含催化剂环的气化炉系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种含催化剂环的气化炉系统，解决了现有气化炉系统催化剂使用量大、操作复杂、催化效率和粗煤气中甲烷含量有待进一步提高的问题。技术方案包括气化炉，所述气化炉的出口经输气管与激冷室连接，所述输气管进口处壁面设有含有催化剂的积灰堆积形成的催化剂环，所述催化剂环的下方设有激冷环，所述激冷环处设有冷却水喷嘴。本实用新型专利技术结构简单、运行成本低、操作简便、催化剂用量少、催化效率高、煤气中甲烷含量高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种煤催化气化制备天然气领域，具体的说是一种含催化剂环的气化炉系统。
技术介绍
目前，煤制甲烷工艺分为间接甲烷化和直接甲烷化。间接甲烷化也就是所谓的两步法煤甲烷化工艺，第一步是煤气化制合成气，第二步是合成气甲烷化的过程。煤的直接甲烷化是指煤在一定的温度(400?1600°C )和压力条件(2.5?4.5MPa)下，直接得甲烷含量高的合成气工艺。直接甲烷化把煤气化和甲烷化两个工序合并，提高了生产的煤气中甲烷的含量，减少了一部分设备、管道、仪表等相关投资。现有气化炉系统中，初始投煤阶段，会将煤粉和掺混于所述煤粉中的催化气化催化剂(如Na2C0#P Ka 2C03) 一起投入气化炉内，煤粉在气化炉内高温高压及催化剂的作用下反应生成粗煤气，粗煤气经输气管送入激冷室降温。其中，催化剂在高温高压作用下会分解为Na20和Ka20，同时，煤中的含钠、钾矿物质在气化炉内的高温高压条件下也会分解为Na20和Ka20，这些具有催化剂作用的Na20和Ka20以灰的形式被粗煤气裹挟向上运动进入输气管，这部分含有催化剂的灰有时会被附着在输送管的壁面堵塞管道或影响气体流速，为了避免上述情况发生，往往会通过振打等方式将积灰打落，避免输气管内积灰，以保持输气管的通畅。在振打时，含有催化剂的积灰被打落成渣往下掉，而粗煤气向上运动，两者逆向接触，造成粗煤气和催化剂相互作用时间短，含有催化剂的灰渣不能有效利用，导致催化剂的用量多，花费高，必需定期向炉内另形补充催化剂以保证催化效率低，提高了运行成本和操作难度。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、运行成本低、操作简便、催化剂用量少、催化效率高、煤气中甲烷含量高的含催化剂环的气化炉系统。技术方案包括气化炉，所述气化炉的出口经输气管与激冷室连接，所述输气管进口处壁面设有含有催化剂的积灰堆积形成的催化剂环，所述催化剂环的下方设有激冷环，所述激冷环处设有冷却水喷嘴。所述催化剂环的高度为2m?6m。所述催化剂环的厚度与输气管进口处的管径比例为0.2?0.8。所述激冷环处设有激冷气喷嘴。所述激冷环处设有蒸气喷嘴。所述催化剂环上方的输气管上设有振打器。基于现有技术中不希望输气管内积灰堆积堵塞的通常认识，专利技术人反其道而行之，在输气管进口处壁面形成催化剂环，使气化炉内的粗煤气上升至输气管进口处时受激冷环的冷却水喷嘴喷出的冷却水的作用，使粗煤气中含有的灰尘在其上方的输气管进口处堆积，由于这部分灰尘中含有具有催化剂作用的Na20和Ka20，形成环形物质即为催化剂环。一方面，粗煤气在同具有催化作用灰尘向上运动的过程中能发生催化反应；另一方面，粗煤气在通过气化炉输气管内壁上已形成的催化剂环时，也能发生催化反应，由于有固定的催化剂环，从而大大增加了粗煤气和催化作用组分(Na20和Ka20)的相互作用时间，提高了催化效率。进一步的，为了避免催化剂层过厚或过高影响气流的正常通过，可通过激冷气喷嘴使激冷气返吹，或者配合振打器作用使催化剂环过厚的部分脱落，以保持催化剂环合理的高度和厚度；另一方面，催化剂环表面的过厚的部分脱落成渣后，也会有新的含有催化成分的灰尘再次附着，不断更新，可形成催化剂环的新老更替。因此只需要开工时初次加入催化剂，中间只需根据需要不加或者少量添加催化剂，避免了频繁更换催化剂的操作，也节约了催化剂的用量，更无需考虑成渣下落的催化剂的回收问题。本技术结构简单、运行成本低、操作简便、催化剂用量小、催化效率高、提高了粗煤气中的甲烷含量，现有系统中得到的粗煤气中甲烷含量约10% vol?30% vol，而采用本新型系统后粗煤气甲烷含量高达50% vol 左右。