一種用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油焦催化氣化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置及其應(yīng)用，該裝置尤其適用于合理高效清潔氣化利用石油焦。
【背景技術(shù)】
[0002]石油焦是重渣油經(jīng)過(guò)延遲焦化工藝得到的煉油工業(yè)的副產(chǎn)品。近年來(lái)，隨著石油消耗量增加，以及世界原油重質(zhì)化，煉廠產(chǎn)生的石油焦尤其是高硫石油焦的產(chǎn)量逐年上升?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)石油焦尤其是高硫石油焦已經(jīng)供大于求，傳統(tǒng)燃燒利用方式環(huán)境友好度差。在這樣的大背景之下，如何高效清潔利用石油焦成為一個(gè)亟待解決的重要課題。
[0003 ]石油焦氣化技術(shù)能有效降低固體顆粒物、NOx、SOx等污染物的排放，生產(chǎn)的合成氣利用途徑廣泛，并且能夠利用硫回收裝置回收高硫石油焦的硫，變廢為寶，提高產(chǎn)品利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。氣化技術(shù)由于其良好的環(huán)境友好度，優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，被認(rèn)為是利用高硫石油焦很有前景的利用方式。但是石油焦石墨化程度高、孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)、礦物質(zhì)含量少，這些物理化學(xué)方面的性質(zhì)導(dǎo)致石油焦的氣化活性很差。因此目前工業(yè)中石油焦氣化均是在很高的溫度范圍內(nèi)，約1200°C至1700°C，然而溫度高帶來(lái)的缺點(diǎn)是需要更多燃料來(lái)提供熱量維持高溫，需要更高強(qiáng)度的設(shè)備材料。為了減少能量的浪費(fèi)以及延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行壽命有必要提高石油焦氣化反應(yīng)活性。
[0004]自從1867年英國(guó)專利公開煤催化技術(shù)以來(lái)，已經(jīng)有眾多專利公開堿金屬鹽和堿土金屬鹽能提高碳質(zhì)燃料的氣化反應(yīng)活性、降低氣化反應(yīng)溫度、改善煤氣組成。對(duì)于石油焦，其表面光滑，孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，傳統(tǒng)的石油焦與催化劑機(jī)械混合或浸漬添加的方式中，石油焦附著催化劑的能力差。因而在流化床中，由于氣固反應(yīng)的過(guò)程中存在劇烈擾動(dòng)，催化劑易與石油焦分離，大大減少了石油焦與催化劑接觸的幾率，焦表面的活性中間體難以形成，阻斷了催化反應(yīng)的進(jìn)行，從而導(dǎo)致流化床中催化劑催化氣化石油焦的效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置及其應(yīng)用，其中通過(guò)對(duì)裝置中關(guān)鍵的催化氣化反應(yīng)前端組件和后端組件的結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式等進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠解決流化床中石油焦氣化反應(yīng)速率低以及直接在流化床中添加氣化催化劑催化效果差的技術(shù)問(wèn)題，有效的提高含碳固體燃料(尤其是石油焦)與催化劑進(jìn)行氣化反應(yīng)生成合成氣體(如煤氣)的氣化反應(yīng)效率;此夕卜，本發(fā)明中的催化氣化處理裝置，能夠采用較低的降低含碳固體燃料的催化氣化反應(yīng)溫度，并提高整體裝置的熱量利用率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置，其特征在于，包括物料混合組件、預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)、流化床氣化爐(9)、第一氣固分離器(13)、第二氣固分離器(15)和洗滌塔(19)，其中，
[0007]所述物料混合組件用于將含碳固體燃料與催化劑混合得到混合物料；
[0008]所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)與所述物料混合組件相連，用于預(yù)熱所述混合物料;該預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)包括內(nèi)殼體(6)和外殼體，該內(nèi)殼體(6)嵌于所述外殼體的內(nèi)部，所述內(nèi)殼體(6)和所述外殼體之間形成有空心的夾層；
