一種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)，由依次連接的高壓霧化裝置和水蒸氣夾帶裝置組成。其中所述高壓霧化裝置由兩部分組成：催化劑配比部分和霧化部分；所述催化劑配比部分主要由催化劑水溶液儲箱、高壓液泵、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成；所述霧化部分主要由霧化噴嘴和管路系統(tǒng)組成，水蒸氣夾帶裝置主要由依次連接的噴管、吸氣裝置、混合器、擴壓管組成，蒸汽從噴管進，經(jīng)高壓霧化裝置霧化后的霧狀催化劑從吸氣裝置下方進口進入吸氣室。本實用新型的催化劑供給系統(tǒng)用于在煤炭地下的氣化，用于在氣化劑中加入催化劑進行催化氣化，通過此催化劑供給系統(tǒng)的使用，大幅提高了煤氣組分的熱值，并且加速了氣化反應的進行。
【專利說明】
一種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本實用新型涉及潔凈煤技術(shù)領域，具體涉及一種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，煤炭在中國的能源消耗比重約占60-70%，雖然中國面臨著日益嚴峻的環(huán)境問題，但由于特殊的國情和資源賦存情況，在未來的幾十年內(nèi)，我國的能源結(jié)構(gòu)還是以傳統(tǒng)化石能源為主，水力、核能、風能、太陽能、海洋能源、生物質(zhì)能等新能源為輔。
[0003]中國是世界第一產(chǎn)煤大國，受目前露天、井工采礦技術(shù)水平的限制，煤炭回采率一般為50%左右甚至更低，常規(guī)物理開采往往造成大量煤炭資源的浪費。如果采用煤炭地下氣化、煤炭地下液化等先進潔凈煤技術(shù)對傳統(tǒng)開采法無法利用的廢棄煤炭資源，以及急傾斜煤層、薄煤層、深部煤層、三下壓煤等復雜煤層就地進行轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品，即符合我國能源發(fā)展戰(zhàn)略又滿足了國家的節(jié)能減排政策。
[0004]煤炭地下氣化是一種集采礦、礦物加工工程、煤礦地質(zhì)學、化工工藝、環(huán)境科學、計算機測控技術(shù)等多學科為一體的綜合性潔凈煤技術(shù)，其工藝原理就是將地下煤炭資源不經(jīng)過井工開采，通過特殊技術(shù)手段原地轉(zhuǎn)化為荒煤氣并輸送到地面進行集中處理和使用。該技術(shù)將鉆井、采煤、選礦、氣化在地下煤層直接進行并將荒煤氣輸送到地面進行集中處理，將常規(guī)物理法井工采煤變?yōu)榫職饣擅?，即把具有復雜稠環(huán)芳香族結(jié)構(gòu)的原煤大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)簡單的以H2、C0、CH4為主要成分的可燃氣體。
[0005]與地面氣化爐造氣不同，在煤炭地下氣化過程中原煤部分燃燒、氣化后的固體殘余物留在地下，這樣可減少由地下煤層燃燒、氣化所產(chǎn)生的燃空區(qū)造成的上覆巖層塌陷及固體廢棄物對大氣環(huán)境的污染，因此煤炭地下氣化可有效降低對外界環(huán)境的污染。此外，地下荒煤氣經(jīng)管道輸送至地面后經(jīng)冷卻、除塵、回收焦油、脫硫、脫碳后可以作為燃料氣直接用于發(fā)電和民用，也可以用于作為化工合成氣提取高純氫氣及制備合成氨、醇醚燃料等。因此，煤炭地下氣化技術(shù)具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益，已成為我國潔凈煤技術(shù)研究的重要方向。
[0006]目前，我國已在內(nèi)蒙、山西、山東、甘肅、新疆等省份開展了煤炭地下氣化的工業(yè)化試驗，尤其以內(nèi)蒙古無井式地下氣化工業(yè)性試驗的成功出氣推動了我國地下氣化技術(shù)的發(fā)展。但從我國地下氣化技術(shù)現(xiàn)狀及工業(yè)性試驗的效果來看，存在著很多難以有效解決的技術(shù)瓶頸，比如缺乏對地下氣化過程的實時監(jiān)測和控制手段，煤氣產(chǎn)量、質(zhì)量指標、長周期運行無法有效保證，這些問題已嚴重制約了煤炭地下氣化商業(yè)化的運營。
