CN101245263B - 劣质原料非催化部分氧化气化炉 - Google Patents

劣质原料非催化部分氧化气化炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备合成气的气化炉，具体地说涉及一种多喷嘴的竖式气流床。一种劣质原料非催化部分氧化气化炉，包括有在气化反应室(3)的顶部设有至少1个喷嘴(2)，气化反应室(3)与激冷洗涤室(4)连通，其特征是：气化反应室(3)设置在气化炉的上部，激冷洗涤室(4)设置在气化炉的下部，所述的气化反应器室(3)和激冷洗涤室(4)共用一个承压筒体(1)。本发明优点是其既可以避免气化反应室上部超温，又可以延长气化反应室下部熔渣出口区域部件的寿命。

Description

劣质原料非催化部分氧化气化炉
技术领域：
本发明涉及一种制备合成气的气化炉，具体地说涉及一种多喷嘴的竖式气流床。
背景技术：
随着我国国民经济的高速发展，能源已经成为我国实现下一步战略目标的主要瓶颈问题，与国家安全息息相关。2004年我国进口原油首次超过1亿吨，对外依存度达到了40％。进口原油大多为高硫原油，深加工后产生大量高硫、高灰的劣质石油焦和劣质沥青。如何高效、清洁利用高硫、高灰的劣质石油焦和沥青已成为目前大型石油化工企业普遍面临的问题。另外，大型炼油及石油化工企业普遍产生大量的水处理后含碳污泥和一些炼厂污油、炼厂尾气，目前这些废物普遍采取燃烧、掩埋、放空的处理方式，给环境造成了极大的危害，也造成了有限资源的极大浪费。如何将水处理后含碳污泥、炼厂污油、炼厂尾气进行无害洁净处理，达到“零排放”，最大限度回收利用含碳物质等有用原料，变废为宝，节能降耗，最大限度做到资源的节约化和环境友好，增进企业和经济社会的可持续发展，也是目前大型炼油及石油化工企业普遍面临的问题。
劣质原料主要指煤、石油焦、沥青、焦炉气、煤层气、炼厂气、含烃尾气等或这些原料的某种组合，例如煤和石油焦的组合，煤与焦炉气的组合，石油焦与炼厂气的组合等等。劣质原料可以通过气化烧嘴在气化炉内进行非催化部分氧化反应制备合成气，用于制氢、生产氨、甲醇、液体燃料油等大宗化学品，在石油价高的现状下，通过不同劣质原料的组合制合成气或制氢的气化炉可较好地实现有限资源的最大化、集约化有效、综合利用，同时可做到降低成本，环境友好。
非催化部分氧化工艺是劣质原料与氧通过气化喷嘴实现混合与部分氧化，在一个反应腔(气化反应器)内完成化学反应制得合成气。反应温度取决于碳氢化合物与氧的比，为获得良好的反应结果一般温度都维持在1150～1600℃，反应压力为2.0～10.0Mpa。
在非催化部分氧化法领域中，中国专利ZL94193847.6公开了一种用来发电的部分氧化法，原料涉及液态烃与气态烃。中国专利98110616.1公开了一种水煤浆或煤粉为原料生产合成气的装置。
对于专利ZL94193847.6公开的技术，实践表明气化反应器不能改变原料，例如采用该技术的某厂原以渣油为原料，当改用天然气为原料时，炉顶壳体超过400℃，无法长期处于高报警状态下操作，只能进行改造。当该技术用于煤浆或渣油气化时，炉内下部向和面耐火砖寿命比较短，无法达到化工装置要求的一个生产周期(一般为8000小时)。此外，其流程过于复杂，投资太高；能量利用不合理。不能回收合成气余热副产品高压蒸汽。
对于专利98110616.1所公开的技术，其最大的优势是容易大型化，特别适合于单炉生产规模CO+H2的产量超过80000Nm3/h的情况，但对于单炉生产规模CO+H2的产量在80000Nm3/h以下或更小规模的生产装置时，由于其采用4个喷嘴，单喷嘴生产规模偏小，造成投资增加，控制复杂。
综合起来，已有技术存在以下不足：
1.以煤、石油焦、沥青等单一原料气化炉制氢或制合成气，无法实现劣质原料的最大化综合利用；
