CN107760378A - 固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定床和熔融床组合式催化气化装置及其方法，解决了现有技术中存在的碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题。本发明由上方固定床气化段和下方熔融床气化段组成，其特征在于两个气化段采用喉口相连接，固定床气化段上部设有原料进口、底部设有炉蓖和气体分布器，熔融床气化段内上部设有回料进口，侧面设有气化剂喷嘴。主要包括以下步骤：含碳原料、催化剂、循环合成气和高温混合气体在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，未反应完全的灰渣和煤灰进入熔融床气化段进行燃烧气化反应的技术方案，较好地解决了上述问题，可应用于煤制合成气领域。

Description

固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种煤催化气化反应装置及方法，更具体地，本发明设计一种固定床和熔融床相组合的催化气化反应装置及方法，属于煤催化气化领域。
背景技术
富煤、贫油、少气是我国的能源结构特征，随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快，对天然气的需求日益增加。我国自身的天然气产量以无法达到天然气的需求量，供需矛盾日益突出，供应缺口唯有依赖进口得以弥补，极大程度上影响了我国的能源安全。鉴于我国是一个煤炭大国，煤炭产量丰富，将煤转化成天然气，是煤炭清洁高效利用的重要途径，因其能量转化率高，适合我国国情，有效缓解了天然气的供需矛盾，成为当前煤化工领域的研究热点之一。
现阶段常用的煤制天然气技术是先将煤转换成合成气(CO+H2)，再进行甲烷化得到SNG的方法，需要经历以下几个步骤：气化、变换冷却、净化、甲烷合成等，即两步法煤制天然气的过程。该方法反应能耗大、热损失较多，需要多个反应装置因而导致工艺也较为复杂。然而，一步法煤制天然气技术是以煤为原料，在催化剂的作用下直接合成甲烷，通过在同一反应内进行催化气化、催化变换和催化甲烷化反应得到富含甲烷的合成气，该技术具有较高的经济性和可行性，因而成为煤制天然气领域的重要研究方向。
美国专利US4077778提出了一种煤一步法制甲烷的工艺，采用碱金属碳酸盐或碱金属氢氧化物为催化剂，通过过热蒸汽控制炉内反应温度在700℃左右，并与煤粉在催化剂的作用下进行反应，直接得到富甲烷气体。该工艺需要将过热蒸汽加热至850℃左右，能耗较高，煤颗粒的停留时间较长，碳转化率较低，在没有外供热的条件下难以维持反应温度，并且该技术尚处于研发阶段。
新奥集团的专利CN201010279560.7提出了一种多层流化床催化气化制富甲烷气体的工艺，将气化炉分为合成气产生段、煤甲烷化段和合成气甲烷化段。使燃烧、气化、甲烷化反应和热解反应分段进行，实现了自供热反应。然而气化炉内需要设置多层布风板和溢流通道，炉内结构复杂，气化效率和甲烷产率偏低，并且流化床底部氧气的通入容易使灰渣熔融团聚，形成大块的熔渣，堵塞气化炉的出口和气体分布器，从而影响装置的运行稳定性。
专利CN200580041975.8提出了一种固定床煤气化炉，炉内设有可旋转的炉蓖以及炉蓖下方的炉灰排放出口，可旋转炉蓖具有向上朝内渐缩的外表面，可以围绕炉灰排放口的竖直轴线旋转，能够使得原料分布较为均匀，并且将大块的灰渣破碎成小颗粒的灰渣从炉灰排放口排出。然而排出的灰渣仍未反应完全，残碳含量较高，并且由于含氧气体的直接通入会形成灰渣烧结和大渣块，影响炉蓖和气化炉的稳定运行。
固定床气化技术中气固逆流接触，出口温度低，使用块煤为原料，颗粒的停留时间长，挥发分不易分解，出口气体中甲烷含量较高，成为煤间接制天然气技术过程中气化单元的首选技术。然而固定床气化技术也存在气化强度低和碳转化率低的问题。熔融床气化技术作为一种较为新颖的气化技术，是将煤粉和气化剂高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内进行气化反应，具有煤种适应性广，气化强度高、良好的污染物控制和较低的气化剂需求量的特点。因而，可以考虑将高效的熔融床气化炉和固定床气化炉相结合应用于催化气化领域，研究一种气化强度高，气化反应速率快，甲烷化反应程度高、工艺简单，运行稳定的新型一步法煤催化气化制甲烷的技术。
发明内容
