[发明专利]粉煤流化催化气化的装置及方法

说明书

本发明公开了一种粉煤流化催化气化的装置，包括：给料机；快速床热解炉，其通过进料斜管与给料机相连；流化床气化炉，其与快速床热解炉相连；快速床气化炉，其下部入口与流化床气化炉的上部出口相连；流化床燃烧室，其上部入口与流化床气化炉的下部出口相连；细粉沉降/汽提器，其通过气化斜管与快速床热解炉相连。本发明还公开了一种粉煤流化催化气化的方法。本发明具有碳转化率高、气化强度高、粉煤利用率高、气化煤种适应性广、能量利用合理以及装置运行稳定、高效的特点。

技术领域

本发明属于煤炭气化领域，涉及一种粉煤流化催化气化的装置及方法。

背景技术

煤、石油、天然气是世界三大一次能源，其中煤炭在世界能源储量中约占79％，煤是产生动力、热、煤焦加工和副产柏油的主要燃料资源之一。我国是一个以煤炭为主要能源结构的国家，在未来很长一段时间内不会改变，据统计，2015年我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了63.7％。随着石油资源的日益紧缺，有效利用煤炭资源已成为我国能源可持续发展的一项策略。我国低阶煤储量占煤炭资源总量的55％以上，但其含水分高、煤化程度低，直接燃烧的效率低，不仅浪费资源而且污染环境，造成了酸雨、PM2.5，以及SOx和NOx等温室气体的排放。煤气化技术是实现煤洁净、高效、综合利用的关键技术，是煤炭转化的重要途径，也是合成化学品、联合循环发电以及煤制代用天然气的关键技术之一。是实现煤炭高效洁净利用是我国实现能源可持续发展的关键，也是解决全球面临的能源和环境问题的有效途径。

我国是世界上最大的煤气化技术应用市场，目前，多种煤气化技术已成功实现工业化应用。当前较为广泛的属于气流床气化技术，以高温高压为代价提高碳转化率，这就带来了能耗高、气体净化困难、对设备要求苛刻等问题。同时，气流床熔渣气化技术过高的操作温度使气流床的投资、维修和操作成本提高。美国电力研究院(EPRI)的研究报告指出，现有工业气流床气化炉不适合高灰、高灰熔点煤的气化，世界需要工业化的流化床气化技术。流化床技术无论燃烧或气化均具有适应高灰熔点、高灰煤种的本性，循环流化床锅炉已成功燃烧煤矸石即为明证。

天然气是优质的燃料和重要的化工原料，具有安全可靠、绿色环保的优点。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。现有的煤制天然气技术可分为：两步法和一步法两种。两步法煤制天然气技术属于较为传统的技术，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。一步法煤制天然气技术是以煤为原料直接合成甲烷，在气化炉内通过催化剂实现气化、变换和甲烷化反应过程，得到富含甲烷的合成气。两步法煤制天然气技术需要在不同的反应器内实现，因而造成各反应过程的温度和压力不相匹配，在系统内部循环时热损失较多，降低了系统的能源转化效率。而一步法煤制天然气技术有效解决了上述问题，实现了物流和热量的耦合，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，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。

中国专利CN102021037B提出了一种煤催化气化一步法制甲烷的方法，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。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并且该技术尚无工业化装置。