2.气化炉炉顶仅有一个单一原料单相气化喷嘴，单喷嘴的负荷太大；或筒体段有四个径向对置喷嘴时，受径向对置无法加大负荷的制约，单喷嘴生产规模偏小，造成投资增加，控制复杂；
3.仅有高温合成气进入洗涤冷却室进行冷却洗涤，无鼓泡床，合成气纯度低；
4.气化炉采取承压筒体加内部耐火隔热衬里的结构，炉顶温度较高且不易控制，拱顶容易出现超温问题，气化炉的连续操作周期较短；气化反应室炉底采用耐火砖受到熔渣的侵蚀，其操作寿命较短，需经常停炉更换。
5.气化炉下锥体单一耐火衬里结构的见火面刚玉砖易侵蚀，气化炉的连续操作周期短。
发明内容：
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种以劣质碳氢化合物为原料非催化部分氧化法制备合成气的气化炉，以克服现有技术存在的诸多缺陷，满足有关产业部门的技术需要。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种劣质原料非催化部分氧化气化炉，包括有在气化反应室(3)的顶部设有至少1个喷嘴(2)，气化反应室(3)与激冷洗涤室(4)连通，气化反应室(3)设置在气化炉的上部，激冷洗涤室(4)设置在气化
炉的下部，所述的气化反应室(3)和激冷洗涤室(4)共用一个承压筒体(1)；所述的激冷洗涤室(4)设置在气化炉的下端，与气化反应室(3)相衔接处的承压筒体(1)上设有合成气出口(406)；激冷洗涤室(4)外侧设有洗涤冷却管(402)；鼓泡床(403)设置在洗涤冷却管(402)上，成多层布置；鼓泡床(403)上端的空间为气液分离段(407)；激冷洗涤室(4)下端与承压筒体(1)形成的空间为鼓泡段(408)；激冷洗涤室(4)设有带进水口和出水口的洗涤冷却水分布环(401)；激冷洗涤室(4)的承压筒体(1)上设有黑水出口(405)，激冷洗涤室(4)下端的承压筒体(1)上设有灰渣出口(404)。洗涤冷却管(402)、洗涤冷却水分布环(401)、鼓泡床(破泡器)(403)可优选采用本发明人的专利(申请号02266704.0、申请号01112880.1)所公开的技术。所述的在气化反应室(3)顶部的喷嘴(2)为1-5个，在顶部中心设置1个喷嘴(2)和/或围绕顶部中心呈一字形或十字形或梅花形排列；围绕顶部中心呈一字形或十字形或梅花形排列的喷嘴(2)的中心线与气化反应室(3)轴向方向的夹角α为0-45°。所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的气化反应室(3)包括有承压筒体(1)、水夹套(301)、耐火隔热复合衬里(302)、气化反应室测温口(307)，及设于气化反应室(3)下部的圆筒形水冷膜式壁(303)和锥形水冷膜式壁(304)。所述的在承压筒体(1)顶部设有的喷嘴(2)通过法兰(5)与气化反应室(3)连接；所述的喷嘴(2)至少设有二个通道。气化喷嘴可以是二通道外混式喷嘴，也可以是三通道外混式喷嘴，还可以是多通道外混式喷嘴。参见本发明的发明人曾经公开或授权的专利，如94214422.8，95111750.5，97235458.1，02111205.3，200420042534.0，2002121.2，ZL 200420041457.9，ZL200420041535.5，ZL200410025866.4等。气化喷嘴采用2～4通道结构形式。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的水夹套(301)包括进水口(305)和出水口(306)，水夹套(301)的垂直段高度不大于承压筒体(1)的直径。