本发明主要解决的技术问题之一是现有技术中碳转化率和气化强度低、甲烷产率偏低以及气化炉运行稳定性和可靠性差的问题，本发明提出了一种固定床和熔融床相组合的催化气化装置，该装置由固定床气化段和熔融床气化段组成，固定床气化段内通入循环合成气和高温混合气体，进行热解、气化和甲烷化反应。将固定床气化段中未反应完全的半焦，循环至熔融床气化段中进行燃烧气化反应，实现了物料平衡，提高了气化强度、碳转化率和冷煤气效率，并且该装置运行稳定，易于放大。
本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应的气化反应方法。
为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种熔融床和固定床组合式催化气化反应装置，包括锁斗1、原料进口2、固定床气化段3、炉蓖4、传动装置5、传动构件6、气体分布器7、喉口8、熔融床气化段9、冷却夹套10、气化剂喷嘴11、下渣口12、固定床气化段出口13、旋风分离器14、灰斗15、回料直管16、回料装置17、回料进口18和分离装置19组成。其特征在于原料进口2与固定床气化段3相连接，炉蓖4通过传动构件6与传动装置5相连接，气体分布器7位于固定床气化段3底部，熔融床气化段9周边至少设有一层气化剂喷嘴11，熔融床气化段9底部与下渣口12相连接，熔融床气化段3通过喉口8与固定床气化段3相连接，固定床气化段出口13与旋风分离器14相连接，旋风分离器14出口与分离装置19相连接，旋风分离器14底部设有灰斗15和回料直管16，回料直管16底部与回料装置17相连接，回料进口18与熔融床气化段9相连接。
所述的原料进口2设有1～4个，原料进口2的位置高于固定床气化段3高度的1/2，原料进口2的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。
所述的炉蓖4设在固定床气化段3的底部，炉蓖4由4～6层组成，炉蓖4各层上设有气孔，气孔为等间距布置，孔径10～20mm，开孔率15～30％。
所述的气体分布器7位于固定床气化段3的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器7的锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置，设有5～20圈气孔，开孔率0.1～5％。
所述的喉口8用于连接固定床气化段3和熔融床气化段9，其内径小于固定床气化段3的内径，为其内径的0.1～0.5倍。
所述的熔融床气化段9外部设有冷却夹套10，熔融床气化段9侧面设有1～3层气化剂喷嘴11，每层2～4个，等间距布置。
所述的熔融床气化段9底部设有下渣口12，下渣口12的内径为熔融床气化段9的0.1～0.6倍。
所述的旋风分离器14底部与灰斗15相连接，灰斗15的内径为旋风分离器14筒体内径的0.5～0.8倍。
所述的回料装置17底部通有返料气，用于疏松和流化旋风分离器14分离下来的飞灰。
所述的回料进口18的位置高于熔融床气化段9高度的1/2，回料进口18的角度与水平轴线呈15～75°的夹角。
为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种固定床和熔融床相组合的气化反应方法，其特征在于，包括以下步骤：含碳原料和催化剂进入固定床气化段3内堆积于炉蓖4上，与来自气体分布器7的循环合成气和吼口8的高温混合气体接触，进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的灰渣通过旋转炉蓖4破碎成小颗粒，落入下方熔融床气化段9与高温熔融中的灰渣和催化剂的混合物接触，进行高温熔融气化反应。反应产生的高温混合气体由喉口8向上进入固定床气化段3内与循环合成气混合并参与反应，从固定床气化段出口13夹带出的未反应完全的细灰颗粒，通过旋风分离器14和回料装置17进入熔融床气化段9，净化除尘后的气相产物经过分离装置(19)将焦油分离出来，得到富含甲烷的合成气。
所述的原料进口2中的含碳原料包括：煤、石油焦、生物质或者其混合物，粒径小于等于50mm。
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％。
所述的炉蓖4用于均匀分布循环合成气和高温混合气体，炉蓖4气孔出口气体速度2～10m/s，气量分布自下层到上层依次减少，采用液压或者电机转动方式来驱动炉蓖4的旋转，旋转速度0～12r/h。
所述的气化剂喷嘴11通入的气化剂包括空气、氧气、富氧空气、水蒸气、二氧化碳或者其混合物。
所述的回料装置16底部的返料风包括氮气、氩气、水蒸气、二氧化碳或者其混合物。
