CN110628465B - 一种煤催化气化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤催化气化方法及系统，方法包括：步骤一：将煤颗粒、水蒸气以及负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中发生催化气化反应，生成富含甲烷的产品气及固体颗粒，固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣；步骤二：分离产品气及其携带的固体颗粒，得到活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣；步骤三：在转化炉内热态下对活性半焦颗粒进行催化剂负载、活化，并将负载有催化剂的热活性半焦送入流化床气化反应器中参与催化气化反应。该方法解决了由于原煤物料的粒径分级带来的原料利用率低的问题，并有针对性将催化剂进行有效负载，提高了原煤物料及催化剂的利用效率。同时，提高气化工段的效率，使得技术的经济性得到有效提升。

Description

一种煤催化气化方法及系统
技术领域
本发明涉及煤催化气化技术领域，更具体地，涉及一种煤催化气化方法及系统。
背景技术
当前，煤催化气化是一种先进的气化方法，将煤与碱金属与碱土金属混合后，700℃左右发生气化反应，由于催化剂的加入可以加快气化反应，使得煤在较低温度就可达到较高的转化效率。催化剂负载的有效程度直接决定了煤颗粒催化气化效果，传统的催化气化通常采用湿法负载工艺将催化剂负载在煤颗粒表面，而后进入气化炉进行系列催化气化反应，由于湿法负载中大部分催化剂与煤仍然保持物理结合的状态，使得催化剂的催化效果无法有效的发挥，使得催化剂的利用效率和煤的气化效率降低。
同时在大型气化装置中，作为反应原料的煤颗粒的分布很广，大的煤颗粒存在表面催化剂负载率高，孔道内负载率低的问题，进而导致大颗粒煤内部碳转换率低，大量未反应的碳随灰渣排出炉外。小的煤颗粒则由于比重过低导致在反应区停留时间不足从而跟随气化产品粗煤气带出气化炉，从而造成原料碳的损失。同时，来自于煤颗粒及催化剂的分布特性制约了催化气化的高效清洁发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够提高原煤物料及催化剂的利用效率，并大大降低原煤的催化气化成本的煤催化气化方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种煤催化气化方法，该煤催化气化方法包括：
步骤一：将煤颗粒、水蒸气以及负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中发生催化气化反应，生成富含甲烷的产品气以及固体颗粒，所述固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣；
步骤二：分离所述产品气及其携带的固体颗粒，得到所述活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣；
步骤三：在转化炉内热态下对所述活性半焦颗粒进行催化剂负载、活化，并将负载有催化剂的热活性半焦送入所述流化床气化反应器中参与所述催化气化反应。
优选地，所述步骤三中，向所述转化炉内提供空气和水蒸气作为流化气，使得所述转化炉内的固体颗粒流化的同时，燃烧所述固体颗粒中的残碳颗粒。
优选地，在所述步骤三之前，将所述步骤二分离得到的活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣，与催化剂在催化剂负载系统进行干法混合均匀。
优选地，所述流化床气化反应器内的温度为600-800℃，压力0.5-4MPa。
优选地，进入所述流化床气化反应器的水蒸气与煤颗粒的质量比为0.6：1～1.5:1。
优选地，所述转化炉内的温度850-1000℃，压力0.5-4MPa。
优选地，进入转化炉的空气与水蒸气的质量比为15:1～10:1，
并且，进入转化炉的空气与进入反应器的煤的质量比为1：2～2：1。
优选地，进入所述流化床气化反应器的煤颗粒的粒径在0.1mm～1mm之间；
