部分的所述CO或H2输送回所述煤催化气化反应炉内；所述气体分离单元的第二输出口用于输出所述CO或H2。
[0020](三)有益效果
[0021]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0022]本专利技术提供的煤催化气化炉内设置有气化反应区和高温熔融区，通过调整气化反应区内设置的气化剂输送装置的安装角度，和调整高温熔融区内设置的氧化剂输送装置的安装角度，使得气化反应区和高温熔融区内分别形成气化剂旋流通道和氧化剂旋流通道，气化剂旋流通道和氧化剂旋流通道相互配合，将气化反应区内产生的催化气化灰渣输送至高温熔融区，保证了所有残碳的充分反应，为气化反应提供热量的同时使得催化气化灰渣
得到无害化处理；同时加强了气化反应区和高温熔融区内的反应。
[0023]本专利技术提供的煤催化气化系统中，备煤单元采用低成本原料或工业废碱液作为催化剂对原料煤进行催化剂负载处理，免去了催化剂回收工段。降低物质传递和能量交换过程控制难度，提高整体催化气化环保性和运行稳定性。
附图说明
[0024]图1是本专利技术提供的煤催化气化反应炉的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术提供的气化剂输送装置的布置位置示意图；
[0026]图3是本专利技术提供的气化反应区的气体流向示意图；
[0027]图4是本专利技术提供的氧化剂输送装置的布置位置示意图；
[0028]图5是本专利技术提供的高温熔融区的气体流向示意图；
[0029]图6是本专利技术提供的煤催化气化系统的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤催化气化反应炉，其特征在于，包括：柱状壳体；所述柱状壳体内形成有气化反应区和高温熔融区，所述气化反应区位于所述高温熔融区之上；所述气化反应区底部设置的气化剂输送装置朝向所述气化反应区顶部输送高温气化剂时，在所述气化反应区内形成流向所述高温熔融区的气化剂旋流；所述高温熔融区顶部设置的氧化剂输送装置朝向所述高温熔融区底部输送高温氧化剂时，在所述高温熔融区内形成流向所述气化反应区的氧化剂旋流。2.根据权利要求1所述的煤催化气化反应炉，其特征在于，所述气化剂输送装置的输出口朝向所述气化反应区顶部；所述氧化剂输送装置的输出口朝向所述高温熔融区底部。3.根据权利要求2所述的煤催化气化反应炉，其特征在于，所述气化剂输送装置和所述氧化剂输送装置设于所述柱状壳体的内壁；所述气化剂输送装置的输出口与所述柱状壳体的轴向夹角为45
°‑
90
°
；所述气化剂输送装置的输出口与垂直于所述轴向的截面的夹角为60
°‑
90
°
；所述氧化剂输送装置的输出口与所述柱状壳体的轴向夹角为15
°‑
50
°
；所述氧化剂输送装置的输出口与垂直于所述轴向的截面的夹角为45
°‑
90
°
。4.根据权利要求1所述的煤催化气化反应炉，其特征在于，所述气化剂输送装置包括：多个气体分布器、多个射流管或多个喷嘴；所述氧化剂输送装置包括：多个气体分布器、多个射流管或多个喷嘴；每个所述气体分布器均位于同一水平面、每个所述射流管均位于同一水平面或每个所述喷嘴均位于同一水平面。5.根据权利要求1所述的煤催化气化反应炉，其特征在于，所述高温气化剂包括：H2O和/或O2；所述高温氧化剂包括：氧气或富氧蒸汽。6.根据权利要求1所述的煤催化气化反应炉，其特征在于，所述高温熔融区底部形成有熔融液面；所述氧化剂旋流流入所述熔融液面以下一定深度后沿所述柱状壳体的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克忠，刘雷，王会芳，祖静茹，毛燕东，武恒，李鹏，孙志强，芦涛，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：