所述的熔融床气化段9中的氧碳比控制在0.5～0.9mol/mol的范围内，固定床气化段3操作温度300～800℃，熔融床气化段9的操作温度600～1200℃，操作压力范围3～6.5MPa。
所述的气体分布器7中通入循环合成气，循环合成气的流量占出口合成气总流量的10～50％。
所述的气体分布器7中通入循环合成气，优选的技术方案为循环合成气的流量占出口合成气总流量的20～40％。
使用本发明的设备所采用的工艺过程简述：
通过给料装置将含碳原料和催化剂经锁斗和原料进口进入固定床气化段内，堆积于炉蓖之上，从固定床气化段底部的气体分布器中通入的循环合成气与来自下方喉口的高温混合气体混合。含碳原料、催化剂、循环合成气和高温混合气体在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，操作温度范围300～800℃，生成CH4、CO、H2、CO2等气体。固定床气化段出口合成气中夹带的未反应完全的煤灰颗粒进入旋风分离器中，在离心力的作用下，煤灰颗粒被分离下来并落入回料直管并收集于回料装置中。回料装置中的煤灰颗粒在底部返料风的作用下，经回料进口通入熔融床气化段内进行燃烧气化反应。熔融床气化段周边设有气化剂喷嘴，喷入含氧气体和水蒸气，在气化剂喷嘴的喷射区域形成强烈的燃烧和气化反应，该区域的温度较高，操作温度达到600～1200℃，使整个渣层呈熔融状态，并持续为整个熔融床气化段提供热量，熔融床气化段外部的壁面采用冷却夹套进行保护。反应产生的大量高温混合气体，主要为H2、CO、H2O、CO2等气体由喉口向上进入固定床气化段，为固定床气化段内的气化反应补充了热量和气化剂。反应产生的熔融态的灰渣通过底部的下渣口排出。分离装置出口的合成气将被送到后续的洗涤冷却室中，经脱硫脱氮得到净化处理后的富含甲烷的合成气。
本发明的优点简述：
1)采用固定床气化段和熔融床气化段相组合的催化气化装置，将固定床气化炉中未完全反应的灰渣和煤灰在高温熔融床气化炉中进行燃烧气化反应，而高温熔融床气化炉产生的高温混合气体直接通入固定床气化炉中，为固定床气化段内的气化反应补充了热量和气化剂，实现了热流和物流的耦合。
2)固定床气化段内的炉篦采用传动装置驱动，旋转的炉篦能够破碎大块灰渣，并且使整个床层移动，保证了气化反应均匀，有效防止了固定床气化反应过程中的偏流和沟流，促进了气化反应的进行。
3)熔融床气化段内的熔渣中混有大量的催化剂，降低了灰熔点温度，从而降低了熔融床气化段的操作温度，并且熔融床内热质传递效果好，停留时间较长，兼具了供热、蓄热和催化气化的功能，使碳转化较为完全。
4)固定床气化段底部的气体分布器中通入循环合成气，有效促进了固定床气化段内的热解和甲烷化反应过程，同时由于无氧气存在，防止了固定床气化段内存在局部高温，而导致的灰渣团聚结块的问题，延长了炉篦的使用周期。
采用本发明的技术方案通过固定床和熔融床的耦合，固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，其未反应完全的灰渣和煤灰进入熔融床气化段内进行燃烧气化反应。可使气化装置出口碳转化率达到95％，出口合成气中甲烷含量25％，同时具有碳转化率高、气化强度大、能量利用率高、结构简单紧凑、装置运行稳定可靠的特点，较大程度上降低了设备投资，降低了生产成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为固定床和熔融床相组合的气化反应装置的流程示意图：
图1中，1为锁斗；2为原料进口；3为固定床气化段；4为炉蓖；5为传动装置；6为传动构件；7为气体分布器；8为喉口；9为熔融床气化段；10为冷却夹套；11为气化剂喷嘴；12为下渣口；13为固定床气化段出口；14为旋风分离器；15为灰斗；16为回料直管；17为回料装置；18为回料进口；19为分离装置。A为含碳原料+催化剂；B为返料气；C为焦油；D为合成气；E为循环合成气；F为灰渣。