其中，所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10％以下时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的5-10％；
所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10％～30％时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的10-15％；
所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的30％以上时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的15％～20％。
根据本发明的第二方面，提供一种煤催化气化系统，所述的煤催化气化方法利用该煤催化气化系统来完成，该煤催化气化系统包括：
流化床气化反应器，其内靠近底部设有气体分布器，所述流化床气化反应器的外壁上设有水蒸气入口、煤颗粒入口和返料口，所述水蒸气入口位于所述气体分布器的下方，所述煤颗粒入口和返料口位于所述气体分布器的上方，所述反应器的顶部设有物料出口；
气固分离设备，其具有入口、气相出口和固相出口，所述气固分离设备经其所述入口与所述流化床气化反应器的物料出口连通；
转化炉，其底部具有排渣口和流化气入口，中下部设有进料口，中部设有溢流口，以及顶部设有烟气出口，所述转化炉经其所述进料口与所述气固分离设备的固相出口连通，经其所述溢流口与所述流化床气化反应器的返料口连通。
优选地，所述气固分离设备的固相出口和转化炉的进料口之间连接有催化剂负载系统。
有益效果：
本发明提供的煤催化气化方法以及系统，解决了由于原煤物料的粒径分级带来的原料利用率低的问题，能够对不同粒径的原煤进行有效利用；同时有针对性的将催化剂进行有效负载，从而提高了原煤物料及催化剂的利用效率。并且，通过对能量和物料的充分循环利用，提高了气化工段的效率，使得技术的经济性得到有效提升。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了根据本发明实施例的煤催化气化方法的步骤流程图。
图2示出了根据本发明实施例的煤催化气化系统的结构示意图。
图中：流化床气化反应器1、气体分布器11、水蒸气入口12、煤颗粒入口13、返料口14、物料出口15、转化炉2、排渣口21、流化气入口22、进料口23、溢流口24、烟气出口25、进料系统3、气固分离设备4、入口41、气相出口42、固相出口43、催化剂负载系统5、净化合成系统6、热电系统7。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
图2示出了根据本发明实施例的煤催化气化系统的结构示意图。如图2所示，本发明提供一种煤催化气化系统，该煤催化气化系统包括流化床气化反应器、气固分离设备和转化炉2。
流化床气化反应器，其内靠近底部设有气体分布器11，所述流化床气化反应器的外壁上设有水蒸气入口12、煤颗粒入口13和返料口14。所述水蒸气入口12位于所述气体分布器11的下方，所述煤颗粒入口13和返料口14位于所述气体分布器11的上方，所述反应器的顶部设有物料出口15。
气固分离设备，其具有入口41、气相出口42和固相出口43，所述气固分离设备经其所述入口41与所述流化床气化反应器的物料出口15连通。
转化炉2，其底部具有排渣口21和流化气入口22，中下部设有进料口23，中部设有溢流口24，以及顶部设有烟气出口25，所述转化炉2经其所述进料口23与所述气固分离设备的固相出口43连通，经其所述溢流口24与所述流化床气化反应器的返料口14连通。
进一步地，所述气固分离设备的固相出口43和转化炉2的进料口23之间连接有催化剂负载系统5。
其中，流化床气化反应器的煤颗粒入口13与进料系统3连通，进料系统3用于向流化床气化反应器提供用于作为反应原料的煤颗粒，气固分离设备的气相出口42与净化合成系统6连通，净化合成系统6对来自气固分离设备的气体进行过滤，并合成甲烷气体。转化炉2的烟气出口25与热电系统7连通，热电系统7利用来自转化炉2的热烟气进行发电。