[0007]由于煤炭地下氣化技術(shù)受煤層賦存狀況、水文地質(zhì)條件、工藝操作方法等因素影響，其產(chǎn)出的一次煤氣在熱值、組分、穩(wěn)定出氣、產(chǎn)氣率、碳轉(zhuǎn)化率等方面都無法與地面煤制氣相比。由于目前煤炭地下氣化在點火成功后無法對地下煤層實際氣化工況進行有效監(jiān)測，只能通過地面管道和閥門來調(diào)節(jié)改變氣化壓力、鼓風量、氣汽比來控制氣化過程，而這些常規(guī)措施經(jīng)過中試及現(xiàn)場的工業(yè)化試驗證明并不能很好的調(diào)節(jié)氣化過程。煤炭地下氣化的目標是就地直接氣化煤層并獲得穩(wěn)定的高熱值煤氣，因此在常規(guī)物理措施并不能滿足實際生產(chǎn)的前提下，研究者有必要開發(fā)出一種經(jīng)濟、快捷、效果明顯的化學方法來提高地下荒煤氣的質(zhì)量。
[0008]在地面氣化中，催化劑可以使氣化反應在較低的溫度條件下進行，并且有較高的反應速度及過程能量利用率。而煤炭地下催化氣化就是在地下氣化過程中添加適宜催化劑，從而改變地下氣化爐中不同氣化反應的反應途徑、降低反應的活化能、提高氣化反應速率。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實用新型提供一種專用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)。
[0010]本實用新型的技術(shù)方案為:
[0011]—種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)，由依次連接的高壓霧化裝置和水蒸氣夾帶裝置組成。
[0012]其中所述高壓霧化裝置由兩部分組成:催化劑配比部分和霧化部分;所述催化劑配比部分主要由催化劑水溶液儲箱、高壓液栗、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成;所述霧化部分主要由霧化噴嘴和管路系統(tǒng)組成，所述霧化噴嘴通過高壓液栗與催化劑水溶液儲箱相連，所述控制系統(tǒng)位于催化劑水溶液儲箱上方。
[0013]其中所述水蒸氣夾帶裝置主要由依次連接的噴管、吸氣裝置、混合器、擴壓管組成，蒸汽從噴管進，經(jīng)高壓霧化裝置霧化后的霧狀催化劑從吸氣裝置下方進口進入吸氣室。
[0014]高壓霧化裝置的噴嘴與水蒸氣夾帶裝置的吸氣室下方進口相連接。
[0015]本實用新型用于煤炭地下氣化，催化劑供給系統(tǒng)在使用時，將催化劑水溶液配置于高壓霧化裝置的儲液箱中，通過改變噴霧壓力和噴嘴孔徑，可得到不同粒徑的霧滴。按照特定要求，將噴霧壓力設定在0.1-5MP之間，噴嘴孔徑一般在0.1-lmm。將高壓飽和水蒸氣與催化劑霧滴在混合器充分混合后通過管路系統(tǒng)直接送入地下氣化爐內(nèi)進行煤炭地下水蒸氣催化氣化。
[0016]水蒸氣夾帶裝置的作用是:高壓飽和水蒸氣經(jīng)壓力管路后進入噴管發(fā)生絕熱膨脹，蒸汽流速大大增加，此時高壓蒸汽的熱力學能轉(zhuǎn)化為動能，壓力降低。高壓蒸汽流將高壓霧化裝置噴嘴處的霧狀催化劑不斷的帶走，從而將催化劑源源不斷的吸入吸氣裝置中，并在混合器內(nèi)同蒸汽發(fā)生高速混合。然后，蒸汽-霧狀催化劑混合物流入擴壓管中減速增壓，將壓力提高一定程度后輸送至地下氣化爐內(nèi)。
[0017]該系統(tǒng)可同時加氧氣，進行富氧-水蒸氣催化氣化。
[0018]堿土金屬的鈣鹽對煤炭氣化制水煤氣具有一定的催化作用，并且對煤氣中的硫化物和焦油有很好的脫除作用。從煤炭地下氣化成本考慮，本系統(tǒng)選用的催化劑可以是廉價的石灰水溶液。
[0019]本實用新型的催化劑供給系統(tǒng)用于在煤炭地下的氣化，用于在氣化劑中加入催化劑進行催化氣化，通過此催化劑供給系統(tǒng)的使用，可以提高煤氣組分中有效氣體(C0+H2+CH4)的含量，并且加速了氣化反應的進行。根據(jù)實驗結(jié)果顯示，以反應活性不高的無煙煤為原料進行煤炭地下氣化，利用此系統(tǒng)進行催化氣化所產(chǎn)出的煤氣與常規(guī)氣化進行比較，其組分、熱值和穩(wěn)定產(chǎn)氣方面均得到很大的提高。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的催化劑供給系統(tǒng)的高壓霧化裝置示意圖；
