一种联产甲烷、焦油及芳烃的煤催化气化系统的制作方法

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1.本实用新型涉及一种煤催化气化系统，尤其涉及一种联产甲烷、焦油及芳烃的煤催化气化系统。


背景技术：

2.煤催化气化是指在催化剂作用下，煤在加压流化床气化炉中，在相对温和的条件下进行气化、变换和甲烷化反应，最终生产甲烷产品。该技术的最大特点是：将煤气化反应、水煤气变换和甲烷化反应耦合起来，在一个反应器中就可将煤转化为甲烷、氢气和一氧化碳。因此，煤催化气化技术是一种煤洁净高效利用化技术。与其他煤气化技术相比，具有甲烷含量高、气化反应所需的温度低等优点。
3.目前常用的煤催化气化技术中，煤粉在进入加压流化床气化炉之前，需要在煤粉中加入催化剂负载，由于催化剂负载在煤粉中必须是离子态才能起到催化效果，因此必须将催化剂负载溶解在水中才能离解为离子态，然后才能和煤粉进行混合，使得进入加压流化床气化炉的煤粉的含水量较高，含水量在5％以上，必须进行干燥处理，需要消耗大量热能，造成巨大的能源浪费；同时，由于煤气化反应、水煤气变换和甲烷化反应均在加压流化床气化炉内进行，煤粉中的挥发分热解后产生的一部分甲烷、焦油及芳烃会在高温的条件下进一步与气化剂发生氧化反应，导致最终得到的合成气中甲烷、焦油及多环芳烃的含量较低；此外，由于工艺要求进入加压流化床气化炉内的煤粉粒径较小，所以在进入加压流化床气化炉前，需通过破碎装置将大颗粒煤粉破碎至指定粒径，增加了系统的运行设备数量，增加了系统耗能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种节能降耗、高效利用煤粉的联产甲烷、焦油及芳烃的煤催化气化系统。
5.本实用新型由如下技术方案实施：
6.一种联产甲烷、焦油及芳烃的煤催化气化系统，包括催化剂源、煤粉源、混合器、第一固定床气化炉、氢气源、流化床催化气化炉、氧气源以及分离装置；
7.所述催化剂源和所述煤粉源的出口均通过输送管线与所述混合器的进料口连通，所述混合器的出料口通过管线与所述第一固定床气化炉顶部的进料口连通，所述氢气源的出气口通过管线与所述第一固定床气化炉底部的进气口连通，所述第一固定床气化炉顶部的出气口通过管线与所述分离装置的进气口连通，所述第一固定床气化炉的出料口通过管线与所述流化床催化气化炉的进料口连通，所述氧气源的出气口通过管线与所述流化床催化气化炉底部的进气口连通；
8.在所述第一固定床气化炉的外壁上固定设有热水水夹套，在所述热水水夹套的底部开设有进水口，在所述热水水夹套的顶部开设有出水口；
9.在所述混合器内设有搅拌器。
10.进一步的，所述流化床催化气化炉顶部的合成气出口通过管线与气气换热器的热介质进口连通；
11.所述氢气源的出气口通过管线与所述气气换热器的冷介质进口连通，所述气气换热器的冷介质出口通过管线与所述第一固定床气化炉底部的进气口连通。
12.进一步的，所述气气换热器的热介质出口通过管线与气液换热器的热介质进口连通；
13.所述热水水夹套的出水口通过管线与所述气液换热器的冷介质进口连通，所述气液换热器的冷介质出口通过管线与所述热水水夹套的进水口连通。
14.进一步的，所述第一固定床气化炉的出料口通过管线与第一锁斗的进料口连通，所述第一锁斗的出料口通过管线与所述流化床催化气化炉的进料口连通；
15.在所述第一锁斗上分别开设有第一充压口和第一泄压口，所述流化床催化气化炉的合成气出口还通过管线与所述第一充压口连通，所述第一泄压口通过管线与所述气气换热器的热介质进口连通。
16.进一步的，所述混合器的出料口还通过管线与第二固定床气化炉顶部的进料口连通，所述氢气源的出气口还通过管线与所述第二固定床气化炉底部的进气口连通，所述第二固定床气化炉顶部的出气口通过管线与所述分离装置的进气口连通，所述第二固定床气化炉的出料口通过管线与第二锁斗的进料口连通，所述第二锁斗的出料口通过管线与所述流化床催化气化炉的进料口连通；在所述第二固定床气化炉的外壁上固定设有所述热水水夹套；
17.在所述第二锁斗上分别开设有第二充压口和第二泄压口，所述流化床催化气化炉的合成气出口还通过管线与所述第二充压口连通，所述第二泄压口通过管线与所述气气换热器的热介质进口连通。
18.本实用新型的优点：
19.本实用新型中，热解过程和催化气化过程是在两个设备内单独进行的，所以，热解产生的焦油及多环芳烃不会与催化气化过程中的气化剂发生氧化反应，保证了最终得到的焦油及多环芳烃量不会降低；通过第一锁斗和第二锁斗进行变压，升压后有利于催化气化反应的进行，使半焦中的固定碳充分发生反应；通过气气换热器和气液换热器，对合成气中携带的热量进行了回收，实现了节能降耗的效果。
附图说明：
20.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
21.图1为本实施例的系统结构示意图；
22.图中：催化剂源1、煤粉源2、混合器3、第一固定床气化炉4、第二固定床气化炉5、氢气源6、第一锁斗7、第二锁斗8、流化床催化气化炉9、氧气源10、分离装置11、气气换热器12、气液换热器13、热水水夹套14。
具体实施方式：
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.实施例1：
25.如图1所示的一种联产甲烷、焦油及芳烃的煤催化气化系统，包括催化剂源1、煤粉源2、混合器3、第一固定床气化炉4、氢气源6、流化床催化气化炉9、氧气源10以及分离装置11；
26.催化剂源1和煤粉源2的出口均通过输送管线与混合器3的进料口连通，混合器3的出料口分两路，分别通过管线分别与第一固定床气化炉4顶部的进料口和第二固定床气化炉5顶部的进料口连通；第一固定床气化炉4顶部的出气口和第二固定床气化炉5顶部的出气口均通过管线与分离装置11的进气口连通；第一固定床气化炉4的出料口通过管线与第一锁斗7的进料口连通，第二固定床气化炉5的出料口通过管线与第二锁斗8的进料口连通；第一锁斗7的出料口和第二锁斗8的出料口均通过管线与流化床催化气化炉9的进料口连通；流化床催化气化炉9顶部的合成气出口通过管线与气气换热器12的热介质进口连通，气气换热器12的热介质出口通过管线与气液换热器13的热介质进口连通；