图1示出了根据本发明实施例的煤催化气化方法的步骤流程图。如图1所示，本发明提供一种还煤催化气化方法，该煤催化气化方法包括：
步骤一：将煤颗粒、水蒸气以及负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中发生催化气化反应，生成富含甲烷的产品气以及固体颗粒，所述固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣；
该步骤中，煤颗粒自流化床气化反应器的煤颗粒入口13进入流化床气化反应器。煤颗粒以及负载有催化剂的热活性半焦颗粒在流化床气化反应器中进行热解、气化，因颗粒的大小不同，煤颗粒以及负载有催化剂的热活性半焦颗粒在流化床气化反应器中停留的时间长短不同，而转化成不同的固体颗粒，固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣，同时生成富含甲烷的产品气。
具体地，自流化床气化反应器的水蒸气入口12通入水蒸气，煤颗粒中的小颗粒原煤在流化床气化反应内粗煤气和水蒸气的作用下，进行热解、气化，转化为活性半焦，并很快流出流化床气化反应器。该部分活性半焦在本发明中的所有物料中具有最高的比表面积，即具有很高的吸附能力。
煤颗粒中的大颗粒原煤在流化床气化反应器在流化床气化反应器中停留时间长，并在流化床气化反应器内进行热解、气化以及甲烷化反应，生成富含甲烷的产品气，该产品气包括水蒸气、一氧化碳、氢气和甲烷，同时产生残碳以及灰渣，其中产品气中的一氧化碳、氢气和甲烷等气体形成粗煤气。具体地，在所述水蒸气的作用下，大颗粒原煤的表面积逐渐增大，使得大颗粒原煤捕捉催化剂的能力逐渐增强，大颗粒原煤捕捉收集所述催化剂后，进行气化以及甲烷化反应，大颗粒原煤表面气化及甲烷化系列反应剧烈且放热强烈，此过程中，流化床气化反应器内碳水气化的吸热反应和甲烷化的放热反应可以很好的平衡耦合，以满足流化床气化反应器中热量及反应的匹配。大颗粒原煤表面的碳质原料消耗完毕，生成所述残碳颗粒，残炭颗粒的主要成分为顽固残渣碳，同时由于在流化床气化反应器中停留时间长，经气化处理后的大颗粒原煤，即残炭上的灰成分逐渐显露出来，所述残碳上的灰成分中的活性物质在还原性气氛下与流化床气化反应器中的部分催化剂结合形成结构致密的灰渣晶体。灰渣晶体的致密结构使得灰渣晶体的比重较大，导致相同体积的大颗粒原煤形成的灰渣晶体比小颗粒物料生成的活性半焦的比重大。
负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中水蒸气以及粗煤气的作用下，进行热解、气化，转化成飞灰或者灰渣。其中，飞灰的粒径相对其他固体颗粒，例如残碳颗粒和半焦颗粒的粒径更小，不易在流化床气化反应器中停留，极易自流化床气化反应器流出。
步骤二：分离所述产品气及其携带的固体颗粒，得到所述活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣；
该步骤中，气固分离设备将步骤一中产生的产品气自流化床气化反应器的物料出口15外抽，在外抽中过程中固体颗粒在产品气携带下流化出物料出口15并进入该气固分离设备内。气固分离设备对产品气及其携带的固体颗粒进行一级气固分离，其中的固相成分包括活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣被分离出来进入步骤三中，分离出的气相成分包括一氧化碳和氢气以及飞灰进入净化合成系统6，在净化合成系统6中进行二级气固分离，其中的飞灰被净化收集，剩余的一氧化碳和氢气成分被合成甲烷外排收集。
步骤三：在转化炉2内热态下对所述活性半焦颗粒进行催化剂负载、活化，并将负载有催化剂的热活性半焦送入所述流化床气化反应器中参与所述催化气化反应。
