CN204848773U - 一种煤催化气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤气化领域，尤其涉及一种煤催化气化装置。能够在对煤催化气化反应进行自供热的同时有效防止气化炉内结渣，使得煤催化气化装置能够连续稳定运行。克服了现有技术中在对煤催化气化反应进行自供热时，容易造成炉内结渣，使得装置难以连续稳定运行的缺陷。本实用新型实施例提供一种煤催化气化装置，包括气化炉，所述气化炉包括从上到下依次设置的稀相段与密相段；所述气化炉内设置有两端开放的循环管，所述循环管的下端穿设于所述气化炉的底部形成灰渣出口，所述气化炉的底部与所述灰渣出口之间的循环管上设置有富氧气体进口，所述气化炉内循环管的管壁上设置有溢流孔。

Description

一种煤催化气化装置

技术领域

本实用新型涉及煤气化领域，尤其涉及一种煤催化气化装置。

背景技术

在煤催化气化工艺过程中，气化反应为微吸热过程，并且，气化炉本身的散热以及预热进料煤粉均需要一定的热量，目前，气化炉的一种加热方式为外部加热方式，具体包括外部烘炉加热以及外部电加热。外部加热方式中煤粉在进行煤催化气化反应时碳转化率较低，能耗高，且不能满足气化炉的长期稳定运行。

另外一种加热方式为燃煤自供热方式，燃煤自供热方式相对于外部加热方式具有碳转换率高、能耗低的特点，参见图1为现有技术提供的一种自供热煤催化气化装置，该装置包括气化炉1，设置在所述气化炉1底部的气体分布板4，所述气体分布板4与所述气化炉1的内壁以及排渣管围合成气室，所述气室的侧壁上设置有含氢气体进口41，所述气化炉1底部与排渣口3之间的排渣管上设置有富氧气体进口22，该加热方式具体为：通过富氧气体进口22向气化炉1中引入氧气，在煤粉进行煤催化气化反应的同时发生燃烧反应，通过燃烧反应提供热量，从而实现自供热，但是，在引入氧气使得煤粉燃烧时，由于催化剂的存在，可催化燃烧反应，提高煤粉燃烧放热量，因此，很容易造成炉内结渣，从而使得气化炉难以连续稳定运行。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种煤催化气化装置，能够在对煤催化气化反应进行自供热的同时有效防止气化炉内结渣，使得煤催化气化装置能够连续稳定运行。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种煤催化气化装置，包括气化炉，所述气化炉包括从上到下依次设置的稀相段与密相段；

所述气化炉内设置有两端开放的循环管，所述循环管的下端穿设于所述气化炉的底部形成灰渣出口，所述气化炉的底部与所述灰渣出口之间的循环管上设置有富氧气体进口，所述气化炉内循环管的管壁上设置有溢流孔。

优选的，所述循环管的高度不超过所述密相段的高度。

进一步地，所述循环管的直径为所述密相段直径的1/3-1/2。

可选的，所述溢流孔的直径不超过所述灰渣出口直径的1/2。

优选的，所述溢流孔分层设置于所述循环管的管壁上，每层溢流孔的总面积从上到下依次递增。

进一步地，每层溢流孔的数量从上到下依次递增，且每层溢流孔的直径相同；

或者，每层溢流孔的直径从上到下依次递增，且每层溢流孔的数量相同。

可选的，所述气化炉内部设置有折流板，所述折流板的上端与所述气化炉的内壁固定连接，所述折流板与所述循环管的上端之间留有空隙。

优选的，所述折流板包括倾斜向下设置的上半段，以及与所述上半段连接的下半段，所述下半段的下端与所述循环管的上端之间留有空隙，且所述下半段下端的直径大于所述循环管的直径，所述上半段与下半段连接处的直径小于或者等于所述循环管的直径。

