CN105542869A - 煤制合成气的气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤制合成气的气化炉，包括：射流床反应单元、半焦反应单元和熔渣储存单元，射流床反应单元包括射流床反应单元本体、气体分布板、煤料入口、流化气入口、半焦出口和合成气出口，气体分布板下方设置有进气室，煤料入口、流化气入口、半焦出口、合成气出口设置在射流床反应本体上；半焦反应单元包括：半焦反应单元本体、半焦入口、蒸汽入口、二次燃料入口和熔融物料出口，半焦入口、蒸汽入口、二次燃料入口和熔融物料出口设置在半焦反应单元本体上；熔渣储存单元具有熔融物料入口和排渣口，熔融物料入口与熔融物料出口相连。该气化炉具有操作压力高、生产能力大等优点，并且可以显著提高碳转化率，从而实现合成气的高产率。

Description

煤制合成气的气化炉

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种煤制合成气的气化炉。

背景技术

传统流化床气化炉由于操作温度低于煤的灰熔点，造成对于气化反应活性较差的煤，其在流化床气化炉内的碳转化率低，物料未能充分利用和转化。而且，传统流化床气化炉一般采用干法排渣。目前，干法排渣装置在高压下运行的难度较大，从而造成气化炉的操作压力不高，限制了气化炉的生产能力。

因此，现有的煤制合成气的气化炉有待进一步改进。

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煤制合成气的气化炉，该气化炉具有操作压力高、生产能力大等优点，并且可以显著提高碳转化率，从而实现合成气的高产率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种煤制合成气的气化炉。根据本发明的实施例，该气化炉包括：

射流床反应单元，所述射流床反应单元包括：

射流床反应单元本体，所述射流床反应单元本体内限定出反应空间；

气体分布板，所述气体分布板设置在所述反应空间中，并且所述气体分布板下方设置有进气室；

煤料入口，所述煤料入口设置在所述射流床反应单元本体上；

流化气入口，所述流化气入口设置在所述射流床反应单元本体上且与所述进气室相连通；

半焦出口，所述半焦出口设置在所述射流床反应单元本体上；

合成气出口，所述合成气出口设置在所述射流床反应本体上；

半焦反应单元，所述半焦反应单元包括：

半焦反应单元本体，所述半焦反应单元本体中限定出半焦反应空间；

半焦入口，所述半焦入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述半焦入口与所述半焦出口相连；

蒸汽入口，所述蒸汽入口设置在所述半焦反应单元本体上；

二次燃料入口，所述二次燃料入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述二次燃料入口位于所述蒸汽入口的下方；

熔融物料出口，所述熔融物料出口设置在所述半焦反应单元本体上；

熔渣储存单元，所述熔渣储存单元具有熔融物料入口和排渣口，所述熔融物料入口与所述熔融物料出口相连。

由此，根据本发明实施例的煤制合成气的气化炉具有操作压力高、生产能力大等优点，并且可以显著提高碳转化率，从而实现合成气的高产率，另外该气化炉结构简单，容易维护。

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

在本发明的一些实施例中，所述射流床反应单元、所述半焦反应单元、所述熔渣储存单元自上而下依次相连。由此，可以显著提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述射流床反应单元的横截面面积大于所述半焦反应单元的横截面面积。由此，可以进一步提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述气体分布板呈倒锥形或水平布置在所述反应空间内。由此，可以进一步提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述煤制合成气的气化炉进一步包括：旋风分离器，所述旋风分离器具有合成气入口、除尘后气出口和半焦颗粒出口，所述合成气入口与所述合成气出口相连，所述半焦颗粒出口与所述二次燃料入口相连。由此，可以进一步提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述射流床反应单元的内壁上设置有耐磨和绝热的衬里。由此，可以显著提高射流床反应单元的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，所述半焦反应单元的内壁上设置有水冷壁或水夹套。由此，可以显著提高半焦反应单元的使用寿命。

在本发明的一些实施例中，所述二次燃料入口处设置有喷嘴。由此，可以进一步提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述煤制合成气的气化炉包括多个蒸汽入口，并且所述多个蒸汽入口均匀分布在所述半焦反应单元本体的侧壁上。由此，可以进一步提高碳转化率。

在本发明的一些实施例中，所述煤制合成气的气化炉包括多个二次燃料入口，并且所述多个二次燃料入口均匀分布在所述半焦反应单元本体的侧壁上。由此，可以进一步提高碳转化率。

