CN106520210A - 一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺，涉及煤气化技术领域。为解决现有技术在提取出粗煤气中的氢气和一氧化碳并再次注入气化炉时，容易阻碍煤气化反应的进行，同时容易引起分布板结渣或引发爆炸的问题而发明。本发明的气化炉包括壳体，壳体内形成有煤气化腔室和甲烷化腔室，壳体上连接有进料管、第一进气管、第二进气管和排气管，进料管和第一进气管均与煤气化腔室连通，煤气化腔室与甲烷化腔室之间设有溢流结构，第二进气管与甲烷化腔室连通，煤气化腔室和甲烷化腔室均与排气管连通。本发明气化炉用于提高排出的粗煤气中的甲烷含量。

Description

一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺。
背景技术
催化气化属于先进的第三代气化技术，是煤洁净高效利用的一种重要方式，是煤制天然气的有效工艺途径之一。
现有的催化气化装置通常采用流化床，向流化床内添加煤、催化剂和气化剂，即可同时进行煤气化和甲烷化两个反应以产生粗煤气。为了提高粗煤气中的甲烷含量，需由排出的粗煤气中提取由氢气和一氧化碳组成的混合气体，并再次通入流化床内以再次进行甲烷化反应。
但是，当流化床内再次通入氢气和一氧化碳时，流化床内氢气和一氧化碳的含量较多，容易阻碍煤料与气化剂之间煤气化反应的进行，降低碳的转化速率，从而延长了固相停留时间，降低了气化炉的气化能力。同时，氢气和一氧化碳不能与含氧的气化剂一同由分布板处进入气化炉，否则大量可燃气体将会在分布板处剧烈燃烧，从而引起分布板处的结渣，严重时还会引发爆炸，为了避免此问题，可以将氢气和一氧化碳经上部无氧区加入气化炉，气化剂仍由底部的分布板处通入，而当采用此种方式时，在保证通入气化炉的总体气量一定的前提下，由底部通入的气量减少，从而影响了流化床的流化质量，若在上部无氧区增补一定量的气化剂，则容易导致粗煤气中夹带的气化剂增多，参与反应的气化剂减少，从而降低了碳的转化率。此外，因甲烷化反应为慢反应，以含催化剂煤质颗粒为催化剂，需一定的气固接触时间才能达到高的甲烷收率，因此当氢气和一氧化碳经上部无氧区加入气化炉时，需要增大气化炉的高度，以延长气固接触时间，但是，当气化炉的高度较大时，容易影响流化床内的流化质量，同时导致流化床内沿高度方向的温差较大，气化质量较低。
发明内容
本发明提供一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺，能够避免氢气和一氧化碳对煤气化反应产生阻碍，同时，能够避免分布板处产生结渣或爆炸，而且能够保证流化床的流化质量和碳的转化率，防止煤气化腔室沿高度方向的温差变大，保证气化质量。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种气化炉，包括壳体，所述壳体内形成有煤气化腔室和甲烷化腔室，所述壳体上连接有进料管、第一进气管、第二进气管和排气管，所述进料管和所述第一进气管均与所述煤气化腔室连通，所述进料管用于向所述煤气化腔室内通入负载有催化剂的煤料，所述第一进气管用于向所述煤气化腔室内通入气化剂，所述煤气化腔室与所述甲烷化腔室之间设有溢流结构，所述煤气化腔室内的煤料可由所述溢流结构溢流至所述甲烷化腔室内，所述第二进气管与所述甲烷化腔室连通，用于向所述甲烷化腔室内通入由氢气和一氧化碳组成的混合气体，所述煤气化腔室和所述甲烷化腔室均与所述排气管连通，所述排气管用于同时排出所述煤气化腔室内和所述甲烷化腔室内产生的粗煤气。
第二方面，本发明提供了一种催化气化系统，包括：气化炉，所述气化炉为如上技术方案所述的气化炉；煤气分离装置，所述煤气分离装置用于分离由所述气化炉的排气管排出的粗煤气中的甲烷和由一氧化碳和氢气组成的混合气体。
第三方面，本发明提供了一种催化气化工艺，包括以下步骤：
S1、将负载有催化剂的煤料由气化炉的进料管通入所述气化炉内的煤气化腔室，同时将气化剂由所述气化炉的第一进气管通入所述煤气化腔室，以使所述煤料与所述气化剂产生煤气化反应生成粗煤气由所述气化炉的排气管排出；
