含催化劑環的氣化爐系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種煤催化氣化制備天然氣領域，具體的說是一種含催化劑環的氣化爐系統。
【背景技術】
[0002]目前，煤制甲烷工藝分為間接甲烷化和直接甲烷化。間接甲烷化也就是所謂的兩步法煤甲烷化工藝，第一步是煤氣化制合成氣，第二步是合成氣甲烷化的過程。煤的直接甲烷化是指煤在一定的溫度(400?1600°C )和壓力條件(2.5?4.5MPa)下，直接得甲烷含量高的合成氣工藝。直接甲烷化把煤氣化和甲烷化兩個工序合并，提高了生產的煤氣中甲烷的含量，減少了一部分設備、管道、儀表等相關投資。
[0003]現有氣化爐系統中，初始投煤階段，會將煤粉和摻混于所述煤粉中的催化氣化催化劑(如Na2C0#P Ka 2C03) 一起投入氣化爐內，煤粉在氣化爐內高溫高壓及催化劑的作用下反應生成粗煤氣，粗煤氣經輸氣管送入激冷室降溫。其中，催化劑在高溫高壓作用下會分解為Na20和Ka20，同時，煤中的含鈉、鉀礦物質在氣化爐內的高溫高壓條件下也會分解為Na20和Ka20，這些具有催化劑作用的Na20和Ka20以灰的形式被粗煤氣裹挾向上運動進入輸氣管，這部分含有催化劑的灰有時會被附著在輸送管的壁面堵塞管道或影響氣體流速，為了避免上述情況發生，往往會通過振打等方式將積灰打落，避免輸氣管內積灰，以保持輸氣管的通暢。在振打時，含有催化劑的積灰被打落成渣往下掉，而粗煤氣向上運動，兩者逆向接觸，造成粗煤氣和催化劑相互作用時間短，含有催化劑的灰渣不能有效利用，導致催化劑的用量多，花費高，必需定期向爐內另形補充催化劑以保證催化效率低，提高了運行成本和操作難度。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是為了解決上述技術問題，提供一種結構簡單、運行成本低、操作簡便、催化劑用量少、催化效率高、煤氣中甲烷含量高的含催化劑環的氣化爐系統。
[0005]技術方案包括氣化爐，所述氣化爐的出口經輸氣管與激冷室連接，所述輸氣管進口處壁面設有含有催化劑的積灰堆積形成的催化劑環，所述催化劑環的下方設有激冷環，所述激冷環處設有冷卻水噴嘴。
[0006]所述催化劑環的高度為2m?6m。
[0007]所述催化劑環的厚度與輸氣管進口處的管徑比例為0.2?0.8。
[0008]所述激冷環處設有激冷氣噴嘴。
[0009]所述激冷環處設有蒸氣噴嘴。
[0010]所述催化劑環上方的輸氣管上設有振打器。
[0011]基于現有技術中不希望輸氣管內積灰堆積堵塞的通常認識，發明人反其道而行之，在輸氣管進口處壁面形成催化劑環，使氣化爐內的粗煤氣上升至輸氣管進口處時受激冷環的冷卻水噴嘴噴出的冷卻水的作用，使粗煤氣中含有的灰塵在其上方的輸氣管進口處堆積，由于這部分灰塵中含有具有催化劑作用的Na20和Ka20，形成環形物質即為催化劑環。一方面，粗煤氣在同具有催化作用灰塵向上運動的過程中能發生催化反應；另一方面，粗煤氣在通過氣化爐輸氣管內壁上已形成的催化劑環時，也能發生催化反應，由于有固定的催化劑環，從而大大增加了粗煤氣和催化作用組分(Na20和Ka20)的相互作用時間，提高了催化效率。
[0012]進一步的，為了避免催化劑層過厚或過高影響氣流的正常通過，可通過激冷氣噴嘴使激冷氣返吹，或者配合振打器作用使催化劑環過厚的部分脫落，以保持催化劑環合理的高度和厚度；另一方面，催化劑環表面的過厚的部分脫落成渣后，也會有新的含有催化成分的灰塵再次附著，不斷更新，可形成催化劑環的新老更替。因此只需要開工時初次加入催化劑，中間只需根據需要不加或者少量添加催化劑，避免了頻繁更換催化劑的操作，也節約了催化劑的用量，更無需考慮成渣下落的催化劑的回收問題。本實用新型結構簡單、運行成本低、操作簡便、催化劑用量小、催化效率高、提高了粗煤氣中的甲烷含量，現有系統中得到的粗煤氣中甲烷含量約10% vol?30% vol，而采用本新型系統后粗煤氣甲烷含量高達50% vol 左右。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型系統結構圖。
[0014]圖2為激冷環的局部示意圖。
[0015]其中:1-氣化爐、2-激冷環、2.1-冷卻水噴嘴、2.2-激冷氣噴嘴、2.3_蒸氣噴嘴、3-催化劑環、4-振打器、5-輸氣管、6-激冷室。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明裝置作進一步解釋說明:
