[实用新型]一种制备富含甲烷热解气的气流床热解炉及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种制备富含甲烷热解气的装置，具体涉及一种制备富含甲烷热解气的气流床热解炉及系统。

背景技术

天然气是工业过程和民用过程的重要原料，以煤为原料制备天然气有利于缓解我国目前面临的天然气供需紧张。在传统的气化工艺中，煤首先被水蒸气-氧气气化为合成气，然后经净化、变换、甲烷化和分质提质，才能得到天然气。此工艺最重要和最基本的单元是气化炉的选择。

常见的煤制天然气工厂一般采用Lurgi移动床块煤加压气化技术生产高甲烷含量的合成气作为制备合成天然气的原料。以Lurgi气化炉为代表的移动床碎煤加压气化的粗煤气中甲烷含量高，这部分甲烷约占最终产品合成天然气中甲烷的一半，对于煤制天然气而言具有很大的优势。然而该技术具有以下缺点：单炉气化规模小；直径<5mm的煤不能进入气化炉；鲁奇炉蒸汽分解率低；气化废水量大，成分复杂，含有焦油、萘和酚等污染物，废水处理困难。

气流床气化无论干粉气化还是水煤浆气化，都有很好的工业应用，投煤量大，技术成熟稳定，有长期稳定运行的经验。但是气化炉出口合成气温度很高，其中几乎不含有甲烷，并且H₂/CO比低，对于后续的合成气冷却以及甲烷化装置投资巨大。

煤热解是一个非常复杂的过程，以化学反应类型，可将其分为裂解和缩聚两大类反应。煤热解是煤加工转化，如燃烧、气化、液化等工艺极为重要的中间过程。在煤的热解过程中，温度和升温速率对煤热解产物的组成影响很大，当加热的终温较低(约500～600℃)时，增加升温速率，可以提高挥发分产率并增加其中液体产物与气体产物的比例；当加热的终温较高(约800～1100℃)时，增加升温速率，挥发分的产率会进一步提高，然而其中液体产物与气体产物的比例反而会降低。煤的热解过程会产生CH₄，在500～700℃热解温度范围内，惰性气氛条件下，CH₄的形成主要来源于煤热解过程中产生的五种前驱体：煤中甲氧基的断裂、烷基侧链的断裂、芳香环上甲基的断裂、挥发分的二次热解、芳烃杂环的还原反应。上述五种前驱体主要在500～700℃内产生。当用一些还原性气体，例如H₂、CO等气体，来代替惰性气氛后，会促进煤热解自由基的裂解过程，影响煤结构中甲基和亚甲基链的断裂，从而促进CH₄的形成。气体停留时间的增长，有利于焦油分子的二次裂化，生成CH₄、C₂H₄等烃类组分。

现有的煤炭热解炉，热解温度一般在470～900℃，为提高热解速率多采用流化床的形式，为提高热效率多采用内热式的方法，由于热载体(烟气、半焦、循环灰、空气等)本身的限制，热解产物与热载体分离困难，往往导致热解产物纯度不够。当采用惰性气氛作为热载体时，由于不能提供足量的氢自由基来稳定煤热解产生的碎片基团，从而会降低热解产物中烃类气体和轻质焦油的产率。另外，当采用氢气作为热载体时，虽然会提高热解产物中烃类气体和轻质焦油的产率但也会大大增加工艺成本。本领域技术人员一直致力于开发一种用于煤粉热解装置，以制备富含甲烷的热解气提高其中甲烷的产量，满足后续的甲烷转化过程。

实用新型内容

因此，针对现有技术中煤粉热解炉制备的热解气中CH₄、C₂H₄等烃类含量较低的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种粉煤制备富含甲烷热解气的气流床热解炉，用于使粉煤快速热解，制备富含甲烷的热解气。

本实用新型的气流床热解炉包括竖立的炉膛(3)和设于所述炉膛(3)上面的入口腔(1)，所述炉膛(3)中间段为直筒型，所述炉膛(3)底部设有出口(5)，所述炉膛(3)顶部和所述入口腔(1)之间通过隔板(2)隔开，所述隔板(2)上均匀分布有分散孔，所述入口腔(1)顶部设有烧嘴法兰(6)，所述入口腔(1)旁侧设有气体热载体进口(7)，所述入口腔(1)内部设有筒状的工艺烧嘴(4)，所述工艺烧嘴(4)上端穿过所述烧嘴法兰(6)，下端穿过所述隔板(2)。