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述承压筒体(1)的上段为耐火隔热复合衬里(302)，耐火隔热复合衬里(302)顶部区域的耐火隔热衬里形状为球形或球锥形；也可以采用本发明的发明人的授权专利，如ZL 03262693.2；中段为由耐火隔热复合衬里(302)和在耐火隔热复合衬里(302)的向火面设有的圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里组成；下段为气化反应室(3)与激冷洗涤室(4)相连接的部分，是耐火隔热复合衬里(302)和锥形水冷膜式壁(304)复合衬里。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述耐火隔热复合衬里(302)是由向火面(504)、向火面背层(503)、隔热层(502)和筒体里层(501)组成的，为2～4层耐火隔热材料；顶部区域形状为球锥形，其锥角为45-75°；所述向火面(504)为刚玉砖或高铬砖，所述向火面背层(503)为高致密砖或浇注料；所述隔热层(502)为隔热砖或隔热浇注料；所述筒体里层(501)为隔热可塑料或纤维毯。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里的向火面(505)设有SiC浇注料，并砌筑在圆筒形水冷膜式壁(303)上，圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里的背层(506)为隔热浇注料或隔热可塑料，背层(506)外设有隔热层(502)，隔热层(502)为隔热砖或隔热浇注料，隔热层(502)外设有筒体里层(501)，筒体里层(501)为隔热可塑料或纤维毯。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的锥形水冷膜式壁(304)复合衬里的向火面(505)设有SiC浇注料，砌筑在锥形水冷膜式壁(304)上，锥形水冷膜式壁(304)复合衬里的背层(506)为隔热浇注料或隔热可塑料，锥形水冷膜式壁(304)的锥角为30-75°。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的圆筒形水冷膜式壁(303)的高度不小于气化反应室(3)轴向长度的1/3。
所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，所述的圆筒形水冷膜式壁(303)采用公称直径DN为19-100mm管子沿气化反应室(3)内周向以1.1～1.6倍管直径DN的间距环绕成盘管式，每层盘管之间由厚度为0.1DN～0.5D的翅片连接形成圆筒形或锥形膜式壁，管子内通冷却水，圆筒形水冷膜式壁(303)和锥形水冷膜式壁(304)还包括进水口(308)和出水口(309)。
本发明的有益效果是，本发明即可以避免气化反应室上部超温，又可以延长气化反应室下部熔渣出口区域部件的寿命。气化喷嘴采用2～4通道结构形式，可以单气化喷嘴顶置，也可以多气化喷嘴顶部径向联合布置；气化反应室采用耐火隔热衬里和水冷膜式壁复合衬里结构，取消了炉底砖，有效解决了炉底砖寿命短引起的频繁停车问题，延长了气化炉的操作周期；锥筒形水冷膜式壁遮蔽激冷洗涤水分布器，有效保护了水分布器免受熔渣的侵蚀，延长了水分布器的操作寿命；粗合成气的激冷洗涤采取水分布器、激冷洗涤管、鼓泡床(破泡器)组合布置，有效解决了出口合成气的碳黑和灰份夹带问题，保证了合成气的质量。该气化炉克服了现有技术存在的诸多缺陷，可满足有关产业部门的技术需要。
附图说明：
图1为本发明实施例1的主视剖视图；
图2为本发明实施例2的主视剖视图；
图3为本发明气化炉炉壁的结构图；
图4为本发明气化炉锥底的结构图。
具体实施方式：
以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：