27.氢气源6的出气口通过管线与气气换热器12的冷介质进口连通，气气换热器12的冷介质出口分两路，分别通过管线与第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5底部的进气口连通。
28.在第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5的外壁上均固定设有热水水夹套14，在热水水夹套14的底部开设有进水口，在热水水夹套14的顶部开设有出水口；热水水夹套14的出水口通过管线与气液换热器13的冷介质进口连通，气液换热器13的冷介质出口通过管线与热水水夹套14的进水口连通。
29.在混合器3内设有搅拌器；
30.氧气源10的出气口通过管线与流化床催化气化炉9底部的进气口连通。
31.在第一锁斗7上分别开设有第一充压口和第一泄压口，在第二锁斗8上分别开设有第二充压口和第二泄压口；流化床催化气化炉9的合成气出口还通过管线与第一充压口和第二充压口连通，第一泄压口和第二泄压口均通过管线与气气换热器12的热介质进口连通。
32.工作原理：
33.催化剂和煤粉在混合器3内混合后，首先进入第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5内，同时，常温氢气经气气换热器12与流化床催化气化炉9生成的温度在600℃
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900℃的合成气进行换热后温度升至200℃
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500℃，由第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5的底部进入；第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5内分为下部的热解区和上部的干燥区；首先氢气与煤粉在热解区进行热解过程中产生的焦油、多环芳烃进行加氢反应，解决了现有技术中因没有经过加氢处理，使得产生的焦油、多环芳烃质量较差、附加值较低；
34.之后，上升的热气流所携带的热量在干燥区可对煤粉起到干燥的作用。加氢多环芳烃和加氢焦油以及热解得到的富含甲烷的气体由第一固定床气化炉4和第二固定床气化
炉5顶部的出气口进入分离装置11，分离出加氢多环芳烃和加氢焦油以及热解得到的富含甲烷的气体。
35.热解后的半焦进入第一锁斗7和第二锁斗8，通过向第一锁斗7和第二锁斗8内充入流化床催化气化炉9生成的合成气，将压力充至1.0
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8.0mpa停止向第一锁斗7和第二锁斗8内充气，并将第一锁斗7和第二锁斗8内的半焦送入流化床催化气化炉9内进行催化气化反应；最终煤渣由流化床催化气化炉9的底部排出，生成的合成气一部分用于给第一锁斗7和第二锁斗8充压，另一部分直接进入气气换热器12与氢气换热，与氢气换热后的合成气的温度仍然较高，进一步进入气液换热器13中与进入热水水夹套14的循环水进行换热，换热后的合成气与分离装置11分离出的富含甲烷的合成气相混合，进入后续系统。
36.本实施例中，催化剂主要是钾、钠等碱金属盐类，或者富含钾、钠等碱金属盐类的物质。催化剂的添加量为煤粉质量的5％
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20％。
37.第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5的运行压力为常压，温度为300℃
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500℃，热水水夹套14内的高温热水可保证第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5的温度恒定。
38.氢气源6提供的可以是纯氢气，也可以是富含氢气的合成气、焦炉煤气等。
39.第一锁斗7和第二锁斗8的作用是低压下接受热解后的半焦，高压下将半焦送入流化床催化气化炉9。
40.流化床催化气化炉9的反应温度为600
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900℃，压力为1.0
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8.0mpa，产生高含量甲烷气的合成气。由于第一固定床气化炉4、第二固定床气化炉5与流化床催化气化炉9对煤粉粒径要求的不同，在相同煤粉密度相同的情况下，第一固定床气化炉4、第二固定床气化炉5的粒径大于流化床催化气化炉9。本实施例中，煤粉进入第一固定床气化炉4、第二固定床气化炉5时，采用大颗粒煤粉，进热解反应后，产生的半焦质量和粒径均会变小，达到流化床催化气化炉9的粒径要求。与现有技术相比，节省了煤粉的破碎过程，节约了能量。
41.由于第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5是非连续运行的，所以通过将第一固定床气化炉4和第二固定床气化炉5交替运行，即可保证流化床催化气化炉9的连续运行。
42.本实施例中，热解过程和催化气化过程是在两个设备内单独进行的，所以，热解产生的焦油及多环芳烃不会与催化气化过程中的气化剂发生氧化反应，保证了最终得到的焦油及多环芳烃量不会降低。
43.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。