一种催化气化装置的制作方法

本申请涉及煤催化气化领域，尤其涉及一种催化气化装置。

背景技术：

煤催化气化技术，是煤制天然气最有效的工艺途径之一，其技术原理为在多功能催化剂作用下，煤和气化介质在一个反应器内同时发生煤气化、变换和甲烷化三个反应，将吸热反应和放热反应有效耦合，大幅提高甲烷产率和系统能效。

为了实现碳水吸热反应和合成气甲烷化反应耦合，最大限度降低氧耗、煤耗，提高气化炉出口一次甲烷含量，需将系统产生的合成气(co和h2)经后续净化、分离系统分离后循环返回气化炉内继续发生甲烷化反应，同时为碳水吸热反应提供热量。为了弥补反应装置本体散热及预热冷的进料煤粉及气化剂，气化炉底部需要通入一定量氧气，依靠碳氧氧化反应为整体炉温维持在预定温度提供热量。因此，合成气返回位置不能在气化炉下部有氧区，避免合成气与氧气接触、爆燃，导致气化炉底部结渣。合成气从床层中部无氧区通入，上行同时发生甲烷化强放热反应，因上下部固相颗粒运动混合速率慢，导致上下部温度不均匀，上部温度高、不利于甲烷化反应的进行，同时导致上部出口粗煤气温度升高，加剧后系统换热负荷，下部温度低、需要通入较高量的氧气，造成氧耗成本增加。

技术实现要素：

本申请提供一种催化气化装置，能够实现全床温度均匀。

第一方面，本申请的实施例提供了一种催化气化装置，包括气化炉和输送管道。气化炉具有反应区，气化炉配置成使得反应区包括发生煤气化反应的有氧段、过渡段和发生甲烷化反应的无氧段，有氧段、过渡段和无氧段自下向上布置。输送管道连通无氧段和有氧段，使得无氧段的高温物质输送至低温的有氧段，以使得反应区的温度均匀。

在其中一些实施例中，反应区具有第一分隔件和第二分隔件。第一分隔件具有第一横向分隔部和第一竖向分隔部，第一分隔件配置成使得第一横向分隔部将无氧段和过渡段相分隔，第一竖向分隔部将位于第一横向分隔部的上方的无氧段与位于第一横向分隔部的外周的无氧段相分隔。第二分隔件具有第二横向分隔部和第二竖向分隔部，第二分隔件配置成使得第二横向分隔部将位于第一横向分隔部的上方的无氧段分隔成上下两部分，第二竖向分隔部将位于第二横向分隔部的下方的无氧段和位于第二横向分隔部的外周的无氧段相分隔，且第二竖向分隔部位于第一分隔件的内侧，并和第一竖向分隔部之间具有第一空隙，第二竖向分隔部和第一横向分隔部之间具有第二空隙。输送管道与第一分隔件和第二分隔件共同限定出的存储空间连通。

在其中一些实施例中，第一竖向分隔部的高度为第二横向分隔部的宽度的0.3-0.6倍。第一空隙的大小为第二横向分隔部的宽度的0.1-0.3倍。

在其中一些实施例中，存储空间具有流化气进口，以向所述存储空间通入流化气。

在其中一些实施例中，输送管道包括存储罐、输入管和输出管。输入管连通存储罐和无氧段。输出管连通存储罐和有氧段。

在其中一些实施例中，存储罐具有松动气进口，以向所述存储罐通入松动气。

在其中一些实施例中，输入管具有输入气进口，输入气进口配置成加快输入管中的物质流动。输出管具有输出气进口，输出气进口配置成加快输出管中的物质流动。

在其中一些实施例中，输入管的轴线与水平线的夹角角度50-75°。输入气进口包括自上至下布置的第一输入气进口、第二输入气进口和第三输入气进口。第一输入气进口处的轴线为竖直延伸。第二输入气进口处的轴线与水平线的夹角角度比输入管的轴线与水平线的夹角角度大5-10°。第三输入气进口处的轴线与输入管的轴线的夹角角度为60-90°。

