催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法。所述系统包括：熔融盐催化反应装置，所述熔融盐催化反应装置内设置有熔融盐；二次净化装置，所述二次净化装置内设置有吸附剂；其中在使用中，所述粗合成气进入熔融盐催化反应装置内，所述粗合成气中的煤炭细粉、半焦颗粒、焦油、酚类物质在熔融盐的粘滞捕获作用下与所述熔融盐充分接触，并且在粗合成气中的气体H2、CO、CO2和H2O(g)的作用下发生催化裂解、气化、重整反应，使得所述粗合成气被净化；经熔融盐催化反应装置净化后的粗合成气进入二次净化装置，以通过所述二次净化装置内的吸附剂脱除所述粗合成气中所携带的熔融盐。
【专利说明】
催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法
技术领域
[0001]本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法。
【背景技术】
[0002]煤炭占我国一次能源生产和消费总量的77%和70 %左右。鉴于煤炭在我国能源结构中地位突出、作用重大，而且这种以煤为主的能源结构在可以预见的今后很长一段时间内不会发生实质性的改变。所以煤炭安全就成为国家能源战略安全的研究中的重中之重。因此，需要重新审视煤炭领域的发展模式，改变煤炭消费领域高消耗、重污染、大温室气体排放量的发展现状，使低碳化、清洁化利用真正落实在煤炭行业发展的各个方面，以保障煤炭长期稳定地供应，为国家能源安全和社会经济发展保驾护航。煤炭是我国能源的重要组成部分，实现煤炭清洁高效利用是保证我国能源安全、环境的基本要求，治理大气污染更需要解决煤炭清洁利用问题。煤气化技术在我国有着广泛的市场空间，在煤制气进而制合成氨合成化肥，煤制城市煤气，以及当前国内快速发展的煤制天然气领域均有较为广泛的应用。
[0003]固定床气化是煤气化工艺的一种重要组成形式。在固定床气化过程中，反应器内从上至下同时存在干燥区、热解区、气化区和燃烧区，尽管这一形式对某些工艺有利，如能够较多的保留甲烷组分等。然而，由热解产生的焦油、酚类物质等也大量被带出。为了冷却、洗涤净化粗合成气，使用了大量的冷却水，因而产生了大量含有焦油、酚类等多种难降解、有毒、有害物质的煤化工废水。
[0004]此外，在单独的煤炼焦或热解过程中，亦存在对热解气的冷却过程，在此过程中，同样会产生大量的有毒、有害废水。这些废水中的酚类物质，能直接毒害动植物细胞，在强曝气后生成醌，增大水质毒性，加大水处理的难度;苯、吡啶等多环芳烃具有较强的致癌性。煤化工过程中的废水处理问题，已成为限制煤化工，尤其是固定床气化技术在诸多领域中应用推广的一大难题。
[0005]目前对这类废水的处理，主要是采用预处理、生化法(活性污泥法)、化学法消毒、吸附、膜分离等方式进行综合处理，但是这种处理方式成本较高。据统计，目前煤化工项目的环保设施直接投资占总投资的比例保守估计已到5?15%，且每年都需付出巨大的成本。
[0006]如何才能廉价、高效的解决这一问题，除了对废水处理新工艺、新技术的开发，从源头上讲，如果能够减少粗合成气中的焦油、酚类等物质的含量，则可以大大降低后续处理压力。对此，一些研究者认为，提高粗合成气出口温度，相应产生的粗合成气中的焦油、酚类物质的含量降低，则废水就能够较易处理。
[0007]公开号为CN102041098A的专利申请公开的固定床熔渣气化炉即基于此理念，提高炉内反应温度，提高处理量的同时降低焦油含量，减少酚类物质的量，但甲烷含量同时降低。
[0008]公开号为CN104593079A的专利申请公开的将粗合成气从气化炉中带出时进行再加热使其在高温下发生裂解重整反应，尽管能够有效的除去粗合成气中的焦油及酚类物质，但高温将导致甲烷裂解，因而对制天然气工艺不利且能耗较高。
