CN104650983A - 一种含碳物质气化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含碳物质干粉气化方法，其特征在于：包括以下步骤：i)将含碳物质与含氧气化剂发生气化反应，生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣；ii)部分粗合成气及大部分灰渣下行冷却净化，经过降温除灰的粗合成气送往后续流程，经过淬冷的灰渣经出渣口排出；其余部分高温粗合成气及高温飞灰上行进入降温输气段，此时主要是初步降低高温粗合成气及飞灰的温度，使得飞灰温度降到熔点以下失去粘性；降温后的粗合成气及飞灰继续上行，经过急冷后进入上部冷却净化段，经过冷却净化后，除去粗合成气中的飞灰，较为洁净的低温粗合成气送往后续流程。本发明涉及一种含碳物质干粉气化装置。

Description

一种含碳物质气化装置及方法
所属技术领域
本发明涉及一种大型含碳物质气化装置及方法，尤其是用于单台日处理量在2000吨以上的粉煤加压气化生产合成气的大型装置及方法。
背景技术
现代石油化工企业的发展趋势是大型化，规模化。高压气化装置大型化也是洁净煤气化技术发展的方向，但是现有气化装置都存在一定的问题。
单喷嘴气化炉由于受到输煤的限制在大型化的方向受到一定的制约。
采用了合成气上行流程的多个烧嘴的气化炉，能够进一步大型化，但是由于液渣流动方向与合成气流动方向相反，液渣落入渣池时会产生一定量的温度较低的水蒸气，与液渣流动方向反向通过出渣口进入炉膛。此过程会降低液渣的温度。当液渣下落不均衡时容易出现液渣还未落入渣池就凝固的现象。由于没有足够的热量融化固渣，固渣往往会越积越厚最终造成出渣口堵塞的问题，引起装置停车。
采用了合成气下行流程的多喷嘴气化炉也能够进一步大型化，但是为了充分利用炉膛空间，往往将烧嘴布置在炉膛上部接近炉顶的位置。反应过程的高温气和液渣会不断冲蚀炉膛顶部，容易引起炉膛顶部超温的现象，成为安全生产的隐患。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种上下出气大型含碳物质干粉气化装置。本发明的另一个目的是提供一种上下出气大型含碳物质干粉气化方法。
本发明一方面提供了一种含碳物质干粉气化方法，其特征在于：包括以下步骤：
i)将含碳物质与含氧气化剂发生气化反应，生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣；
ii)部分粗合成气及大部分灰渣下行冷却净化，经过降温除灰的粗合成气送往后续流程，经过淬冷的灰渣经出渣口排出；
其余部分高温粗合成气及高温飞灰上行进入降温输气段，此时主要是初步降低高温粗合成气及飞灰的温度，使得飞灰温度降到熔点以下失去粘性；
降温后的粗合成气及飞灰继续上行，经过急冷后进入上部冷却净化段，经过冷却净化后，除去粗合成气中的飞灰，较为洁净的低温粗合成气送往后续流程。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：步骤ii)中所述其余部分高温粗合成气及高温飞灰上行与冷却物质混合降温后进入降温输气段。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：
将含碳物质与含氧气化剂通过多个烧嘴喷入装置气化反应段。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：
将含碳物质与含氧气化剂在高温（1200℃～2000℃）高压（0.1MPa～11MPa）环境下快速反应。通常情况下，在某一确定压力下反应温度可以在某一温度范围内变化。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：步骤ii)中所述其余部分高温粗合成气约占总合成气的60%-80%（体积/体积），优选约占75%（体积/体积）。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：步骤ii)中所述降温输气段温度大约为400℃～t2（灰的软化温度）之间。
按照本发明方法的一种具体实施方案，其特征在于：当出渣口出现堵渣倾向渣口压差变大时不断增加下行气量，增加此处热流量，缓慢提高出渣口的温度，慢慢熔掉多余的固渣，直至渣口压差回到正常范围。
另一方面,本发明提供了一种含碳物质干粉气化装置，其特征在于，包括下部冷却净化段，气化反应段，降温输气段，上部冷却净化段；
所述的下部冷却净化段设置在装置的下部，入口与气化反应段的下出口相连；
所述的气化反应段设置在装置的中下部，所述的气化反应段周向均布多个烧嘴，气化反应段的下出口连接下部冷却净化段，气化反应段的上出口连接降温输气段；
优选地，所述的烧嘴布置为使得反应物喷出口后形成对冲效果（相对烧嘴中心线重合）或者旋切效果（相对烧嘴中心线与同一个圆相切），可以是同层烧嘴的对冲或旋切，也可以是不同层的烧嘴对冲或旋切；
