催化氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種催化氣化方法，屬于煤催化氣化領(lǐng)域，以保證流化床反應(yīng)器內(nèi)催化氣化反應(yīng)按最佳反應(yīng)程度進(jìn)行，并有效避免反應(yīng)器內(nèi)因局部高溫而產(chǎn)生的結(jié)渣。所述催化氣化方法，包括在催化劑存在下使碳質(zhì)原料和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)；在反應(yīng)進(jìn)行過程中，向反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量供給該氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量的消耗及損失。本發(fā)明可用于利用流化床反應(yīng)器的煤催化氣化或加壓煤氣化技術(shù)中。
【專利說明】催化氣化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤催化氣化領(lǐng)域，尤其涉及一種催化氣化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用我國豐富的煤炭資源，采用高效清潔的煤氣化技術(shù)將煤轉(zhuǎn)化為天然氣是符合我國國情的能源利用技術(shù)途徑。從目前發(fā)展情況看，由于煤制天然氣能量轉(zhuǎn)化率較高，使得在煤資源富集地區(qū)利用中低階煤、低質(zhì)煤種發(fā)展煤制天然氣，對于緩解天然氣供應(yīng)緊張和改善大氣環(huán)境具有積極意義。
[0003]煤制天然氣技術(shù)在最初階段由兩步法制得，但由于兩步法技術(shù)需要空分、氣化、變換和甲烷化四個工段，工藝復(fù)雜、投資巨大，使得其并不適用于大規(guī)模的煤制天然氣工藝中。相比之下，采用將煤在相對較低的溫度下與氣化劑在催化劑的催化作用下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成高濃度甲烷的一步法煤制天然氣技術(shù)頗受青睞。在現(xiàn)有的一步法技術(shù)中，大多采用外供熱方式，但該方式能耗較大，設(shè)備投資高，工藝流程復(fù)雜，采用該方式供熱用于小規(guī)模研發(fā)階段尚可，但要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，那么在工程上還仍難以實(shí)現(xiàn)。所以采用將氧氣引入氣化爐內(nèi)的自供熱燃煤方式來為催化氣化反應(yīng)提供所需熱量就顯得尤為重要，這不但無需追加其他設(shè)備，還可以提高工業(yè)化的可實(shí)施性。
[0004]目前在煤氣化領(lǐng)域中，上述自供熱燃煤方式多在流化床反應(yīng)器中得以實(shí)施?，F(xiàn)有的流化床反應(yīng)器多采用單一射流噴口，如U-gas氣化爐,但當(dāng)用單一射流噴口進(jìn)氣時，由于氣固接觸效率低，使得在床底易形成局部高溫區(qū)而導(dǎo)致結(jié)渣。為了克服上述困難，中國專利CN1974733A公開了一種多射流流化床氣化裝置，雖然其相對于單射流流化床能提供更高的氣固接觸效率，但是對于床層較高的射流流化床，因固體顆粒返混湍動程度較緩，多個射流噴口分布在同一水平面上 形成的局部高溫難以快速傳遞至全床，也較容易結(jié)渣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種催化氣化方法，以保證流化床反應(yīng)器內(nèi)催化氣化反應(yīng)按最佳反應(yīng)程度進(jìn)行，并有效避免反應(yīng)器內(nèi)因局部高溫而產(chǎn)生的結(jié)渣。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供了一種催化氣化方法，包括:
[0008]在催化劑存在下使碳質(zhì)原料和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)；
[0009]在反應(yīng)進(jìn)行過程中，向反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量供給該氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量的消耗及損失。
[0010]可選的，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量能夠滿足該氣化反應(yīng)區(qū)域中吸熱反應(yīng)、反應(yīng)器主體散熱和/或預(yù)熱冷煤粉及冷的進(jìn)煤吹送氣所需的全部熱量。