可选的，所述循环管的外壁与所述气化炉的内壁围合的区域为循环反应区，所述循环反应区的底部设置有气体分布板。

进一步地，所述气体分布板的开孔率为2％-3％。

本实用新型实施例提供的一种煤催化气化装置，通过在气化炉内设置循环管，所述循环管将所述气化炉内的空间分隔为两个区域，分别为循环管围合的区域以及所述循环管的外壁与所述气化炉内壁围合的区域，在所述循环管的下端与所述气化炉的底部之间的循环管上设置富氧气体进口，通过所述富氧气体进口能够向所述循环管围合的区域通入富氧气体，在该装置中发生煤催化气化反应时，由于所述循环管的管壁上设置有溢流孔，因此，循环物料能够从所述溢流孔进入所述循环管中，与通入循环管内的富氧气体发生煤粉燃烧反应，为所述气化炉内发生的煤催化气化反应提供能量，进一步地，由于所述循环管的下端穿设于所述气化炉的底部形成灰渣出口，因此，循环管围合的区域发生煤粉燃烧反应形成的熔渣可通过所述灰渣出口及时排出，有效防止所述气化炉内结渣，提高煤粉的碳转化率，使得煤催化气化装置能够连续稳定运行。克服了现有技术中在对煤催化气化反应进行自供热时，容易造成炉内结渣，使得装置难以连续稳定运行的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为现有技术提供的一种自供热煤催化气化装置的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种煤催化气化装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图2，为本实用新型实施例提供的一种煤催化气化装置，包括气化炉1，所述气化炉1包括从上到下依次设置的稀相段11与密相段12；

所述气化炉1内设置有两端开放的循环管2，所述循环管2的下端穿设于所述气化炉1的底部形成灰渣出口3，所述气化炉1的底部与所述灰渣出口3之间的循环管2上设置有富氧气体进口22，所述气化炉1内循环管2的管壁上设置有溢流孔21。

本实用新型实施例提供的一种煤催化气化装置，通过在气化炉1内设置循环管2，所述循环管2将所述气化炉1内的空间分隔为两个区域，分别为循环管2围合的区域以及所述循环管2的外壁与所述气化炉1内壁围合的区域，在所述循环管2的下端与所述气化炉1的底部之间的循环管上设置富氧气体进口22，通过所述富氧气体进口22能够向所述循环管2围合的区域通入富氧气体，在该装置中发生煤催化气化反应时，由于所述循环管2的管壁上设置有溢流孔21，因此，循环物料能够从所述溢流孔21进入所述循环管2中，与通入循环管2内的富氧气体发生煤粉燃烧反应，为所述气化炉1内发生的煤催化气化反应提供能量，进一步地，由于所述循环管2的下端穿设于所述气化炉1的底部形成灰渣出口3，因此，循环管2围合的区域发生煤粉燃烧反应形成的熔渣可通过所述灰渣出口及时排出，有效防止所述气化炉1内结渣，提高煤粉的碳转化率，使得煤催化气化装置能够连续稳定运行。克服了现有技术中在对煤催化气化反应进行自供热时，容易造成炉内结渣，使得装置难以连续稳定运行的缺陷。

其中，为了描述方便，在以后的描述中将所述循环管2围合的区域称为中心燃烧区A，将所述循环管2的外壁与所述气化炉1的内壁围合的区域称为循环反应区B。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，向气化炉1中的循环反应区B通入流化气体，并且将煤粉以密相输送的方式输送入所述气化炉1内，使得进入所述循环反应区B内的煤粉在流化气体的流化作用下处于流化状态，从而逐渐升压，形成一定高度的流化床，并与含氢气体在流化状态下发生煤催化气化反应，同时，部分煤粉经所述溢流孔21进入所述中心燃烧区A与进入所述中心燃烧区A的富氧气体发生燃烧反应。

其中，对所述含氢气体不做限定，在煤催化气化反应中，煤粉与含氢气体的质量比以及含氢气体中各成分之间的比例对所述煤催化气化反应的产物都具有影响，根据煤催化气化产物的不同需求，可以通过调节所述煤粉与所述含氢气体的质量比以及所述含氢气体中各成分之间的比例来进行控制。

其中，对进入所述循环反应区B内的含氢气体的进入方式不做限定，本实用新型实施例中，所述循环管2的外壁与所述气化炉1的内壁围合的区域为循环反应区B，所述循环反应区B的底部设置有气体分布板4，所述气体分布板4与所述气化炉1的内壁以及所述循环管2的外壁围合成气室(图中未示出)，所述气室的侧壁上设置有含氢气体进口41，且所述气体分布板4上分布有通孔。采用此结构，通过向所述含氢气体进口41通入含氢气体，所述含氢气体通过所述气体分布板4上的通孔进入循环反应区B，与进入所述循环反应区B的煤粉在所述中心燃烧区A提供的热量下发生煤催化气化反应，在此过程中，所述含氢气体经过所述气体分布板4能够被均匀分布，与流化状态下的煤粉充分接触反应，有利于所述催化气化反应的进行。

本实用新型的一优选实施例中，所述气体分布板4的开孔率为2％-3％。采用此开孔率，能够使进入所述气化炉1内的含氢气体在合适的流量与气速下与煤粉充分接触，提高煤催化气化反应的反应效果。