【发明内容】
[0009]为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种催化净化煤化工粗合成气的系统和方法。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种催化净化处理煤化工粗合成气的系统，所述系统包括:
[0011]熔融盐催化反应装置，所述熔融盐催化反应装置内设置有熔融盐；
[0012]二次净化装置，所述二次净化装置内设置为吸附剂；
[0013]其中在使用中，所述粗合成气进入所述熔融盐催化反应装置内，所述粗合成气中的煤炭细粉、半焦颗粒、焦油、酚类物质在所述熔融盐的粘滞捕获作用下与所述熔融盐充分接触，并且在所述粗合成气中的气体出、0)、0)2和!120(8)的作用下发生催化裂解、气化、重整反应，使得所述粗合成气被净化；
[0014]经所述熔融盐催化反应装置净化后的粗合成气进入所述二次净化装置，以通过所述二次净化装置内的所述吸附剂脱除所述净化后的粗合成气中所携带的所述熔融盐。
[0015]在一个示例中，在进入所述熔融盐催化反应装置之前的粗合成气为从煤化工气化工艺直接排出的未经冷却的粗合成气，所述粗合成气的初始温度在400-600°C之间。
[0016]在一个示例中，所述熔融盐包括锂、钠、钾的碱金属的盐中的任一种或它们的任意组合。
[0017]在一个示例中，所述熔融盐的熔点在700°C以下；
[0018]所述熔融盐还包括助催化剂，所述助催化剂包括N1、Al2O3和Fe2O3中的任一种或它们的任意组合。
[0019]在一个示例中，所述熔融盐催化反应装置包括:不锈钢制成的且外表面设置有隔热材料的圆柱形反应器壳体、粗合成气进口、气体分布板、粗合成气出口，所述粗合成气进口位于所述圆柱形反应器壳体的下部底端上或下部的侧面上，所述气体分布板具有锥形或平板型布孔方式且位于圆柱形反应器壳体的下部，所述粗合成气出口位于所述圆柱形反应器壳体的顶端，
[0020]其中所述圆柱形反应器壳体内的气体分布板上设置有所述熔融盐和填充在所述熔融盐之间的堆垛型填料，
[0021 ]粗合成气经过连接至粗合成气进口的粗合成气进口装置进入到所述圆柱形反应器壳体内，并通过与所述粗合成气出口连接的粗合成气出口装置流入所述二次净化装置，
[0022]所述二次净化装置的底端设置有用于净化后的粗合成气流入的进口和在其顶端设置有用于二次净化后的粗合成气流出的出口，所述二次净化后的粗合成气通过连接至二次净化装置的出口的二次净化后的粗合成气出口装置流出所述二次净化装置，其中所述吸附剂包括活性半焦。
[0023]在一个示例中，所述系统还包括彼此连接的熔融盐再生装置和空气进口装置，
[0024]在使用时，将所述熔融盐催化反应装置内的熔融盐抽取至所述熔融盐再生装置内，之后通过所述空气进口装置向所述熔融盐再生装置内通入空气，通过空气对所述熔融盐中残存的未充分反应的半焦细粉颗粒进行燃烧反应以进行所述熔融盐的再生，再生后的熔融盐再次被抽取到所述熔融盐催化反应装置内。
[0025]在一个示例中，所述熔融盐再生装置包括由不锈钢制成且外表面设置有隔热材料的圆柱形反应器壳体、位于圆柱形反应器壳体内的下端处的气体分布板以及位于所述气体分布板上的待进行再生反应的熔融盐，所述熔融盐再生装置通过熔融盐出料管和熔融盐进料管与所述熔融盐催化反应装置连接，
[0026]在使用时，通过所述熔融盐出料管借助于栗将所述熔融盐催化反应装置内的熔融盐抽取到所述熔融盐再生装置内，并且通过所述熔融盐进料管借助于另一栗将再生后的熔融盐抽取回所述熔融盐催化反应装置内，所述燃烧反应所产生的废气通过位于所述熔融盐再生装置的圆柱形反应器壳体的顶端的废气口排出。
[0027]在一个示例中，所述粗合成气进口装置、粗合成气出口装置、二次净化后的粗合成气出口装置和空气进口装置中的至少一个上设置有止逆阀，所述粗合成气进口装置和所述空气进口装置分别包括多个进气通道。