[0011]進(jìn)一步的，所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)是指由所述反應(yīng)器主體內(nèi)的密相區(qū)自下而上依次劃分的分布板反應(yīng)區(qū)、進(jìn)料反應(yīng)區(qū)以及甲烷化反應(yīng)區(qū)。
[0012]具體的，向所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體包括:
[0013]在所述分布板反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.35、氧氣濃度為0-20%mol的含氧氣體；
[0014]在所述進(jìn)料反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.5、氧氣濃度為0_30%mol的含氧氣體；以及
[0015]在所述甲烷化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.3、氧氣濃度為0_20%mol的含氧氣體。
[0016]進(jìn)一步的，向所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體包括:
[0017]在所述分布板反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.2、氧氣濃度為0_10%mol的含氧氣體；
[0018]在所述進(jìn)料反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0.2-0.45、氧氣濃度為5-15%mol的含氧氣體；以及[0019]在所述甲烷化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.1、氧氣濃度為0_10%mol的含氧氣體。
[0020]可選的，所述含氧氣體中氧氣濃度為0-30%mol。
[0021]可選的，所述含氧氣體由過熱蒸汽與氧氣混合而成。
[0022]可選的，所述含氧氣體的溫度為300_500°C。
[0023]可選的，所述氣化劑由過熱蒸汽與氧氣、一氧化碳或氫氣中的一種或幾種混合而成。
[0024]進(jìn)一步的，當(dāng)所述氣化劑中含有氧氣時，所述氣化劑中的氧氣濃度為0-20%mol。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種催化氣化方法，與現(xiàn)有的催化氣化方法相比不同的是，本發(fā)明在將碳質(zhì)原料和氣化劑送入反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)時，還根據(jù)反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中催化氣化反應(yīng)達(dá)到最佳反應(yīng)程度的熱量需求不同，分別向各氣化反應(yīng)區(qū)域中通入含氧氣體，以實(shí)現(xiàn)各氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量物料及反應(yīng)的耦合，保證各氣化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)反應(yīng)按最佳反應(yīng)程度快速進(jìn)行，最終得到高含量的甲烷產(chǎn)品氣。在采用自供熱方式給反應(yīng)器主體內(nèi)提供熱量的同時，能夠有效地避免因床層局部高溫而導(dǎo)致的煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣所造成的流化狀態(tài)不好的現(xiàn)象，進(jìn)而保證反應(yīng)器主體內(nèi)催化氣化反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于催化氣化方法中的流化床反應(yīng)器的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種催化氣化方法，包括:在催化劑存在下使碳質(zhì)原料和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)；在反應(yīng)進(jìn)行過程中，向反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量供給該氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量的消耗及損失。