带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置及方法，解决了现有技术中存在的碳转化率低、甲烷产率低、能耗高、运行成本高的问题，本发明专利技术采用对置式喷嘴的进料结构向流化床气化炉加入原料，其特征在于气化原料采用煤浆，主要包含以下步骤：煤浆通过流化床气化炉下层空间的喷嘴进入炉膛，与来自气体分布器的含氧气体(不含水蒸气)反应生成合成气；合成气进入上层空间后与上层空间喷嘴喷入的催化剂发生催化甲烷化反应，生成富甲烷的产品气。产品气经净化、分离，将其中的CO+H2以及CO2循环通入炉膛促进甲烷化反应及气化反应的进程，降低了整个系统的能耗，节省了水蒸气的投入成本，并有效地提高了碳转化率和甲烷产率，可用于煤化工技术领域。

Device and Method of Catalytic Gasification of Fluidized Bed Coal with Nozzle for Methane Production

The invention relates to a fluidized bed coal catalytic gasification device with nozzles and a method for methane production, which solves the problems of low carbon conversion rate, low methane yield, high energy consumption and high operation cost existing in the prior technology. The invention adopts the feed structure of opposed nozzles to add raw materials to the fluidized bed gasifier, which is characterized by the use of coal slurry as gasification raw materials, mainly including the following steps: Through the nozzle in the lower space of the fluidized bed gasifier, it reacts with the oxygen-containing gas (no water vapor) from the gas distributor to produce syngas. When the syngas enters the upper space, it reacts with the catalyst injected by the upper space nozzle to produce methane-rich product gas. After purification and separation of product gas, CO+H2 and CO2 are circulated into the furnace to promote the process of methanation and gasification, which reduces the energy consumption of the whole system, saves the input cost of water vapor, and effectively improves the carbon conversion rate and methane yield, and can be used in the field of coal chemical technology.