[0028]根据本发明的另一个方面，提供了一种利用上述的系统催化净化处理煤化工粗合成气的方法，包括以下步骤:
[0029](I)粗合成气中的焦油催化裂解:从煤化工气化工艺中流出的粗合成气直接进入熔融盐催化反应装置，依靠所述粗合成气自身的温度使所述熔融盐熔融，所述粗合成气进入熔融盐中之后，所述粗合成气中的焦油在所述熔融盐中催化裂解并得到残炭和大量的主要包括CH4、HdPC0的气体产物，所述残炭残留在所述熔融盐中与粗合成气中的C0#PH20(g)继续反应生成主要包括出和⑶的合成气体；
[0030](2)粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒的气化:所述粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒首先被熔融盐粘滞捕获，同时在熔融盐的催化作用下，粗合成气中的C0#PH20(g)与粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒发生气化反应，生成CO和H2;
[0031](3)粗合成气中的合成气体的成分的重整:在熔融盐的催化作用下，所述粗合成气中的气体组成发生重整反应；
[0032](4)重整后的合成气体的净化:通过二次净化装置脱除所述粗合成气中所携带的熔融盐。
[0033]在一个示例中，所述方法还包括:将含有半焦或残炭的熔融盐从熔融盐催化反应装置内抽取到熔融盐再生装置内，通过通入空气使得熔融盐中残留的半焦或细粉发生燃烧反应，之后提高熔融盐的温度并进行熔融盐的再生；
[0034]其中，所述重整反应包括水煤气变换反应和大分子气体的裂解反应，所述大分子气体包括乙烷和/或丙烷。
[0035]本发明的技术方案的有益效果是:本发明所提供的催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法通过熔融盐催化转化粗合成气的方法，在熔融盐的催化作用下，使粗合成气中的焦油、酚类等物质再次裂解从而实现其轻质化，无害化，且能够再产生部分甲烷等有效气体。通过熔融盐的粘滞捕获作用，去除掉粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒，同时，由于粗合成气中携带有热解产生和气化未完全反应的C0dPH20(g)，因此无需外加气体即可实现熔融盐催化气化粗合成气中半焦或细煤粉颗粒的目的。而且，在熔融盐的催化作用下，能够实现对合成气体的组分的定向重整作用，最终达到净化粗合成气，并实现提高其中的甲烷等有效气含量的目的。从而从源头上减少粗合成气中焦油、酚类物质的量，进而减少后续处理工序的压力。
【附图说明】
[0036]本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0037]图1是根据本发明的一个实施例的用于催化净化处理煤化工粗合成气的系统的结构示意图；
[0038]图2是根据本发明的另一个实施例的用于催化净化处理煤化工粗合成气的系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0040]本发明的发明构思在于:通过使用熔融盐的催化处理技术，在与气化炉出口排出的粗合成气温度接近的条件下，将其通过催化裂化等反应，降低其中的焦油、酚类等等有害物质，这将大大降低后续进一步净化、降温处理的负荷，同时极大地减少煤化工废水量。
[0041]因此，本发明采用具有良好导热、蓄热和催化性能的盐类混合物作为熔融盐，在与粗合成气温度接近条件下，将粗合成气全部通过熔融盐。在熔融盐的催化作用下，使其中的焦油、酚类等物质再次裂解从而实现其轻质化，无害化，且能够再产生部分甲烷气体。同时，由于粗合成气中携带有热解产生和气化未完全反应的C0dPH20(g)，因此无需外加气体即可实现熔融盐催化气化粗合成气中半焦或细煤粉颗粒的目的。最终达到净化粗合成气，并实现提高其中的甲烷等有效气含量的目的。
