[发明专利]流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法

权利要求书

1.一种流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，包括原料进口(1)、流化床气化段(2)、气体分布器(3)、喉口(4)、熔融床气化段(5)、冷却夹套(6)、气化剂喷嘴(7)、下渣口(8)、旋风分离器(9)、灰斗(10)、回料直管(11)、回料装置(12)、回料进口(13)和分离装置(14)组成；其特征在于原料进口(1)与流化床气化段(2)相连通，气体分布器(3)位于流化床气化段(2)底部，熔融床气化段(5)周边至少设有一层气化剂喷嘴(7)，熔融床气化段(5)底部与下渣口(8)相连通，熔融床气化段(5)通过喉口(4)与流化床气化段(2)相连通，旋风分离器(9)与流化床气化段(2)相连通，旋风分离器(9)出口与分离装置(14)相连通，旋风分离器(9)底部设有灰斗(10)和回料直管(11)，回料直管(11)底部与回料装置(12)相连通，回料进口(13)与熔融床气化段(5)相连通。

2.根据权利要求1所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的流化床气化段(2)分为密相段和稀相段，稀相段的内径大于或等于密相段的内径，为密相段内径的1.0～5.0倍。

3.根据权利要求1所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的气体分布器(3)位于流化床气化段(2)底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器(3)锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置，设有5～50圈，开孔率1～5％。

4.根据权利要求1所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的喉口(4)用于连接流化床气化段(2)和熔融床气化段(5)，其内径小于流化床密相段的内径，为密相段内径的0.1～0.5倍。

5.根据权利要求1所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的熔融床气化段(5)外部设有冷却夹套(6)，熔融床气化段(5)侧面设有1～3层气化剂喷嘴(7)，每层2～4个，等间距布置；所述的气化剂喷嘴(7)的位置低于熔融床气化段(5)高度的1/2，设置的方向由外向内，并且向熔融床气化段(5)底部倾斜，倾斜角的范围为10～60°。

6.根据权利要求1所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的回料进口(13)的位置高于熔融床气化段(5)高度的1/2，回料进口(13)的角度与水平轴线呈15～75°的夹角。

7.一种流化床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，采用权利要求1～6所述的流化床和熔融床相组合的气化反应装置，其特征在于主要步骤为：负载催化剂的含碳原料通过原料进口(1)进入流化床气化段(2)内，流化床气化段(2)底部的气体分布器(3)中通入循环合成气，在流化床气化段(2)内进行热解、气化和甲烷化反应，产生的合成气中夹带了未反应完全的半焦，进入旋风分离器(9)中在离心力的作用下，半焦颗粒被分离下来，进入回料直管(11)，收集于回料装置(12)中，回料装置(12)中的半焦颗粒在底部流化风的作用下从回料进口(13)送入熔融床气化段(5)内，与高温熔融的灰渣和催化剂的混合物接触，进行高温熔融气化反应；气化剂由熔融床气化段(5)侧面的气化剂喷嘴(7)喷入，反应产生的高温混合气体由喉口(4)向上进入流化床气化段(2)内与循环合成气混合并参与反应，为流化床气化段(2)内的气化反应补充了热量和气化剂；从旋风分离器(9)出来的气体产物经过分离装置(14)将合成气中的焦油分离出来，分离装置(14)出口的合成气中将一部分合成气循环通入流化床气化段(2)底部的气体分布器(3)中。

8.根据权利要求7所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述的催化剂包括碱金属、碱土金属、过渡金属或者其混合物；所述的催化剂以浸渍法、干混法或离子交换法的方式负载在原煤上；所述的催化剂的负载量占原煤质量的0.1～50％。

9.根据权利要求7所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述的流化床气化段(2)操作温度300～800℃，熔融床气化段(5)的操作温度600～1200℃，熔融床气化段(5)中的氧碳比控制范围0.5～0.9mol/mol，水碳比控制范围0.5～2mol/mol，操作压力范围3～6.5MPa。

10.根据权利要求7所述的流化床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述流化床气化段(2)内的密相区线速度控制范围1～10m/s，稀相区线速度控制范围0.1～1m/s，气相停留时间范围10～100s。