含碳原料和催化剂A通过锁斗1和原料进口2进入固定床气化段3中，堆积于炉蓖4之上，与来自气体分布器7的循环合成气E混合，进行热解、气化和甲烷化反应，炉蓖4通过传动构件6在传动装置5的作用下移动旋转，对灰渣进行破碎，小颗粒的灰渣通过旋转炉蓖4直接落入下方熔融床气化段9内。固定床气化段出口13的合成气中含有未反应完全的煤灰，进入旋风分离器14中，在离心力的作用下，煤灰颗粒被分离出来经灰斗15和回料直管16落入回料装置17中，合成气由旋风分离器14顶部出口流出，进入分离装置19将合成气中焦油C分离出来，分离装置19出口的合成气中一部分作为循环合成气E从气体分布器7通入固定床气化段3内，其余部分合成气D进入后续的合成气净化装置。被分离下来的煤灰在回料装置17底部返料风B的作用下，通过回料进口18进入熔融床气化段9内进行燃烧气化反应。熔融床气化段9侧面装有多个气化剂喷嘴11，气化剂喷嘴11设置的方向由外向内并向下倾斜。为保证熔融床气化段9处于高温段，气化剂喷嘴11中通入含氧气体和水蒸气，与返料煤灰中的碳进行剧烈的燃烧气化反应，形成熔渣。熔融床气化段9外部壁面采用冷却夹套10保护，反应后产生的燃尽的灰渣F从熔融床气化段9底部的下渣口12排出。反应产生的高温混合气体向上通过喉口8进入固定床气化段3，为固定床气化段3内的气化反应提供了显热和气化剂。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种固定床和熔融床组合式催化气化装置，固定床气化段内径1.0m，高度6m，在固定床气化段高度4.0m处设有两个原料进口，炉蓖位于固定床气化段高度0.3m处，设有4层，各层上的气孔孔径15mm，开孔率20％，炉蓖转速6r/h。气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置10圈，开孔率2％。喉口内径0.2m，下部熔融床气化段内径1.2m，高度3m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，下渣口内径0.3m。
实验选用内蒙褐煤与10％的碳酸钾催化剂混合，从锁斗和原料进口加入固定床气化段内，气体分布器中通入循环合成气，循环合成气的气量占气化装置出口合成气总量的20％，原料在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的灰渣在旋转炉蓖的作用下破碎并落入下方熔融床气化段内，固定床气化段操作温度600℃，操作压力3.5MPa，生成富含甲烷的合成气，出口合成气中CH4浓度26％，甲烷产率0.62Nm3/kg。合成气中未反应完全的煤灰通过循环回料装置收集并循环送入熔融床气化段，进行燃烧气化反应。熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧和水蒸气，氧碳比控制在0.6mol/mol，与煤灰中的碳进行燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰和催化剂的混合物处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1100℃，产生的高温混合气体向上进入固定床气化段，为固定床内的气化反应提供了显热和气化剂，气化装置出口的碳转化率达到98％。
【实施例2】
一种固定床和熔融床组合式催化气化装置，固定床气化段内径1.0m，高度6m，在固定床气化段高度4.0m处设有两个原料进口，炉蓖位于固定床气化段高度0.3m处，设有4层，各层上的气孔孔径15mm，开孔率20％，炉蓖转速6r/h。气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置10圈，开孔率2％。喉口内径0.2m，下部熔融床气化段内径1.2m，高度3m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，下渣口内径0.3m。
实验选用内蒙褐煤与10％的碳酸钾催化剂混合，从锁斗和原料进口加入固定床气化段内，气体分布器中通入循环合成气，循环合成气的气量占气化装置出口合成气总量的30％，原料在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的灰渣在旋转炉蓖的作用下破碎并落入下方熔融床气化段内，固定床气化段操作温度550℃，操作压力3.5MPa，生成富含甲烷的合成气，出口合成气中CH4浓度34％，甲烷产率0.7Nm3/kg。合成气中未反应完全的煤灰通过循环回料装置收集并循环送入熔融床气化段，进行燃烧气化反应。熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧和水蒸气，氧碳比控制在0.6mol/mol，与煤灰中的碳进行燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰和催化剂的混合物处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1100℃，产生的高温混合气体向上进入固定床气化段，为固定床内的气化反应提供了显热和气化剂，气化装置出口的碳转化率达到98％。