[0042]本发明的一个实施例提供了一种催化净化处理煤化工粗合成气的系统。如图1所示，所述系统包括熔融盐催化反应装置10和二次净化装置20，所述熔融盐催化反应装置10内设置有熔融盐11，所述二次净化装置20内设置有吸附剂21，例如活性半焦。当然，该吸附剂21还可以选用其他任何适合的吸附物质。
[0043]在使用中，所述粗合成气进入熔融盐催化反应装置10内，所述粗合成气中的煤炭细粉、半焦颗粒、焦油、酚类物质在熔融盐11的粘滞捕获作用下与所述熔融盐11充分接触，并且在粗合成气中的气体出、0)、0)2和!120(8)的作用下发生催化裂解、气化、重整反应，使得所述粗合成气被净化；
[0044]经熔融盐催化反应装置10净化后的粗合成气进入二次净化装置20，以通过所述二次净化装置20内的吸附剂21脱除所述净化后的粗合成气中所携带的熔融盐11。
[0045]具体地，熔融盐催化反应装置10包括圆柱形反应器壳体13、粗合成气进口14、气体分布板15和粗合成气出口 16。所述圆柱形反应器壳体13由耐腐蚀、耐高温的不锈钢材料制成，以实现耐强碱高温腐蚀的目的。当然，优选地，为了防止热量散失，还可以在所述圆柱形反应器壳体13的外表面上设置一层隔热材料(未图示)。所述圆柱形反应器壳体13内的所有部件的设置不必如图1所示，图1所显示的仅是本发明的一个示例，本领域技术人员可以根据需要设置各部件的位置。
[0046]在图1中，粗合成气进口14位于所述圆柱形反应器壳体13的下部底端上。另外，如图2所示，粗合成气进口 14还可以设置于圆柱形反应器13的下部的侧面上，且与之相连的粗合成气进口装置I的进气管通过该粗合成气进口 14插入到圆柱形反应器壳体13的底部中心位置处。所述气体分布板15具有锥形或平板型布孔方式且位于圆柱形反应器壳体13的下部，所述粗合成气出口 16位于所述圆柱形反应器壳体13的顶端。这样，在使用中，在气体分布板15上放置熔融盐11，并且为了将进入到其中的粗合成气分散开，还在圆柱形反应器壳体13内的气体分布板15上方的空间中设置有不同类型的堆垛型填料12，以填充在熔融盐11之间。粗合成气经过连接至粗合成气进口 14的粗合成气进口装置I进入到圆柱形反应器壳体13内。之后，所述粗合成气首先经过气体分布板15进行再分布，分布后的气体在恪融盐催化反应装置10内与熔融盐11进行充分反应。同时，通过在该熔融盐催化反应装置10内布置不同类型堆垛型填料12将所述粗合成气充分分散开来。粗合成气中的煤炭细粉、半焦颗粒、焦油、酚类物质在熔融盐的粘滞捕获作用下与熔融盐充分接触，并在粗合成气体出、CO、CO2和H20(g)类型气体的作用下，发生催化裂解、气化、重整反应，从而使粗合成气得到充分净化。
[0047]二次净化装置20的底端设置有用于净化后的粗合成气流入的进口 22和在其顶端设置有用于二次净化后的粗合成气流出的出口 23，所述二次净化后的粗合成气通过连接至二次净化装置的出口 23的二次净化后的粗合成气出口装置3流出所述二次净化装置20，其中所述吸附剂21包括活性半焦。
[0048]经熔融盐催化反应装置10净化后的气体经过粗合成气出口装置2在进口22处进入二次净化装置20;而后在脱除了粗合成气中携带的微量熔融盐之后，经过出口 23排出。当然，也可以经过连接至出口 23的二次净化后的粗合成气出口装置3排出。由于已经在熔融盐催化反应装置10中脱除了粗合成气中焦油、酚类、半焦和细粉煤等物质，因而仅需将粗合成气中携带的微量熔融盐脱除即可，故在本实例中仅在该二次净化装置20内填充有活性半焦21进行干法脱除碱金属类物质。