在其中一些实施例中，气化炉具有气化剂分布板，气化剂分布板位于反应区的下方，气化剂分布板为自上至下逐渐收缩的锥状。输送管道与气化剂分布板限定出的反应空间连通。

在其中一些实施例中，过渡段和无氧段之间具有横向设置的合成气分布板，合成气分布板具有多个合成气开孔。

根据本申请的实施例提供的一种催化气化装置，包括气化炉和输送管道。气化炉具有反应区，气化炉配置成使得反应区包括发生煤气化反应的有氧段、过渡段和发生甲烷化反应的无氧段，有氧段、过渡段和无氧段自下向上布置。输送管道连通无氧段和有氧段，使得无氧段的高温物质输送至低温的有氧段，以使得反应区的温度均匀。本申请通过将无氧段的高温颗粒及时导入有氧段，并在气化剂的流化作用下与有氧段中的低温颗粒充分混合、换热，将气化炉上部床层热量传递至下部床层，实现全床温度均匀，解决现有技术中气化炉上下部温差大导致的一系列问题，从而提高了粗煤气中的甲烷含量，降低了粗煤气的温度，减少了氧气消耗量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一种实施例中催化气化装置的结构示意图；

图2为本申请第二种实施例中催化气化装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参阅图1，本申请的实施例提供了一种催化气化装置1，包括气化炉10和输送管道20。气化炉10用于发生煤催化气化反应。气化炉10具有反应腔11，反应腔11中具有分隔反应腔11的气化剂分布板12，气化剂分布板12分布有气化剂开孔，气化剂分布板12的上方为反应区110，反应区110具有原料煤进口13、合成气进口14和粗煤气出口15，气化剂分布板12的下方为气室111，气室111具有气化剂进口16。

在上述条件下，自原料煤进口13将原料煤投放至反应区110，自气化剂进口16将气化剂(如氧气和水蒸气的混合气)通入气室111，使得反应区110的下部发生煤气化反应。自合成气进口14将合成气(如一氧化碳和氢气的混合气)通入反应区110，使得反应区110的上部发生甲烷化反应，上述反应产生的粗煤气自粗煤气出口15排出。

其中，气化剂分布板12可以为自上至下逐渐收缩的锥状，气化剂分布板12的下方具有排渣管道，排渣管道连通气化剂分布板12限定出的反应空间与反应腔11的外部空间，使得反应灰渣排出。

反应区110中发生煤气化反应的部分为有氧段a。气化剂分布板12可以为自上至下逐渐收缩的锥状时，有氧段a包括气化剂分布板12限定出的反应空间构成的第一有氧部a1和位于所述第一有氧部a1上方的第二有氧部a2，第二有氧部a2的直径可以与气化剂分布板12的直径相同，第二有氧部a2的高度可以为第二有氧部a2的直径的1-1.8倍。

反应区110中发生甲烷化反应的部分为无氧段c。无氧段c的直径可以为第二有氧部a2的直径的1.5-3倍，此时，床径足够，保持较低的气速，有利于增加气相在固体颗粒床层中的停留时间，有利于甲烷化反应的充分发生。此外，无氧段c保持初始流态化状态即可(即最大颗粒一倍流化数)。原料煤进口13可以位于无氧段c的侧壁上部。

连接有氧段a和无氧段c的部分为过渡段b。过渡段b的直径可以自下至上逐渐增大。合成气进口14可以位于过渡段b的侧壁上部，以保证上部床层中有足够合成气发生甲烷化反应。过渡段b和无氧段c之间具有横向设置的合成气分布板19，合成气分布板19分布有多个合成气开孔。