该步骤中，自转化炉2的流化气入口22通入流化气，对转化炉2内的物料进行流化。步骤二中被分离出的活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣自转化炉2的进料口23进入转化炉2内，其中的灰渣成分在循环过程中不断密实后最终下落至转化炉底部外排，活性半焦颗粒、残碳颗粒均在热态环境下负载有催化剂，催化剂在热态环境下活化，与所述活性半焦结合生成所述负载有催化剂的热活性半焦颗粒。由于负载有催化剂的热活性半焦颗粒的比重较负载催化剂的残碳颗粒的比重小，两者能够流化分层分离。其中，负载有催化剂的热活性半焦流化至流化床气化反应器中参与催化气化反应从而实现无氧化更高效，在无氧化环境下，碳的利用率高，产气量大，催化剂进入到焦的孔隙中负载效果好，进而催化效果好。另外，残碳颗粒富集于转化炉2底部进行燃烧放热，为转化炉2提供热态环境，并且产生的热量可在整个煤催化气化系统循环利用，为整个系统提供热源。
由于流化床气化反应器中没有氧气，所有的催化剂全部用于促进催化气化和催化甲烷化反应。在本实施例中，流化床气化反应器中的气化剂只有水蒸气，没有氧气，故气化反应发生的程度大大提高，没有可燃气体氧气成分的存在使得气化生成的一氧化碳和氢气能够在催化剂的作用下发生甲烷化反应(常规气化炉中氧气会优先与生成的一氧化碳和氢气反应)，生成更多的甲烷产品，从而提高了碳的利用效率。
该煤催化气化方法解决了由于原煤物料的粒径分级带来的原料利用率低的问题，能够对不同粒径的原煤进行有效利用；同时有针对性的将催化剂进行有效负载，从而提高了原煤物料及催化剂的利用效率。并且，通过对能量和物料的充分循环利用，提高了气化工段的效率，使得技术的经济性得到有效提升。
所述步骤三中，向所述转化炉2内提供空气和水蒸气作为流化气，使得所述转化炉2内的固体颗粒流化的同时，燃烧所述固体颗粒中的残碳颗粒。通过向转化炉2内提供空气和水蒸气作为流化气，一方面能够使得转化炉2中的物料流化，便于反应的高效进行，另一方面，能够使得负载有催化剂的热活性半焦颗粒与负载催化剂的残碳颗粒进行流化分层分离，使得残碳颗粒在下层燃烧，为上层负载催化剂的活性半焦提供热量，燃烧产生的热烟气能够自转化炉2的烟气出口25外放至热电系统7进行发电，从而提高了经济性。
进一步地，在所述步骤三之前，将所述步骤二分离得到的活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣，与催化剂在催化剂负载系统5进行干法混合均匀。具体地，自气固分离设备的固相出口43分离出的颗粒、残碳颗粒和灰渣进入催化剂负载系统5中，与所述催化剂在干燥状态下进行干法混合，形成混合物料，在混合物料中活性半焦颗粒和残碳颗粒分别与催化剂进行干法混合，混合物料自转化炉2的进料口23进入转化炉2。其中，活性半焦颗粒在在进入步骤三后，在转化炉2内的热态环境下进行活化，生成负载有催化剂的热活性半焦。在本方法中催化剂的选择可以为碱金属、碱土金属或几种碱金属与碱土金属的混合物，进一步优选为在一定温度下具有较好的迁移能力的催化剂，如碳酸钾、碳酸钠等。
该步骤为步骤三中负载有催化剂的活性半焦进行活化提供基础，使得各种物料充分混合接触，实现物理状态上的结合，为步骤三中转化炉2内的催化剂的负载活化创造有利条件。
进一步地，所述流化床气化反应器内的温度为600-800℃，压力为0.5-4MPa。在该温度、压力条件下，有利于流化床气化反应器内催化气化反应的充分进行。
进一步地，进入所述流化床气化反应器的水蒸气与煤颗粒的质量比为0.6:1～1.5:1。如此，能够使得在流化床气化反应器内有充足的水蒸气供气化反应使用，同时又不至于过度消耗反应器的热量。
进一步地，所述转化炉2内的温度850-1000℃，压力0.5-4MPa。如此，方便负载有催化剂的热活性半焦携带热量溢流进入流化床气化反应器。
进一步地，进入转化炉2的空气与水蒸气的质量比为15:1～10:1，并且，进入转化炉2的空气与进入反应器的煤的质量比为1:2～2:1。如此，一方面，保证转化炉2内有合适的流化强度，使物料能够充分流化起来，便于负载有催化剂的活性半焦颗粒与残碳颗粒分离；另一方面，保证残碳颗粒被燃烧掉，而负载有催化剂的热活性半焦颗粒不被或少量被燃烧或气化。