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種催化氣化方法，與現(xiàn)有的催化氣化方法相比不同的是，本發(fā)明在將碳質(zhì)原料和氣化劑送入反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)時，還根據(jù)反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中催化氣化反應(yīng)達(dá)到最佳反應(yīng)程度的熱量需求不同，分別向各氣化反應(yīng)區(qū)域中通入含氧氣體，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑反應(yīng)后產(chǎn)生的熱量能夠滿足該區(qū)域熱量的消耗及損失，以實(shí)現(xiàn)各氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量物料及反應(yīng)的耦合，保證各氣化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)反應(yīng)按最佳反應(yīng)程度快速進(jìn)行，最終得到高含量的甲烷產(chǎn)品氣。在采用自供熱方式給反應(yīng)器主體內(nèi)提供熱量的同時，能夠有效地避免因床層局部高溫而導(dǎo)致的煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣所造成的流化狀態(tài)不好的現(xiàn)象，進(jìn)而保證反應(yīng)器主體內(nèi)催化氣化反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0030]在本發(fā)明實(shí)施例中，將含氧氣體通入自供熱催化氣化反應(yīng)器中，一方面是由于反應(yīng)器主體中加入的煤料中混有部分的催化劑，該催化劑在反應(yīng)中不但可以催化燃燒反應(yīng)，加速煤粉燃燒放熱，還能夠在一定的工藝條件、反應(yīng)氣氛下與煤種礦物質(zhì)形成低溫共熔物，降低煤粉的灰熔點(diǎn)而導(dǎo)致結(jié)渣；另一方面是由于催化氣化的工藝要求，氣化劑與固體煤料需較長的接觸時間，此時由于固體顆粒返混湍動程度較緩，也使得整個反應(yīng)器主體的各個分區(qū)內(nèi)均勻快速傳熱相對困難，為了不會產(chǎn)生因局部高溫而導(dǎo)致的煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣所造成的流化狀態(tài)不好的現(xiàn)象。綜合上述兩方面，就需向反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中通入含氧氣體，以提供各區(qū)域催化氣化反應(yīng)以最佳反應(yīng)程度發(fā)生所需的熱量。又由于反應(yīng)器主體內(nèi)各個區(qū)域中發(fā)生的反應(yīng)略有區(qū)別，所以向各個區(qū)域中通入的含氧氣體的含量也需根據(jù)各個區(qū)域的不同而確定。通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑反應(yīng)后產(chǎn)生的熱量能夠滿足所述各氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量的消耗及損失。進(jìn)一步的，通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量能夠滿足該氣化反應(yīng)區(qū)域中吸熱反應(yīng)、反應(yīng)器主體散熱和/或預(yù)熱冷煤粉及冷的進(jìn)煤吹送氣所需的全部熱量。
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于催化氣化方法中的流化床反應(yīng)器的示意圖。其中，所述反應(yīng)器主體內(nèi) 不同氣化反應(yīng)區(qū)是指由反應(yīng)器主體內(nèi)50的密相區(qū)自下而上可依次包括的分布板反應(yīng)區(qū)1、進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2以及甲烷化反應(yīng)區(qū)3。
[0032]根據(jù)反應(yīng)器主體50內(nèi)固體顆粒的濃度將反應(yīng)器主體50內(nèi)部分為密相區(qū)和稀相區(qū)4，在本實(shí)施例中，又對密相區(qū)自下而上做了進(jìn)一步的劃分，依次包括分布板反應(yīng)區(qū)1、進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2以及甲烷化反應(yīng)區(qū)3。這里需要說明的是，上述密相區(qū)的3個分區(qū)實(shí)質(zhì)上并無明顯分隔界限，并且在反應(yīng)器主體50內(nèi)也不設(shè)置有任何的具體分隔成層構(gòu)件，對其進(jìn)行的劃分主要還是依據(jù)各個分區(qū)中物料特性、氣化劑種類及含量、所發(fā)生的反應(yīng)及反應(yīng)程度等特性。