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

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的煤制合成气的气化炉的结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的煤制合成气的气化炉的结构示意图。

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“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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至少一个该特征。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，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种煤制合成气的气化炉。根据本发明的实施例，该气化炉包括：射流床反应单元，所述射流床反应单元包括：射流床反应单元本体，所述射流床反应单元本体内限定出反应空间；气体分布板，所述气体分布板设置在所述反应空间中，并且所述气体分布板下方设置有进气室；煤料入口，所述煤料入口设置在所述射流床反应单元本体上；流化气入口，所述流化气入口设置在所述射流床反应单元本体上且与所述进气室相连通；半焦出口，所述半焦出口设置在所述射流床反应单元本体上；合成气出口，所述合成气出口设置在所述射流床反应本体上；半焦反应单元，所述半焦反应单元包括：半焦反应单元本体，所述半焦反应单元本体中限定出半焦反应空间；半焦入口，所述半焦入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述半焦入口与所述半焦出口相连；蒸汽入口，所述蒸汽入口设置在所述半焦反应单元本体上；二次燃料入口，所述二次燃料入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述二次燃料入口位于所述蒸汽入口的下方；熔融物料出口，所述熔融物料出口设置在所述半焦反应单元本体上；熔渣储存单元，所述熔渣储存单元具有熔融物料入口和排渣口，所述熔融物料入口与所述熔融物料出口相连。发明人发现，该气化炉通过设置半焦反应单元，并且通过在半焦反应单元上设置二次燃料入口，可以在半焦反应空间中形成高温氧化区，使得在射流床反应单元中未完全反应的半焦继续进行气化反应，从而可以显著提高碳转化率，进而提高合成气的产率，同时经高温氧化区反应后，由于高温氧化区的温度高于反应产物的熔点，使得所得到的反应产物呈熔融状态，即可以进行湿法排渣，从而使得该气化炉可以在高压环境下运行操作，进而可以显著提高气化炉的生产能力，另外该气化炉结构简单，容易维护。

下面参考图1-2对本发明实施例的煤制合成气的气化炉进行详细描述。根据本发明的实施例，该气化炉包括：射流床反应单元100、半焦反应单元200和熔渣储存单元300。

根据本发明的实施例，射流床反应单元100包括射流床反应单元本体10、气体分布板11、煤料入口101、流化气入口102、半焦出口103和合成气出口104。

根据本发明的一个实施例，射流床反应单元本体10内限定出反应空间12，并且气体分布板11设置在反应空间12中，且适于通过气体分布板将流化气均匀分散，并且将反应空间中的煤料打散，从而可以显著提高煤料与流化气的接触面积，进而提高碳转化率。

根据本发明的再一个实施例，在气体分布板11的下方还可以设置有进气室13，且该进气室13用于存储流化气。

根据本发明的又一个实施例，气体分布板11的布置方式并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，气体分布板11可以呈倒锥形或水平布置在反应空间12内。由此，可以在提高煤料分散程度的同时提高煤料与流化气的接触面积，从而进一步提高碳转化率。

根据本发明的又一个实施例，流化气的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，流化气可以为蒸汽、氧气、二氧化碳和合成气中的至少一种。具体的，此处的合成气可以为该气化炉中得到的含有一氧化碳和氢气的合成气。

根据本发明的又一个实施例，煤料入口101可以设置在射流床反应单元本体10上，且适于向反应空间中供给煤料，具体的，该煤料可以为粉煤，根据本发明的具体实施例，煤料入口101可以为多个，该多个煤料入口101可以设置在射流床反应单元本体10的侧壁上。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对粉煤的具体类型进行选择。

根据本发明的又一个实施例，流化气入口102可以设置在射流床反应单元本体10上且与进气室13相连通，且适于向进气室13中供给流化气，根据本发明的具体实施例，流化气入口102可以为多个，并且多个流化气入口可以设置在射流床反应单元本体10的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，半焦出口103可以设置在射流床反应单元本体10上，且适于将粉煤气化后的半焦产物排出反应空间，根据本发明的具体实施例，半焦出口103可以设置在射流床反应单元本体的底部。

根据本发明的又一个实施例，合成气出口104可以设置在射流床反应本体10上，且适于将反应空间中产生的含有一氧化碳和氢气的合成气排出反应空间。

根据本发明的又一个实施例，射流床反应单元100的内壁上设置有耐磨和绝热的衬里(未示出)。由此，在显著提高射流床反应单元使用寿命的同时保证该气化炉稳定安全的运行。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所使用的衬里的具体类型进行选择。

