[發明專利]固定床和熔融床組合式煤催化氣化反應裝置及其方法

在審

• 申請號: 201610710795.4
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN107760378A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 金渭龍;顧松園;鐘思青;徐俊
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C10J3/84
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種煤催化氣化反應裝置及方法，更具體地，本發明設計一種固定床和熔融床相組合的催化氣化反應裝置及方法，屬于煤催化氣化領域。

背景技術

富煤、貧油、少氣是我國的能源結構特征，隨著我國經濟的快速發展以及城鎮化步伐的加快，對天然氣的需求日益增加。我國自身的天然氣產量以無法達到天然氣的需求量，供需矛盾日益突出，供應缺口唯有依賴進口得以彌補，極大程度上影響了我國的能源安全。鑒于我國是一個煤炭大國，煤炭產量豐富，將煤轉化成天然氣，是煤炭清潔高效利用的重要途徑，因其能量轉化率高，適合我國國情，有效緩解了天然氣的供需矛盾，成為當前煤化工領域的研究熱點之一。

現階段常用的煤制天然氣技術是先將煤轉換成合成氣(CO+H₂)，再進行甲烷化得到SNG的方法，需要經歷以下幾個步驟：氣化、變換冷卻、凈化、甲烷合成等，即兩步法煤制天然氣的過程。該方法反應能耗大、熱損失較多，需要多個反應裝置因而導致工藝也較為復雜。然而，一步法煤制天然氣技術是以煤為原料，在催化劑的作用下直接合成甲烷，通過在同一反應內進行催化氣化、催化變換和催化甲烷化反應得到富含甲烷的合成氣，該技術具有較高的經濟性和可行性，因而成為煤制天然氣領域的重要研究方向。

美國專利US4077778提出了一種煤一步法制甲烷的工藝，采用堿金屬碳酸鹽或堿金屬氫氧化物為催化劑，通過過熱蒸汽控制爐內反應溫度在700℃左右，并與煤粉在催化劑的作用下進行反應，直接得到富甲烷氣體。該工藝需要將過熱蒸汽加熱至850℃左右，能耗較高，煤顆粒的停留時間較長，碳轉化率較低，在沒有外供熱的條件下難以維持反應溫度，并且該技術尚處于研發階段。

新奧集團的專利CN201010279560.7提出了一種多層流化床催化氣化制富甲烷氣體的工藝，將氣化爐分為合成氣產生段、煤甲烷化段和合成氣甲烷化段。使燃燒、氣化、甲烷化反應和熱解反應分段進行，實現了自供熱反應。然而氣化爐內需要設置多層布風板和溢流通道，爐內結構復雜，氣化效率和甲烷產率偏低，并且流化床底部氧氣的通入容易使灰渣熔融團聚，形成大塊的熔渣，堵塞氣化爐的出口和氣體分布器，從而影響裝置的運行穩定性。

專利CN200580041975.8提出了一種固定床煤氣化爐，爐內設有可旋轉的爐蓖以及爐蓖下方的爐灰排放出口，可旋轉爐蓖具有向上朝內漸縮的外表面，可以圍繞爐灰排放口的豎直軸線旋轉，能夠使得原料分布較為均勻，并且將大塊的灰渣破碎成小顆粒的灰渣從爐灰排放口排出。然而排出的灰渣仍未反應完全，殘碳含量較高，并且由于含氧氣體的直接通入會形成灰渣燒結和大渣塊，影響爐蓖和氣化爐的穩定運行。

固定床氣化技術中氣固逆流接觸，出口溫度低，使用塊煤為原料，顆粒的停留時間長，揮發分不易分解，出口氣體中甲烷含量較高，成為煤間接制天然氣技術過程中氣化單元的首選技術。然而固定床氣化技術也存在氣化強度低和碳轉化率低的問題。熔融床氣化技術作為一種較為新穎的氣化技術，是將煤粉和氣化劑高速噴入一溫度較高且高度穩定的熔池內進行氣化反應，具有煤種適應性廣，氣化強度高、良好的污染物控制和較低的氣化劑需求量的特點。因而，可以考慮將高效的熔融床氣化爐和固定床氣化爐相結合應用于催化氣化領域，研究一種氣化強度高，氣化反應速率快，甲烷化反應程度高、工藝簡單，運行穩定的新型一步法煤催化氣化制甲烷的技術。

發明內容

本發明主要解決的技術問題之一是現有技術中碳轉化率和氣化強度低、甲烷產率偏低以及氣化爐運行穩定性和可靠性差的問題，本發明提出了一種固定床和熔融床相組合的催化氣化裝置，該裝置由固定床氣化段和熔融床氣化段組成，固定床氣化段內通入循環合成氣和高溫混合氣體，進行熱解、氣化和甲烷化反應。將固定床氣化段中未反應完全的半焦，循環至熔融床氣化段中進行燃燒氣化反應，實現了物料平衡，提高了氣化強度、碳轉化率和冷煤氣效率，并且該裝置運行穩定，易于放大。

本發明所要解決的技術問題二是提供一種與解決技術問題之一相對應的氣化反應方法。