进一步地，进入所述流化床气化反应器的煤颗粒的粒径在0.1mm～1mm之间。其中，所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10％以下时，催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的5-10％；所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10％～30％时，催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的10-15％；所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的30％以上时，催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的15％～20％。
如此，限定进入所述流化床气化反应器的煤颗粒的粒径是为了保障反应器和转化炉2中物料的流化效果。小颗粒多时，被带出的需要负载有催化剂的活性半焦会相对多一些，故催化剂配比大一些。
下面结合几个具体的实施方式对本申请中的煤催化气化方法进行进一步的说明。
实施例1:
一种褐煤催化气化方法，由于褐煤煤质年轻，在流化床气化反应器内容易碎裂，故系统的压力及温度不宜控制过高。
流化床气化反应器的操作压力为0.5MPa，操作温度为680℃；
流化床气化反应器内水蒸气煤比(质量比)：0.6；
流化床气化反应器进料原料粒径分布：当进料系统3中褐煤颗粒中小于0.18mm的粒径占9％，向转化炉2加入的催化剂质量为进料褐煤颗粒总质量的6％；
转化炉2的操作压力0.5MP，操作温度为850℃；
转化炉2中输入的空气的质量与流化床气化反应器中投入的煤颗粒比为1:1；
通入转化炉2的气化剂中，空气与水蒸气的质量比为13；
采用无氧双床的催化气化工艺，与单床催化气化相比，出口气体产量提高了20％，排出渣的碳含量平均低于2％。
实施例2:
一种次烟煤催化气化方法，由于变质程度适当，但存在一定粘结性，故在操作中温度适当偏高，如此有利于煤种破粘。
流化床气化反应器的操作压力为1MPa，操作温度为800℃；
流化床气化反应器内水蒸气煤比(质量比)：1.5；
流化床气化反应器的进料原料粒径分布：当进料系统3中次烟煤颗粒中小于0.18mm的粒径占15％，向转化炉2加入的催化剂质量为进料原煤质量的11％；
转化炉2的操作压力1MPa，操作温度为950℃；
转化炉2中输入的空气的质量与流化床气化反应器中投入的煤颗粒比为1:2；
转化炉2气化剂中空气与水蒸气比(质量比)：10；
采用无氧双床的催化气化工艺，与单床催化气化相比，出口气体产量提高了24％，排出渣的碳含量平均低于2.5％。
实施例3:
一种烟煤催化气化方法，由于变质程度高，反应性差，温度压力控制处于高限有利于反应(由于变质程度高的煤，结构稳定，不易发生反应，故下述工艺设计与催化剂添加均需要更高级别)。
流化床气化反应器的操作压力为4MPa，操作温度为800℃；
流化床气化反应器水蒸气煤比(质量比)：1.5；
流化床气化反应器进料原料粒径分布：进料系统3中烟煤颗粒中小于0.18mm的粒径占30％(因为颗粒小的多，气化床带出的活性半焦多，负载量加大)，催化剂质量为进料原煤质量的20％；
转化炉2的操作压力4MPa，操作温度为1000℃；
转化炉2中空气煤比(转化炉2中输入的空气的质量与流化床气化反应器中投入的煤颗粒比)：2:1；
转化炉2气化剂空气与水蒸气比(质量比)：15；
采用无氧双床的催化气化工艺，与单床催化气化相比，出口气体产量提高了30％，排出渣的碳含量平均低于3％。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种煤催化气化方法，其特征在于，包括：
步骤一：将煤颗粒、水蒸气以及负载有催化剂的热活性半焦在流化床气化反应器中发生催化气化反应，生成富含甲烷的产品气以及固体颗粒，所述固体颗粒包括活性半焦颗粒、飞灰、残碳颗粒和灰渣；
步骤二：分离所述产品气及其携带的固体颗粒，得到所述活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣；
步骤三：在转化炉内热态下对所述活性半焦颗粒进行催化剂负载、活化，并将负载有催化剂的热活性半焦送入所述流化床气化反应器中参与所述催化气化反应，其中，向所述转化炉内提供空气和水蒸气作为流化气，使得转化炉内负载有催化剂的热活性半焦颗粒与负载催化剂的残碳颗粒进行流化分层分离的同时，残碳颗粒在下层燃烧，为上层负载催化剂的活性半焦提供热量；