根据本发明的实施例，半焦反应单元200包括：半焦反应单元本体20、半焦入口201、蒸汽入口202、二次燃料入口203和熔融物料出口204。

根据本发明的一个实施例，半焦反应单元本体20中限定出半焦反应空间21。

根据本发明的再一个实施例，半焦入口201可以设置在半焦反应单元本体20上，且半焦入口201与半焦出口103相连，且适于将射流床反应单元内未完全反应的半焦供给至半焦反应空间21中继续进行气化反应，从而可以进一步提高碳转化率，进而提高合成气产率。具体的，半焦入口201可以设置在半焦反应单元本体20的顶部。

根据本发明又一个实施例，蒸汽入口202可以设置在半焦反应单元本体20上，且适于向半焦反应空间21中供给蒸汽。根据本发明的具体实施例，蒸汽入口202可以为多个，并且多个蒸汽入口202可以均匀分布在半焦反应单元本体20的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，二次燃料入口203可以设置在半焦反应单元本体20上，并且二次燃料入口203可以位于蒸汽入口的下方，且适于向半焦反应空间21中供给二次燃料，以便在半焦反应空间21中形成高温氧化区，使得在射流床反应单元反应空间中未完全反应的半焦继续进行气化处理，并且使得气化后的反应产物呈熔融状态，即可以进行湿法排渣，从而使得该气化炉可以在高压环境下运行操作，进而可以显著提高气化炉的生产能力。根据本发明的具体实施例，二次燃料入口203可以为多个，并且多个二次燃料入口203可以均匀分布在半焦反应单元本体20的侧壁上。

根据本发明的又一个实施例，通过二次燃料入口供给的燃料的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，燃料可以为氧气和含碳细粉中的至少之一。

根据本发明的又一个实施例，可以在二次燃料入口203处设置有喷嘴22。由此，通过该喷嘴，可以在半焦反应空间中形成局部高温氧化区，从而可以进一步提高碳转化率，进而提高合成气的产率。

根据本发明的又一个实施例，熔融物料出口204可以设置在半焦反应单元本体20上，且适于排出半焦反应空间中的熔融状的反应产物。具体的，熔融物料出口204可以设置在半焦反应单元本体20的底部。

根据本发明的又一个实施例，半焦反应单元200的内壁上可以设置有水冷壁或水夹套。由此，在显著提高半焦反应单元使用寿命的同时保证该气化炉稳定安全的运行。

根据本发明的实施例，熔渣储存单元300具有熔融物料入口301和排渣口302。

根据本发明的一个实施例，熔融物料入口301可以与熔融物料出口204相连，且适于存储半焦反应空间中产生的熔融状的反应产物。具体的，熔融物料入口301可以设置在熔渣储存单元300的顶部。

根据本发明的再一个实施例，排渣口302适于将储存的熔融状反应产物排出熔渣储存单元300。具体的，排渣口302可以设置在熔渣储存单元300的底部。

根据本发明的实施例，射流床反应单元100、半焦反应单元200、熔渣储存单元300自上而下依次相连。由此，可以使得射流床反应单元内的含有未反应完全的半焦产物在重力作用下落入半焦反应单元的半焦反应空间中，而在该半焦反应空间中产生的熔融状反应产物在重力作用下进入熔融储存单元中，从而不需要额外的运输设备，进而降低设备成本。根据本发明的具体实施例，射流床反应单元100、半焦反应单元200、熔渣储存单元300可以在竖直方向上依次相连。由此，可以在降低管道成本的同时明显降低占地空间。

根据本发明的实施例，射流床反应单元的横截面面积可以大于半焦反应单元的横截面面积。由此，可以在半焦反应单元的半焦反应空间中形成局部高温氧化区，使得半焦反应空间中温度更加集中，从而在进一步提高碳转化率的同时对物料进行熔融，进而提高合成气产率。

根据本发明实施例的煤制合成气的气化炉通过设置半焦反应单元，并且通过在半焦反应单元上设置二次燃料入口，可以在半焦反应空间中形成高温氧化区，使得在射流床反应单元中未完全反应的半焦继续进行气化反应，从而可以显著提高碳转化率，进而提高合成气的产率，同时经高温氧化区反应后，由于高温氧化区的温度高于反应产物的熔点，使得所得到的反应产物呈熔融状态，即可以进行湿法排渣，从而使得该气化炉可以在高压环境下运行操作，进而可以显著提高气化炉的生产能力，另外该气化炉结构简单，容易维护。