【技术实现步骤摘要】
带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷的装置及方法
本专利技术属于煤催化气化制甲烷的
具体涉及一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷的装置及方法。
技术介绍
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。我国又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，我国的一次能源消费结构中，煤炭达到了66％。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。将煤转化成天然气，是煤炭清洁高效利用的重要途径，因其能量转化率高，适合我国国情，成为当前煤化工领域的研究热点之一。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。中国新奥集团的专利CN102465047B提出了一种煤催化气化一步法制甲烷的工艺，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，提高了甲烷产率。然而气化炉内结构复杂，催化剂的回收难度大、成本高，并且该技术尚无工业化装置。现有的一步法煤制天然气技术均处于研发或者放大阶段，还未形成工业化。如何进一步提高气化炉的气化效率，降低投资和运行成本，简化炉膛结构成为一步法煤制天然气技术的发展关键。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题之一是现有技术中碳转化率低、甲烷产率低、能耗高、运行成本高的问题，本专利技术提出了带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷的装置，该装置在流化床反应器的主体结构上添加了喷嘴进料系统，使煤浆得以进入流化床反应器，进而在气化剂中减少了水蒸气的加入，降低了运行成本，提高了碳转化率和甲烷产率。本专利技术所解决的技术问题之二，是与技术问题一相对应的一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷的方法。为解决技术问题一，本专利技术提供了一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：包括流化床气化炉1、第一喷嘴2、第二喷嘴3、气固分离装置4、灰斗5、气体净化分离单元6、渣斗7；流化床气化炉1底部与渣斗7相连接、流化床气化炉1下层空间与上层空间分别设有第一喷嘴2及第二喷嘴3、流化床气化炉1顶部连接气固分离装置4，气固分离装置4固体出口连接灰斗5、气固分离装置4气体出口与气体净化分离单元6相连接。上述技术方案中，第一喷嘴2采用双流道结构，其中一侧流道供循环气体I通过，另一侧流道供煤浆B及输送载气通过，其中循环气体I为CO2；第二喷嘴3采用双流道结构，其中一侧流道供循环气体II通过，另一侧流道供催化剂C及输送载气通过，其中，循环气体II为CO和H2的混合气。上述技术方案中，第一喷嘴2和第二喷嘴3均采用两个喷嘴对置布置，并分别垂直于流化床气化炉1下层空间中部及上层空间中部的水平面布置。上述技术方案中，流化床气化炉1底部设有含氧气体A的进口，含氧气体A的进口采用气体分布器结构引入气体，气体分布器选用单管射流式、多管射流式的一种；选用单管射流式气体分布器时，气体分布器垂直于流化床气化炉1底部布置；选用多管射流式气体分布器时，气体分布器垂直于流化床气化炉1底部侧面布置。为解决技术问题二，本专利技术提供了一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷方法，其特征在于，包括以下步骤：煤浆B与循环气体I(F)通过第一喷嘴2喷入流化床气化炉1的下层空间雾化，并与含氧气体A接触发生剧烈的燃烧、气化反应生成合成气和灰渣G，灰渣因自身重力，落入到渣斗7中并被收集，而合成气气流向上进入到流化床气化炉1的上层空间，与来自于第二喷嘴3喷入的催化剂C发生甲烷化反应，生成富含CH4的产品气(E)，富含CH4的产品气(E)携带着少量细小的固体颗粒被送入至气固分离装置4，经分离后，少量细小的固体颗粒被送至灰斗5并被收集，而富含CH4的产品气(E)则进入到气体净化分离单元6进化、分离，得到循环气体II(D)、产品气(E)以及循环气体I(F)；其中，循环气体II(D)送入第二喷嘴3，并进入流化床气化炉1上层空间进一步促进甲烷化反应；循环气体I(F)送入第一喷嘴2，并进入流化床气化炉1下层空间促进气化反应。所述的含氧气体(A)选自氧气或空气的任意一种。所述的煤浆(B)中包含煤炭、水和K2CO3，煤炭和K2CO3的初始原料平均粒径均小于250μm；煤浆的浓度为45-60％。所述的催化剂(C)为耐硫甲烷化催化剂，平均粒径小于250μm，选自负载在氧化硅上的含镍化合物或/和含铬化合物的共熔物。所述的流化床气化炉(1)的操作温度为800-950℃。本专利技术的优点简介本专利技术将气化和甲烷化反应耦合于一体，在流化床的下层空间气化反应段中，主要进行燃烧和气化反应，产生高温合成气，在流化床的上层空间通入循环气调节该区的气体组成，并且通过喷嘴补充催化剂，主要强化甲烷化反应，提高了甲烷产率。另外，通过产品气中CO2的循环利用，实现了物流耦合，增大了气体产能，提高了碳转化率。采用本专利技术的技术方案，流化床原料煤进料均采用煤浆的形态，并采用喷嘴进料，提高了煤炭与气化剂的接触效果，提高了碳转化率；另外，由于煤浆中含有一定质量分数的水分，从而使得气化剂中所需提供的水蒸气减少，节省了运行过程中的原料投资成本。本专利技术的技术方案可使反应器出口碳转化率达96％，甲烷浓度达到25％，实现了物流和热量的耦合，同时减少了气化剂中水蒸气的添加，较大程度降低了生产成本，具有良好的应用前景。附图说明附图图1为本专利技术提供的带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置的示意图。图中，1-流化床气化炉；2-第一喷嘴；3-第二喷嘴；4-气固分离装置；5-灰斗；6-气体净化分离单元；7-渣斗；A-含氧气体；B-煤浆；C-催化剂；D-循环气体II；E-产品气；F-循环气体I；G-灰渣。煤浆B以及循环气体I(F)由第一喷嘴2喷入流化床气化炉1下层空间中雾化，并与含氧气体发生燃烧、气化反应生成合成气，合成气进入上层空间后在催化剂C的作用下发生甲烷化反应，生成富含甲烷E的产品气，产品气经分离、净化后，其中，产品气(E)被收集，循环气体I(F)进入流化床气化炉1下层空间作为气化剂辅助气化反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：包括流化床气化炉(1)、第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)、气固分离装置(4)、灰斗(5)、气体净化分离单元(6)、渣斗(7)；流化床气化炉(1)底部与渣斗(7)相连接、流化床气化炉(1)下层空间与上层空间分别设有第一喷嘴(2)及第二喷嘴(3)、流化床气化炉(1)顶部连接气固分离装置(4)，气固分离装置(4)固体出口连接灰斗(5)、气固分离装置(4)气体出口与气体净化分离单元(6)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：包括流化床气化炉(1)、第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)、气固分离装置(4)、灰斗(5)、气体净化分离单元(6)、渣斗(7)；流化床气化炉(1)底部与渣斗(7)相连接、流化床气化炉(1)下层空间与上层空间分别设有第一喷嘴(2)及第二喷嘴(3)、流化床气化炉(1)顶部连接气固分离装置(4)，气固分离装置(4)固体出口连接灰斗(5)、气固分离装置(4)气体出口与气体净化分离单元(6)相连接。2.根据权利要求1所述的带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：第一喷嘴(2)采用双流道结构，其中一侧流道供循环气体I(F)通过，另一侧流道供煤浆(B)及输送载气通过，其中循环气体I(F)为CO2。3.根据权利要求1所述的带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：第二喷嘴(3)采用双流道结构，其中一侧流道供循环气体II(D)通过，另一侧流道供催化剂(C)及输送载气通过，其中，循环气体II(D)为CO和H2的混合气。4.根据权利要求1所述的带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：第一喷嘴(2)和第二喷嘴(3)均采用两个喷嘴对置布置，并分别垂直于流化床气化炉(1)下层空间中部及上层空间中部的水平面布置。5.根据权利要求1所述的带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特征在于：流化床气化炉(1)底部设有含氧气体(A)的进口，含氧气体(A)的进口采用气体分布器结构引入气体，气体分布器选用单管射流式、多管射流式的一种。6.一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷方法，采用权利要求1-5所述的任意一种带喷嘴的流化床煤催化气化制甲烷装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍威，钟思青，高攀，金渭龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11