[0009]所述流化床氣化爐(9)與所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)相連，用于對(duì)預(yù)熱后的所述混合物料進(jìn)行催化氣化反應(yīng)得到氣化反應(yīng)產(chǎn)物；
[0010]所述第一氣固分離器(13)分別與所述流化床氣化爐(9)和所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器
(5)連接，用于對(duì)所述氣化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行第一次氣固分離;該第一次氣固分離得到的固體通入到該流化床氣化爐(9)中繼續(xù)進(jìn)行催化氣化反應(yīng)；
[0011]所述第二氣固分離器(15)與所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)相連，所述第一次氣固分離得到的氣體流經(jīng)所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)的夾層通入所述第二氣固分離器(15)進(jìn)行第二次氣固分離，流經(jīng)所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)夾層的所述第一次氣固分離得到的氣體用于對(duì)該預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)進(jìn)行供熱；
[0012]所述洗滌塔(19)通過(guò)氣體冷卻器(17)與所述第二氣固分離器(15)相連，所述氣體冷卻器(17)用于對(duì)所述第二次氣固分離得到的氣體進(jìn)行冷卻;所述洗滌塔(19)用于對(duì)冷卻后的所述第二次氣固分離得到的氣體進(jìn)行洗滌，最終輸出洗滌后的所述第二次氣固分離得到的氣體。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置還包括氣體預(yù)熱器(16)，該氣體預(yù)熱器(16)與所述流化床氣化爐(9)相連，用于預(yù)熱氧氣或者空氣，并將預(yù)熱后的所述氧氣或者所述空氣通入該流化床氣化爐(9)參與所述催化氣化反應(yīng)；
[0014]所述第二次氣固分離得到的氣體在通入所述氣體冷卻器(17)前，流經(jīng)該氣體預(yù)熱器(16)，并用于對(duì)該氣體預(yù)熱器(16)進(jìn)行供熱。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述流化床氣化爐(9)的下端還與冷渣器(11)連接，所述流化床氣化爐(9)中催化氣化反應(yīng)得到的灰渣通入該冷渣器(11)進(jìn)行冷卻;所述冷渣器
(11)是通過(guò)噴淋液態(tài)水使所述灰渣冷卻，所述液態(tài)水吸收所述灰渣的熱量汽化形成水蒸氣，所述水蒸氣通入該流化床氣化爐(9)參與所述催化氣化反應(yīng)。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置還包括氣體凈化硫回收裝置(18)，該氣體凈化硫回收裝置(18)分別與所述氣體冷卻器(17)和所述洗滌塔(19)相連，用于對(duì)冷卻后的所述第二次氣固分離得到的氣體進(jìn)行脫硫處理，脫硫后得到的所述第二次氣固分離得到的氣體再通入所述洗滌塔(19)進(jìn)行洗滌。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)物料滑道
(7)，所述物料滑道(7)均位于所述內(nèi)殼體(6)的內(nèi)部，所述物料滑道(7)與水平面的夾角均為30° ?45°。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述預(yù)熱移動(dòng)床反應(yīng)器(5)的溫度為500°C?700°C;所述流化床氣化爐(9)的溫度為900 0C?1000 0C。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述含碳固體燃料為石油焦;優(yōu)選的，石油焦的顆粒粒徑小于等于8mm。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述催化劑為1(:^03、醋酸鉀、1(2304、1((:1、1^03、030、〇3(N03)2、醋酸鈣、CaCl2、Na2C03、NaN03、醋酸鈉、Na2S04、NaCl和草木灰中的一種或多種。
[0021]按照本發(fā)明的另一方面，提供了上述用于含碳固體燃料的催化氣化處理裝置在催化氣化處理含碳固體燃料中的應(yīng)用。
[0022]通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果:
[0023]1.本發(fā)明的工藝方法與裝置將含碳固體燃料(如石油焦)與催化劑在進(jìn)入流化床氣化爐之前提前熱處理，使得石油焦與催化物質(zhì)反應(yīng)生成中間復(fù)合物，從而在流化床氣化爐中有氣流強(qiáng)烈擾動(dòng)時(shí)石油焦與催化物質(zhì)不易分離得到良好的催化效果；
[0024]在碳質(zhì)燃料與氣