[0049]如图所示，该二次净化装置20也大体设置成圆柱形。
[0050]在本发明中，所述熔融盐11包括锂、钠、钾的碱金属的盐中的任一种或它们的任意组合。所述熔融盐的熔点在700°C以下。所述熔融盐11还包括助催化剂，所述助催化剂包括N1、Al203和Fe2O3中的任一种或它们的任意组合。在一个示例中，可以通过调节不同类型碱金属盐的比例，从而使得控制该熔融盐的熔点在700°C以下，例如可以设置成质量比为Li2CO3: Na2CO3: K2CO3 = 1:1:1的混合物，作为所述熔融盐11。如上所述，还可以根据后续对产品的需求，使得该熔融盐11还包括上述的助剂，以调整合成气体的组成，例如可实现定向重整且在气体中多产天然气的目的。
[0051]在此需要说明的是，本发明所采用的熔融盐催化处理方法是一种涉及气、液、固三相反应方法，其特点是设有一温度较高的熔池(即本发明的熔融盐催化反应装置内的空间)。为粗合成气的反应物直接进入熔池，反应的全部过程都在熔池内完成。熔融盐11可为单一碱金属盐类，也可为复合催化剂，如碳酸锂，碳酸钠，碳酸钾混合物等等。熔融盐的熔点与所选用的盐类性质有关。
[0052]在本发明的另一示例中，所述系统除包括上述的熔融盐催化反应装置10和二次净化装置20之外，还包括熔融盐再生装置30 ο将所述熔融盐催化反应装置20内的熔融盐11抽取至所述熔融盐再生装置30内，之后通过空气进口装置4向所述熔融盐再生装置30内通入空气，通过空气对熔融盐11中残存的未充分反应的半焦细粉颗粒进行燃烧反应以进行熔融盐11的再生，所述再生后的熔融盐11再次被抽取到所述熔融盐催化反应装置10内。
[0053]所述熔融盐再生装置30包括由不锈钢制成且外表面设置有隔热材料的圆柱形反应器壳体31、位于圆柱形反应器壳体内的下端处的气体分布板32以及位于气体分布板32上的待进行再生反应的熔融盐11，通过熔融盐出料管5借助于栗6将所述熔融盐催化反应装置10内的熔融盐11抽取到所述熔融盐再生装置30内，并且通过熔融盐进料管7借助于另一栗8将再生后的熔融盐抽取回所述熔融盐催化反应装置10内，所述燃烧反应所产生的废气通过位于熔融盐再生装置30的圆柱形反应器壳体31的顶端的废气口 35排出。
[0054]如图1和2所示，空气进口装置4通过设置于圆柱形反应器壳体31的底端的进口 33插入到熔融盐再生装置30内，并且熔融盐进料管7的一端通过设置于圆柱形反应器壳体31的顶端上的出口 34插入到熔融盐再生装置30内，而其另一端插入到熔融盐催化反应装置10内。熔融盐出料管5的两端分别插入到熔融盐催化反应装置10和熔融盐再生装置30内。
[0055]当然，在熔融盐再生装置30内也可以设置堆垛型填料，以实现将气体分散开的目的。
[0056]如上所述，本发明的该类型熔融盐加热熔融的方式为若反应温度采用与进入熔融盐催化反应装置10中的粗合成气的温度匹配时，通过粗合成气中携带的热量加热熔融所述熔融盐;若在该条件下反应转化率不足，则在熔融盐再生装置30中通过控制通入空气量，控制半焦燃烧速率以再次加热熔融盐并将该加热后的熔融盐抽取到熔融盐催化反应装置10中，以有目标的提高熔融盐的温度。
[0057]需要说明的是，设置熔融盐再生装置30的原因在于:在熔融盐催化反应装置10内，由于熔融盐的粘滞捕获作用，焦油、酚类物质及细粉煤和半焦颗粒可以较为完全的被捕获下来；由于焦油、酚类物质均为气相组分，因而可以较为充分的发生催化裂解反应，而对于部分活性较低的半焦或残炭，将残留在熔融盐中，由于熔融盐催化反应装置10内温度相对较低，这类物质反应速率较慢，因而需要将此部分裹挟半焦或残炭的熔融盐输送至熔融盐再生装置30内进行再生。再生方法为通入空气，使熔融盐中残留的半焦或细粉充分发生燃烧反应，通过这类物质的燃烧供热，提高熔融盐床层的温度，进而进一步提高反应速率，从而将熔融盐中半焦或细粉充分燃烧完全，实现熔融盐的再生。对于使用一段时间的熔融盐，也可以通过熔融盐再生装置30，取样进行分析测试，分析其反应活性变化，同时可以实现补充新的熔融盐以完成在线更新。