【实施例3】
一种固定床和熔融床组合式催化气化装置，固定床气化段内径1.0m，高度6m，在固定床气化段高度4.0m处设有两个原料进口，炉蓖位于固定床气化段高度0.3m处，设有5层，各层上的气孔孔径15mm，开孔率20％，炉蓖转速6r/h。气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置10圈，开孔率2％。喉口内径0.2m，下部熔融床气化段内径1.2m，高度3m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，下渣口内径0.3m。
实验选用内蒙褐煤与10％的碳酸钾催化剂混合，从锁斗和原料进口加入固定床气化段内，气体分布器中通入循环合成气，循环合成气的气量占气化装置出口合成气总量的20％，原料在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的灰渣在旋转炉蓖的作用下破碎并落入下方熔融床气化段内，固定床气化段操作温度600℃，操作压力3.5MPa，生成富含甲烷的合成气，出口合成气中CH4浓度29％，甲烷产率0.66Nm3/kg。合成气中未反应完全的煤灰通过循环回料装置收集并循环送入熔融床气化段，进行燃烧气化反应。熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧和水蒸气，氧碳比控制在0.6mol/mol，与煤灰中的碳进行燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰和催化剂的混合物处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1100℃，产生的高温混合气体向上进入固定床气化段，为固定床内的气化反应提供了显热和气化剂，气化装置出口的碳转化率达到98％。
【实施例4】
一种固定床和熔融床组合式催化气化装置，固定床气化段内径1.0m，高度6m，在固定床气化段高度4.0m处设有两个原料进口，固定床气化段内不设置炉篦，采用简单的孔板布置。气体分布器的倾斜面与水平面的夹角为30°，气体分布器锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置10圈，开孔率2％。喉口内径0.2m，下部熔融床气化段内径1.2m，高度3m，周边等间距布置一层两个气化剂喷嘴，下渣口内径0.3m。
实验选用内蒙褐煤与10％的碳酸钾催化剂混合，从锁斗和原料进口加入固定床气化段内，气体分布器中通入循环合成气，循环合成气的气量占气化装置出口合成气总量的20％，原料在固定床气化段内进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的大块灰渣直接落入下方熔融床气化段内，固定床气化段操作温度600℃，操作压力3.5MPa，生成富含甲烷的合成气，出口合成气中CH4浓度20％，甲烷产率0.5Nm3/kg。合成气中未反应完全的煤灰通过循环回料装置收集并循环送入熔融床气化段，进行燃烧气化反应。熔融床气化段气化喷嘴中通入纯氧和水蒸气，氧碳比控制在0.6mol/mol，与煤灰中的碳进行燃烧气化反应，产生大量的热并使煤灰和催化剂的混合物处于熔融状态，熔融床气化段的操作温度为1100℃，产生的高温混合气体向上进入固定床气化段，为固定床内的气化反应提供了显热和气化剂，气化装置出口的碳转化率达到92％。
【比较例1】
采用传统的两步法煤制甲烷工艺中煤气化反应装置，以鲁奇固定床气化炉为例，实验选用煤种为内蒙褐煤，操作压力3.5MPa，平均操作温度800℃。得到的出口气体组分中CO+H2含量55.4％，甲烷含量仅12％，甲烷产率0.2Nm3/kg，碳转化率90％。
【比较例2】
采用熔融床煤气化反应装置，以S-O公司研发的熔渣床气化炉为例，选用内蒙褐煤为实验原料，操作压力3.5MPa，平均操作温度1500℃，得到的出口气体组分中CO+H2含量86％，甲烷含量仅为2％，甲烷产率0.05Nm3/kg，碳转化率98％。
【比较例3】
采用新奥集团提出的多层流化床催化气化制富甲烷气体的工艺中的气化反应装置，实验选用内蒙褐煤为原料，负载10％的碳酸钾催化剂，操作压力3.5MPa，操作温度700℃。得到的出口气体组分中CO+H2含量64.2％，甲烷含量8.4％，甲烷产率0.15Nm3/kg，碳转化率50％。

Claims (10)