S2、将所述粗煤气通入煤气分离装置，以分离出所述粗煤气中的甲烷以及由一氧化碳和氢气组成的混合气体；
S3、将由一氧化碳和氢气组成的所述混合气体由所述气化炉的第二进气管通入所述气化炉中的甲烷化腔室，以使所述混合气体与由所述气化炉内的溢流口溢流至所述甲烷化腔室内的煤料产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气。
本发明提供的一种气化炉、催化气化系统及催化气化工艺，由进料管向煤气化腔室内通入负载有催化剂的煤料，同时由第一进气管向煤气化腔室内通入气化剂(通常为500℃左右的含氧水蒸气)，负载有催化剂的煤料与气化剂在煤气化腔室内产生煤气化反应而生成粗煤气由排气管排出，提取出粗煤气中的一氧化碳和氢气，并将一氧化碳和氢气组成的混合气体由第二进气管通入气化炉中的甲烷化腔室内，进入甲烷化腔室的混合气体与由溢流结构溢流至甲烷化腔室的煤料之间产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气，此富含甲烷的粗煤气与煤气化产生的粗煤气一起由排气管排出，由此提高了由排气管排出的粗煤气中的甲烷含量。与现有技术相比，本发明实施例将煤气化反应和甲烷化反应分别控制在煤气化腔室和甲烷化腔室内，防止通入的氢气和一氧化碳对煤气化反应产生阻碍，由此保证了煤气化腔室的气化能力。同时，由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，由此可避免在向同一腔室内通入由氢气、一氧化碳和氧气组成的混合气体而引起分布板结渣或引发爆炸，同时无需减少通入煤气化腔室的气化剂的气量，从而保证了流化床的流化质量，而且通入的气化剂的量较足，无需增补气化剂，从而保证了碳的转化率。而且，由于由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，因此无需增大用于气化反应的煤气化腔室的高度，从而防止了煤气化腔室沿高度方向的温差变大，保证了气化质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1为本发明实施例气化炉的第一种结构示意图；
图2为本发明实施例气化炉的第二种结构示意图；
图3为本发明实施例催化气化工艺的流程图。
附图标记：
1－壳体；2－煤气化腔室；3－甲烷化腔室；11－进料管；12－第一进气管；13－第二进气管；14－排气管；4－溢流结构；5－第一隔板；6－煤气混合腔室；61－第一通气口；62－第二通气口；7－第一布气腔室；71－第一布气板；8－第二布气腔室；81－第二布气板；15－第一排渣管；9－排渣系统；16－第二排渣管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1，图1为本发明实施例气化炉的一个具体实施例，本实施例的气化炉包括壳体1，所述壳体1内形成有煤气化腔室2和甲烷化腔室3，所述壳体1上连接有进料管11、第一进气管12、第二进气管13和排气管14，所述进料管11和所述第一进气管12均与所述煤气化腔室2连通，所述进料管11用于向所述煤气化腔室2内通入负载有催化剂的煤料，所述第一进气管12用于向所述煤气化腔室2内通入气化剂，所述煤气化腔室2与所述甲烷化腔室3之间设有溢流结构4，所述煤气化腔室2内的煤料可由所述溢流结构4溢流至所述甲烷化腔室3内，所述第二进气管13与所述甲烷化腔室3连通，用于向所述甲烷化腔室3内通入由氢气和一氧化碳组成的混合气体，所述煤气化腔室2和所述甲烷化腔室3均与所述排气管14连通，所述排气管14用于同时排出所述煤气化腔室2内和所述甲烷化腔室3内产生的粗煤气。