[0058]在本发明的还一示例中，为了防止粗合成气的倒吸和熔融盐进入相应的进出气装置中，可以在所述粗合成气进口装置1、粗合成气出口装置2、二次净化后的粗合成气出口装置3和空气进口装置4上分别设置有止逆阀(未标示)；当然也可以根据需要选择在哪个装置上设置止逆阀，而不是全部的上述装置都设置止逆阀。为了使粗合成气较为分散的进入熔融盐反应装置10中，所述粗合成气进口装置I包括多个进气通道。当然，为了使空气较为分散的进入熔融盐再生装置30中，所述空气进口装置4也包括多个进气通道。
[0059]在本发明的另一实施例中，提供了一种利用上述的系统催化净化处理煤化工粗合成气的方法。所述方法包括以下步骤:
[0060](I)粗合成气中的焦油催化裂解:从煤化工气化工艺中流出的粗合成气不经过冷却直接进入熔融盐反应装置10，依靠所述粗合成气自身的温度(例如粗合成气的初始温度在400-600°C的范围内，该初始温度通常高于熔融盐的熔化温度)使所述熔融盐11熔融，所述粗合成气进入熔融盐11中之后，所述粗合成气中的焦油在所述熔融盐11中催化裂解并得到残炭和大量的主要包括CH4、H#PC0的气体产物，所述残炭残留在所述熔融盐11中与粗合成气中的(》2和出0(8)继续反应生成主要包括出和⑶的合成气体；
[0061](2)粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒的气化:所述粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒首先被熔融盐粘滞捕获，同时，在熔融盐的催化作用下，粗合成气中的C0#PH20(g)与粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒发生气化反应，生成CO和合成气；
[0062](3)粗合成气中的合成气体的成分的重整:在熔融盐11的催化作用下，所述粗合成气中的合成气体组成发生重整反应；
[0063](4)重整后的合成气体的净化:通过二次净化装置脱除所述粗合成气中所携带的熔融盐。
[0064]在步骤(I)中，可以通过粗合成气自身的温度实现熔融盐熔融以及为相关的反应提供能量的目的。
[0065]在步骤(2)中，半焦中的灰分残留在熔融盐中，因而对于熔融盐，在使用一段时间之后，需要进行在线更换，从而保证催化剂的高活性。
[0066]对于一些类型的煤种，其半焦或细粉煤气化活性较差，此时，在该熔融盐催化反应装置10内，将主要利用熔融盐的粘滞捕获作用，将粗合成气中的半焦或细粉煤捕获下来。由于该类型半焦活性较差，在有限时间内，其不能够充分气化反应，因而考虑将携带半焦的熔融盐及时从该熔融盐催化反应装置10内带出，并且在熔融盐再生装置30内，通入空气燃烧，以充分实现半焦的转化。反应之后的熔融盐温度得到一定提升，可根据需要直接进入熔融盐催化反应装置10内或经过再次净化后进入熔融盐催化反应装置10。
[0067]在步骤(3)中，由于熔融盐的催化作用，粗合成气中的气体组成可能会发生一定的重整作用，如0)与出0(^变换反应等。所述重整反应包括水煤气变换反应和大分子气体的裂解反应，所述大分子气体包括乙烷和/或丙烷。此外，对于一些特定的工艺，比如合成气制天然气工艺，通过对熔融盐中添加Ni，Fe等类型催化剂，可实现定向重整，气体中多产天然气的目的。
[0068]在步骤(4)中，进入二次净化装置20中的粗合成气所携带的熔融盐是微量的，可以通过二次净化装置20中的活性半焦21直接脱除。
[0069]在本发明的另一示例中，所述方法还包括:将含有半焦或残炭的熔融盐从熔融盐催化反应装置内抽取到熔融盐再生装置内，通过通入空气使得熔融盐中残留的半焦或细粉发生燃烧反应，提高熔融盐的温度和进行熔融盐的再生。