1.一种固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，包括锁斗(1)、原料进口(2)、固定床气化段(3)、炉蓖(4)、传动装置(5)、传动构件(6)、气体分布器(7)、喉口(8)、熔融床气化段(9)、冷却夹套(10)、气化剂喷嘴(11)、下渣口(12)、固定床气化段出口(13)、旋风分离器(14)、灰斗(15)、回料直管(16)、回料装置(17)、回料进口(18)和分离装置(19)组成；其特征在于原料进口(2)与固定床气化段(3)相连接，炉蓖(4)通过传动构件(6)与传动装置(5)相连接，气体分布器(7)位于固定床气化段(3)底部，熔融床气化段(9)周边至少设有一层气化剂喷嘴(11)，熔融床气化段(9)底部与下渣口(12)相连接，熔融床气化段(9)通过喉口(8)与固定床气化段(3)相连接，固定床气化段出口(13)与旋风分离器(14)相连接，旋风分离器(14)上方出口与分离装置(19)相连接，旋风分离器(14)底部设有灰斗(15)和回料直管(16)，回料直管(16)底部与回料装置(17)相连接，回料进口(18)与熔融床气化段(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的原料进口(2)设有1～4个，原料进口(2)的位置高于固定床气化段(3)高度的1/2，原料进口(2)的角度与水平轴线呈0～75°的夹角。
3.根据权利要求1所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应装置，其特征在于所述的炉蓖(4)的位置设在固定床气化段(3)的底部，炉蓖(4)由4～6层组成，炉蓖(4)各层上设有气孔，气孔为等间距布置，气孔孔径10～20mm，开孔率15～30％。
4.根据权利要求1所述的固定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(7)位于固定床气化段(3)的底部，与水平轴线呈小于或等于60°的夹角，气体分布器(7)的锥面上设有气孔，气孔沿圆周均匀布置，设有5～20圈，开孔率0.1～5％。
5.根据权利要求1所述的固定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(9)外部设有冷却夹套(10)，周边设有1～3层气化剂喷嘴(11)，每层2～4个，等间距布置。
6.根据权利要求1所述的固定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(18)的位置高于熔融床气化段(9)高度的1/2，回料进口(18)的角度与水平轴线呈15～75°的夹角。
7.一种固定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所述的固定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：含碳原料和催化剂进入固定床气化段(3)内，与来自气体分布器(7)的循环合成气和吼口(8)的高温混合气体接触，进行热解、气化和甲烷化反应，反应后的煤渣通过旋转炉蓖(4)破碎成小颗粒，落入下方熔融床气化段(9)，与高温熔融中的灰渣和催化剂的混合物接触，进行高温熔融气化反应；反应产生的高温混合气体由喉口(8)向上进入固定床气化段(3)内，从固定床气化段出口(13)夹带出的未反应完全的细灰颗粒，通过旋风分离器(14)和回料装置(17)进入熔融床气化段(9)；净化除尘后的气相产物经过分离装置(19)将焦油分离出来，得到富含甲烷的合成气。
8.根据权利要求7所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述的熔融床气化段(9)中的氧碳比控制在0.5～0.9mol/mol的范围内，固定床气化段(3)操作温度300～800℃，熔融床气化段(9)的操作温度600～1200℃，操作压力范围3～6.5MPa。
9.根据权利要求7所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述的炉蓖(4)中用于均匀分布循环合成气和高温混合气体，炉蓖(4)气孔出口气化剂速度2～10m/s，气量分布自下而上依次减少，采用液压或者电机传动方式来驱动炉蓖(4)的旋转，旋转速度0～12r/h。
10.根据权利要求7所述的固定床和熔融床组合式煤催化气化反应方法，其特征在于所述的气体分布器(7)中通入循环合成气，循环合成气的流量占分离装置(19)出口合成气总流量的10～50％。
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