所述的降温输气段设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连；在连接处任选设置一个初步降温装置，用于向粗合成气内喷人适量的冷却物质；
所述的上部冷却净化段设置在装置的上部，入口与降温输气段的上出口相连。
按照本发明装置的一种具体实施方案，其特征在于，所述的下部冷却净化段包括急冷装置，渣池，粗渣出口和合成气出口。
按照本发明装置的一种具体实施方案，其特征在于，所述的气化反应段周向均布多个烧嘴，烧嘴可以布置1层，也可以布置多层。
按照本发明装置的一种具体实施方案，其特征在于，所述的降温输气段内设有测温装置。
按照本发明装置的一种具体实施方案，其特征在于，所述的上部冷却净化段包括急冷装置，灰水池，合成气出口。
由于有一部分气体与粗渣下行就避免了粗渣冷却时产生的水蒸气进入炉膛冷却出渣口的液渣，同时高温的粗合成气下行为渣口位置提供足够的热量避免此处的固渣越积越多；当运行工况不稳时出现渣口处凝固过多的固渣时只需增加下行气的流量来熔化固渣，从而防止堵渣停炉。
如果大部分气体上行，因此为了提供足够的反应空间，需要将烧嘴布置在气化反应段炉膛的中下部，使得气化反应的高温区远离炉膛上部，也减少了液渣冲刷对上部耐火料的侵蚀；同时在上出口设置了冷却降温装置，也一定程度降低了炉膛上部的温度，能够有效避免炉膛上部超温，消除了安全生产隐患。
本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：
1、本发明采用了粗合成气上下同时出气的方式，一方面有效避免了上行出气方式的渣口堵渣问题，另一方面也避免了下行出气方式的顶部超温问题；
2、由于采用了上下两种出气方式，减少了急冷水的用量。
3、本发明采用了多烧嘴布置，有利于反应充分进行，有利于装置的大型化；
4、本发明可以灵活调节下行气量和出渣口的温度，防止出现堵渣现象和/或局部超温现象。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种气化方法示意图。
图2是本发明的一种装置结构示意图。
图中标记含义如下：1.下部冷却净化段；11.下行急冷装置；12.下降管；13.下合成气出口；14.上升管；15.渣水池；16.粗渣出口；2.气化反应段；21.烧嘴；22.气化室；23.气化室水冷壁；3.降温输气段；31.初步降温装置；32.输气管；4.上部冷却净化段；41.上行急冷装置；42.导气折流管；43.折流装置；44.喷淋装置；45.分离装置；46.上合成气出口；47.灰水池；5.壳体；
具体实施方式
为了更好地对本方案进行理解，下面通过具体的实施例并结合附图进行详细地说明，但是无论如何不得解释为对本发明的限制：
实施例1
参阅附图1，一种大型含碳物质干粉气化方法，其特点是，包括以下步骤：
将含碳物质煤炭粉与气化剂雾化水蒸气通过多个烧嘴喷入装置气化反应段2，在1400℃高温、2MPa高压的环境下快速反应生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣。
大约25%的高温粗合成气及大部分灰渣下行进入下部冷却净化段1，经过冷却净化后粗合成气送往后续流程，经过淬冷的灰渣经出渣口排出装置。
大约75%的高温粗合成气及高温飞灰上行与水雾混合降温后进入降温输气段3，此时主要是进一步降低温度。
降温后的粗合成气及飞灰继续上行，经过急冷后进入上部冷却净化段4，通过水浴、塔板分离、旋风分离等方式净化后，除去粗合成气中的飞灰，较为洁净的低温粗合成气送往后续流程。
实施例2
参阅附图2，一种上下出气的大型含碳物质干粉气化装置，其特点是，包括下部冷却净化段1，气化反应段2，降温输气段3，上部冷却净化段4，壳体5。
所述的下部冷却净化段1设置在装置的下部，入口与气化反应段2的下出口相连，包括下行急冷装置11，下降管12，下合成气出口13，上升管14，渣水池15，粗渣出口16等。
所述的气化反应段2设置在装置的中下部，气化反应段2周向均布8个烧嘴，布置1层。气化反应段2的下出口连接下部冷却净化段，气化反应段的上出口连接降温输气段3。
所述的烧嘴21布置为使得反应物喷出口后形成旋切效果（相对烧嘴中心线与同一个圆相切），是同层烧嘴的旋切。
所述的降温输气段3设置在装置的中上部，入口与气化反应段2的上出口相连，在连接处设置一个初步降温装置31，向粗合成气内喷入适量的水雾，初步降低高温粗合成气及飞灰的温度，使得飞灰温度降到熔点以下。
反应后的粗合成气继续上行经过上部冷却净化装置4送往后续流程。
所述的上部冷却净化段4设置在装置的上部，入口与降温输气段3的上出口相连，上行的高温粗合成气先后经过上行急冷装置41，导气折流管42，灰水池47，折流装置43，喷淋装置44，分离装置45，上合成气出口46等实现冷却、增湿、净化除尘除水的目的。。
实施例3