实施例1：见图1，一种劣质原料非催化部分氧化气化炉，在气化反应室3的顶部设有至少1个喷嘴2，气化炉壳体内直径为2400mm，向火面内直径1600mm。气化反应室3与激冷洗涤室4连通，气化反应室3设置在气化炉的上部，其直筒段高度为6400mm，激冷洗涤室4设置在气化炉的下部，其高度为8500mm，气化反应室3和激冷洗涤室4共用一个承压筒体1，喷嘴2通过法兰5与气化反应室3连接；喷嘴2是多通道外混式喷嘴。激冷洗涤室4设置在气化炉的下端，与气化反应室3相衔接处的承压筒体1上设有合成气出口406；激冷洗涤室4外侧设有洗涤冷却管402；鼓泡床403设置在洗涤冷却管402上，成多层布置；鼓泡床403上端的空间为气液分离段407；激冷洗涤室4下端与承压筒体1形成的空间为鼓泡段408；激冷洗涤室4设有带进水处和出水处的洗涤冷却水分布环401；激冷洗涤室4的承压筒体1上设有黑水出口405，激冷洗涤室4下端的承压筒体1上设有灰渣出口404。气化反应室3包括有承压筒体1、水夹套301、耐火隔热复合衬里302、气化反应室测温口307，及设于气化反应室3下部耐火隔热复合衬里302内的水冷膜式壁303和锥形水冷膜式壁304。水夹套301包括进水口305和出水口306，水夹套301的垂直段高度等于承压筒体1的直径。承压筒体1的上段为耐火隔热复合衬里302，耐火隔热复合衬里302顶部区域的耐火隔热衬里形状为球形，厚度450mm，圆筒体部分3840mm的上段为耐火隔热衬里302，耐火隔热复合衬里302是由向火面504、向火面背层503、隔热层502和筒体里层501组成，为4层耐火隔热材料；所述向火面504为高铬砖(Cr2O3含量大于86.0％)；所述向火面背层503为高致密砖；所述隔热层502为隔热浇注料；所述筒体里层501为纤维毯；中段为由耐火隔热复合衬里302和在耐火隔热复合衬里302的向火面设有的圆筒形水冷膜式壁303复合衬里，厚度400mm，圆筒形水冷膜式壁303复合衬里的向火面505设有SiC浇注料，并砌筑在圆筒形水冷膜式壁303上，圆筒形水冷膜式壁303复合衬里的背层506为隔热浇注料，背层506外设有隔热层502，隔热层502为隔热砖，隔热层502外设有筒体里层501，筒体里层501为隔热可塑料；下段为气化反应室3与激冷洗涤室4相连接的部分，是耐火隔热复合衬里302和锥形水冷膜式壁304复合衬里，厚度400mm。锥形水冷膜式壁304复合衬里的向火面505设有SiC浇注料，并砌筑在锥形水冷膜式壁304上，锥形水冷膜式壁304复合衬里的背层506为隔热浇注料，锥形水冷膜式壁304的锥角为45°。所述的圆筒形水冷膜式壁303，是采用公称直径DN为40mm管子沿气化反应室3内周向以1.5倍管直径DN的间距环绕成盘管式，每层盘管之间由厚度为0.5D的翅片连接形成锥形膜式壁，管子内通冷却水，圆筒形水冷膜式壁303还包括进口308和出口309。
通过该气化炉制得的合成气出反应区的温度为1350℃，干气成分(V％)：H2＝32.56％，CO＝53.62％，CO2＝12.57％，H2S＝0.49％，COS＝0.03％，CH4＝0.03％，N2＝0.35％，Ar＝0.11％，NH3＝0.23％，HCN＝0.01％，干气量为47809Nm3/h。合成气进入高温热回收区，出高温热回收区合成气温度为1100℃，副产10MPa蒸汽8.4t/h。合成气进入洗涤冷却室，循环水100t/h进洗涤冷却水分布环温度为220℃，出洗涤冷却室合成气温度为230℃，水蒸汽与干气比为1.4，进下一工艺工序，每小时补充脱离子水31吨。
该气化炉炉顶壁温小于250℃(小于报警温度300℃)，下部锥形水冷膜式壁加隔热衬里的操作寿命大于8000小时，激冷水分布器的操作寿命大于8000小时，完全满足了气化炉一个操作周期8000小时的要求。
