CN104017608A

CN104017608A - 射流床煤制合成气气化炉

Info

Publication number: CN104017608A
Application number: CN201410203956.1A
Authority: CN
Inventors: 吴龙; 周琦; 杨守青; 刘斌; 周大鹏; 李冬阳; 冯立根
Original assignee: SHANGHAI XINXING CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yao Xing management of investment company limited
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: CN104017608B

Abstract

本发明公开了一种射流床煤制合成气气化炉，包括：炉体，炉体内形成有腔室；隔套，隔套设在腔室内以将腔室分隔为上层腔室和下层腔室；设在炉体外侧的溢流管，溢流管的一端与溢流管进口连通，另一端与溢流管出口连通；气体分布板，气体分布板设在下层腔室内，且气体分布板的底部设有伸出下层腔室以及排放下层腔室内的料渣的排渣管；中心管。根据本发明的射流床煤制合成气气化炉，上、下两层腔室均形成射流床，上层腔室和下层腔室之间通过通孔导通。固态物料进入气化炉上层腔室后与气化剂及合成气充分接触，延长了固态物料在气化炉内的停留时间，进而提高了合成气中甲烷(CH₄)含量、蒸汽分解率以及碳转化率。

Description

射流床煤制合成气气化炉

技术领域

本发明涉及煤气化技术，尤其是涉及射流床煤制合成气气化炉。

背景技术

传统流化床气化炉通常是一种单级直筒型气化炉，相关技术中，煤粉从气化炉的下部加入，煤粉的干燥、热解、氧化及气化均在气化炉底部完成，导致气化剂，如水蒸汽不能充分反应和利用，气化反应生成的氢气不能充分反应生成甲烷，以及部分煤粉颗粒在气化炉停留时间过短等。而多层流化床气化炉的结构较为复杂，运行较为繁复，不利于气化炉长周期稳定运行；在每层流化床都加入原煤和催化剂，导致每层流化床的温度不容易控制，影响气化效果；而且，需要使用催化剂，增加了成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有结构简单、容易维护、流化床形成效果好、气化效率高的射流床煤制合成气气化炉。

根据本发明实施例的射流床煤制合成气气化炉，包括：炉体，所述炉体内形成有腔室；隔套，所述隔套设在所述腔室内以将所述腔室分隔为上层腔室和下层腔室，所述隔套上设有连通所述上层腔室和所述下层腔室的通孔，隔套上还设有与所述上层腔室连通的气化剂进口，所述上层腔室的侧壁上设有进料口、溢流管进口、氧气管进口和排气口，所述下层腔室的侧壁上设有溢流管出口；设在所述炉体外侧的溢流管，所述溢流管的一端与所述溢流管进口连通，另一端与所述溢流管出口连通；气体分布板，所述气体分布板设在所述下层腔室内，且所述气体分布板的底部设有伸出所述下层腔室以及排放所述下层腔室内的料渣的排渣管；中心管，所述中心管由下至上依次穿过所述下层腔室的底壁和所述气体分布板与所述下层腔室连通，以向下层腔室内通入气化剂。

根据本发明实施例的射流床煤制合成气气化炉，上、下两层腔室均形成射流床，上层腔室和下层腔室之间通过通孔导通。固态物料进入气化炉上层腔室后与气化剂及合成气充分接触，固态物料被加热、挥发份发生热解并发生加氢反应，从而提高了热传递速率，延长了固态物料在气化炉内的停留时间，进而提高了合成气中甲烷(CH₄)含量、蒸汽分解率以及碳转化率。

另外，根据本发明上述实施例的射流床煤制合成气气化炉还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，射流床煤制合成气气化炉包括：第一旋风分离器，所述第一旋风分离器包括第一进气口、第一返料出口以及第一出气口，所述第一进气口与所述排气口连通，所述第一返料出口与所述溢流管连通；以及第二旋风分离器，所述第二旋风分离器包括第二进气口、第二返料出口以及第二出气口，所述第二进气口与所述第一出气口连通，所述第二返料出口与所述下层腔室连通，所述第二出气口与外界连通。第一旋风分离器和第二旋风分离器构成了合成气的气固分离系统，由排气口排出的合成气先后经过第一旋风分离器和第二旋风分离器后，大大降低了合成气中固体颗粒的含量。

具体地，所述气体分布板上设有第二返料进口，所述第二返料出口通过所述第二返料进口与所述下层腔室连通。

为防止固态物料堆积在上层腔室内，优选地，所述隔套的上端面形成为上锥形，所述上锥形的横截面积由上至下依次减小，所述隔套的下端面形成为与所述上锥形对称的下锥形，所述下锥形的横截面积由下至上依次减小，所述通孔位于所述上锥形的最下端且贯穿所述上锥形和所述下锥形。