本发明提供的一种气化炉，由进料管11向煤气化腔室2内通入负载有催化剂的煤料，同时由第一进气管12向煤气化腔室2内通入气化剂(通常为500℃左右的含氧水蒸气)，负载有催化剂的煤料与气化剂在煤气化腔室2内产生煤气化反应而生成粗煤气由排气管14排出，提取出粗煤气中的一氧化碳和氢气，并将一氧化碳和氢气组成的混合气体由第二进气管13通入气化炉中的甲烷化腔室3内，进入甲烷化腔室3的混合气体与由溢流结构4溢流至甲烷化腔室3的煤料之间产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气，此富含甲烷的粗煤气与煤气化产生的粗煤气一起由排气管14排出，由此提高了由排气管14排出的粗煤气中的甲烷含量。与现有技术相比，本发明实施例将煤气化反应和甲烷化反应分别控制在煤气化腔室2和甲烷化腔室3内，防止通入的氢气和一氧化碳对煤气化反应产生阻碍，由此保证了煤气化腔室2的气化能力。同时，由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，由此可避免在向同一腔室内通入由氢气、一氧化碳和氧气组成的混合气体而引起分布板结渣或引发爆炸，同时无需减少通入煤气化腔室2的气化剂的气量，从而保证了流化床的流化质量，而且通入的气化剂的量较足，无需增补气化剂，从而保证了碳的转化率。而且，由于由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，因此无需增大用于气化反应的煤气化腔室2的高度，从而防止了煤气化腔室2沿高度方向的温差变大，保证了气化质量。
在上述实施例中，煤气化腔室2与甲烷化腔室3可以平齐设置，也可以上下设置，在此不做具体限定。但是，为了降低气化炉的设置高度，优选煤气化腔室2与甲烷化腔室3平齐设置，由此可降低气化炉的设置高度。
其中，煤气化腔室2与甲烷化腔室3可以为柱状腔室、球状腔室等等，在此不做具体限定。但是，为了降低制作难度，优选煤气化腔室2和甲烷化腔室3为柱状腔室，相比于球状腔室，柱状腔室的制作难度较低。进一步的，优选煤气化腔室2和甲烷化腔室3为圆柱状腔室，以避免在煤气化腔室2和甲烷化腔室3的内侧壁形成反应死角。
需要说明的是，为了能够在气化炉内产生有效的气化反应，同时保证气化炉的使用安全，煤气化腔室2和甲烷化腔室3的操作压力P优选为2～4.5MPa，煤气化腔室2内的温度T1优选为650～750℃，甲烷化腔室3内的温度T2优选为700～800℃。当P、T1、T2分别在上述优选范围内时，则能够在气化炉内产生有效气化反应，同时能够保证气化炉的使用安全。
另外，溢流结构4可以为连通煤气化腔室2和甲烷化腔室3的溢流管、溢流口等等，在此不做具体限定。且溢流结构4可以为一个，也可以为多个，在此不做具体限定，但是为了使溢流结构4能够溢流较多的煤料至甲烷化腔室3，以提高粗煤气中的甲烷含量，优选溢流结构4为多个。
由于甲烷化反应为强放热式反应，为了充分利用甲烷化反应产生的热量，优选的，如图1所示，甲烷化腔室3围绕煤气化腔室2的一周设置，或者煤气化腔室2围绕甲烷化腔室3的一周设置，且甲烷化腔室3与煤气化腔室2之间通过第一隔板5隔开，由此甲烷化腔室3内的热量可由第一隔板5均匀传导至煤气化腔室2内，以提供煤气化反应所需的热量。
其中，优选第一隔板5由金属材料制作，且第一隔板5靠近煤气化腔室2的一侧侧壁上和/或第一隔板5靠近甲烷化腔室3的一侧侧壁上设有导热耐火层(图中未示出)，由此提高了第一隔板5的导热耐火性能，从而在将甲烷化腔室3内的热量有效传递至煤气化腔室2内的同时，可防止第一隔板5在火的作用下产生变形或皱缩。
其中，导热耐火层可以为浇筑于第一隔板5侧壁上的导热耐火材料，也可以为砌筑于第一隔板5侧壁上的导热耐火砖，在此不做具体限定。
进一步的，优选导热耐火层由碳化硅制作，碳化硅的导热系数较高，且耐火性能较优，能够及时将甲烷化腔室3内的热量传递至煤气化腔室2内。
在图1所示的实施例中，为了同时排出煤气化腔室2内和甲烷化腔室3内产生的粗煤气，可以包括以下两种具体的实施例：
实施例一，排气管14包括两个入口和一个出口，两个入口分别与煤气化腔室2和甲烷化腔室3连通，出口与壳体1外部连通，由此可通过排气管14将煤气化腔室2内和甲烷化腔室3内产生的粗煤气同时排出。
其中，排气管14的结构可以为“Y”型、“T”型等等，在此不做具体限定。