[0070]在所述熔融盐的再生步骤中，在熔融盐催化反应装置内，由于熔融盐的粘滞捕获作用，焦油、酚类物质及细粉煤和半焦颗粒可以较为完全的被捕获下来。由于焦油、酚类物质均为气相组分，因而可以较为充分的发生催化裂解反应。而对于部分活性较低的半焦或残炭，将残留在熔融盐中。由于熔融盐催化反应装置内温度相对较低，这类物质反应速率较慢，因而需要将此部分裹挟半焦或残炭的熔融盐输送至熔融盐再生装置内进行再生。再生方法为通入空气，使熔融盐中残留的半焦或细粉充分发生燃烧反应，通过这类物质的燃烧供热，提高熔融盐床层的温度，进而进一步提高反应速率，从而将熔融盐中半焦或细粉充分燃烧完全，从而实现熔融盐的再生。对于使用一段时间的熔融盐，也可以通过再生装置，取样进行分析测试，分析其反应活性变化，同时可以实现补充新的熔融盐以完成在线更新。
[0071]与现有技术相比，本发明所提供的催化净化处理煤化工粗合成气的系统和方法，减少了大量洗涤、冷却用水，进而减少了煤化工废水的处理量。此外，通过熔融盐对粗合成气的催化净化处理，更多的获取了有效气体，且能够根据后续工艺需要对合成气进行定向重整。本发明所提供的工艺适用性较强，且结构简单，紧凑，适宜于不同类型规模的工业化放大使用。
[0072]虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
【主权项】
1.一种催化净化处理煤化工粗合成气的系统，所述系统包括: 熔融盐催化反应装置，所述熔融盐催化反应装置内设置有熔融盐； 二次净化装置，所述二次净化装置内设置有吸附剂； 其中在使用中，所述粗合成气进入所述熔融盐催化反应装置内，所述粗合成气中的煤炭细粉、半焦颗粒、焦油、酚类物质在所述熔融盐的粘滞捕获作用下与所述熔融盐充分接触，并且在所述粗合成气中的气体H2、co、co#ra2o(g)的作用下发生催化裂解、气化、重整反应，使得所述粗合成气被净化； 经所述熔融盐催化反应装置净化后的粗合成气进入所述二次净化装置，以通过所述二次净化装置内的所述吸附剂脱除所述净化后的粗合成气中所携带的所述熔融盐。2.根据权利要求1所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，在进入所述熔融盐催化反应装置之前的粗合成气为从煤化工气化工艺直接排出的未经冷却的粗合成气，所述粗合成气的初始温度在400-600 °C之间。3.根据权利要求1所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述熔融盐包括锂、钠、钾的碱金属的盐中的任一种或它们的任意组合。4.根据权利要求3所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述熔融盐的熔点在700 °C以下； 所述熔融盐还包括助催化剂，所述助催化剂包括N1、A1203和Fe2O3中的任一种或它们的任意组合。5.根据权利要求1-4中任一项所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述熔融盐催化反应装置包括:不锈钢制成的且外表面设置有隔热材料的圆柱形反应器壳体、粗合成气进口、气体分布板、粗合成气出口，所述粗合成气进口位于所述圆柱形反应器壳体的下部底端上或下部的侧面上，所述气体分布板具有锥形或平板型布孔方式且位于圆柱形反应器壳体的下部，所述粗合成气出口位于所述圆柱形反应器壳体的顶端， 其中所述圆柱形反应器壳体内的气体分布板上设置有所述熔融盐和填充在所述熔融盐之间的堆垛型填料， 粗合成气经过连接至粗合成气进口的粗合成气进口装置进入到所述圆柱形反应器壳体内，并通过与所述粗合成气出口连接的粗合成气出口装置流入所述二次净化装置， 所述二次净化装置的底端设置有用于净化后的粗合成气流入的进口和在其顶端设置有用于二次净化后的粗合成气流出的出口，所述二次净化后的粗合成气通过连接至二次净化装置的出口的二次净化后的粗合成气出口装置流出所述二次净化装置，其中所述吸附剂包括活性半焦。