优选地，所述气体分布板形成为锥形，所述气体分布板的横截面积由上至下依次减小。由此，有利于气化剂在下层腔室内形成射流床。

优选地，所述溢流管出口设在所述下层腔室的位于所述气体分布板上方的侧壁上。

可选地，所述隔套上锥形上设有气化剂进口，以向所述上层腔室内通入气化剂。由此，有利于更好地控制和调节所述上层腔室内的反应温度。

可选地，所述上层腔室上方的侧壁上设有氧气进口，以向所述上层腔室内通入氧气。由此，有利于更好地控制和调节所述上层腔室内的反应产物的组分。

可选地，所述下层腔室的位于所述气体分布板下方的侧壁上设有气化剂进口。由此，可以进一步提高腔室内气化剂的含量，强化腔室内固态物料与富氢合成气的混合效果，降低料渣中可燃物的含量。

根据本发明的一个实施例，所述进料口为多个，多个所述进料口沿所述上层腔室的周向均匀间隔地分布在所述上层腔室的侧壁上。由此，方便向上层腔室内添加物料。

优选地，所述排渣管的中心线与所述腔室的中心线重合。由此，便于将料渣排出到下层腔室外。

优选地，所述中心管穿过所述排渣管与所述下层腔室连通。由此，简化了气化炉的结构。

优选地，所述炉体的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。由此，提高了气化炉的传质、传热的效率，提高了气化炉的运行稳定性和可靠性，延长了气化炉的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明上述实施例的射流床煤制合成气气化炉的结构示意图。

附图标记：

气化炉100，

炉体10，腔室11，上层腔室12，下层腔室13，进料口14，排气口15，氧气管进口18，

隔套20，通孔21，气化剂进口22，上锥形23，下锥形24，

气体分布板30，第二返料进口31，

中心管40，

第一旋风分离器50，第一进气口51，第一返料出口52，第一出气口53，

第二旋风分离器60，第二进气口61，第二返料出口62，第二出气口63，

排渣管80，

溢流管90，溢流管进口91，溢流管出口92。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参照附图1详细描述根据本发明实施例的射流床煤制合成气气化炉100。

如图1所示，根据本发明实施例的射流床煤制合成气气化炉100，包括：炉体10、隔套20、气体分布板30以及中心管40。

具体而言，炉体10可以形成为具有圆形的横截面且沿上下方向延伸的长圆形筒，炉体10内形成有腔室11。优选地，炉体10的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。由此，提高了气化炉100的传质、传热的效率，提高了气化炉100的运行稳定性和可靠性，延长了气化炉100的使用寿命。隔套20设在腔室11内，以将腔室11分隔为上层腔室12和位于上层腔室12下方(如图1中所示的下方)的下层腔室13，从而在腔室11内形成两个射流床气化空间。

隔套20上设有连通上层腔室12和下层腔室13的通孔21，由此可以使上层腔室12内的固态物料(例如为煤粉或半焦)进入到下层腔室13内，同时也可以使下层腔室13的合成气进入到上层腔室12内，从而起到了气固分离的作用。需要说明的是，来自下层腔室13的合成气可以作为上层腔室12射流床的流化气，来自上层腔室12的固态物料进入下层腔室13继续参与反应，从而提高了气化炉100的气化效率和碳转化效率。

可选地，隔套20上部锥形上设有气化剂进口22，以向上层腔室12内通入气化剂，气化剂可以为氧气和水蒸气。由此，有利于更好地控制和调节上层腔室12内的反应温度。上层腔室12上设有氧气管进口18，以向上层腔室12内通入氧气。由此，有利于更好地控制和调节上层腔室12内的反应产物的组分分布。

上层腔室12上设有进料口14，固态物料可以由进料口14进入到上层腔室12内。为方便向上层腔室12内放入物料，在本发明的一个示例中，进料口14可以为多个，多个进料口14沿上层腔室12的周向方向均匀间隔地分布在上层腔室12的侧壁上。上层腔室12上还设有排气口15，以将腔室11内的产生的合成气排出。优选地，排气口15的中心线与炉体10的中心线重合。由此，可以使气体排放得更加顺畅，降低了对腔室11内的射流床的影响。

上层腔室12的侧壁上设有溢流管进口91，下层腔室13的侧壁上设有溢流管出口92。溢流管90可以设在炉体10的外侧，溢流管90的一端与溢流管进口91连通，另一端与溢流管出口92连通。