[0033]其中，分布板反應(yīng)區(qū)I位于密相區(qū)的最下方，同時也是反應(yīng)器主體50最下方的布?xì)庋b置-分布板40的上部區(qū)域。在該分區(qū)中主要存在的是較大顆粒的固相物料，且這些較大顆粒多為物料在與大量氣化劑接觸發(fā)生氣化反應(yīng)后剩余的含碳量較低、含灰含量高的顆粒，由于在該分區(qū)中通入有與經(jīng)反應(yīng)器主體出氣管線得到的產(chǎn)品氣熱交換得到的大量過熱蒸汽，且固相顆粒經(jīng)上部床層反應(yīng)、熱氣流換熱溫度較高，僅需要通入較少量的含氧氣體即可保證該分區(qū)中溫度的保持并滿足反應(yīng)的發(fā)生，以避免存在的大量氧氣與低碳含量固相顆粒發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)而導(dǎo)致的煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣，所以在該分區(qū)中不需通入或僅需要通入較少量的含氧氣體。為了能夠向分布板反應(yīng)區(qū)I通入含氧氣體，在分布板反應(yīng)區(qū)I的側(cè)壁可設(shè)有給氧裝置12。進(jìn)一步的，該區(qū)域可通入氧煤比(kg/kg)為0-0.35、氧氣濃度為0-20%mol的含氧氣體。由于該分區(qū)中的氣固相溫度可滿足該分區(qū)中溫度的保持及反應(yīng)的發(fā)生，所以在保持氧氣濃度的同時，投入的氧氣含量不需太多，優(yōu)選的氧煤比(kg/kg)為0-0.2、氧氣濃度為0-10%mol。
[0034]進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2位于密相區(qū)的中部，在其一側(cè)與進(jìn)料管線10相連。在該分區(qū)中，冷的煤粉經(jīng)進(jìn)料管線10通入反應(yīng)器主體50內(nèi)，然后與來自分區(qū)I的蒸汽及氣化反應(yīng)產(chǎn)生的CO、H2等反應(yīng)，由于該分區(qū)位于反應(yīng)器主體內(nèi)的靠下部位，氣固接觸時間尚短，所以在該分區(qū)中主要發(fā)生的還是碳水吸熱反應(yīng)及水煤氣變換反應(yīng)。由于水蒸氣含量較高，CO、H2含量相對較低，這樣受到平衡的限制，甲烷化反應(yīng)發(fā)生的較少從而放熱量較少，加之為了滿足預(yù)熱冷煤粉及冷的進(jìn)煤吹送氣，也為了彌補(bǔ)反應(yīng)器主體50散熱以及滿足該分區(qū)內(nèi)發(fā)生的大量碳水吸熱反應(yīng)所需的熱量，所以在該分區(qū)中需要通入相對較多量的含氧氣體，以用氧氣與碳強(qiáng)放熱反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱來保持該分區(qū)內(nèi)所需的溫度。為了能夠向進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2通入含氧氣體，在進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2的側(cè)壁可設(shè)有給氧裝置13。進(jìn)一步的，可通入氧煤比(kg/kg)為0-0.5、氧氣濃度為0-30%mol的含氧氣體。由于該分區(qū)中的氣固相溫度不能夠滿足該分區(qū)中溫度的保持及反應(yīng)的發(fā)生，所以在保持氧氣濃度的同時，投入的氧氣含量相對分布板反應(yīng)區(qū)I內(nèi)的氧氣含量較多，優(yōu)選的氧煤比(kg/kg)為0.2-0.45、氧氣濃度為5-15%mol。
[0035]甲烷化反應(yīng)區(qū)3位于密相區(qū)的最上部，同時也距離分布板反應(yīng)區(qū)I較遠(yuǎn)，在該分區(qū)中由于沒有冷煤粉物料的進(jìn)入，且位于反應(yīng)器主體50的較高位置處，使得來自分區(qū)1、2的氣化劑以及固相物料的溫度較高，另外，在分區(qū)中的氣相中蒸汽含量與反應(yīng)器主體50底部的蒸汽含量相比相對較低，而C0、H2濃度較高，使得從熱力學(xué)平衡角度來看也更易發(fā)生甲烷化反應(yīng)，從而釋放強(qiáng)熱量來補(bǔ)充反應(yīng)器主體50散熱及碳水吸熱反應(yīng)所需的部分或全部熱量，以維持該分區(qū)的溫度保持在一定范圍，因此，在分區(qū)中也無需通入或僅需要通入少量的含氧氣體。為了能夠向甲烷化反應(yīng)區(qū)3通入含氧氣體，在甲烷化反應(yīng)區(qū)3的側(cè)壁可設(shè)有給氧裝置14。進(jìn)一步的，可通入氧煤比(kg/kg)為0-0.3、氧氣濃度為0-20%mol的氣化劑。由于該分區(qū)位于流化床反應(yīng)器主體較高床層位置，氣固相流動、返混不劇烈，所以在保持該區(qū)域溫度穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，投入的氧氣含量相對進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的氧氣含量較少，優(yōu)選的氧煤比(kg/kg)為0-0.1、氧氣濃度為0-10%mol。
