本实用新型涉及煤催化气化技术领域，具体而言，涉及一种催化气化粗煤气处理系统。
背景技术：
煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，采用高压流化床技术，使煤在一定条件下与气化剂(蒸汽、氧气)在催化剂(碱金属及碱土金属)的作用下进行气化反应，生成甲烷气体，并副产焦油。参见图1，传统的催化气化工艺中，煤由进料系统进入气化炉1′内并发生气化反应，在气化炉1′内，热解产生的焦油及大量随流化而带出的小颗粒飞灰，连同挥发出的部分碱金属催化剂会随着气化炉1′出口的粗煤气而进入旋风系统2′。在旋风系统2′中，小颗粒飞灰被旋风系统2′收集下来，先进入返灰系统3′，再返回气化炉1′进行二次气化。旋风系统2′出口的粗煤气进入焦油分离系统4′，焦油分离系统4′对粗煤气中的焦油进行冷凝收集。采用上述常规工艺进行粉尘焦油分离的效果很差，这主要是由于焦油成分复杂且重质焦油含量较高，而重质焦油具有露点高、分离利用难度高等诸多特点，其和随其带出的小颗粒飞灰在旋风系统2′内极易发生混合冷凝，这就会造成旋风系统2′及返灰系统3′管路的堵塞。由于重焦油冷凝而造成旋风系统2′及返灰系统3′失效后，大量小颗粒飞灰会进入后续焦油分离系统4′及煤气冷却系统5′，进而会直接导致后续工段反应器及管路的油尘共混堵塞问题大面积爆发，继而引发系统停车的事故。
技术实现要素：
鉴于此，本实用新型提出了一种催化气化粗煤气处理系统，旨在解决目前粉尘焦油分离效果差、难于应用的问题。
本实用新型提出了一种催化气化粗煤气处理系统，该系统包括：预处理装置，其进口与气化炉的出口相连通，预处理装置用于接收气化炉输出的粗煤气，并对粗煤气进行预处理，以使粗煤气中的重质焦油活化，并使粗煤气中的催化剂和飞灰结合达到进入超临界气化系统的状态；超临界气化系统的进口与预处理装置的出口相连通，超临界气化系统用于接收预处理装置输出的催化剂、飞灰和活化后的重质焦油，并使飞灰气化，以及使活化后的重质焦油分解为可燃气体。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，预处理装置包括：第一反应室，其进口与气化炉的出口相连通，第一反应室通过设置一定压力和温度，以使粗煤气中的重质焦油活化以及使飞灰热解；温度低于第一反应室且压力等于第一反应室的第二反应室，其进口与第一反应室的出口相连通，第二反应室的出口与超临界气化系统的进口相连通，第二反应室用于使催化剂以飞灰为载体，进而使飞灰将催化剂带入超临界气化系统内。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，第一反应室内设置有折流机构，以增加粗煤气在第一反应室内的停留时间。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，折流机构包括：沿粗煤气流动方向设置的多个第一挡板和多个第二挡板；其中，各第一挡板的第一端连接于第一反应室的顶壁，并且，各第一挡板的第二端与第一反应室的底壁具有间隙；各第二挡板的第一端连接于第一反应室的底壁，并且，各第二挡板的第二端与第一反应室的顶壁具有间隙。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，第一挡板和第二挡板沿粗煤气流动方向交替设置。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，至少一个第一挡板的表面设置有翅片；和/或至少一个第二挡板的表面设置有翅片。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，第二反应室的内壁或外壁设置有冷却装置，以使第二反应室的温度低于第一反应室的温度。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，第二反应室的直径为第一反应室的直径的2-4倍。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，第一反应室的出口通过过渡区与第二反应室的进口相连通，过渡区的直径沿粗煤气流动方向逐渐增大。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，还包括：压缩系统，气化炉的出口通过压缩系统与预处理装置的进口相连通。
进一步地，上述催化气化粗煤气处理系统中，还包括：煤气冷却系统，其进口与超临界气化系统的出气口相连通，煤气冷却系统用于接收并冷却超临界气化系统输出的气体。
