CN104650986B - 一种含碳物质反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含碳物质干粉气化系统，其特征在于，包括含碳物质反应装置和气体返回装置，所述含碳物质反应装置包括气化反应段、上出气口和下出气口。本发明涉及一种含碳物质干粉气化方法。

Description

一种含碳物质反应系统及方法

所属技术领域

本发明涉及一种部分合成气循环冷却的大型含碳物质气化系统及方法，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系统及方法。

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，其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部分合成气循环冷却的大型含碳物质干粉气化系统。

本发明的另一个目的是提供一种部分合成气循环冷却的大型含碳物质干粉气化方法。

一方面，本发明提供了一种含碳物质干粉气化系统，其特征在于，包括含碳物质反应装置和气体返回装置，所述含碳物质反应装置包括气化反应段、上出气口和下出气口，所述气体返回装置用于将下出气口流出的合成气反应装置上出气口流出的合成气掺混。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括下部冷却净化段，用于冷却、净化气化反应段流出的下行高温粗合成气；下部冷却净化段入口与气化反应段的下出口相连，其合成气出口在下部冷却净化段的侧部，优选中上部。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中所述气体返回装置通过初步冷却器和/或上段急冷装置将合成气出口流出的低温带水粗合成气加压后与反应装置上行粗合成气掺混。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中从冷却净化段合成气出口流出的部分或全部粗合成气通过管道流经气体返回装置，与气化反应段流出的上行粗合成气混合。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中下部冷却净化段还包括急冷装置，渣池，粗渣出口。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气体返回装置包括除粗渣器和气压机，除粗渣器的入口通过管道与下部冷却段的合成气出口相连。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气压机数量为1个到10个，优选2～5个，最优选3个。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括降温输气段，其设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中所述降温输气段入口与气化反应段的上出口连接处设置一个初步降温装置，用于向上行的粗合成气内喷人适量的冷却物质，冷却物质可以部分或者全部是气体返回装置加压的低温粗合成气，冷却物质也可以是水雾，从而对粗合成气冷却降温，同时使上行的飞灰温度降低到t2（灰的软化温度）温度以下失去粘性。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括上部冷却净化段，其入口与降温输气段的上出口相连。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中所述的上部冷却净化段包括急冷装置，灰水池和合成气出口；其中合成气出口在上部冷却段的中上部，可以布置1个或者多个，优选1～3个。

按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气化反应段周向均布2～12个烧嘴，优选4～8个，烧嘴可以布置1层或上下多层，优选1～3层。

一方面，本发明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：

将含碳物质与气化剂在气化反应装置内反应，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；

其中部分高温粗合成气与飞灰、液渣下行，部分高温粗合成气气体与飞灰上行；

Ⅰ：下行的部分高温粗合成气与飞灰经过冷却降温，初步净化后送往粗除渣器除去大颗粒的灰渣，经过气压机升压后带水的粗合成气通过初步冷却器和/或上部急冷装置注入系统，与上行高温粗合成气掺混；下行的液渣经过淬冷后排出炉外；

Ⅱ：其余部分高温粗合成气与飞灰上行，分别与初步冷却器和/或上部急冷装置注入的低温带水合成气掺混降温到600℃～t2温度以下使飞灰失去粘性，进入输气段；

输气段的粗合成气继续上行经过上部冷却段再次降温除灰，得到满足后续流程需要的粗合成气。

按照本发明方法的一个具体实施方案，其特点是，包括以下步骤：将含碳物质与气化剂通过多个烧嘴喷入装置气化反应段，在高温（1200℃～2000℃）高压（0.1MPa～11MPa）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；

部分高温粗合成气及大部分灰渣下行进入下部冷却净化段，经过冷却净化后粗合成气经过除渣器除去大颗粒的灰渣后用气压机送往降温输气段，经过淬冷的灰渣经出渣口排出装置；

大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，对高温粗合成气进行初步冷却降温，使得飞灰温度降低到熔点以下；

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，另一方面也从根本上解决了下行出气方式的顶部超温问题；

2、由于增加了气体返回装置，有效提高了热效率，降低装置能耗，同时减少了水的用量，减少了合成气带水带灰，减轻了后续流程的压力。

3、本发明采用了多烧嘴布置，有利于反应充分进行，并有利于装置的大型化；

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是本发明的一种系统示意图。

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.气体返回段；51.除粗渣器；52.气压机；6.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案例并结合附图进行详细地说明：

实施例1

参阅附图1，一种部分合成气循环冷却的大型含碳物质干粉气化方法，其特点是，包括以下步骤：

将含煤粉与氧气通过烧嘴21喷入装置气化反应段2，在高温（1600℃～2000℃）高压（4.5MPa）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；

25%高温粗合成气及大部分灰渣下行进入下部冷却净化段1，经过淬冷的灰渣经粗渣出口16排出装置，冷却净化后的带水带灰的粗合成气，经过除粗渣器51除去大颗粒的灰渣，通过气压机52增压送往初步降温装置31充当冷却物质及气化剂；

75%高温粗合成气及高温飞灰上行与初步降温装置31喷入的冷却物质混合降温后进入降温输气段3，对高温粗合成气及飞灰进行初步冷却降温，使得飞灰温度降低到熔点以下；

反应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，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。

实施例2

参阅附图2，一种部分合成气循环冷却的大型含碳物质干粉气化系统，其特点是，包括含碳物质反应装置和气体返回装置5，所述含碳物质反应装置包括气化反应段2、上出气口和下出气口。

