一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉制造技术

本发明专利技术公开了一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉，该流化床气化炉包括：气化炉壳体，垂直于所述纵轴线并在沿着所述纵轴线的不同高度处布置的至少两层呈孔板形式的气体分布器，将内部空间分隔为上层空间、中间层空间和下层空间；原料入口；位于所述壳体的底部的灰渣出口、气化剂入口；位于所述壳体顶部的煤气出口；所述第一和第二气体分布器上分别贯通设有呈两端开放的管状形式的第一和第二溢流装置，用于使所述原料沿曲折线路自上而下，从所述上层空间通过所述第一溢流装置流向所述中间层空间，再由所述中间层空间通过所述第二溢流装置流入所述下层空间。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉
总体而言，本专利技术涉及气化炉，具体地说，本专利技术涉及一种煤炭气化制取富甲 烷气体的多层流化床气化炉。
技术介绍
本专利技术涉及一种粉煤多层流化床气化制备富含甲烷气体的多层流化床气化炉装置。我国是富煤贫油少气的国家，随着社会、经济的快速发展，我国天然气需求急 剧攀升，在能源结构中的比例迅速增加。而国内天然气仍处于勘探开发早期，进口也处 于起步阶段，供应能力严重滞后，导致天然气供需矛盾日益突出。利用我国资源优势相 对较大的煤炭，对其加以气化来产生燃气，不仅能促进煤炭的高效、清洁利用；而且可 利用已有的天然气管道，以较低的经济代价，有效缓解天然气的供需矛盾，这是煤炭资 源进行综合利用的有力措施。通常的煤炭气化制甲烷过程，即煤在高温下与氧气(或空气)和/或水蒸汽 (H2O)组成的气化剂在单层的气化炉中进行气化反应，生成含有少量甲烷(CH4)的合成 气(主要是氢气、一氧化碳和二氧化碳)，之后进行水气变换及甲烷化工序，采用两步法 制备甲烷。该煤过程具有气化反应能耗大、对设备要求高，且需三个反应装置、工艺较 复杂等缺点。煤催化气化制备甲烷技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，采用煤催化气化 技术，煤在相对较低的温度下与主要成分为水蒸汽(H2O)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)的 气体混合物在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷(CH4)。目前，相关专利中提到的煤催化气化制备甲烷技术采用深冷分离将产气中的甲 烷与一氧化碳、氢气进行分离，将反应气体中的氢气和一氧化碳循环到气化炉中，使之 在气化炉中进行甲烷化反应转化为甲烷，从而提高系统甲烷的产量。该煤催化气化过程 可以在单层的气化炉中完成，但是气化反应速率低、反应时间长，碳转化率较低，气体 分离系统投资高等缺点；为满足反应器热平衡的需要，需将进炉过热蒸汽加热到较高温 度，蒸汽过热系统及热交换系统负荷较高，经济性差。美国专利4,077,778提出采用多级流化床来实现煤的催化气化，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，增长固相停留时间，最大限度提高碳转化率。采用多级气化较之单级气化可将碳利 用率由70 85%提高至95%以上。多级流化床煤催化气化工艺采用多级流化床，设备 投资高，操作较复杂。美国专利4,094,650提到在碱金属的催化作用下，可将含碳固体气化，制备甲 烷，催化剂需回收再用。通过多级水洗回收水溶性催化剂，石灰消化回收非溶性催化 剂。美国专利0277437在美国专利4,094,650基础上，采用一级处理将碱金属物质从反应 器固体残渣中分离，简化了碱金属催化剂回收过程，改善了催化气化工艺的经济性及总4效率，但该回收系统仍然较复杂，回收方法较昂贵。美国Exxon公司对煤一步法制甲烷技术进行了大量的实验研究，美国专利 4318712公开了一种煤直接甲烷化的整个工艺流程，将煤事先与催化剂进行预混合后，进 入煤炭气化炉反应器，通入的过热蒸汽不但作为气化剂，同时作为热源，维持炉内反应 温度，控制炉内温度在700°C左右，过热蒸汽温度850°C，气化炉反应压力3.5MPa，煤 在催化剂的作用下与过热蒸汽发生反应，直接得到产品富甲烷气体。美国GPE公司在 EXXON工艺技术的基础上进行了进一步研究，美国专利20070000177A1也公开了煤直 接甲烷化的工艺，催化剂是碱金属碳酸盐或碱金属氢氧化物，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，从而进一步提高甲烷的含量。