反应区110可以具有第一分隔件17和第二分隔件18。第一分隔件17具有第一横向分隔部170和第一竖向分隔部171，第一分隔件17配置成使得第一横向分隔部170将无氧段c和过渡段b相分隔，第一竖向分隔部171将位于第一横向分隔部170的上方的无氧段c与位于第一横向分隔部170的外周的无氧段c相分隔。第一横向分隔部170可以由一块横向设置的隔板制成，第一竖向分隔部171可以由一块竖向设置的隔板构成，上述两块隔板连接形成第一分隔件17。制成第一横向分隔部170的隔板可以与合成气分隔板连接在一起，也可以由一块板材制成，此时，板材的一部分开孔构成合成气分隔板，板材的另一部分不开孔构成用于制成第一横向分隔部170的隔板。

第二分隔件18具有第二横向分隔部180和第二竖向分隔部181，第二分隔件18配置成使得第二横向分隔部180将位于第一横向分隔部170的上方的无氧段c分隔成上下两部分，第二竖向分隔部181将位于第二横向分隔部180的下方的无氧段c和位于第二横向分隔部180的外周的无氧段c相分隔，且第二竖向分隔部181位于第一分隔件17的内侧，并和第一竖向分隔部171之间具有第一空隙，第二竖向分隔部181和第一横向分隔部170之间具有第二空隙。第二横向分隔部180可以由一块横向设置的隔板制成，第二竖向分隔部181可以由一块竖向设置的隔板制成，上述两块隔板连接形成第二分隔件18。

在上述条件下，第一分隔件17和第二分隔件18共同限定出的存储空间c2。基于虹吸原理，附图1中c1部分的固体颗粒会随着气相自第一空隙、第二空隙流入存储空间c2。

其中，第一竖向分隔部171的高度可以为第二横向分隔部180的宽度的0.3-0.6倍。第一空隙的大小可以为第二横向分隔部180的宽度的0.1-0.3倍。

为使得存储空间中的固体颗粒保持流化态，存储空间可以具有流化气进口，以向存储空间通入流化气。流化气可以以水蒸气为主，且无氧。流化气进口可以位于存储空间的下部。可选地，一流化气管线30自流化气进口伸入至存储空间，流化气管线30的顶部分布有多个流化气出口。

无氧段c的上方可以具有稀相分离段d。粗煤气出口15可以位于稀相分离段d的顶部。

输送管道20连通无氧段c和有氧段a，使得无氧段c的高温颗粒输送至低温的有氧段a，以使得反应区110的温度均匀。输送管道20可以位于反应区110的外部。输送管道20可以与存储空间连通。输送管线与存储空间的连通处可以位于流化气进口的上方。输送管道20可以与第一有氧部a1连通，参阅附图1，也可以与第二有氧部a2连通，参阅附图2。

输送管道20可以包括存储罐21、输入管22和输出管23。存储罐21可以具有松动气进口210，以向存储罐21通入松动气。松动气进口210可以位于存储罐21的底部。

输入管22连通存储罐21和无氧段c。输入管22与存储罐21的连通处可以位于存储罐21的顶部。输入管22的轴线可以与水平线的夹角角度50-75°。

输入管22可以具有输入气进口220，输入气进口220配置成加快输入管22中的物质流动。输入气进口220包括自上至下布置的第一输入气进口、第二输入气进口和第三输入气进口。第一输入气进口处的轴线为竖直延伸。第二输入气进口处的轴线与水平线的夹角角度比输入管22的轴线与水平线的夹角角度大5-10°，以对输入管22中固体颗粒起到松动作用。第三输入气进口处的轴线与输入管22的轴线的夹角角度为60-90°，以避免固体颗粒在与存储罐21的连通处堆积，两侧对冲力有利于颗粒快速下落。

输出管23连通存储罐21和有氧段a。输出管23与存储罐21的连通处可以位于松动气进口210的上方。输出管23可以具有输出气进口230，输出气进口230配置成加快输出管23中的物质流动。

本申请通过将无氧段c的高温颗粒及时导入有氧段a，并在气化剂的流化作用下与有氧段a中的低温颗粒充分混合、换热，将气化炉10上部床层热量传递至下部床层，实现全床温度均匀，解决现有技术中气化炉10上下部温差大导致的一系列问题，从而提高了粗煤气中的甲烷含量，降低了粗煤气的温度，减少了氧气消耗量。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。