实施例二，如图1所示，壳体1内还形成有煤气混合腔室6，煤气化腔室2与煤气混合腔室6之间设有第一通气口61，煤气化腔室2内产生的粗煤气由第一通气口61排出至煤气混合腔室6，甲烷化腔室3与煤气混合腔室6之间设有第二通气口62，甲烷化腔室3内产生的粗煤气由第二通气口62排出至煤气混合腔室6，排气管14的进气端与煤气混合腔室6连通，由此首先通过煤气混合腔室6混合了煤气化腔室2内和甲烷化腔室3内产生的粗煤气之后，再将混合后的粗煤气由排气管14排出。
与上述实施例一相比，上述实施例二中排气管14可以为直管，与“Y”型或“T”型管相比，直管的结构简单，且通过煤气混合腔室6混合粗煤气，由排气管14排出的粗煤气的均匀性更高，因此优选采用上述实施例二的方案以同时排出煤气化腔室2内和甲烷化腔室3内产生的粗煤气。
为了将气化剂扩散通入煤气化腔室2内以与负载有催化剂的煤料充分接触，优选的，如图1所示，壳体1内还形成有第一布气腔室7，第一布气腔室7与煤气化腔室2之间通过第一布气板71隔开，第一进气管12的出气端与第一布气腔室7连通，由此第一进气管12通入的气化剂可首先进入第一布气腔室7，然后再由第一布气板71分散通入煤气化腔室2内，以使气化剂与负载有催化剂的煤料充分接触并反应，从而提高煤气化反应的效率。
同理，为了将由氢气和一氧化碳组成的混合气体扩散通入甲烷化腔室3内，优选的，如图1所示，壳体1内还形成有第二布气腔室8，第二布气腔室8与甲烷化腔室3之间通过第二布气板81隔开，第二进气管13的出气端与第二布气腔室8连通，由此第二进气管13通入的混合气体可首先进入第二布气腔室8内，然后再由第二布气板81分散通入甲烷化腔室3内，以使混合气体与溢流至甲烷化腔室3内的煤料充分接触并反应，从而提高甲烷化反应的效率。
由于煤气化腔室2采用流化床式结构，因此参与煤气化反应的气化剂通常由煤气化腔室2的底部通入，此时为了便于排出煤气化腔室2内的煤渣，优选的，如图1所示，壳体1上还连接有第一排渣管15，第一排渣管15用于排出煤气化腔室2内产生的煤渣，第一布气腔室7位于煤气化腔室2的下方，布气板为锥形布气板，锥形布气板的较大开口一周与煤气化腔室2的侧壁固定，锥形布气板的较小开口位于较大开口的下方，且锥形布气板的较小开口端与第一排渣管15的入口端连接，由此第一布气板71形成了漏斗状结构，煤气化腔室2内的煤渣可通过此漏斗状的第一布气板71顺利的导入至第一排渣管15内以排出，由此更利于彻底排出煤气化腔室2内的煤渣。
其中，第一排渣管15的出口端连接有第一排渣系统9，由第一排渣管15排出的煤渣可进入第一排渣系统9内，第一排渣系统9用于缓存并冷却由第一排渣管15排出的煤渣，以防止高温煤渣直接排出壳体外而引发安全问题。
同理，为了排出甲烷化腔室3内的煤渣，如图1所示，壳体上还连接有第二排渣管16，第二排渣管16用于排出甲烷化腔室3内的煤渣，且第二排渣管16的入口端连接于甲烷化腔室3的侧壁底端，由此通过第二排渣管16排出了甲烷化腔室3内的煤渣。
其中，第二排渣管16的出口端连接有第二排渣系统(图中未示出)，由第二排渣管16排出的煤渣可进入第二排渣系统内，第二排渣系统用于缓存并冷却由第二排渣管16排出的煤渣，以防止高温煤渣直接排出壳体外而引发安全问题。
进一步的，优选第二排渣管16为多个，多个第二排渣管16围绕甲烷化腔室3的侧壁一周均匀设置，以较大程度地排出甲烷化腔室3内的煤渣。
为了回收第一排渣系统9和第二排渣系统排出的煤渣中的催化剂，第一排渣系统9和第二排渣系统的出口端可以与催化气化系统中的催化剂回收单元(图中未示出)连通，由第一排渣系统9和第二排渣系统排出的煤渣可进入催化剂回收单元内，以回收煤渣中的催化剂，避免了催化剂的浪费，同时防止了催化剂泄露至外界环境中形成污染。