[0021]圖2是本實用新型的催化劑供給系統(tǒng)的水蒸氣夾帶裝置示意圖；
[0022]圖3是本實用新型的催化劑供給系統(tǒng)用于煤炭地下氣化工藝的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為進一步說明本實用新型，結(jié)合以下實施例具體說明:
[0024]—種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)，由依次連接的高壓霧化裝置和水蒸氣夾帶裝置組成。其后可直接連接至地下氣化爐，進行煤炭地下催化氣化工藝，總體如圖3所示。
[0025]其中高壓霧化裝置具體如圖1所示，由兩部分組成:催化劑配比部分和霧化部分；催化劑配比部分主要由催化劑水溶液儲箱1、高壓液栗2、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)3組成;霧化部分主要由霧化噴嘴4和管路系統(tǒng)組成，霧化噴嘴4通過高壓液栗2與催化劑水溶液儲箱I相連，控制系統(tǒng)3位于儲液箱I上方。
[0026]其中水蒸氣夾帶裝置具體如圖2所示，主要由依次連接的噴管5、吸氣裝置6、混合器7、擴壓管8組成，蒸汽從噴管5進，經(jīng)高壓霧化裝置霧化后的霧狀催化劑從吸氣裝置6下方進口 9進入吸氣裝置6。
[0027]高壓霧化裝置的霧化噴嘴4與水蒸氣夾帶裝置的吸氣裝置下方進口9相連接。
[0028]本實用新型用于煤炭地下氣化，催化劑供給系統(tǒng)在使用時，將催化劑水溶液配置于高壓霧化裝置的儲液箱中，通過改變噴霧壓力和噴嘴孔徑，可得到不同粒徑的霧滴。按照特定要求，將噴霧壓力設定在0.1-5MP之間，噴嘴孔徑一般在0.1-lmm。將高壓飽和水蒸氣與催化劑霧滴在混合器充分混合后通過管路系統(tǒng)直接送入地下氣化爐內(nèi)進行煤炭地下水蒸氣催化氣化。高壓飽和水蒸氣經(jīng)壓力管路后進入噴管發(fā)生絕熱膨脹，蒸汽流速大大增加，此時高壓蒸汽的熱力學能轉(zhuǎn)化為動能，壓力降低。高壓蒸汽流將高壓霧化裝置噴嘴處的霧狀催化劑不斷的帶走，從而將催化劑源源不斷的吸入吸氣裝置中，并在混合器內(nèi)同蒸汽發(fā)生高速混合。然后，蒸汽-霧狀催化劑混合物流入擴壓管中減速增壓，將壓力提高一定程度后輸送至地下氣化爐內(nèi)。
[0029]該系統(tǒng)可同時注入不同濃度氧氣，進行氧氣-水蒸氣催化氣化。
[0030]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于煤炭地下催化氣化的催化劑供給系統(tǒng)，其特征在于:由依次連接的高壓霧化裝置和水蒸氣夾帶裝置組成;所述高壓霧化裝置由兩部分組成:催化劑配比部分和霧化部分;所述催化劑配比部分主要由催化劑水溶液儲箱(I)、高壓液栗(2)、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(3)組成;所述霧化部分主要由霧化噴嘴(4)和管路系統(tǒng)組成，所述霧化噴嘴(4)通過高壓液栗(2)與催化劑水溶液儲箱(I)相連，所述控制系統(tǒng)(3)位于催化劑水溶液儲箱(I)上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑供給系統(tǒng)，其特征在于:所述水蒸氣夾帶裝置主要由依次連接的噴管(5)、吸氣裝置(6)、混合器(7)、擴壓管(8)組成，蒸汽從噴管(5)進，經(jīng)高壓霧化裝置霧化后的霧狀催化劑從吸氣裝置(6)下方進口(9)進入吸氣裝置(6)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑供給系統(tǒng)，其特征在于:高壓霧化裝置的霧化噴嘴(4)與水蒸氣夾帶裝置的吸氣裝置下方進口(9)相連接。
【文檔編號】C10J3/72GK205556585SQ201620189650
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】梁新星, 王菲
【申請人】北京盛科今澤科技有限公司