由于加入促进甲烷生成的催化 剂，但高温不利于甲烷的生成，反应温度一般控制在700°C左右，反应速度慢，碳的转化 率低，没有外部供热系统热量很难维持，且增加了催化剂回收单元操作，催化剂回收效 果直接影响生产成本。另外，为了充分利用热量，制取煤气，美国专利5,064,444提出加压水蒸气气化 的情况下将流化床气化炉分为热解段、气化段、冷却段，各段用隔板分开。气化炉内热 解段、气化段放置蛇状盘管(蛇管换热器)，其中通入900°C 950°C的高温气体如燃料燃 烧后的气体加热煤粉，提供气化、热解所需热量，制取煤气。该流化床气化炉可以为立 式，也可为卧式，以700°C 800°C的过热蒸汽为气化剂，冷却段通入饱和蒸汽，气动进 料。该装置延长煤粉的停留时间，有利固相加工，热能利用率高，但是气化炉内的反应 体积利用率低，影响固相加工；立式炉操作时残渣中含碳量较高，难以有效利用；与气 固接触传热相比，传热速度慢，床层内固相受热不均；同时设备繁杂，特别是卧式炉。因此，研究煤质高效利用的气化技术，开发相应的低投资、工艺简单的煤炭气 化制备富含甲烷气体的气化装置具有深远意义。
技术实现思路
有鉴于上述情况，本专利技术致力于提供一种低投资、工艺简单的采用煤炭气化工 艺来制备富含甲烷气体的气化装置。为实现上述目的，本专利技术在第一方面提供一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层 流化床气化炉，该流化床气化炉包括气化炉壳体，该壳体具有竖向的纵轴线，并在其中限定一个内部空间；在所述壳体的所述内部空间中垂直于所述纵轴线并在沿着所述纵轴线的不同高 度处布置的至少两层呈孔板形式的气体分布器，所述至少两层气体分布器包括第一气体 分布器和位于所述第一分布器下方的第二气体分布器，所述第一气体分布器和所述第二 分布器将所述壳体的所述内部空间分隔为上层空间、中间层空间和下层空间；设置于所述壳体的侧面上部的原料入口，该原料入口通向所述上层空间，用于 将原料输入所述上层空间，所述原料的总体流向是沿着所述纵轴线自上而下；位于所述壳体的底部的灰渣出口；位于所述壳体的底部的所述灰渣出口的侧面附近的用于气化剂进入的气化剂入 口，所述气化剂的总体流向是沿着所述纵轴线自下而上；位于所述壳体顶部的煤气出口 ；所述第一气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第一溢流装置，所述 第二气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第二溢流装置，所述第一溢流装置 和第二溢流装置用于使所述原料沿曲折线路自上而下，从所述上层空间通过所述第一溢 流装置流向所述中间层空间，再由所述中间层空间通过所述第二溢流装置流入所述下层 空间。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述第一溢流装置的下端与所述第二溢流装 置的上端之间在垂直于所述纵轴线的水平方向上相互间隔开，以避免物料直通而下。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述壳体的纵向中部还设有中部进料口。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述壳体的纵向下部还设有下部进料口。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述上层空间、中间层空间和下层空间中的 任一个空间中还设有用于对该空间进一步加以分隔的至少一层气体分布器以及贯通该至 少一层气体分布器而布置的溢流装置。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述壳体中，所述第二气体分布器的下 方，还设有第三气体分布器。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述第三气体分布器呈漏斗形。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述溢流装置与水平方向的夹角大于或等于 30°。