与现有技术相比，本实用新型中，通过在气化炉出口加装预处理装置和超临界气化系统，以代替原有的旋风系统及焦油分离系统，使得气化炉出口的粗煤气进入预处理装置，从而使粗煤气中重质焦油活化，并使粗煤气中的催化剂和飞灰结合达到进入超临界气化系统所需要的状态；然后再使预处理装置出口的催化剂、飞灰和活化后的重质焦油进入超临界气化系统，通过一定的工艺控制，使得活化的重质焦油全部被分解为小分子的可燃气体，实现飞灰和重质焦油的分离，同时可气化因流化而带出的小颗粒飞灰，从而提高了固体飞灰的转化效率。可以看出，在气化炉后煤气冷却前，通过预处理装置和超临界气化系统可以有效地对飞灰和重质焦油进行分离，并将经济性差的重焦油和飞灰进行处理，得到了洁净度很好的煤气，增加了轻质焦油和气化产品的收率，从而提高了工艺整体的经济性。此外，由于省去了原有的旋风系统及焦油分离系统，使得工艺系统流程得到了简化。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有技术中催化气化粗煤气处理装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的催化气化粗煤气处理系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的催化气化粗煤气处理系统中，预处理装置的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的催化气化粗煤气处理系统中，折流机构的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的催化气化粗煤气处理系统的又一结构示意图；
图6为本实用新型实施例提供的催化气化粗煤气处理系统的又一结结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参见图2，图中示出了本实施例提供的催化气化粗煤气处理系统的优选结构。如图所示，该系统包括：预处理装置1和超临界气化系统2。
其中，预处理装置1的进口11与气化炉3的出口31相连通，预处理装置1可以接收气化炉3输出的粗煤气，并对粗煤气进行预处理，即先使粗煤气中的重质焦油活化，生成小分子油品，再使在气化炉3内挥发的催化剂被小颗粒飞灰捕集固定，从而使粗煤气中的催化剂和飞灰结合达到进入超临界气化系统2所需要的状态。超临界气化系统2的进口21与预处理装置1的出口12相连通，超临界气化系统2可以接收预处理装置1输出的催化剂、飞灰和活化后的重质焦油，并使飞灰气化，以及使活化后的重质焦油分解为可燃气体，即利用超临界气化系统2中的超临界介质特性，可以将粗煤气中的难以反应的重质焦油进一步分解为小分子烃类气体，同时经过预处理的小颗粒飞灰在催化剂的作用下可迅速与超临界介质发生气化。具体实施时，超临界介质可活以为水、二氧化碳等具有超临界特性的介质，优选超临界水。反应温度可以设置在500℃-700℃，反应系统的压力可以为20MPa-25MPa。此外，可以在超临界气化系统2中通入少量氧气，以维持反应温度，气化后剩余的残渣可以随超临界介质排出系统外，剩余清洁的煤气则可以进入后续的系统中进行降温。
需要说明的是，超临界气化系统2的结构为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。
与现有技术相比，本实施例中，通过在气化炉3的出口31加装预处理装置1和超临界气化系统2，以代替原有的旋风系统及焦油分离系统，使得气化炉3出口的粗煤气进入预处理装置1，从而使粗煤气中重质焦油活化，并使粗煤气中的催化剂和飞灰结合达到进入超临界气化系统2所需要的状态；然后再使预处理装置1出口的催化剂、飞灰和活化后的重质焦油进入超临界气化系统2，通过一定的工艺控制，使得活化的重质焦油全部被分解为小分子的可燃气体，实现飞灰和重质焦油的分离，同时可气化因流化而带出的小颗粒飞灰，从而提高了固体飞灰的转化效率。可以看出，在气化炉3后煤气冷却前，通过预处理装置1和超临界气化系统2可以有效地对飞灰和重质焦油进行分离，并将经济性差的重质焦油和飞灰进行处理，得到了洁净度很好的煤气，增加了轻质焦油和气化产品的收率，从而提高了工艺整体的经济性。此外，由于省去了原有的旋风系统及焦油分离系统，使得工艺系统流程得到了简化。
参见图3，图中示出了本实施例提供的预处理装置1的优选结构。如图所示，预处理装置1可以包括：第一反应室13和第二反应室14。其中，第一反应室13的进口131与气化炉3的出口31相连通，第一反应室13通过设置一定的压力和温度，使粗煤气中的氢气及水蒸气与重质焦油发生加氢反应，在该过程中，水起到活化剂的作用，氢气作为反应介质与重质焦油的活性组分进行加氢反应，使得重质焦油活化，生成经济性高的小分子油品，进而提高了整体过程的经济性。第一反应室13中，小颗粒飞灰在氢气、一氧化碳及水蒸气的环境下发生热解，高压氢环境热解使得挥发份析出过程变慢，并造成被热解的小颗粒飞灰的颗粒体积膨胀，进而使颗粒比表面积增大，使其更易被水蒸气中的-OH官能团活化。第二反应室14的进口与第一反应室13的出口相连通，并且，第二反应室14的出口141与超临界气化系统2的进口21相连通。第二反应室14的直径可以为第一反应室13的直径的2-4倍，温度可以低于第一反应室13的温度且压力可以等于第一反应室13的压力。膨胀的小颗粒飞灰经过第一反应室13的活化而具有超高的比表面积及吸附性能，由于第二反应室14的温度降低，进而使得催化剂固化的速率远大于催化剂挥发的速率。在第二反应室14内，气化炉3内挥发出来的催化剂被小颗粒飞灰捕集固定，活化后的重质焦油和携带有催化剂的飞灰经由第二反应室14出来的粗煤气进入超临界气化系统2。在超临界气化气体2内，活化后的重质焦油被分解为可燃气体，同时飞灰在催化剂的作用下可迅速与超临界介质发生气化。