下层腔室13内设有气体分布板30，气体分布板30上方为射流床密相段，射流床密相段的靠近中心管40出口的区域为高温氧化区。气体分布板30的底部设有伸出下层腔室13以排放下层腔室13内的料渣的排渣管80，也就是说，排渣管80从气体分布板30的底壁向下延伸伸出炉体10，下层腔室13内的料渣由排渣管80排放至气化炉100外。优选地，排渣管80的中心线与腔室11的中心线重合。由此，便于将料渣排出到下层腔室13外。

如图1所示，中心管40由下至上依次穿过下层腔室13的底壁和气体分布板30与下层腔室13连通，以向下层腔室13内通入气化剂。气化剂在下层腔室13内形成射流床，并且与来自上层腔室12的固体物料反应生成合成气。可以理解的是，中心管40的上端出口位于高温氧化区区域的附近。优选地，中心管40穿过排渣管80与下层腔室13连通。由此，简化了气化炉100的结构。为进一步提高腔室11内气化剂的含量，加强物料与气化剂的混合效果，还可以在下层腔室13的位于气体分布板30下方的侧壁上设有气化剂进口22，以向下层腔室13内通入气化剂，进一步保证腔室11内的固态物料可以与气化剂进行充分反应，从而降低料渣中可燃物的含量。

此外，还需说明的是，固态物料通过设在炉体10上的进料口14进入上层腔室12，进入到上层腔室12内的固态物料经过预热、干燥、热解等过程，与下层腔室13生成且进入到上层腔室12内的富氢气的合成气反应，部分固态物料被转化成富含甲烷(CH₄)的合成气。在上层腔室12内反应后的物料进入下层腔室13，进入到下层腔室13内的物料与进入到下层腔室13的气化剂内的蒸汽－纯氧(富氧、空气)生成合成气，其中合成气的主要成份为氢气(H₂)和一氧化碳(CO)，且合成气中还含有甲烷(CH₄)。下层腔室13内产生的合成气由通孔21进入到上层腔室12内，并由排气口15排出，同时下层腔室13内未参加反应的部分气化剂通过通孔21进入到上层腔室12内，也就是说，下层腔室13内生成的合成气和进入到下层腔室13内的未参加反应的部分气化剂通过通孔21进入到上层腔室12内。由此，进入气化炉100的上层腔室12和下层腔室13内的固态物料与气化剂及合成气充分接触发生反应，被气化的物料可以在上层腔室12和下层腔室13内流动，从而提高了热传递速率，延长了固态物料在气化炉100内的停留时间，提高了合成气中的甲烷(CH₄)含量和蒸汽分解率，从而显著提高了碳转化率。

根据本发明实施例的射流床煤制合成气气化炉100，炉体10的上、下两层腔室均形成射流床，上层腔室12和下层腔室13之间通过通孔导通。固态物料进入气化炉100的上层腔室12后与气化剂及合成气充分接触，固态物料被加热、挥发份发生热解并发生加氢反应，从而提高了热传递速率，延长了固态物料在气化炉100内的停留时间，进而提高了合成气中甲烷(CH4)含量、蒸汽分解率以及碳转化率。

如图1所示，根据本发明的一些示例，射流床煤制合成气气化炉100进一步包括：第一旋风分离器50和第二旋风分离器60。其中，第一旋风分离器50和第二旋风分离器60起到气固分离的作用，值得理解的是，旋风分离器的工作原理已为本领域的技术人员所熟知，这里就不详细描述。

具体地，第一旋风分离器50包括第一进气口51、第一返料出口52以及第一出气口53，第一进气口51与排气口15连通，第一返料出口52与溢流管90连通。腔室11内的合成气通过排气口15进入到第一旋风分离器50，由第一旋风分离器50捕集下来的固体颗粒经过第一返料出口52、溢流管90的溢流管出口92返回到下层腔室13内。优选地，溢流管出口92设在下层腔室13的位于气体分布板30上方的侧壁上。换言之，由第一旋风分离器50捕集到的固体颗粒进入到下层腔室13射流床的密相段。由此，可以采用第一旋风分离器50对由排气口15排出的合成气进行初步气固分离。

第二旋风分离器60包括第二进气口61、第二返料出口62以及第二出气口63，第二进气口61与第一出气口53连通，第二返料出口62与气体分布板30上的第二返料进口31连通，第二出气口63与外界连通。其中，需要说明的是，外界应作广义理解，外界可以指的是外界空气，外界还可以指的是设在外界空气内的元器件例如废热锅炉、合成气洗涤或合成气收集装置等。可以理解的是，被第二旋风分离器60捕集到的固体颗粒由第二返料进口31返回到下层腔室13内。换言之，由第二旋风分离器60捕集到的固体颗粒经第二返料进口31进入到流化床密相段的高温氧化区附近。由此，可以对由第一出气口53排出的合成气进行更进一步的气固分离。