由于甲烷化腔室3采用移动床式结构，因此参与甲烷化反应的氢气和一氧化碳通常由甲烷化腔室3的底部通入，也即是第二布气腔室8位于甲烷化腔室3的下方，第二布气板81构成了甲烷化腔室3的底板，此第二布气板81可以为如图1所示与煤气化腔室2底部的锥形布气板的上边沿平齐，也可以为如图2所示高于锥形布气板的上边沿，在此不做具体限定。但是，由于煤气化腔室2内由下至上依次形成有有氧区I和无氧区II，有氧区I的温度较高，无需甲烷化腔室3提供热量，即可满足650-750℃温度要求，上部无氧区II温度降低，反应效率较低。因此，为了提高无氧区II内的煤气化效率，优选的，如图2所示，第二布气板81高于锥形布气板的上边沿，且与有氧区I和无氧区II之间的分界面平齐设置。由此可将甲烷化腔室3内的热量集中传递至煤气化腔室2内的无氧区II内，以提高无氧区II内的煤气化效率，同时避免热量分散进入煤气化腔室2的整个区域，从而更有效的利用了甲烷化腔室3内的热量。
为了使煤气化腔室2内能够保持良好的流化状态，同时为了使煤气化腔室2能够溢流出较多的煤料至甲烷化腔室3内，优选的，溢流结构4与第一分布板之间的竖直距离为煤气化腔室2内径的2～5倍，当溢流结构4与第一分布板之间的竖直距离在此范围内时，既可使煤气化腔室2内能够保持良好的流化状态，又可使煤气化腔室2能够溢流出较多的煤料至甲烷化腔室3内。当溢流结构4与第一分布板之间的竖直距离小于煤气化腔室2内径的2倍时，由溢流结构4泄露的气化剂较多，不能在煤气化腔室2内形成良好的流化状态，当溢流结构4与第一分布板之间的竖直距离大于煤气化腔室2内径的5倍时，由煤气化腔室2内溢流出的煤料较少，甲烷化反应较弱。
为了减少气化炉内传导至外界环境中的热量，优选的，壳体1的侧壁为双层壁，双层壁之间填充有隔热材料，隔热材料能够阻止气化炉内的热量进入外界环境，由此可减少气化炉内传导至外界环境中的热量，保证了周围操作人员和设备的安全。
进一步的，为了提高双层壁的耐火性能，优选的，双层壁包括第一侧壁以及位于第一侧壁靠近壳体内部一侧的第二侧壁，第一侧壁由金属材料制作，第二侧壁由耐火材料制作，由此提高了双层壁的耐火性能。
其中，第二侧壁可以通过浇筑形成的，也可以通过砌筑耐火砖形成的，在此不做具体限定。
具体的，耐火材料可以为高纯刚玉、氧化镁、碱土金属的铝酸盐等，在此不做具体限定。
具体的，煤气化腔室2可以为移动床式结构，也可以为流化床式结构，在此不做具体限定。但是，相比于移动床式结构，流化床式结构的气化效率更高，因此优选煤气化腔室2为流化床式结构。
具体的，甲烷化腔室3可以为移动床式结构，也可以为流化床式结构，在此不做具体限定。但是，相比于流化床式结构，移动床式结构内煤料移动速度缓慢，有利于在有限空间内延长气固接触时间，从而有利于提高甲烷的收率，因此优选甲烷化腔室3为移动床式结构。
本发明实施例又提供了一种催化气化系统，包括：气化炉，所述气化炉为如上任一技术方案所述的气化炉；煤气分离装置，所述煤气分离装置用于分离由所述气化炉的排气管排出的粗煤气中的甲烷和由一氧化碳和氢气组成的混合气体。
本发明提供的一种催化气化系统，由气化炉的进料管向气化炉内的煤气化腔室通入负载有催化剂的煤料，同时由气化炉的第一进气管向煤气腔室内通入气化剂，负载有催化剂的煤料和气化剂在煤气化腔室内产生煤气化反应而生成粗煤气由排气管排出，通过煤气分离装置分离出粗煤气中的一氧化碳和氢气，并将一氧化碳和氢气组成的混合气体由气化炉的第二进气管通入气化炉中的甲烷化腔室内，进入甲烷化腔室的混合气体与由气化炉的溢流结构溢流至甲烷化腔室的煤料之间产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气，此富含甲烷的粗煤气与煤气化产生的粗煤气一起由排气管排出，由此提高了由排气管排出的粗煤气中的甲烷含量。与现有技术相比，本发明实施例将煤气化反应和甲烷化反应分别控制在煤气化腔室内和甲烷化腔室内，防止通入的氢气和一氧化碳对煤气化反应产生阻碍，由此保证了煤气化腔室的气化能力。同时，由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，由此可避免在向同一腔室内通入由氢气、一氧化碳和氧气组成的混合气体而引起分布板结渣或引发爆炸，同时无需减少通入煤气化腔室的气化剂的气量，从而保证了流化床的流化质量，而且通入的气化剂的量较足，无需增补气化剂，从而保证了碳的转化率。而且，由于由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，因此无需增大用于气化反应的煤气化腔室的高度，从而防止了煤气化腔室沿高度方向的温差变大，保证了气化质量。