在所述步骤三之前，将所述步骤二分离得到的活性半焦颗粒、残碳颗粒和灰渣，与催化剂在催化剂负载系统进行干法混合均匀，进入转化炉内。
2.根据权利要求1所述的煤催化气化方法，其特征在于，所述流化床气化反应器内的温度为600-800℃，压力0.5-4MPa。
3.根据权利要求1或2所述的煤催化气化方法，其特征在于，进入所述流化床气化反应器的水蒸气与煤颗粒的质量比为0.6:1~1.5:1。
4.根据权利要求1所述的煤催化气化方法，其特征在于，所述转化炉内的温度850-1000℃，压力0.5-4MPa。
5.根据权利要求1所述的煤催化气化方法，其特征在于，进入转化炉的空气与水蒸气的质量比为15:1~10:1，
并且，进入转化炉的空气与进入流化床气化反应器的煤的质量比为1：2~2：1。
6.根据权利要求1所述的煤催化气化方法，其特征在于，进入所述流化床气化反应器的煤颗粒的粒径在0.1mm~1mm之间；
其中，所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10%以下时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的5-10%；
所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的10%~30%时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的10-15%；
所述煤颗粒中粒径小于0.18mm的煤颗粒质量占进入所述流化床气化反应器的煤颗粒总质量的30%以上时，向所述转化炉加入的催化剂质量为向所述流化床气化反应器投入的煤颗粒总质量的15%~20%。
7.一种煤催化气化系统，如权利要求1至6任一项所述的煤催化气化方法利用该煤催化气化系统来完成，其特征在于，该煤催化气化系统包括：
流化床气化反应器，其内靠近底部设有气体分布器，所述流化床气化反应器的外壁上设有水蒸气入口、煤颗粒入口和返料口，所述水蒸气入口位于所述气体分布器的下方，所述煤颗粒入口和返料口位于所述气体分布器的上方，所述流化床气化反应器的顶部设有物料出口；
气固分离设备，其具有入口、气相出口和固相出口，所述气固分离设备经其所述入口与所述流化床气化反应器的物料出口连通；
转化炉，其底部具有排渣口和流化气入口，中下部设有进料口，中部设有溢流口，以及顶部设有烟气出口，所述转化炉经其所述进料口与所述气固分离设备的固相出口连通，经其所述溢流口与所述流化床气化反应器的返料口连通。
8.根据权利要求7所述的煤催化气化系统，其特征在于，所述气固分离设备的固相出口和转化炉的进料口之间连接有催化剂负载系统。
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JPS55125191A (en) * 1979-03-20 1980-09-26 Nippon Mining Co Ltd Light oil production and hydrogenation process by catalytic cracking of heavy oil
CN1608972A (zh) * 2004-09-20 2005-04-27 东南大学 串行流化床生物质气化制氢装置及方法
CN102115675B (zh) * 2009-12-30 2015-05-20 中国科学院过程工程研究所 一种重油轻质化加工方法及装置
CN104804753B (zh) * 2015-03-03 2018-04-20 新奥科技发展有限公司 原料预处理方法及催化气化方法
CN109401794B (zh) * 2017-08-17 2021-02-09 中国石油化工股份有限公司 分级转化组合流化床反应装置及反应方法
CN108753359B (zh) * 2018-05-10 2020-10-27 新奥科技发展有限公司 一种催化剂的负载方法以及煤催化气化方法
CN110172362B (zh) * 2019-05-16 2021-05-11 新奥科技发展有限公司 一种煤催化气化方法

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