参阅附图2，一种上下出气的大型含碳物质干粉气化装置，其特点是，包括下部冷却净化段1，气化反应段2，降温输气段3，上部冷却净化段4，壳体5。
所述的下部冷却净化段1设置在装置的下部，入口与气化反应段2的下出口相连，包括下行急冷装置11，下降管12，下合成气出口13，上升管14，渣水池15，粗渣出口16等。
所述的气化反应段2设置在装置的中下部，气化反应段2周向每层均布4个烧嘴；烧嘴布置两层。气化反应段2的下出口连接下部冷却净化段，气化反应段的上出口连接降温输气段3。
所述的烧嘴21布置为使得反应物喷出口后形成对冲效果（相对烧嘴中心线重合），是不同层的烧嘴对冲。
所述的降温输气段3设置在装置的中上部，入口与气化反应段2的上出口相连，在连接处设置一个初步降温装置31，向粗合成气内喷人适量的水雾，初步降低高温粗合成气及飞灰的温度，使得飞灰温度降到熔点以下。
降温后的粗合成气继续上行进入上部冷却净化段4，上部冷却净化段4入口与降温输气段3的上出口相连。进入上部冷却净化段4的高温粗合成气经过上行急冷装置41再次激冷，先后经过导气折流管42进入灰水池47水浴洗涤，经过折流装置43分离大颗粒的灰水，经过喷淋装置44进一步给合成气增湿，经过分离装置45再次除去合成气带的颗粒，经上合成气出口46送往后续流程。

Claims (13)

1.一种含碳物质干粉气化方法，其特征在于：包括以下步骤：
i)将含碳物质与含氧气化剂发生气化反应，生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣；
ii)部分粗合成气及大部分灰渣下行冷却净化，经过降温除灰的粗合成气送往后续流程，经过淬冷的灰渣经出渣口排出；
其余部分高温粗合成气及高温飞灰上行进入降温输气段，此时主要是初步降低高温粗合成气及飞灰的温度，使得飞灰温度降到熔点以下失去粘性；
降温后的粗合成气及飞灰继续上行，经过急冷后进入上部冷却净化段，经过冷却净化后，除去粗合成气中的飞灰，较为洁净的低温粗合成气送往后续流程。
2.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：
步骤ii)中所述其余部分高温粗合成气及高温飞灰上行与冷却物质混合降温后进入降温输气段。
3.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：i)将含碳物质与含氧气化剂通过多个烧嘴喷入装置气化反应段。
4.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：在高温（1200℃～2000℃）高压（0.1MPa～11MPa）环境下快速反应。
5.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：步骤ii)中所述其余部分高温粗合成气约占总合成气60%-80%（体积/体积），优选约占75%（体积/体积）。
6.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：步骤ii)中所述降温输气段温度大约为400℃～t2（灰的软化温度）之间。
7.按照权利要求1的含碳物质干粉气化方法，其特征在于：当出渣口出现堵渣倾向渣口压差变大时不断增加下行气量，增加此处热流量，缓慢提高出渣口的温度，慢慢熔掉多余的固渣，直至渣口压差回到正常范围。
8.一种含碳物质干粉气化装置，其特征在于，包括下部冷却净化段，气化反应段，降温输气段，上部冷却净化段；
所述的下部冷却净化段设置在装置的下部，入口与气化反应段的下出口相连；
所述的气化反应段设置在装置的中下部，所述的气化反应段周向布置多个烧嘴，气化反应段的下出口连接下部冷却净化段，气化反应段的上出口连接降温输气段；
所述的降温输气段设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连；在连接处任选设置一个初步降温装置，用于向粗合成气内喷人适量的冷却物质；
所述的上部冷却净化段设置在装置的上部，入口与降温输气段的上出口相连。
9.按照权利要求8所述的含碳物质干粉气化装置，其特征在于，所述的下部冷却净化段包括急冷装置，渣池，粗渣出口和合成气出口。
10.按照权利要求8所述的含碳物质干粉气化装置，其特征在于，所述的气化反应段周向均布多个烧嘴，烧嘴可以布置1层，也可以布置多层。
11.按照权利要求8所述的含碳物质干粉气化装置，其特征在于，所述的降温输气段内设有测温装置。
12.按照权利要求8所述的含碳物质干粉气化装置，其特征在于，所述的上部冷却净化段包括急冷装置，灰水池，合成气出口。
13.按照权利要求8所述的含碳物质干粉气化装置，其特征在于，所述的烧嘴布置为使得反应物喷出口后形成对冲效果（相对烧嘴中心线重合）或者旋切效果（相对烧嘴中心线与同一个圆相切），可以是同层烧嘴的对冲或旋切，也可以是不同层的烧嘴对冲或旋切。
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