所述的含碳物质反应装置还包括下部冷却净化段1，降温输气段3，上部冷却净化段4，壳体6。

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，包括急冷装置11，下降管12，合成气出口13，上升管14，渣水池15，粗渣出口16。气化反应段2中生成的部分合成气及大部分灰渣下行进入急冷装置11降温，然后沿着下降管12下行。大部分灰渣从粗渣出口16排出装置，而下行的合成气经过渣水池16水浴夹带水滴沿着上升管14和下降管12的环隙上行进一步的降温并除灰，净化后夹带液滴的粗合成气经合成气出口13进入气体返回装置5。

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21，烧嘴21布置1层，气化反应段2的下出口连接下部冷却净化段1，气化反应段2的上出口连接降温输气段3。

所述的烧嘴21布置应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）。所述的降温输气段3设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连；在连接处设置一个初步降温装置31，用于向上行的粗合成气内喷人适量的冷却物质，对高温粗合成气及飞灰进行初步冷却降温，使得飞灰温度降低到熔点以下。气化反应段2中生成的大部分高温粗合成气及高温飞灰上行与初步降温装置31喷入的冷却物质混合降温后进入降温输气段3。如下面所述，由气压机52将夹带水和细灰的粗合成气输送至初步降温装置31，充当冷却物质。

降温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。

所述的气体返回装置5包括除粗渣器51，气压机52。粗除渣器51的入口通过管道与下部冷却段1的合成气出口13相连。气压机52数量为3个。下部冷却段1冷却净化后的粗合成气仍夹带一些颗粒较大的灰渣，经过除粗渣器51除渣后由气压机52将夹带水和细灰的粗合成气输送至初步降温装置31，充当冷却物质，用于冷却进入降温输气段的粗合成气。

Claims (15)

1.一种含碳物质干粉气化系统，其特征在于，包括含碳物质反应装置和气体返回装置，所述含碳物质反应装置包括气化反应段、上出气口和下出气口，所述气体返回装置用于将下出气口流出的合成气反应装置上出气口流出的合成气掺混；

进一步地，含碳物质反应装置还包括下部冷却净化段，用于冷却、净化气化反应段流出的下行高温粗合成气；下部冷却净化段入口与气化反应段的下出口相连，其合成气出口在下部冷却净化段的侧部；

其中，气体返回装置包括除粗渣器和气压机，除粗渣器的入口通过管道与下部冷却净化段的合成气出口相连；

进一步地，含碳物质反应装置还包括降温输气段，其设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连；

进一步地，含碳物质反应装置还包括上部冷却净化段，其入口与降温输气段的上出口相连。

2.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中下部冷却净化段的合成气出口在下部冷却净化段的中上部。

3.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中所述气体返回装置通过初步冷却器和/或上段急冷装置将合成气出口流出的低温带水粗合成气加压后与反应装置上行粗合成气掺混。

4.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中所述气体返回装置通过初步冷却器和/或上段急冷装置将合成气出口流出的低温带水粗合成气加压后与反应装置上行粗合成气掺混。

5.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中从冷却净化段合成气出口流出的部分或全部粗合成气通过管道流经气体返回装置，与气化反应段流出的上行粗合成气混合。

6.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中下部冷却净化段还包括急冷装置，渣池，粗渣出口。

7.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中气压机数量为1个到10个。

8.按照权利要求7的含碳物质干粉气化系统，其中气压机数量为2～5个。

9.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中所述降温输气段入口与气化反应段的上出口连接处设置一个初步降温装置，用于向上行的粗合成气内喷入适量的冷却物质，冷却物质部分或者全部是气体返回装置加压的低温粗合成气，或者是水雾，从而对粗合成气冷却降温，同时使上行的飞灰温度降低到t2温度以下失去粘性，其中t2是灰的软化温度。

10.按照权利要求1的含碳物质干粉气化系统，其中所述的上部冷却净化段包括急冷装置，灰水池和合成气出口；其中合成气出口在上部冷却段的中上部，布置1个或者多个。

11.按照权利要求10的含碳物质干粉气化系统，其中合成气出口布置为1～3个。

12.按照权利要求1-11任一项的含碳物质干粉气化系统，其中气化反应段周向均布2-12个烧嘴，烧嘴布置1层或上下多层。

13.按照权利要求12的含碳物质干粉气化系统，其中气化反应段周向均布4-8个烧嘴。

14.按照权利要求12的含碳物质干粉气化系统，其中烧嘴布置1～3层。

15.一种含碳物质干粉气化方法，其特征在于，包括以下步骤：

将含碳物质与气化剂在气化反应装置内反应，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；

其中部分高温粗合成气与飞灰、液渣下行，部分高温粗合成气气体与飞灰上行；

Ⅰ：下行的部分高温粗合成气与飞灰经过冷却降温，初步净化后送往粗除渣器除去大颗粒的灰渣，经过气压机升压后带水的粗合成气通过初步冷却器和/或上部急冷装置注入系统，与上行高温粗合成气掺混；下行的液渣经过淬冷后排出炉外；

Ⅱ：其余部分高温粗合成气与飞灰上行，分别与初步冷却器和/或上部急冷装置注入的低温带水合成气掺混降温到600℃～t2温度以下使飞灰失去粘性，进入输气段；

输气段的粗合成气继续上行经过上部冷却段再次降温除灰，得到满足后续流程需要的粗合成气。