参考图2，根据本发明实施例的煤制合成气的气化炉进一步包括：

旋风分离器400：根据本发明的实施例，旋风分离器400具有合成气入口401、除尘后气出口402和半焦颗粒出口403，并且合成气入口401与合成气出口104相连，半焦颗粒出口403与二次燃料入口203相连，且适于分离出合成气中携带的半焦颗粒，并将该部分半焦颗粒返回半焦反应单元作为燃料使用。由此，在提高合成气纯度的同时提高原料的利用率。具体的，可以将经旋风分离器得到的较高纯度的合成气作为射流床反应空间中的流化气使用。

为了方便理解，下面对采用本发明实施例的煤制合成气的气化炉进行煤制合成气的具体操作进行详细描述。首先分别经煤料入口向射流床反应空间中供给粉煤，同时经流化气入口供给流化气(蒸汽、氧气、二氧化碳和合成气中至少一种)，并且分别经蒸汽入口和二次燃料入口向半焦反应空间中供给水蒸气和二次燃料(氧气和煤粉)，使得流化气经气体分布板将粉煤吹散，同时粉煤被加热，然后被加热的粉煤与流化气中的蒸汽接触发生反应得到含有一氧化碳和氢气的合成气，所得合成气经射流床反应单元本体顶部的合成气出口排出反应空间，而反应后的固体产物在重力作用下经半焦出口进入半焦反应空间中的高温氧化区，使得固体产物中未反应完全的半焦继续进行气化处理，并且所得产物被熔化，得到的合成气上行经过蒸汽降温后经半焦入口进入射流床反应单元的反应空间中继续参与反应，而得到的熔融物料在重力作用下经熔融物料出口排至熔渣储存单元进行储存后经排渣口排出，而经射流床反应单元顶部排出的合成气进入旋风分离器分离得到半焦颗粒和净化合成气，净化合成气可以经流化气入口作为流化气继续使用，而分离得到的半焦颗粒可以经二次燃料入口进入半焦反应器继续使用。

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 (10)

1.一种煤制合成气的气化炉，其特征在于，包括：

射流床反应单元，所述射流床反应单元包括：

射流床反应单元本体，所述射流床反应单元本体内限定出反应空间；

气体分布板，所述气体分布板设置在所述反应空间中，并且所述气体分布板下方设置有进气室；

煤料入口，所述煤料入口设置在所述射流床反应单元本体上；

流化气入口，所述流化气入口设置在所述射流床反应单元本体上且与所述进气室相连通；

半焦出口，所述半焦出口设置在所述射流床反应单元本体上；

合成气出口，所述合成气出口设置在所述射流床反应本体上；

半焦反应单元，所述半焦反应单元包括：

半焦反应单元本体，所述半焦反应单元本体中限定出半焦反应空间；

半焦入口，所述半焦入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述半焦入口与所述半焦出口相连；

蒸汽入口，所述蒸汽入口设置在所述半焦反应单元本体上；

二次燃料入口，所述二次燃料入口设置在所述半焦反应单元本体上，且所述二次燃料入口位于所述蒸汽入口的下方；

熔融物料出口，所述熔融物料出口设置在所述半焦反应单元本体上；

熔渣储存单元，所述熔渣储存单元具有熔融物料入口和排渣口，所述熔融物料入口与所述熔融物料出口相连。

2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述射流床反应单元、所述半焦反应单元、所述熔渣储存单元自上而下依次相连。

3.根据权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于，所述射流床反应单元的横截面面积大于所述半焦反应单元的横截面面积。

4.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述气体分布板呈倒锥形或水平布置在所述反应空间内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的气化炉，其特征在于，进一步包括：

旋风分离器，所述旋风分离器具有合成气入口、除尘后气出口和半焦颗粒出口，所述合成气入口与所述合成气出口相连，所述半焦颗粒出口与所述二次燃料入口相连。

6.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述射流床反应单元的内壁上设置有耐磨和绝热的衬里。

7.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述半焦反应单元的内壁上设置有水冷壁或水夹套。

8.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述二次燃料入口处设置有喷嘴。

9.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，包括多个蒸汽入口，并且所述多个蒸汽入口均匀分布在所述半焦反应单元本体的侧壁上。

10.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，包括多个二次燃料入口，并且所述多个二次燃料入口均匀分布在所述半焦反应单元本体的侧壁上。