在上述实施例中，煤气分离装置可以采用深冷分离技术，深冷分离技术为气体分离的常用技术，因此容易实现。
为了防止粗煤气中的粉尘污染煤气分离装置，优选的，催化气化系统还包括气固分离单元，气固分离单元用于在将粗煤气通入煤气分离装置之前，分离出粗煤气中的粉尘，由此可仅将分离出粉尘后的粗煤气通入煤气分离装置即可，从而避免了粉尘随粗煤气一起进入煤气分离装置而对煤气分离装置形成污染或造成堵塞。
其中，气固分离单元可以为旋风分离器、油洗除尘器等等，在此不做具体限定。
为了防止粗煤气中的水蒸气和焦油污染煤气分离装置，优选的，催化气化系统还包括净化分离单元，净化分离单元用于在将粗煤气通入煤气分离装置之前，分离出粗煤气中的水蒸气和焦油，以净化粗煤气，防止对煤气分离装置形成污染。
其中，对净化分离单元的具体结构不做具体限定，只要能够分离出粗煤气中的水蒸气和焦油即可。
为了避免高温的粗煤气损坏煤气分离装置，优选的，还包括热量回收单元，热量回收单元用于在将粗煤气通入煤气分离装置之前，回收粗煤气的热量，由此避免高温的粗煤气损坏煤气分离装置。此时，为了使煤气分离装置分离得到的氢气和一氧化碳能够与负载有催化剂的煤料产生甲烷化反应，需将由氢气和一氧化碳组成的混合气体加热至一定温度，以满足甲烷化反应的需要，因此热量回收单元还用于将回收的热量传递给煤气分离装置分离得到的混合气体，以使混合气体的温度达到30℃至300℃之间，从而使分离得到的氢气和一氧化碳能够与煤料产生甲烷化反应。
其中，其中热量回收单元可以为换热器，换热器为煤气化技术中常用的热量负载或回收装置，因此容易实现。
参见图3，本发明实施例还提供了一种催化气化工艺，包括以下步骤：
S1、将负载有催化剂的煤料由气化炉的进料管通入所述气化炉内的煤气化腔室，同时将气化剂由所述气化炉的第一进气管通入所述煤气化腔室，以使所述煤料与所述气化剂产生煤气化反应生成粗煤气由所述气化炉的排气管排出；
S2、将所述粗煤气通入煤气分离装置，以分离出所述粗煤气中的甲烷以及由一氧化碳和氢气组成的混合气体；
S3、将由一氧化碳和氢气组成的所述混合气体由所述气化炉的第二进气管通入所述气化炉中的甲烷化腔室，以使所述混合气体与由所述气化炉内的溢流口溢流至所述甲烷化腔室内的煤料产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气。
本发明提供的一种催化气化工艺，首先，将负载有催化剂的煤料由气化炉的进料管通入气化炉内的煤气化腔室，同时将气化剂由气化炉的第一进气管通入煤气化腔室，以使煤料与气化剂产生煤气化反应生成粗煤气由气化炉的排气管排出；其次，将粗煤气通入煤气分离装置，以分离出粗煤气中的甲烷以及由一氧化碳和氢气组成的混合气体；最后将由一氧化碳和氢气组成的混合气体由气化炉的第二进气管通入气化炉中的甲烷化腔室，以使混合气体与由气化炉内的溢流口溢流至甲烷化腔室内的煤料产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气，由此提高了由排气管排出的粗煤气中的甲烷含量。与现有技术相比，本发明实施例将煤气化反应和甲烷化反应分别控制在煤气化腔室内和甲烷化腔室内，防止通入的氢气和一氧化碳对煤气化反应产生阻碍，由此保证了煤气化腔室的气化能力。同时，由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，由此可避免在向同一腔室内通入由氢气、一氧化碳和氧气组成的混合气体而引起分布板结渣或引发爆炸，同时无需减少通入煤气化腔室的气化剂的气量，从而保证了流化床的流化质量，而且通入的气化剂的量较足，无需增补气化剂，从而保证了碳的转化率。而且，由于由氢气和一氧化碳组成的混合气体与气化剂分别通入不同的腔室，因此无需增大用于气化反应的煤气化腔室的高度，从而防止了煤气化腔室沿高度方向的温差变大，保证了气化质量。
为了防止粗煤气中的粉尘污染煤气分离装置，在上述步骤S1之后、步骤S2之前，还包括以下步骤：