其中，对所述气体分布板4在所述气化炉1内的布置形式不做限定，优选的，所述气体分布板4与所述气化炉1内壁的夹角为大于0度且小于等于90度。

对所述气体分布板4的整体结构不做限定，所述气体分布板4可以为平面板状结构，也可以为弧面结构。

其中，对所述稀相段11与所述密相段12的高度不做限定，所述密相段12与所述稀相段11的高度和物料处理量有关，当一定量的煤粉通过密相输送方式进入所述气化炉1，与所述含氢气体在高温下形成流化床时，煤粉颗粒密度较大、平均粒径也较大的区域为密相段12，而固体颗粒浓度较小，平均粒度较小的区域为稀相段11，因此，所述密相段12与所述稀相段11的高度可以根据物料(煤粉)处理量的多少可以进行灵活设定。

其中，对所述循环管2的高度与直径也不做限定，本实用新型实施例中，所述循环管2的高度不超过所述密相段12的高度，所述循环管2的直径为所述密相段12直径的1/3-1/2。采用此结构，所述循环管2能够将密相段12分隔为两个区域，使得进入所述气化炉1内的大部分煤粉能够在所述循环反应区B发生煤催化气化反应，而少部分煤粉通过所述溢流孔21进入所述中心燃烧区A与富氧气体发生煤粉燃烧反应，而在所述循环反应区B与中心燃烧区A反应生成的富含甲烷的煤气、飞灰以及半焦向上扩散进入稀相段11进而进入后续处理阶段。

其中，对所述溢流孔21的直径不做限定，只要使得进入密相区12的煤粉能够顺利流入所述中心燃烧区A，且所述中心燃烧区A产生的热量能够进入所述循环反应区B即可。本实用新型实施例中，所述溢流孔21的直径不超过所述灰渣出口3直径的1/2。采用此结构，通过所述溢流孔21进入所述中心燃烧区A的煤粉在所述中心燃烧区A发生燃烧反应产生的熔渣能够及时经所述灰渣出口3排出，避免气化炉1内结渣。

对所述溢流孔21在所述循环管2上的排布方式也不做限定，本实用新型实施例中，所述溢流孔21分层设置于所述循环管2的管壁上，每层溢流孔21的总面积从上到下依次递增。在实际应用中，煤粉进入所述密相段12后在重力作用下会形成床层密度差，并且，煤粉以密相输送的方式进入所述气化炉1中，含氢气体经高温预热与煤粉以逆流的方式接触形成床层温度差，所述密相段12的床层密度与床层温度从上到下都依次增大，采用此结构，能够对流入所述循环管2内的物料流动速率进行调节，减小各个床层之间的密度差与温度差。

在本实用新型的一优选实施例中，每层溢流孔21的数量从上到下依次递增，且每层溢流孔21的直径相同；或者，每层溢流孔21的直径从上到下依次递增，且每层溢流孔21的数量相同。在本实用新型实施例中，以相邻两个床层为例，上层床层相对下层床层密度较小、温度较低，这时，通过合理设置每层溢流孔21的数量与直径，在此，当每层所述溢流孔21的直径一定时，相邻层之间下层溢流孔21的数量大于上层溢流孔21的数量，当每层所述溢流孔21的数量一定时，相邻层之间下层溢流孔21的直径大于上层溢流孔21的直径，使得下层床层进入所述中心燃烧区A的循环物料相对上层床层较多，循环物料带走所述循环反应区B的热量也相对较多，对流入所述循环管2内的物料流动速率进行调节，减小各个床层之间的密度差与温度差，从而使得所述各个床层密度与温度都趋于均匀，进而使得所述中心燃烧区A与循环反应区B内反应后的煤气组成与热值更为稳定。

需要说明的是，所述循环反应区B与所述中心燃烧区A分别发生煤催化气化反应以及煤粉燃烧反应后生成煤气、飞灰以及半焦，煤气会夹带部分飞灰以及半焦进入稀相段11进行进一步分离。在此过程中，为了减少煤气中的飞灰与半焦的夹带量，减小后续分离难度，优选的，所述气化炉1内部设置有折流板5，所述折流板5的上端与所述气化炉1内壁固定连接，所述折流板5与所述循环管2的上端之间留有空隙。所述折流板5用于阻挡煤气化反应产生的气体中夹带的飞灰以及半焦。