当对长焰煤进行催化气化时，第一反应室13的温度可以为850℃，压力可以为20MPa；第二反应室14的温度可以为700℃，压力可以为20MPa，第二反应室14气速可以为第一反应室13气速的0.5倍；超临界气化系统2的温度可以为500℃，压力可以为20MPa；系统实现连续稳定运行，超临界气化系统2出口无焦油及煤粉颗粒。
当对褐煤进行催化气化时，第一反应室13的温度可以为750℃，压力可以为22MPa；第二反应室14的温度可以为600℃，压力可以为22MPa，第二反应室14气速可以为第一反应室13气速的0.3倍；超临界气化系统2的温度可以为700℃，可以为压力22MPa；系统实现连续稳定运行，超临界气化系统2出口无焦油及煤粉颗粒。
当对烟煤进行催化气化时，第一反应室13的温度可以为700℃，压力可以为25MPa；第二反应室14的温度可以为650℃，压力可以为25MPa，第二反应室14气速可以为第一反应室13气速的0.35倍；超临界气化系统2的温度为可以为650℃，压力可以为25MPa；系统实现连续稳定运行，超临界气化系统2出口无焦油及煤粉颗粒。
由于第一反应室13需要一定温度的设置，故应尽量减少第一反应室13的比表面积，以减少设备散热。同时为了满足反应的需要，应尽可能的增加粗煤气在第一反应室13的停留时间，即可以在第一反应室13内设置折流机构4。折流机构4可以包括：多个第一挡板41和多个第二挡板42。其中，各第一挡板41和各第二挡板42均可以沿粗煤气流动方向设置，并且，各第一挡板41的第一端(图3所示的上端)可以连接于第一反应室13的顶壁，各第一挡板41的第二端(图3所示的下端)可以与第一反应室13的底壁具有间隙；各第二挡板42的第一端(图3所示的上端)可以连接于第一反应室13的底壁，各第二挡板42的第二端(图3所示的下端)可以与第一反应室13的顶壁具有间隙。此外，第一挡板41和第二挡板42可以沿粗煤气流动方向交替设置，以形成蛇形气道，从而进一步增加粗煤气在第一反应室13内的停留时间。同时，为了增加气体的停留时间及气体的湍动程度，可以在至少一个第一挡板41的表面和/或至少一个第二挡板42的表面设置翅片43，以提高气体在第一反应室13中的反应效率。
参见图4，第二反应室14的内壁或外壁可以设置有冷却装置，以使第二反应室14的温度低于第一反应室13的温度。具体实施时，冷却装置可以为夹套5，夹套5套设于第二反应室14的外壁，并且，夹套5内流通有低于第一反应室13的温度的低温蒸汽。通过控制低温蒸汽量，即可控制第二反应室14的温度低于第一反应室13，简单易行。
上述各实施例中，第一反应室13的出口可以通过过渡区15与第二反应室14的进口相连通，过渡区15的直径沿粗煤气流动方向逐渐增大，即过渡区15呈锥形设置，以使从第一反应室13出口的气体达到较好的混合过渡后再进入第二反应室14。具体实施时，过渡区15的进口的直径可以与第一反应室13的直径相等，过渡区15的出口的直径可以与第二反应室14的直径相等，过渡区15的母线可以与过渡区15的对称轴方向成30℃-60℃夹角。
参见图5，该系统还可以包括：压缩系统6。气化炉3的出口31可以通过压缩系统6与预处理装置1的进口11相连通，气化炉3出口的粗煤气可以经过压缩系统6后再进入预处理装置1。需要说明的是，粗煤气压力满足要求时，可以不经过压缩系统6而直接进预处理装置1。
参见图6，该系统还可以包括：煤气冷却系统7。煤气冷却系统7的进口71可以与超临界气化系统2的出气口22相连通，经过超临界气化系统2处理后，气体进入煤气冷却系统7，固体小颗粒飞灰随超临界介质排出，进而达到粗煤气油尘分离及综合利用的效果，最终得到无尘无油的清洁煤气。
综上，与现有技术相比，本实施例中，通过在气化炉出口加装预处理装置和超临界气化系统，以代替原有的旋风系统及焦油分离系统，使得气化炉出口的粗煤气进入预处理装置，从而使粗煤气中重质焦油活化，并使粗煤气中的催化剂和飞灰结合达到进入超临界气化系统所需要的状态；然后再使预处理装置出口的催化剂、飞灰和活化后的重质焦油进入超临界气化系统，通过一定的工艺控制，使得活化的重质焦油全部被分解为小分子的可燃气体，实现飞灰和重质焦油的分离，同时可气化因流化而带出的小颗粒飞灰，从而提高了固体飞灰的转化效率。可以看出，在气化炉后煤气冷却前，通过预处理装置和超临界气化系统可以有效地对飞灰和重质焦油进行分离，并将经济性差的重焦油和飞灰进行处理，得到了洁净度很好的煤气，增加了轻质焦油和气化产品的收率，从而提高了工艺整体的经济性。此外，由于省去了原有的旋风系统及焦油分离系统，使得工艺系统流程得到了简化。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。