一种用于含碳固体燃料的催化气化处理装置及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于石油焦催化气化技术领域，更具体地，涉及一种用于含碳固体燃料的催化气化处理装置及其应用，该装置尤其适用于合理高效清洁气化利用石油焦。
【背景技术】
[0002]石油焦是重渣油经过延迟焦化工艺得到的炼油工业的副产品。近年来，随着石油消耗量增加，以及世界原油重质化，炼厂产生的石油焦尤其是高硫石油焦的产量逐年上升。现在国内石油焦尤其是高硫石油焦已经供大于求，传统燃烧利用方式环境友好度差。在这样的大背景之下，如何高效清洁利用石油焦成为一个亟待解决的重要课题。
[0003 ]石油焦气化技术能有效降低固体颗粒物、NOx、SOx等污染物的排放，生产的合成气利用途径广泛，并且能够利用硫回收装置回收高硫石油焦的硫，变废为宝，提高产品利用的经济价值。气化技术由于其良好的环境友好度，优秀的产品品质，被认为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、孔隙结构不发达、矿物质含量少，这些物理化学方面的性质导致石油焦的气化活性很差。因此目前工业中石油焦气化均是在很高的温度范围内，约1200°C至1700°C，然而温度高带来的缺点是需要更多燃料来提供热量维持高温，需要更高强度的设备材料。为了减少能量的浪费以及延长设备的运行寿命有必要提高石油焦气化反应活性。
[0004]自从1867年英国专利公开煤催化技术以来，已经有众多专利公开碱金属盐和碱土金属盐能提高碳质燃料的气化反应活性、降低气化反应温度、改善煤气组成。对于石油焦，其表面光滑，孔隙结构不发达，传统的石油焦与催化剂机械混合或浸渍添加的方式中，石油焦附着催化剂的能力差。因而在流化床中，由于气固反应的过程中存在剧烈扰动，催化剂易与石油焦分离，大大减少了石油焦与催化剂接触的几率，焦表面的活性中间体难以形成，阻断了催化反应的进行，从而导致流化床中催化剂催化气化石油焦的效果差。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于含碳固体燃料的催化气化处理装置及其应用，其中通过对装置中关键的催化气化反应前端组件和后端组件的结构及其设置方式等进行改进，与现有技术相比能够解决流化床中石油焦气化反应速率低以及直接在流化床中添加气化催化剂催化效果差的技术问题，有效的提高含碳固体燃料(尤其是石油焦)与催化剂进行气化反应生成合成气体(如煤气)的气化反应效率;此夕卜，本发明中的催化气化处理装置，能够采用较低的降低含碳固体燃料的催化气化反应温度，并提高整体装置的热量利用率。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于含碳固体燃料的催化气化处理装置，其特征在于，包括物料混合组件、预热移动床反应器(5)、流化床气化炉(9)、第一气固分离器(13)、第二气固分离器(15)和洗涤塔(19)，其中，
[0007]所述物料混合组件用于将含碳固体燃料与催化剂混合得到混合物料；
[0008]所述预热移动床反应器(5)与所述物料混合组件相连，用于预热所述混合物料;该预热移动床反应器(5)包括内壳体(6)和外壳体，该内壳体(6)嵌于所述外壳体的内部，所述内壳体(6)和所述外壳体之间形成有空心的夹层；
[0009]所述流化床气化炉(9)与所述预热移动床反应器(5)相连，用于对预热后的所述混合物料进行催化气化反应得到气化反应产物；
[0010]所述第一气固分离器(13)分别与所述流化床气化炉(9)和所述预热移动床反应器
(5)连接，用于对所述气化反应产物进行第一次气固分离;该第一次气固分离得到的固体通入到该流化床气化炉(9)中继续进行催化气化反应；
[0011]所述第二气固分离器(15)与所述预热移动床反应器(5)相连，所述第一次气固分离得到的气体流经所述预热移动床反应器(5)的夹层通入所述第二气固分离器(15)进行第二次气固分离，流经所述预热移动床反应器(5)夹层的所述第一次气固分离得到的气体用于对该预热移动床反应器(5)进行供热；
[0012]所述洗涤塔(19)通过气体冷却器(17)与所述第二气固分离器(15)相连，所述气体冷却器(17)用于对所述第二次气固分离得到的气体进行冷却;所述洗涤塔(19)用于对冷却后的所述第二次气固分离得到的气体进行洗涤，最终输出洗涤后的所述第二次气固分离得到的气体。
[0013]作为本发明的进一步优选，所述用于含碳固体燃料的催化气化处理装置还包括气体预热器(16)，该气体预热器(16)与所述流化床气化炉(9)相连，用于预热氧气或者空气，并将预热后的所述氧气或者所述空气通入该流化床气化炉(9)参与所述催化气化反应；
[0014]所述第二次气固分离得到的气体在通入所述气体冷却器(17)前，流经该气体预热器(16)，并用于对该气体预热器(16)进行供热。
[0015]作为本发明的进一步优选，所述流化床气化炉(9)的下端还与冷渣器(11)连接，所述流化床气化炉(9)中催化气化反应得到的灰渣通入该冷渣器(11)进行冷却;所述冷渣器
(11)是通过喷淋液态水使所述灰渣冷却，所述液态水吸收所述灰渣的热量汽化形成水蒸气，所述水蒸气通入该流化床气化炉(9)参与所述催化气化反应。
[0016]作为本发明的进一步优选，所述用于含碳固体燃料的催化气化处理装置还包括气体净化硫回收装置(18)，该气体净化硫回收装置(18)分别与所述气体冷却器(17)和所述洗涤塔(19)相连，用于对冷却后的所述第二次气固分离得到的气体进行脱硫处理，脱硫后得到的所述第二次气固分离得到的气体再通入所述洗涤塔(19)进行洗涤。
[0017]作为本发明的进一步优选，所述预热移动床反应器(5)内部设置有多个物料滑道
(7)，所述物料滑道(7)均位于所述内壳体(6)的内部，所述物料滑道(7)与水平面的夹角均为30° ?45°。
[0018]作为本发明的进一步优选，所述预热移动床反应器(5)的温度为500°C?700°C;所述流化床气化炉(9)的温度为900 0C?1000 0C。
[0019]作为本发明的进一步优选，所述含碳固体燃料为石油焦;优选的，石油焦的颗粒粒径小于等于8mm。
[0020]作为本发明的进一步优选，所述催化剂为1(:^03、醋酸钾、1(2304、1((:1、1^03、030、〇3(N03)2、醋酸钙、CaCl2、Na2C03、NaN03、醋酸钠、Na2S04、NaCl和草木灰中的一种或多种。
[0021]按照本发明的另一方面，提供了上述用于含碳固体燃料的催化气化处理装置在催化气化处理含碳固体燃料中的应用。
[0022]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果:
[0023]1.本发明的工艺方法与装置将含碳固体燃料(如石油焦)与催化剂在进入流化床气化炉之前提前热处理，使得石油焦与催化物质反应生成中间复合物，从而在流化床气化炉中有气流强烈扰动时石油焦与催化物质不易分离得到良好的催化效果；
[0024]在碳质燃料与气