[发明专利]催化热解-气化一体化反应装置和方法

说明书

本发明涉及一种催化热解‑气化一体化反应装置和方法，解决了现有气化技术存在反应温度高、合成气热值低、综合利用率低的问题。本发明主要由锥形流化床、高效旋风装置、激冷室和带控制单元的快速响应比例阀组成，信号发生器控制快速响应比例阀产生高频脉动气流，使不同粒径的含碳固体燃料在锥形流化床内快速达到呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，在锥形流化床底部进行燃烧，中上部进行催化气化和热解，在高效旋风装置中细颗粒继续发生热解反应，在激冷室中进行合成气、焦油和灰渣的分离，获取高热值合成气和高品质焦油的技术方案，可应用于能源化工领域。

技术领域

本发明涉及一种含碳固体燃料催化热解-气化一体化反应装置和方法，属于能源化工领域。

背景技术

我国褐煤等低阶煤储量丰富，且利用程度逐渐加大，由于低阶煤挥发分高、水分高、发热量低，故不宜长距离运输，一般只能在当地消费。此外，生物质和部分含碳固体废料的挥发份也较高。如果用于直接燃烧发电，会造成严重的环境污染和大量温室气体排放，且发电效率低，资源综合利用率较低。通过分级利用将上述含碳固体燃料中的有机质挥发分和固定碳有效分离，进行综合加工利用，获取焦油、合成气和高附加值的化学品，符合我国能源多元化的战略意义，具有很强的竞争力。

当前比较成熟的气化工艺的气化温度一般在1000℃以上，存在着反应温度高、能耗大、对合成气的净化困难、合成气的冷却强度大以及设备要求严格等缺点。如化学工业出版社2010年出版的《煤炭气化技术》26～45页所述的气流床技术(如Texaco、Shell、OMB等)，具有气化能力大、碳转化效率高等优点，是当今先进煤气化技术，近年来发展较快，但反应温度高、能耗大、煤炭综合利用率较低，且在适用高水份、高灰份、高灰熔点等劣质煤时还存在诸多问题。

催化气化能够在不影响反应速率的同时降低反应温度，降低了能耗和设备要求，可实现炉内脱硫、除尘，利于环保。另一方面，由于气化温度降低，从而可以有效调节了出口气体产物的组成分布，对合成气中H₂和CH₄产物的选择性更好，可同时进行许多合成过程。与比常规热解相比，催化热解获取得到的焦油，产量更高、品质更好。

发明内容

本发明主要解决的技术问题之一是现有气化技术存在反应温度高、合成气热值低、综合利用率较低，本发明提出了一种含碳固体燃料催化热解-气化一体化的反应装置，将热解和气化反应高效耦合在一个反应器内，实现了高效分级利用，降低了反应温度，提高了合成气热值，同时获得了更多和品质更好的焦油和高附加值的化学品。

本发明所要解决的技术问题二是提供一种与解决技术问题之一相对应催化热解-气化一体化反应方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种催化热解-气化一体化反应装置，包括锥形流化床、原料进口管、气体分布器、气化剂入口管、氧化剂入口管、气体分布室、中心排渣管、快速响应比例阀、电磁阀、出口弯管、高效旋风装置、返料阀、激冷室、喷淋器、合成气分布器、除尘器；

所述原料进口管位于锥形流化床中下部，气体分布器和气体分布室位于锥形流化床底部，气化剂入口管与气体分布室相连通，快速响应比例阀I安装在气化剂入口管中，中心排渣管与气体分布器相连通，氧化剂入口管入口管与中心排渣管相连通，快速响应比例阀II安装在氧化剂入口管中，高效旋风装置通过出口弯管与锥形流化床相连通，返料阀连接在高效旋风装置和锥形流化床之间，激冷室顶部装有喷淋器，内部装有合成气分布器，合成气分布器与高效旋风装置相连通，除尘器与激冷室相连通。

所述的锥形流化床上端直径为下端直径的2～8倍，优选范围为4～6倍，由于不同截面上的气体流速不同，可使含碳固体燃料在该锥形流化床内呈底部颗粒粗上部颗粒细的分层分布，从而优化不同颗粒在该流化床内的停留时间，达到分层催化热解-气化的目的，提高了含碳固体燃料的碳转化率。