[实用新型]一种催化气化装置及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及催化气化技术领域，尤其涉及一种催化气化装置及系统。

背景技术

煤催化气化技术是指煤在较低的温度下与气化剂(由水蒸气、氢气和一氧化碳组成)在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成富含甲烷的粗煤气。与其他煤气化技术相比，由于同时引入了煤催化气化和甲烷化反应的催化剂，将吸热的煤气化反应和放热的甲烷化反应耦合在一起，能够提高系统能效。

在现有的煤催化气化技术中，多采用无氧气化工艺，具体的，将水蒸气、氢气和一氧化碳组成的气化剂经气化炉底部的气体分布板通入气化炉中，使得煤与所述气化剂发生煤气化反应，并同时副产甲烷，气化炉中产生的富含甲烷的粗煤气经过净化分离后获得富含甲烷的净化气体，将富含甲烷的净化气体经深冷分离获得一氧化碳和氢气，将所获得的一氧化碳和氢气作为循环气与水蒸气混合一同通入气化炉中在催化剂的催化作用下进行甲烷化反应，以进一步提高甲烷产量，但是，在此过程中，由于气化炉内的总反应为微吸热反应，因此，需要将气化剂过热至800℃以上，以促进气化炉中反应的进行，使得能耗较大，工业放大困难。

若采用有氧气化工艺，则需要在气化炉底部的气体分布板通入的气化剂中加入部分氧气，通过氧气燃烧来补充气化炉内反应所需的能量，而在通氧的情况下，氧气与一氧化碳和氢气不能同时通入，容易引发爆炸、爆燃等事故，存在安全性问题；并且气化炉内强放热的甲烷化反应较少，所获得的粗煤气中甲烷的含量较低，耗氧量较高。

鉴于此，亟待开发一种能够同时通入氧气、一氧化碳和氢气的气化炉，能够在通过氧气燃烧补充气化炉内反应热所需的能量的同时，避免氧气与一氧化碳和氢气接触，提高甲烷含量的同时降低耗氧量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种催化气化装置及系统，解决了现有技术中无氧气化工艺在将一氧化碳和氢气返炉制甲烷时能耗较大，需将气化剂过热至较高温度、工业放大难以及通氧工艺中甲烷含量低、安全性差、耗氧量高的缺陷；同时，本实用新型实施例中国的气化炉采用下细上粗的结构，并采用床径渐扩的过渡段实现床径渐变，能够避免床径突变引发流动死区出现，有利于床内反应场、温度场的均匀分布。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供一种催化气化装置，包括：

气化炉，所述气化炉从下到上依次包括床径较细的气体分布板区和床径较粗的流化床反应区，且从所述气体分布板区到所述流化床反应区具有一床径渐扩的过渡段，所述气体分布板区设置有气体分布板，所述气体分布板用于向所述流化床反应区通入水蒸气和氧气；

至少一个气体入射管，每一个所述气体入射管与所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域连通，用于向所述流化床反应区远离所述气体分布板的区域通入一氧化碳和氢气。

可选的，所述气化炉对应所述过渡段的炉壁与垂直方向的夹角小于等于8度。

可选的，所述流化床反应区从下到上依次包括密相区和稀相区，每一个所述气体入射管与所述密相区连通。

可选的，所述密相区从下到上依次包括有氧区和无氧区，其中，所述气体入射管的出口位于所述无氧区底部。

可选的，所述气体入射管为至少两个，且分层穿设于所述气化炉侧壁的不同高度。

可选的，每层所述气体入射管为至少两个，且沿所述气化炉的周向均匀分布。

可选的，每一个所述气体入射管的一端位于所述气化炉的外部，另一端与所述气化炉的内壁平齐。

可选的，所述气体入射管与水平面具有一第一锐角，所述气体入射管与所述气体入射管和所述气化炉的侧壁连接点的切线所在的平面之间具有一第二锐角。

可选的，当所述气体入射管向下倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为45度；当所述气体入射管向上倾斜设置于所述气化炉的侧壁上时，所述第一锐角的最大值为15度；

所述第二锐角为25-45度。

可选的，所述气体入射管的管径设置为使通过所述气体入射管的气体流速为5-30m/s。

可选的，所述气体分布板为倒锥形结构，且所述气体分布板上开设有气孔，所述气孔的孔径小于等于5mm。

可选的，所述气孔的开孔数设置为使得所述气体分布板的压降为所述气化炉密相床层压降的1/3。

另一方面，本实用新型实施例提供一种催化气化系统，包括：

如上所述的催化气化装置以及分别与所述催化气化装置的粗煤气出口和所述气体入射管的进口连通的净化分离系统；