实施例2：一种劣质原料非催化部分氧化气化炉，气化炉壳体内直径为2600mm，向火面内直径1800mm。气化反应室3与激冷洗涤室4连通，气化反应室3设置在气化炉的上部筒段高度为6000mm，激冷洗涤室4设置在气化炉的下部高度为8000mm，气化反应室3和激冷洗涤室4共用一个承压筒体1，设置在气化反应室3顶部的喷嘴为3个，围绕顶部中心呈均匀排列，喷嘴2的中心线与其所在位置处周向的夹角α为30°。三个四通道气化喷嘴2设置在炉顶上以等间距布置，其中氧气进中心流道及第3流道，水煤焦浆进中间第2流道，含烃气(炼厂干气和尾气)进外流道。水夹套301包括进水口305和出水口306，水夹套301的垂直段高度为500mm。承压筒体1的上段为耐火隔热复合衬里302，耐火隔热复合衬里302顶部区域的耐火隔热衬里形状为球锥形，厚度450mm，圆筒体部分3840mm上段的耐火隔热衬里302是由向火面504、向火面背层503、隔热层502和筒体里层501组成的，为4层耐火隔热材料；所述向火面504为高铬砖(Cr2O3含量大于86.0％)，上拱顶为锥形，其锥角为65°；所述向火面背层503为高致密铬刚玉砖；所述隔热层502为氧化铝空心球砖；所述筒体里层501为陶瓷纤维；中段为由耐火隔热复合衬里302和在耐火隔热复合衬里302的向火面设有的圆筒形水冷膜式壁303复合衬里组成，厚度400mm，圆筒形水冷膜式壁303复合衬里的向火面505设有SiC浇注料，砌筑在圆筒形水冷膜式壁303上，圆筒形水冷膜式壁303复合衬里的背层506为隔热可塑料，背层506外设有隔热层502，隔热层502为隔热浇注料，隔热层502外设有筒体里层501，筒体里层501为隔热可塑料；下段为气化反应室3与激冷洗涤室4相连接的部分，是耐火隔热复合衬里302和锥形水冷膜式壁304复合衬里，厚度400mm。锥形水冷膜式壁304复合衬里的向火面505设有SiC浇注料，并砌筑在锥形水冷膜式壁304上，锥形水冷膜式壁304复合衬里的背层506为隔热可塑料，锥形水冷膜式壁304的锥角为60°，所述的圆筒形水冷膜式壁303，是采用公称直径DN为32mm管子沿气化反应室3内周向以1.4倍管直径DN的间距环绕成盘管式，每层盘管之间由厚度为0.1DN的翅片连接形成圆筒形，管子内通冷却水，圆筒形水冷膜式壁303还包括进口308和出口309。
合成气出反应区的温度为1350℃，干气成分(V％)：H2＝57.32％，CO＝34.49％，CO2＝1.89％，H2S＝0.27％，COS＝0.07％，CH4＝0.55％，N2＝4.40％，Ar＝0.10％，NH3＝0.31％，HCN＝0.01％，干气量为45682Nm3/h。合成气进入高温热回收区，出高温热回收区合成气温度为1100℃，副产10MPa蒸汽7.8t/h。合成气进入洗涤冷却室，循环水100t/h进洗涤冷却水均布环温度为220℃，出洗涤冷却室合成气温度为230℃，水蒸汽与干气比为1.4，进变换工序，每小时补充脱离子水31吨。
该气化炉炉顶壁温小于250℃(小于报警温度300℃)，下部锥形水冷膜式壁加隔热衬里的操作寿命大于10000小时，激冷水分布器的操作寿命大于10000小时，完全满足了气化炉一个操作周期8000小时的要求。

Claims (7)

1.一种劣质原料非催化部分氧化气化炉，包括有在气化反应室(3)的顶部设有至少1个喷嘴(2)，气化反应室(3)与激冷洗涤室(4)连通，其特征是：气化反应室(3)设置在气化炉的上部，激冷洗涤室(4)设置在气化炉的下部，所述的气化反应室(3)和激冷洗涤室(4)共用一个承压筒体(1)；所述的激冷洗涤室(4)设置在气化炉的下端，与气化反应室(3)相衔接处的承压筒体(1)上设有合成气出口(406)；激冷洗涤室(4)外侧设有洗涤冷却管(402)；鼓泡床(403)设置在洗涤冷却管(402)上，成多层布置；鼓泡床(403)上端的空间为气液分离段(