6.根据权利要求5所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述系统还包括彼此连接的熔融盐再生装置和空气进口装置， 在使用时，将所述熔融盐催化反应装置内的熔融盐抽取至所述熔融盐再生装置内，之后通过所述空气进口装置向所述熔融盐再生装置内通入空气，并通过空气对所述熔融盐中残存的未充分反应的半焦细粉颗粒进行燃烧反应以进行所述熔融盐的再生，再生后的熔融盐再次被抽取到所述熔融盐催化反应装置内。7.根据权利要求6所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述熔融盐再生装置包括由不锈钢制成且外表面设置有隔热材料的圆柱形反应器壳体、位于圆柱形反应器壳体内的下端处的气体分布板以及位于所述气体分布板上的待进行再生反应的熔融盐，所述熔融盐再生装置通过熔融盐出料管和熔融盐进料管与所述熔融盐催化反应装置连接， 在使用时，通过所述熔融盐出料管借助于栗将所述熔融盐催化反应装置内的熔融盐抽取到所述熔融盐再生装置内，并且通过所述熔融盐进料管借助于另一栗将再生后的熔融盐抽取回所述熔融盐催化反应装置内，所述燃烧反应所产生的废气通过位于所述熔融盐再生装置的圆柱形反应器壳体的顶端的废气口排出。8.根据权利要求7所述的催化净化处理煤化工粗合成气的系统，其中，所述粗合成气进口装置、粗合成气出口装置、二次净化后的粗合成气出口装置和空气进口装置中的至少一个上设置有止逆阀，所述粗合成气进口装置和所述空气进口装置分别包括多个进气通道。9.一种利用根据权利要求1-8中任一项所述的系统催化净化处理煤化工粗合成气的方法，包括以下步骤: (1)粗合成气中的焦油催化裂解:从煤化工气化工艺中流出的粗合成气直接进入熔融盐催化反应装置，依靠所述粗合成气自身的温度使所述熔融盐熔融，所述粗合成气进入熔融盐中之后，所述粗合成气中的焦油在所述熔融盐中催化裂解并得到残炭和大量的主要包括CH4、HdPC0的气体产物，所述残炭残留在所述熔融盐中与粗合成气中的C0#PH20(g)继续反应生成主要包括出和⑶的合成气体； (2)粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒的气化:所述粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒首先被熔融盐粘滞捕获，同时在熔融盐的催化作用下，粗合成气中的C0#PH20(g)与粗合成气中的半焦及细粉煤颗粒发生气化反应，生成CO和H2; (3)粗合成气中的合成气体的成分的重整:在熔融盐的催化作用下，所述粗合成气中的气体组成发生部分重整反应； (4)重整后的合成气体的净化:通过二次净化装置脱除所述粗合成气中所携带的熔融土卜ΠΤΤ.010.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还包括:将含有半焦或残炭的熔融盐从熔融盐催化反应装置内抽取到熔融盐再生装置内，通过通入空气使得熔融盐中残留的半焦或细粉发生燃烧反应，之后提高熔融盐的温度并进行熔融盐的再生； 其中，所述重整反应包括水煤气变换反应和大分子气体的裂解反应，所述大分子气体包括乙烷和/或丙烷。
【文档编号】C10K3/02GK105838449SQ201610345582
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】张乾, 梁丽彤, 黄伟, 刘建伟, 申浩
【申请人】太原理工大学