【附图说明】图1为本技术系统结构图。图2为激冷环的局部示意图。其中:1-气化炉、2-激冷环、2.1-冷却水喷嘴、2.2-激冷气喷嘴、2.3_蒸气喷嘴、3-催化剂环、4-振打器、5-输气管、6-激冷室。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术装置作进一步解释说明:参照图1，气化炉1经输气管5与激冷室6连接，其中气化炉出口处设有激冷环2、激冷环2上冷却水喷嘴2.1、和蒸气喷嘴2.3，输入管的入口处设有催化剂环3，所述催化剂环3上方设振打器4。初始投煤阶段一次性加入的具有催化作用的催化剂(如Na2C03、Ka2C03)和煤中的含钠、钾矿物质在气化炉高温高压条件下分解成的具有催化作用的Na20和Ka20被粗煤气裹挟向上运行，经过激冷环2时，受冷却水喷嘴2.1喷出的激冷水和/或蒸气喷嘴2.3喷出的蒸气作用降温，以灰的形式附着在输气管5进口处的内壁，灰尘逐渐堆积形成了催化剂环3，催化剂环3的存在使通过此处的粗煤气受催化剂催化进一步发生甲烷化反应，提高了合成气中的CH4含量。为了防止积灰堵塞粗输气管，同时有效控制催化剂环3的厚度与高度以提高催化效果，通过激冷环2的激冷气喷嘴2.2通入激冷气对催化剂环处过厚的积灰进行返吹，并进一步设置振打器4进行振打等控制手段。工艺方法:煤粉中掺混催化剂(如Na2C03、Ka2C03# )，催化剂占煤粉重量的1 %?20 %，在气化炉1内发生煤气化及后续粗煤气的甲烷化反应，生成富甲烷的合成气。催化剂(Na2C03和Ka2C03)在高温高压作用下会分解为Na20和Ka20，同时，煤中的含钠、钾矿物质在气化炉1内的高温高压条件下也会分解为Na20和Ka20，这些具有催化作用的Na20和Ka20以灰的形式被粗煤气裹挟向上运动穿过气化炉1出气口处的激冷环2进入输气管5。含灰粗煤气在激冷环2处被冷却水喷嘴2.1和蒸气喷嘴2.3喷出水和蒸汽激冷至400?600°C，粗煤气中带有粘结性的灰分随之均匀附着在输气管5进口处的内壁上形成高度h为2m?6m、厚度Μ为200mm?800mm(以内径为Φ 1000的激冷管为例)的催化剂环3，灰分中的具有催化作用的组分(Na20和Ka20)使通过此处的粗煤气进一步发生甲烷化反应。为了防止积灰堵塞粗煤气通道，同时有效控制催化剂环3的厚度与高度以提高催化效果，采用了激冷环2处的激冷气喷嘴2.2喷出激冷气对催化剂环3处进行返吹(如返吹频率:10?15min返吹1次，进行持续10-20S的返吹)，并可设置振打器进行振打(如振打频率:每隔90?180s进行振打，振打次数控制在2?4次)，使过厚的已进行过催化反应的催化剂环3的表层积灰成渣脱落，并使含有催化成分的灰尘再次附着在催化剂3上，不断更新，可形成催化剂环3的新老更替，从而无需或大量减少向气化炉内补股催化剂，降低了运行成本、简化操作、提1?了催化效果，粗煤气甲燒含量可1?达50% vol，催化剂利用率1?于95% ο【主权项】1.一种含催化剂环的气化炉系统，包括气化炉，所述气化炉的出口经输气管与激冷室连接，其特征在于，所述输气管进口处壁面设有含有催化剂的积灰堆积形成的催化剂环，所述催化剂环的下方设有激冷环，所述激冷环处设有冷却水喷嘴。2.如权利要求1所述含催化剂环的气化炉系统，其特征在于，所述催化剂环的高度为2m ?6m ο3.如权利要求1或2所述含催化剂环的气化炉系统，其特征在于，所述催化剂环的厚度与输气管进口处的管径比例为0.2?0.8。4.如权利要求1所述含催化剂环的气化炉系统，其特征在于，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含催化剂环的气化炉系统，包括气化炉，所述气化炉的出口经输气管与激冷室连接，其特征在于，所述输气管进口处壁面设有含有催化剂的积灰堆积形成的催化剂环，所述催化剂环的下方设有激冷环，所述激冷环处设有冷却水喷嘴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗飞，王光友，唐凤金，吴熠，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42