其中，对所述折流板5的结构不做限定，只要能够允许所述循环反应区B与中心燃烧区A生成的煤气通过，并将所述煤气中夹带的飞灰以及半焦阻挡下来即可。

本实用新型的一优选实施例中，所述折流板5包括倾斜向下设置的上半段，以及与所述上半段连接的下半段，所述下半段的下端与所述循环管2的上端之间留有空隙，且所述下半段下端的直径大于所述循环管2的直径，所述上半段与下半段连接处的直径小于或者等于所述循环管2的直径。采用此结构，在所述循环反应区B与所述中心燃烧区A反应生成的煤气夹带部分飞灰以及半焦进入所述稀相段11时，所述煤气中的飞灰以及半焦在所述折流板5的阻挡下回落，能够减少所述煤气中飞灰及半焦夹带量，同时，中心燃烧区A中的高温物料也会在所述折流板5的阻挡下回落入所述循环反应区B，为所述循环反应区B提供热量，减少热量散失。

本实用新型的一实施例中，所述折流板5与所述气化炉1连接处的下方设置有向下倾斜的至少两个对称的进煤口6。采用此结构，当煤粉以密相输送方式进入所述气化炉1时，与来自所述气体分布板4分散的含氢气体逆流接触，所述煤粉在流化状态下发生煤催化气化反应，在煤粉流化状态下，当生成的煤气进入所述稀相段11时，会携带部分煤粉，这时，由于所述进煤口6设置在所述折流板5与所述气化炉1连接处的下方，因此，能够将部分煤粉阻挡回落入所述密相段12，减少煤粉的带出。

本实用新型的又一实施例中，所述装置还包括分别与所述稀相段11以及所述中心燃烧区B连通的返灰装置(图中未示出)，采用此结构，当煤气进入所述稀相段11时，难以避免会夹带部分煤粉、飞灰以及半焦，这时，煤气夹带部分煤粉、飞灰以及半焦进入所述返灰装置经气固分离后，将其中的煤粉、飞灰以及半焦通过所述返灰装置返回至所述中心燃烧区A继续反应，由于在整个装置运行过程中，通常使得所述中心燃烧区A发生燃烧反应的温度保持在800-1050℃，在此温度下碳转化率可以达到98％以上，因此，能够进一步提高煤粉的碳转化率，同时还能够连续不断地为所述循环反应区B提供热量。

本实用新型的一优选实施例中，所述循环管2上还设置有返料口23，所述返灰装置通过所述返料口23与所述中心燃烧区A连通，所述返料口23和所述气体分布板4与所述循环管2连接处之间的距离为500-800mm。由此，能够使得煤气中夹带的煤粉、飞灰以及半焦经返料口23顺利返回至所述中心燃烧区A，提高煤粉的碳转化率。

试验例：

为了客观地评价本实用新型的效果，在下面实验例中对本实用新型实施例以及所产生的技术效果进行详细描述。

需要说明的是，在采用本实用新型实施例提供的装置进行试验之前，还包括实验原料的获取过程。

本实用新型实施例中实验原料的获取过程以获取负载催化剂的鄂尔多斯烟煤为例进行说明，具体为：

将煤粉粒度小于10cm的鄂尔多斯烟煤经过粉碎、筛分后选取20-60目的煤粉，将一定量的煤粉加入到纯度为99.9％的碳酸钾或者碳酸钙的溶液中，混合搅拌均匀，在干燥机中于120℃干燥至水分含量小于5％，获得负载催化剂的鄂尔多斯烟煤煤样。

实施例1

参见图2，在图2所示装置中，气化炉1内置200mm厚度的耐火材料，密相段11中设置有高度为4000mm、内径为40mm的材质为Inconel625的合金管2，形成内径为40mm的中心燃烧区A以及内径为300mm的循环反应区B，所述密相段11的高为4000mm，稀相段12的内径为600mm，高为2000mm，所述循环反应区B的下部设置有开孔率为2％的锥形气体分布板4，气体分布板4与水平面的夹角为60度，所述气体分布板4与所述合金管2和所述气化炉1内壁围合形成气室，所述合金管2上距离所述合金管2与所述气体分布板4连接处300mm、1500mm处分别对称设置有4个直径为40/3mm的圆形溢流孔21以及5个40/3mm的圆形溢流孔21，所述合金管2上距离所述合金管2与所述气体分布板4连接处800mm处设置有返料口23。