[0036]稀相區(qū)4位于甲烷化反應(yīng)區(qū)3之上，同時也處于反應(yīng)器主體50的最上部，在其上端連有出氣管線30。經(jīng)下部密相區(qū)氣固反應(yīng)后得到的氣相組分在該分區(qū)中基本不再發(fā)生變化，所以在該分區(qū)無需通入氧氣，以避免有效氣體組分、高附加值產(chǎn)物如焦油等同氧氣反應(yīng)而損失。
[0037]在本實(shí)施例中，所通入的含氧氣體為氧氣(a)與過熱蒸汽(b)的混合氣體。所述氧氣與碳質(zhì)原料發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，為流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣化反應(yīng)提供熱量，但是高熱量容易造成碳質(zhì)材料顆粒熔融結(jié)渣，因此需控制氧氣濃度。向各個區(qū)域中通入的含氧氣體的濃度為0-30%mol，在保證通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑反應(yīng)后產(chǎn)生的熱量能夠維持所述各氣化反應(yīng)區(qū)域的能量平衡的同時，避免因氧氣濃度過高發(fā)生強(qiáng)放熱反應(yīng)釋放大量反應(yīng)熱而導(dǎo)致的局部高溫煤顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣問題的出現(xiàn)。所述含氧氣體中含有過熱蒸汽，過熱蒸汽作為氣化劑與碳質(zhì)原料發(fā)生吸熱反應(yīng)，不會引入其它雜質(zhì)氣體，氧氣強(qiáng)放熱反應(yīng)提供的熱量可以保證碳質(zhì)原料和過熱蒸汽發(fā)生C和H2O的吸熱反應(yīng)，吸熱反應(yīng)的發(fā)生也可將氧氣燃燒快速放出的熱量部分吸收，降低結(jié)渣風(fēng)險。需要說明的是，氧氣溫度為常溫，將氧氣與過熱蒸汽混合，所得到的含氧氣體的溫度為300-500°C。此外，給氧裝置12與分布板40下部的氣化劑管線60可同側(cè)設(shè)置、可異側(cè)設(shè)置也可雙向設(shè)置；給氧裝置13與進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2的一側(cè)連有的進(jìn)料管線10可同側(cè)設(shè)置、可異側(cè)設(shè)置也可雙向設(shè)置；多個給氧裝置的設(shè)置形式、位置在本實(shí)施例中并不作具體限定。
[0038]還需要說明的是，本實(shí)施例中所述的給氧裝置的形式可以是噴嘴、管線或其它均勻布?xì)庋b置，其具體形式在本發(fā)明中不做任何限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的給氧裝置的形式以向反應(yīng)器主體中通入氣化劑?？蛇x的，可在反應(yīng)器主體50側(cè)壁的垂直方向上設(shè)置多個給氧裝置，其中，多個給氧裝置的位置、個數(shù)并不局限于本實(shí)施例中所列舉的一一對應(yīng)的形式，具體來說，在反應(yīng)器主體50密相區(qū)的各區(qū)的側(cè)壁垂直方向上可設(shè)有一個或多個給氧裝置，且多個給氧裝置可水平設(shè)置也可徑向設(shè)置，此外，多個給氧裝置在反應(yīng)器主體50的側(cè)壁上可采取等間距分布，也可采用不定間距分布，只要能夠保證反應(yīng)器主體50內(nèi)的氧氣分散均勻，通入的可調(diào)節(jié)的氧氣濃度能夠調(diào)控整個氣化反應(yīng)所需的蒸汽量即可。
[0039]在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，將催化劑、煤粉與氣化劑通入到反應(yīng)器主體50內(nèi)，以發(fā)生催化氣化反應(yīng)，此時，氣化劑通過氣化劑管線60經(jīng)由分布板40進(jìn)入反應(yīng)器主體50內(nèi)，可選的，氣化劑由過熱蒸汽與氧氣、一氧化碳或氫氣中的一種或幾種混合而成。過熱蒸汽為氣化劑組分中必選的氣體，其可以與氧氣、一氧化碳或氫氣中的一種或幾種任意組合形成氣化劑。其中，氧氣、一氧化碳或氫氣溫度為常溫，過熱蒸汽的溫度在300-500°C左右。
