[發明專利]流化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: 201610710816.2
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN107760379A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 金渭龍;顧松園;鐘思青;霍威
• 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，本發明設計一種流化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。

熔融床氣化技術是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流化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，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，本發明提出了一種流化床和熔融床相組合的催化氣化裝置，該裝置由流化床氣化段和熔融床氣化段組成，流化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。將流化床氣化段中的細灰半焦顆粒，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。

為解決上述技術問題之一，本發明采用的技術方案如下：一種熔融床和流化床相組合的催化氣化反應裝置，包括原料進口、流化床氣化段、氣體分布器、喉口、熔融床氣化段、冷卻夾套、氣化劑噴嘴、下渣口、旋風分離器、灰斗、回料直管、回料裝置、回料進口和分離裝置組成。其特征在于原料進口與流化床氣化段相連通，氣體分布器位于流化床氣化段底部，熔融床氣化段周邊至少設有一層氣化劑噴嘴，熔融床氣化段底部與下渣口相連通，熔融床氣化段通過喉口與流化床氣化段底部相連通，旋風分離器與流化床氣化段出口相連通，旋風分離器出口與分離裝置相連通，旋風分離器底部設有灰斗和回料直管，回料直管底部與回料裝置相連通，回料進口與熔融床氣化段相連通。

所述的原料進口的位置低于流化床氣化段密相區高度的1/2，原料進口角度與水平軸線呈0～75°的夾角。

所述的流化床氣化段分為密相段和稀相段，稀相段的內徑大于或等于密相段的內徑，為密相段內徑的1.0～5.0倍。

所述的氣體分布器位于流化床氣化段底部，與水平軸線呈小于或等于60°的夾角，氣體分布器錐面上設有氣孔，氣孔沿圓周均勻布置，設有5～50圈氣孔，開孔率1～5％。

所述的喉口用于連接流化床氣化段和熔融床氣化段，其內徑小于流化床密相段的內徑，為密相段內徑的0.1～0.5倍。