S4、将粗煤气通入气固分离单元内，以分离出粗煤气中的粉尘。由此可仅将分离出粉尘后的粗煤气通入煤气分离装置即可，从而避免了粉尘随粗煤气一起进入煤气分离装置而对煤气分离装置形成污染或造成堵塞。
为了防止粗煤气中的水蒸气和焦油污染煤气分离装置，在上述步骤S1之后、步骤S2之前，还包括以下步骤：
S5、将粗煤气通入净化分离单元内，以分离出粗煤气中的水蒸气和焦油,以净化粗煤气，防止对煤气分离装置形成污染。
为了避免高温的粗煤气损坏煤气分离装置，在上述步骤S1之后、步骤S2之前，还包括以下步骤：
S6、将粗煤气通入热量回收单元内，以回收粗煤气的热量，由此避免高温的粗煤气损坏煤气分离装置。
此时，为了使煤气分离装置分离得到的氢气和一氧化碳能够与负载有催化剂的煤料产生甲烷化反应，需将由氢气和一氧化碳组成的混合气体加热至一定温度，以满足甲烷化反应的需要，由此在上述步骤S2之后、步骤S3之前，还包括以下步骤：
S7、将混合气体通入热量回收单元内，以将回收的热量传递给混合气体，并使混合气体的温度达到30℃至300℃之间，以使分离得到的氢气和一氧化碳能够与煤料产生甲烷化反应。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (22)

1.一种气化炉，其特征在于，包括壳体，所述壳体内形成有煤气化腔室和甲烷化腔室，所述壳体上连接有进料管、第一进气管、第二进气管和排气管，
所述进料管和所述第一进气管均与所述煤气化腔室连通，所述进料管用于向所述煤气化腔室内通入负载有催化剂的煤料，所述第一进气管用于向所述煤气化腔室内通入气化剂，
所述煤气化腔室与所述甲烷化腔室之间设有溢流结构，所述煤气化腔室内的煤料可由所述溢流结构溢流至所述甲烷化腔室内，
所述第二进气管与所述甲烷化腔室连通，用于向所述甲烷化腔室内通入由氢气和一氧化碳组成的混合气体，
所述煤气化腔室和所述甲烷化腔室均与所述排气管连通，所述排气管用于同时排出所述煤气化腔室内和所述甲烷化腔室内产生的粗煤气。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述甲烷化腔室围绕所述煤气化腔室的一周设置，或者所述煤气化腔室围绕所述甲烷化腔室的一周设置，且所述甲烷化腔室与所述煤气化腔室之间通过第一隔板隔开。
3.根据权利要求2所述的气化炉，其特征在于，所述第一隔板由金属材料制作，且所述第一隔板靠近所述煤气化腔室的一侧侧壁上和/或所述第一隔板靠近所述甲烷化腔室的一侧侧壁上设有导热耐火层。
4.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述壳体内还形成有煤气混合腔室，所述煤气化腔室与所述煤气混合腔室之间设有第一通气口，所述煤气化腔室内产生的粗煤气由所述第一通气口排出至所述煤气混合腔室，所述甲烷化腔室与所述煤气混合腔室之间设有第二通气口，所述甲烷化腔室内产生的粗煤气由所述第二通气口排出至所述煤气混合腔室，所述排气管的进气端与所述煤气混合腔室连通。
5.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述煤气化腔室和所述甲烷化腔室的操作压力P为2～4.5MPa，所述煤气化腔室内的温度为650～750℃，所述甲烷化腔室内的温度为700～800℃。
6.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述壳体内还形成有第一布气腔室，所述第一布气腔室与所述煤气化腔室之间通过第一布气板隔开，所述第一进气管的出气端与所述第一布气腔室连通。
7.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述壳体内还形成有第二布气腔室，所述第二布气腔室与所述甲烷化腔室之间通过第二布气板隔开，所述第二进气管的出气端与所述第二布气腔室连通。