[0040]在這里需要說明的是，通過氣化劑管線60經(jīng)分布板40向反應(yīng)器主體50內(nèi)輸送的氣化劑中可以含有少量的氧氣。但由于通入的氣化劑同該反應(yīng)區(qū)I內(nèi)的煤粉發(fā)生燃燒氣化反應(yīng)放出的熱量基本可以維持本區(qū)域中的熱量，所以就無需向該區(qū)域中通入過多的氧氣。進(jìn)一步的，可通入的氧 氣濃度為0-20%mol。由于在該分區(qū)中已通入有與經(jīng)反應(yīng)器出氣管線得到的產(chǎn)品氣熱交換得到的大量過熱蒸汽，其氣固相溫度可滿足該分區(qū)中溫度的保持及反應(yīng)的發(fā)生，所以優(yōu)選的通入的氧氣濃度為0-10%mol，更優(yōu)選的為0-5%mol。
[0041]為了更好地說明本發(fā)明實(shí)施例提供的催化氣化方法，下面將以實(shí)施例的方式進(jìn)行闡述。
[0042]實(shí)施例1
[0043]如圖1所示，將浸潰催化劑的煤粉經(jīng)進(jìn)料管線10加入反應(yīng)器主體50內(nèi)，并在同時通過氣化劑管線60經(jīng)由分布板40將過熱蒸汽與氫氣、氧氣或一氧化碳中的一種或幾種混合而成的氣化劑輸送到反應(yīng)器主體50內(nèi)，使煤料與氣化劑在催化劑的作用下在反應(yīng)器主體50內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)。將氣化爐的反應(yīng)溫度控制在600~800°C，壓力控制在O~4MPa，以生成CH4、C0、H2等有效氣體成分以及CO2、少量H2S和NH3等副產(chǎn)物氣體成分，將上述得到的有效氣體成分以及副產(chǎn)物氣體成分經(jīng)由出氣管線30排出反應(yīng)器主體50以進(jìn)入后續(xù)的凈化裝置。在反應(yīng)器主體50內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)主要為:
[0044](I) 2C+2H20 — 2H2+2C0
[0045](2) C0+H20 — C02+H2
[0046](3) 3H2+C0 — CH4+H20
[0047](4) C+2H2 — CH4
[0048](5) 2C+02 — 2C0
[0049](6) C+02 — CO2[0050]其中，在反應(yīng)過程中，在分布板反應(yīng)區(qū)I中主要存在的是與大量氣化劑接觸發(fā)生氣化反應(yīng)后剩余的含碳量較低、含灰含量高的顆粒，以及與經(jīng)反應(yīng)器主體出氣管線得到的產(chǎn)品氣熱交換得到的大量過熱蒸汽，這樣，由于在該分區(qū)中氣固相溫度較高，無需補(bǔ)充熱量或僅需少量補(bǔ)熱即可滿足該分區(qū)中溫度的維持從而保證反應(yīng)的發(fā)生，使得在該分區(qū)中通過給氧裝置12不需通入或僅需要通入較少量的含氧氣體，即，通入氧煤比(kg/kg)為0.2、氧氣濃度為5%mol的氣化劑。
[0051]在進(jìn)料反應(yīng)區(qū)2中，經(jīng)由進(jìn)料管線10將冷煤粉通入反應(yīng)器主體50內(nèi)，此時與來自分區(qū)I的蒸汽及氣化反應(yīng)產(chǎn)生的co、h2反應(yīng)，由于水蒸氣含量較高，co、h2含量相對較低，甲烷化反應(yīng)發(fā)生的少從而放出的熱量較少，因?yàn)椴荒軡M足在該分區(qū)內(nèi)發(fā)生的大量碳水吸熱反應(yīng)所需的熱量，所以通過給氧裝置13需向該分區(qū)中通入的含氧氣體相對較多，即，通入氧煤比(kg/kg)為0.4、氧氣濃度為15%mol的氣化劑。
[0052]在甲烷化反應(yīng)區(qū)3中，由于來自分區(qū)1、2的氣化劑以及固相物料的溫度較高，且蒸汽含量相比分區(qū)1、2相對較低，C0、H2濃度相對較高，使得在該區(qū)中易發(fā)生甲烷化反應(yīng)，從而釋放強(qiáng)熱量來補(bǔ)充反應(yīng)器主體50散熱及碳水吸熱反應(yīng)所需的部分或全部熱量，所以在分區(qū)中通過給氧裝置14無需通入或僅需要通入少量的含氧氣體，即，通入氧煤比(kg/kg)為0.1、氧氣濃度為5%mol的氣化劑。
[0053]實(shí)施例2
[0054]實(shí)施例2與實(shí)施例1在物料、氣料的進(jìn)出以及在反應(yīng)器主體50內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)均相同，唯一不同的是，當(dāng)通過氣化劑管線60經(jīng)由分布板40向反應(yīng)器主體50內(nèi)輸送的氣化劑中含有氧氣時，還可調(diào)節(jié)通過氣化劑管線60經(jīng)由分布板40向反應(yīng)器主體50內(nèi)輸送的氧氣含量以及通過給氧裝置12、給氧裝置13和給氧裝置14向反應(yīng)器主體50內(nèi)通入含氧氣體的含量，以使整個反應(yīng)器主體50內(nèi)的溫度保持均勻分布，即經(jīng)氣化劑管線60通入的氧氣濃度為5%mol，給氧裝置通入的氧氣濃度為0%mol，給氧裝置通入的氧氣濃度為20%mol，給氧裝置通入的氧氣濃度為6%mol。