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述溢流装置上端高出气体分布器的部分为 溢流堰，该溢流堰的高度由固相加工时间和床层持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉，该流化床气化炉包括：气化炉壳体，该壳体具有竖向的纵轴线，并在其中限定一个内部空间；在所述壳体的所述内部空间中垂直于所述纵轴线并在沿着所述纵轴线的不同高度处布置的至少两层呈孔板形式的气体分布器，所述至少两层气体分布器包括第一气体分布器和位于所述第一分布器下方的第二气体分布器，所述第一气体分布器和所述第二分布器将所述壳体的所述内部空间分隔为上层空间、中间层空间和下层空间；设置于所述壳体的侧面上部的原料入口，该原料入口通向所述上层空间，用于将原料输入所述上层空间，所述原料的总体流向是沿着所述纵轴线自上而下；位于所述壳体的底部的灰渣出口；位于所述壳体的底部的所述灰渣出口的侧面附近的用于气化剂进入的气化剂入口，所述气化剂的总体流向是沿着所述纵轴线自下而上；位于所述壳体顶部的煤气出口；所述第一气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第一溢流装置，所述第二气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第二溢流装置，所述第一溢流装置和第二溢流装置用于使所述原料沿曲折线路自上而下，从所述上层空间通过所述第一溢流装置流向所述中间层空间，再由所述中间层空间通过所述第二溢流装置流入所述下层空间。...

【技术特征摘要】
1.一种煤炭气化制取富甲烷气体的多层流化床气化炉，该流化床气化炉包括 气化炉壳体，该壳体具有竖向的纵轴线，并在其中限定一个内部空间；在所述壳体的所述内部空间中垂直于所述纵轴线并在沿着所述纵轴线的不同高度处 布置的至少两层呈孔板形式的气体分布器，所述至少两层气体分布器包括第一气体分布 器和位于所述第一分布器下方的第二气体分布器，所述第一气体分布器和所述第二分布 器将所述壳体的所述内部空间分隔为上层空间、中间层空间和下层空间；设置于所述壳体的侧面上部的原料入口，该原料入口通向所述上层空间，用于将原 料输入所述上层空间，所述原料的总体流向是沿着所述纵轴线自上而下； 位于所述壳体的底部的灰渣出口；位于所述壳体的底部的所述灰渣出口的侧面附近的用于气化剂进入的气化剂入口， 所述气化剂的总体流向是沿着所述纵轴线自下而上； 位于所述壳体顶部的煤气出口；所述第一气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第一溢流装置，所述第 二气体分布器上贯通设有呈两端开放的管状形式的第二溢流装置，所述第一溢流装置和 第二溢流装置用于使所述原料沿曲折线路自上而下，从所述上层空间通过所述第一溢流 装置流向所述中间层空间，再由所述中间层空间通过所述第二溢流装置流入所述下层空 间。2.如权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述第一溢流装置的下端与所述 第二溢流装置的上端之间在垂直于所述纵轴线的水平方向上相互间隔开，以避免物料直 通而下。3.如权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述壳体的纵向中部还设有中部 进料口。4.如权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述壳体的纵向下部还设有下部 进料口。5.如权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述上层空间、中间层空间和下 层空间中的任一个空间中还设有用于对该空间进一步加以分隔的至少一层气体分布器以 及贯通该至少一层气体分布器而布置的溢流装置。6.如权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，在所述壳体中，所述第二气体分 布器的下方，还设有第三气体分布器。7.如权利要求6所述的流化床气化炉，其特征在于，所述第三气体分布器呈漏斗形。8.如权利要求1至7任一项所述的流化床气化炉，其特征在于，所述溢流装置与水平 方向的夹角大于或等于30°。9.如权利要求1至7任一项所述的流化床气化炉，其特征在于，所述溢流装置上端高出气体分布器的部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕继诚，李克忠，程相龙，张荣，孙东凯，李金来，甘中学，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]