可以理解的是，第一旋风分离器50和第二旋风分离器60构成了合成气的气固分离系统，由排气口15排出的合成气先后经过第一旋风分离器50和第二旋风分离器60进行气固分离后，再由第二旋风分离器60的第二出气口62排出，大大降低了合成气中固体颗粒的含量。

如图1所示，为防止固态物料堆积在上层腔室12内，在本发明的一个可选的示例中，隔套20的上端面形成为上锥形23，上锥形23的横截面积由上至下依次减小，隔套20的下端面形成为与上锥形23对称的下锥形24，下锥形24的横截面积由下至上依次减小，通孔21位于上锥形23的最下端且贯穿上锥形23和下锥形24。由此，有利于固态物料进入到下层腔室13内，并且有利于上层腔室12内物料形成射流床。可选地，隔套20的上锥形23上设有气化剂进口22，以向上层腔室12内通入气化剂。由此，有利于更好地控制和调节上层腔室12内的反应温度。

还可以理解的是，上层腔室12内的固态物料可以通过通孔21进入到下层腔室13内，同时也可以使下层腔室13的合成气也可以通过通孔21进入到上层腔室12内，从而来自下层腔室13的合成气可以作为上层腔室12射流床的流化气，来自上层腔室12的固态物料进入下层腔室13继续参与反应，进而起到了气固分离的作用，提高了气化炉100的气化效率和碳转化效率。

此外，在如图1所示的示例中，气体分布板30形成为锥形，气体分布板30的横截面积由上至下依次减小。由此，有利于气化剂在下层腔室13内形成射流床，同时便于下层腔室13内的炉渣进入到排渣管80内。

以固态物料为煤粉为例，根据本发明实施例的高压双床层流化床煤制合成气气化炉100，碳的转化率可达95％以上，水蒸气的分解率可高达80％以上，合成气中的CH4含量可达到15％以上，具有显著的气化效率，可广泛应用于现有煤制合成气或燃料气气化技术领域内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内形成有腔室；

隔套，所述隔套设在所述腔室内以将所述腔室分隔为上层腔室和下层腔室，所述隔套上设有连通所述上层腔室和所述下层腔室的通孔，隔套上还设有与所述上层腔室连通的气化剂进口，所述上层腔室的侧壁上设有进料口、溢流管进口、氧气管进口和排气口，所述下层腔室的侧壁上设有溢流管出口；

设在所述炉体外侧的溢流管，所述溢流管的一端与所述溢流管进口连通，另一端与所述溢流管出口连通；

气体分布板，所述气体分布板设在所述下层腔室内，且所述气体分布板的底部设有伸出所述下层腔室以及排放所述下层腔室内的料渣的排渣管；

中心管，所述中心管由下至上依次穿过所述下层腔室的底壁和所述气体分布板与所述下层腔室连通，以向下层腔室内通入气化剂。

2.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，进一步包括：

第一旋风分离器，所述第一旋风分离器包括第一进气口、第一返料出口以及第一出气口，所述第一进气口与所述排气口连通，所述第一返料出口与所述溢流管连通；以及

第二旋风分离器，所述第二旋风分离器包括第二进气口、第二返料出口以及第二出气口，所述第二进气口与所述第一出气口连通，所述第二返料出口与所述下层腔室连通，所述第二出气口与外界连通。

3.根据权利要求2所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述气体分布板上设有第二返料进口，所述第二返料出口通过所述第二返料进口与所述下层腔室连通。

4.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述隔套的上端面形成为上锥形，所述上锥形的横截面积由上至下依次减小，所述隔套的下端面形成为与所述上锥形对称的下锥形，所述下锥形的横截面积由下至上依次减小，所述通孔位于所述上锥形的最下端且贯穿所述上锥形和所述下锥形。

5.根据权利要求4所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述隔套的所述上锥形上设有气化剂进口。

6.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述气体分布板形成锥形，所述气体分布板的横截面积由上至下依次减小。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述溢流管出口设在所述下层腔室的位于所述气体分布板上方的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述下层腔室的位于所述气体分布板下方的侧壁上设有气化剂进口。

9.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述进料口为多个，多个所述进料口沿所述上层腔室的周向均匀间隔分布在所述上层腔室的侧壁上。

10.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述排渣管的中心线与所述腔室的中心线重合。

11.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述中心管穿过所述排渣管与所述下层腔室连通。

12.根据权利要求1所述的射流床煤制合成气气化炉，其特征在于，所述炉体的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。