[0055]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所 有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種催化氣化方法，其特征在于，包括: 在催化劑存在下使碳質(zhì)原料和氣化劑于反應(yīng)器主體內(nèi)發(fā)生氣化反應(yīng)； 在反應(yīng)進(jìn)行過程中，向反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量供給該氣化反應(yīng)區(qū)域中熱量的消耗及損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氣化方法，其特征在于，所通入的含氧氣體與碳質(zhì)原料和/或氣化劑發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生熱量，所述熱量能夠滿足該氣化反應(yīng)區(qū)域中吸熱反應(yīng)、反應(yīng)器主體散熱和/或預(yù)熱冷煤粉及冷的進(jìn)煤吹送氣所需的全部熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化氣化方法，其特征在于，所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)是指由所述反應(yīng)器主體內(nèi)的密相區(qū)自下而上依次劃分的分布板反應(yīng)區(qū)、進(jìn)料反應(yīng)區(qū)以及甲烷化反應(yīng)區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化氣化方法，其特征在于，向所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體包括: 在所述分布板反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.35、氧氣濃度為0-20%mol的含氧氣體； 在所述進(jìn)料反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.5、氧氣濃度為0-30%mol的含氧氣體；以及 在所述甲烷化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.3、氧氣濃度為0-20%mol的含氧氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化氣化方法，其特征在于，向所述反應(yīng)器主體內(nèi)不同氣化反應(yīng)區(qū)域中分別通入含氧氣體包括: 在所述分布板反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.2、氧氣濃度為0-10%mol的含氧氣體； 在所述進(jìn)料反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0.2-0.45、氧氣濃度為5-15%mol的含氧氣體；以及 在所述甲烷化反應(yīng)區(qū)內(nèi)通入氧煤比為0-0.1、氧氣濃度為0-10%mol的含氧氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氣化方法，其特征在于，所述含氧氣體中氧氣濃度為0-30%molο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氣化方法，其特征在于，所述含氧氣體由過熱蒸汽與氧氣混合而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氣化方法，其特征在于，所述含氧氣體的溫度為300-500。C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氣化方法，其特征在于，所述氣化劑由過熱蒸汽與氧氣、一氧化碳或氫氣中的一種或幾種混合而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的催化氣化方法，其特征在于，當(dāng)所述氣化劑中含有氧氣時，所述氣化劑中的氧氣濃度為0-20%mol。
【文檔編號】C10J3/54GK103952185SQ201410157959
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】毛燕東, 鄭巖, 李克忠 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司