407)；激冷洗涤室(4)下端与承压筒体(1)形成的空间为鼓泡段(408)；激冷洗涤室(4)设有带进水口和出水口的洗涤冷却水分布环(401)；激冷洗涤室(4)的承压筒体(1)上设有黑水出口(405)，激冷洗涤室(4)下端的承压筒体(1)上设有灰渣出口(404)；所述的在气化反应室(3)顶部的喷嘴(2)为1-5个，在顶部中心设置1个喷嘴(2)和/或围绕顶部中心呈一字形或十字形或梅花形排列；围绕顶部中心呈一字形或十字形或梅花形排列的喷嘴(2)的中心线与气化反应室(3)轴向方向的夹角α为0-45°；所述的气化反应室(3)包括有承压筒体(1)、水夹套(301)、耐火隔热复合衬里(302)、气化反应室测温口(307)，及设于气化反应室(3)下部的圆筒形水冷膜式壁(303)和锥形水冷膜式壁(304)；所述的在承压筒体(1)顶部设有的喷嘴(2)通过法兰(5)与气化反应室(3)连接；所述的喷嘴(2)至少设有二个通道。
2.如权利要求1所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述的水夹套(301)包括进水口(305)和出水口(306)，水夹套(301)的垂直段高度不大于承压筒体(1)的直径。
3.如权利要求1所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述的承压筒体(1)的上段为耐火隔热复合衬里(302)，耐火隔热复合衬里(302)顶部区域的耐火隔热衬里形状为球形或球锥形；中段为由耐火隔热复合衬里(302)和在耐火隔热复合衬里(302)的向火面设有的圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里组成；下段为气化反应室(3)与激冷洗涤室(4)相连接的部分，是耐火隔热复合衬里(302)和锥形水冷膜式壁(304)复合衬里。
4.如权利要求3所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述耐火隔热复合衬里(302)是由向火面(504)、向火面背层(503)、隔热层(502)和筒体里层(501)组成，为2～4层耐火隔热材料；顶部区域形状为球锥形，其锥角为45-75°；所述向火面(504)为刚玉砖或高铬砖，所述向火面背层(503)为高致密砖或浇注料；所述隔热层(502)为隔热砖或隔热浇注料；所述筒体里层(501)为隔热可塑料或纤维毯。
5.如权利要求3所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述的圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里的向火面(505)设有SiC浇注料，并砌筑在圆筒形水冷膜式壁(303)上，圆筒形水冷膜式壁(303)复合衬里的背层(506)为隔热浇注料或隔热可塑料，复合衬里的背层(506)外设有隔热层(502)，隔热层(502)为隔热砖或隔热浇注料，隔热层(502)外设有筒体里层(501)，筒体里层(501)为隔热可塑料或纤维毯。
6.如权利要求3所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述的锥形水冷膜式壁(304)复合衬里的向火面(505)设有SiC浇注料，砌筑在锥形水冷膜式壁(304)上，锥形水冷膜式壁(304)复合衬里的背层(506)为隔热浇注料或隔热可塑料，锥形水冷膜式壁(304)的锥角为30-75°。
7.如权利要求3所述的劣质原料非催化部分氧化气化炉，其特征是所述的圆筒形水冷膜式壁(303)的高度不小于气化反应室(3)轴向长度的1/3。
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