8.根据权利要求7所述的气化炉，其特征在于，所述壳体上还连接有第一排渣管，所述第一排渣管用于排出所述煤气化腔室内产生的煤渣，所述第一布气腔室位于所述煤气化腔室的下方，所述布气板为锥形布气板，所述锥形布气板的较大开口一周与所述煤气化腔室的侧壁固定，所述锥形布气板的较小开口位于所述较大开口的下方，且所述锥形布气板的较小开口端与所述第一排渣管的入口端连接。
9.根据权利要求7所述的气化炉，其特征在于，所述壳体上还连接有第二排渣管，所述第二排渣管用于排出所述甲烷化腔室内的煤渣，且所述第二排渣管的入口端连接于所述甲烷化腔室的侧壁底端。
10.根据权利要求8所述的气化炉，其特征在于，所述第二布气腔室位于所述甲烷化腔室的下方，所述煤气化腔室内由下至上依次形成有有氧区和无氧区，所述第二布气板与所述有氧区和所述无氧区之间的分界面平齐设置。
11.根据权利要求8所述的气化炉，其特征在于，所述溢流结构与所述第一分布板之间的竖直距离为所述煤气化腔室内径的2～5倍。
12.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述壳体的侧壁为双层壁，所述双层壁包括第一侧壁以及位于所述第一侧壁靠近所述壳体内部一侧的第二侧壁，所述第一侧壁由金属材料制作，所述第二侧壁由耐火材料制作。
13.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述煤气化腔室为流化床式结构。
14.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述甲烷化腔室为移动床式结构。
15.一种催化气化系统，其特征在于，包括：
气化炉，所述气化炉为权利要求1～14中任一项所述的气化炉；
煤气分离装置，所述煤气分离装置用于分离由所述气化炉的排气管排出的粗煤气中的甲烷和由一氧化碳和氢气组成的混合气体。
16.根据权利要求15所述的催化气化系统，其特征在于，还包括气固分离单元，所述气固分离单元用于在将所述粗煤气通入所述煤气分离装置之前，分离出所述粗煤气中的粉尘。
17.根据权利要求15所述的催化气化系统，其特征在于，还包括净化分离单元，所述净化分离单元用于在将所述粗煤气通入所述煤气分离装置之前，分离出所述粗煤气中的水蒸气和焦油。
18.根据权利要求15所述的催化气化系统，其特征在于，还包括热量回收单元，
所述热量回收单元用于在将所述粗煤气通入所述煤气分离装置之前，回收所述粗煤气的热量，并将回收的所述热量传递给所述煤气分离装置分离得到的所述混合气体，以使所述混合气体的温度达到30℃至300℃之间。
19.一种催化气化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将负载有催化剂的煤料由气化炉的进料管通入所述气化炉内的煤气化腔室，同时将气化剂由所述气化炉的第一进气管通入所述煤气化腔室，以使所述煤料与所述气化剂产生煤气化反应生成粗煤气由所述气化炉的排气管排出；
S2、将所述粗煤气通入煤气分离装置，以分离出所述粗煤气中的甲烷以及由一氧化碳和氢气组成的混合气体；
S3、将由一氧化碳和氢气组成的所述混合气体由所述气化炉的第二进气管通入所述气化炉中的甲烷化腔室，以使所述混合气体与由所述气化炉内的溢流口溢流至所述甲烷化腔室内的煤料产生甲烷化反应生成富含甲烷的粗煤气。
20.根据权利要求19所述的催化气化工艺，其特征在于，在所述步骤S1之后、所述步骤S2之前，还包括：
S4、将所述粗煤气通入气固分离单元内，以分离出所述粗煤气中的粉尘。
21.根据权利要求19所述的催化气化工艺，其特征在于，在所述步骤S1之后、所述步骤S2之前，还包括：
S5、将所述粗煤气通入净化分离单元内，以分离出所述粗煤气中的水蒸气和焦油。
22.根据权利要求19所述的催化气化工艺，其特征在于，在所述步骤S1之后、所述步骤S2之前，还包括：
S6、将所述粗煤气通入热量回收单元内，以回收所述粗煤气的热量；
在所述步骤S2之后、所述步骤S3之前，还包括：
S7、将所述混合气体通入所述热量回收单元内，以将回收的所述热量传递给所述混合气体，并使所述混合气体的温度达到30℃至300℃之间。
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