[0017]參照圖1，氣化爐1經輸氣管5與激冷室6連接，其中氣化爐出口處設有激冷環2、激冷環2上冷卻水噴嘴2.1、和蒸氣噴嘴2.3，輸入管的入口處設有催化劑環3，所述催化劑環3上方設振打器4。初始投煤階段一次性加入的具有催化作用的催化劑(如Na2C03、Ka2C03)和煤中的含鈉、鉀礦物質在氣化爐高溫高壓條件下分解成的具有催化作用的Na20和Ka20被粗煤氣裹挾向上運行，經過激冷環2時，受冷卻水噴嘴2.1噴出的激冷水和/或蒸氣噴嘴2.3噴出的蒸氣作用降溫，以灰的形式附著在輸氣管5進口處的內壁，灰塵逐漸堆積形成了催化劑環3，催化劑環3的存在使通過此處的粗煤氣受催化劑催化進一步發生甲烷化反應，提高了合成氣中的CH4含量。為了防止積灰堵塞粗輸氣管，同時有效控制催化劑環3的厚度與高度以提高催化效果，通過激冷環2的激冷氣噴嘴2.2通入激冷氣對催化劑環處過厚的積灰進行返吹，并進一步設置振打器4進行振打等控制手段。
[0018]工藝方法:
[0019]煤粉中摻混催化劑(如Na2C03、Ka2C03# )，催化劑占煤粉重量的1 %?20 %，在氣化爐1內發生煤氣化及后續粗煤氣的甲烷化反應，生成富甲烷的合成氣。催化劑(Na2C03和Ka2C03)在高溫高壓作用下會分解為Na20和Ka20，同時，煤中的含鈉、鉀礦物質在氣化爐1內的高溫高壓條件下也會分解為Na20和Ka20，這些具有催化作用的Na20和Ka20以灰的形式被粗煤氣裹挾向上運動穿過氣化爐1出氣口處的激冷環2進入輸氣管5。含灰粗煤氣在激冷環2處被冷卻水噴嘴2.1和蒸氣噴嘴2.3噴出水和蒸汽激冷至400?600°C，粗煤氣中帶有粘結性的灰分隨之均勻附著在輸氣管5進口處的內壁上形成高度h為2m?6m、厚度Μ為200mm?800mm(以內徑為Φ 1000的激冷管為例)的催化劑環3，灰分中的具有催化作用的組分(Na20和Ka20)使通過此處的粗煤氣進一步發生甲烷化反應。為了防止積灰堵塞粗煤氣通道，同時有效控制催化劑環3的厚度與高度以提高催化效果，采用了激冷環2處的激冷氣噴嘴2.2噴出激冷氣對催化劑環3處進行返吹(如返吹頻率:10?15min返吹1次，進行持續10-20S的返吹)，并可設置振打器進行振打(如振打頻率:每隔90?180s進行振打，振打次數控制在2?4次)，使過厚的已進行過催化反應的催化劑環3的表層積灰成渣脫落，并使含有催化成分的灰塵再次附著在催化劑3上，不斷更新，可形成催化劑環3的新老更替，從而無需或大量減少向氣化爐內補股催化劑，降低了運行成本、簡化操作、提1?了催化效果，粗煤氣甲燒含量可1?達50% vol，催化劑利用率1?于95% ο
【主權項】
1.一種含催化劑環的氣化爐系統，包括氣化爐，所述氣化爐的出口經輸氣管與激冷室連接，其特征在于，所述輸氣管進口處壁面設有含有催化劑的積灰堆積形成的催化劑環，所述催化劑環的下方設有激冷環，所述激冷環處設有冷卻水噴嘴。2.如權利要求1所述含催化劑環的氣化爐系統，其特征在于，所述催化劑環的高度為2m ?6m ο3.如權利要求1或2所述含催化劑環的氣化爐系統，其特征在于，所述催化劑環的厚度與輸氣管進口處的管徑比例為0.2?0.8。4.如權利要求1所述含催化劑環的氣化爐系統，其特征在于，所述激冷環處設有激冷氣噴嘴。5.如權利要求1或4所述含催化劑環的氣化爐系統，其特征在于，所述激冷環處設有蒸氣噴嘴。6.如權利要求1所述含催化劑環的氣化爐系統，其特征在于，所述催化劑環上方的輸氣管上設有振打器。
【專利摘要】本實用新型涉及一種含催化劑環的氣化爐系統，解決了現有氣化爐系統催化劑使用量大、操作復雜、催化效率和粗煤氣中甲烷含量有待進一步提高的問題。技術方案包括氣化爐，所述氣化爐的出口經輸氣管與激冷室連接，所述輸氣管進口處壁面設有含有催化劑的積灰堆積形成的催化劑環，所述催化劑環的下方設有激冷環，所述激冷環處設有冷卻水噴嘴。本實用新型結構簡單、運行成本低、操作簡便、催化劑用量少、催化效率高、煤氣中甲烷含量高。
【IPC分類】C10L3/08
【公開號】CN205062013
【申請號】CN201520835576
【發明人】張宗飛, 王光友, 唐鳳金, 吳熠
【申請人】中國五環工程有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月26日