煤粉经星型给料器靠气力输送进入气化炉1中，含氢气体经预热进入气室并通过所述气体分布板4进入所述循环反应区B，与进入的煤粉发生煤催化气化反应，其中，进煤速率为40kg/h，初始阶段，先采用液化石油气分别对循环反应区B与中心燃烧区A烘炉至设定温度800℃，然后切断所述液化石油气，并通过气体分布板4通入流化气体对煤粉进行流化，使得煤粉处于初始流化状态，装置从低压逐渐升压，待流化床达到一定高度后，通过气体分布板4向所述循环反应区B通入含氢气体，控制系统内压力为4.0MPa，中心燃烧区A通入富氧气体，通过控制富氧气体与含氢气体的流量与组分比例，控制中心燃烧区A的温度为900℃，循环反应区B的温度为700℃，反应生成的煤气夹带部分飞灰、煤粉及半焦进入所述稀相段，通过所述返灰装置将气固分离后的固体物质经所述返料口23进入中心燃烧区A继续反应。

实施例2

所述实施例2与所述实施例1基本相同，不同的是，所述合金管2的高度为8000/3mm，所述气体分布板4上的开孔率为3％，所述合金管2上距离所述合金管2与所述气体分布板4连接处的300mm、1500mm处对称设置有4个直径为18mm的溢流孔21以及4个直径为20mm的溢流孔21，所述合金管2上距离所述合金管2和所述气体分布板4连接处500mm处设置有直径为18mm的返料口23。同时，通过控制富氧气体与含氢气体的流量与组分比例，控制所述中心燃烧区A的温度为1050℃，循环反应区B的温度为750℃，保持所述装置中的压力为0.1MPa，其余条件与反应过程与所述实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

所述实施例2与所述实施例1基本相同，不同的是，所述合金管2的高度为2500mm，所述气体分布板4上的开孔率为2.5％，所述合金管2上距离所述合金管2与所述气体分布板4连接处的300mm、1500mm处对称设置有4个直径为15mm的溢流孔21以及5个15mm的溢流孔21，所述合金管2上距离所述合金管2和所述气体分布板4连接处800mm处设置有直径为18mm的返料口23。同时，通过控制富氧气体与含氢气体的流量与组分比例，控制所述中心燃烧区A的温度为800℃，循环反应区B的温度为720℃，保持所述装置中的压力为1.5MPa，其余条件与反应过程与所述实施例1相同，在此不再赘述。

结果参见表1：

表1

从表1可以得出：通过在气化炉1内设置循环管2，将所述密相段分隔为中心燃烧区A以及所述中心燃烧区A外围的循环反应区B，使得所述中心燃烧区A发生煤粉燃烧反应对所述循环反应区B供热，从而使得所述循环反应区B在所述中心燃烧区A提供的热量下发生煤催化气化反应，本实用新型实施例中发生煤催化气化反应可以根据不同产品需要对所述气化炉1内的压力与温度进行调节，根据需要获得不同组分的煤气，同时，本实用新型实施例能够通过所述中心燃烧区A进行自供热，在所述中心燃烧区A引入富氧气体，生成的熔渣能够通过所述灰渣出口3被及时排出，防止造成气化炉1内结渣，使得煤催化气化装置能够连续稳定运行，通过设置返灰装置，进一步将未反应完全的飞灰以及半焦返回至所述中心燃烧区A继续进行反应，从而进一步提高煤粉的碳转化率。克服了现有技术中在对煤催化气化反应进行自供热时，容易造成炉内结渣，使得装置难以连续稳定运行的缺陷。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种煤催化气化装置，其特征在于，包括气化炉，所述气化炉包括从上到下依次设置的稀相段与密相段；

所述气化炉内设置有两端开放的循环管，所述循环管的下端穿设于所述气化炉的底部形成灰渣出口，所述气化炉的底部与所述灰渣出口之间的循环管上设置有富氧气体进口，所述气化炉内循环管的管壁上设置有溢流孔。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环管在所述气化炉内的高度不超过所述密相段的高度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环管的直径为所述密相段直径的1/3-1/2。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溢流孔的直径不超过所述灰渣出口直径的1/2。

5.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述溢流孔分层设置于所述循环管的管壁上，每层溢流孔的总面积从上到下依次递增。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

每层溢流孔的数量从上到下依次递增，且每层溢流孔的直径相同；

或者，每层溢流孔的直径从上到下依次递增，且每层溢流孔的数量相同。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气化炉内部设置有折流板，所述折流板的上端与所述气化炉内壁固定连接，所述折流板与所述循环管的上端之间留有空隙。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述折流板包括倾斜向下设置的上半段，以及与所述上半段连接的下半段，所述下半段的下端与所述循环管的上端之间留有空隙，且所述下半段下端的直径大于所述循环管的直径，所述上半段与下半段连接处的直径小于或者等于所述循环管的直径。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环管的外壁与所述气化炉的内壁围合的区域为循环反应区，所述循环反应区的底部设置有气体分布板。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述气体分布板的开孔率为2％-3％。