[發(fā)明專利]分級轉(zhuǎn)化組合流化床反應(yīng)裝置及反應(yīng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710704543.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN109401794B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐俊;鐘思青;霍威;屠功毅
• 申請（專利權(quán)）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: C10J3/66
• 分類號: C10J3/66;C10J3/54;C10J3/56;C10J3/72;C10J3/84;C10K3/00;C07C1/04;C07C9/04
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本發(fā)明涉及一種分級轉(zhuǎn)化組合流化床反應(yīng)裝置及反應(yīng)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳轉(zhuǎn)化率和氣化強(qiáng)度低、甲烷產(chǎn)率偏低、處理量不大、排渣難以及粉煤利用率較低的問題。本發(fā)明通過一種分級轉(zhuǎn)化組合流化床反應(yīng)裝置及反應(yīng)方法，負(fù)載催化劑的含碳原料在熱解爐中進(jìn)行熱解，焦油氣經(jīng)過分離后收集，熱解后負(fù)載催化劑的半焦顆粒與氣化劑和氧化劑在細(xì)反應(yīng)器中進(jìn)行部分燃燒和氣化反應(yīng)，隨后產(chǎn)生的合成氣以及未完成反應(yīng)的含碳顆粒在粗反應(yīng)器中進(jìn)行進(jìn)一步氣化反應(yīng)，反應(yīng)后的含碳顆粒與部分催化劑繼續(xù)返回?zé)峤鉅t中，底部的灰渣通過間歇分級排渣的方式進(jìn)行排渣的技術(shù)方案，較好的解決了上述技術(shù)問題，可應(yīng)用于煤炭分級轉(zhuǎn)化的工業(yè)生產(chǎn)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分級轉(zhuǎn)化組合流化床反應(yīng)裝置及反應(yīng)方法。

背景技術(shù)

我國是一個煤炭大國，擁有豐富的煤炭資源，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的生產(chǎn)量和消費量節(jié)節(jié)攀升，2014年我國的煤炭產(chǎn)量達(dá)到38.7億噸，接近世界產(chǎn)量的二分之一。我國已經(jīng)成為全球最大的煤炭生產(chǎn)國和煤炭消費國。煤炭的直接燃燒利用中釋放大量的污染物，導(dǎo)致我國許多地區(qū)霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重影響著環(huán)境問題。

煤氣化是煤炭高效、清潔利用的核心技術(shù)，是發(fā)展煤基化學(xué)品生產(chǎn)、煤基液體燃料、合成天然氣(SNG)、IGCC發(fā)電、制氫、工業(yè)燃?xì)饧岸嗦?lián)產(chǎn)系統(tǒng)等過程工業(yè)的基礎(chǔ)。我國是世界上最大的煤氣化技術(shù)應(yīng)用市場。目前，多種煤氣化技術(shù)已成功實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，均采用非催化氣化技術(shù)，以高溫高壓為代價提高碳轉(zhuǎn)化率，這就帶來了煤氣冷卻強(qiáng)度大、氣體凈化困難、能耗高、對設(shè)備要求苛刻等問題。然而，煤的催化氣化過程不僅提高了氣化反應(yīng)速率，同時也顯著降低了氣化反應(yīng)溫度，使煤的溫和氣化過程得以實現(xiàn)。同時也可以進(jìn)行許多合成過程，在催化劑的作用下，可在煤氣化的同時合成甲烷、甲醇、氨等化工原料，縮短了工藝流程。其中通過煤催化氣化的方法直接制取富含甲烷的合成氣，是煤催化氣化的一個重要研究方向。

在煤氣化技術(shù)的反應(yīng)器方面，當(dāng)前較為廣泛的屬于氣流床氣化技術(shù)。但是這種技術(shù)須使用低灰熔點(＜1350℃)和低灰含量(＜10～15％)的優(yōu)質(zhì)煤炭，而解決高灰熔點煤的方法通常是加入10～30％的助熔劑，使得進(jìn)料的灰份更高，影響其操作性和經(jīng)濟(jì)性。同時，氣流床熔渣氣化技術(shù)過高的操作溫度使氣流床的投資、維修和操作成本提高。美國電力研究院(EPRI)的研究報告指出，現(xiàn)有工業(yè)氣流床氣化爐不適合高灰、高灰熔點煤的氣化，世界需要工業(yè)化的流化床氣化技術(shù)。流化床技術(shù)無論燃燒或氣化均具有適應(yīng)高灰熔點、高灰煤種的本性，循環(huán)流化床鍋爐已成功燃燒煤矸石即為明證。

專利CN201010279560.7公布了一種多層流化床催化氣化制甲烷工藝，將氣化爐分為合成氣產(chǎn)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(yīng)和熱解反應(yīng)分段進(jìn)行，控制各段的反應(yīng)程度和溫度分布，從而提高甲烷產(chǎn)率。然而氣化爐上方的熱解段中，細(xì)小的粉煤未經(jīng)反應(yīng)就從氣化爐跑出，使得飛灰的碳含量較高，并且未反應(yīng)完全的煤焦返混至氣化爐底部渣口，直接從氣化爐排出，導(dǎo)致反應(yīng)過程中的碳轉(zhuǎn)化率較低。氣化爐內(nèi)煤焦顆粒停留時間為2～3h時，碳轉(zhuǎn)化率基本維持在60～90％的范圍內(nèi)。

專利CN101942344A公開了一種多段分級轉(zhuǎn)化流化床煤氣化的方法及裝置是由備煤、供氣、氣化、排渣、及細(xì)粉輸送所組成，多段分級轉(zhuǎn)化流化床氣化裝置是由熔聚灰分離單元，多段分級流化床熱解氣化反應(yīng)器，半焦細(xì)粉循環(huán)輸送單元組成,具有氣化爐體積利用率高、處理量大、總碳利用率高的特性，適合煤分級轉(zhuǎn)化集成系統(tǒng)，且可單獨使用生產(chǎn)適合于大規(guī)模煤基甲烷合成及煤化工用煤氣。該技術(shù)的分級氣化并沒有完全地利用由熱解出來的焦油氣，在煤質(zhì)分級利用方面沒有更高效地利用附加值較高的焦油氣；另外一方面，該技術(shù)在排渣技術(shù)采用的融聚灰選擇性分離后再干式排渣，這種技術(shù)較前人的技術(shù)有了質(zhì)的突破，穩(wěn)定性較高，但是由于在反應(yīng)器內(nèi)造渣的過程無法控制結(jié)渣的位置與大小，同時排渣過程中，由于結(jié)構(gòu)的制約，無法完全地分離半焦與灰渣，因此會造成排渣效率不高，渣內(nèi)碳含量不低，總體碳轉(zhuǎn)化率不高。