CN105602629B - 一种下行式高温气化产物激冷装置 - Google Patents

一种下行式高温气化产物激冷装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种下行式高温气化产物激冷装置，包括：用于产生气化产物的气化段；用于对气化段产生的气化产物进行激冷，使其迅速固化、失去粘结性的激冷段；用于对激冷段激冷后的产物进行进一步降温、回收余热的冷却器段。高温合成气夹带熔融态灰渣在气化炉出口附近被低温激冷气激冷，温度骤降至灰熔点以下，熔渣表面瞬间固化，并在激冷气流的夹带下汇聚到中心区域下行，最大限度的避免了灰渣以熔渣形态落入合成气冷却器，有效防止了灰渣颗粒接触合成气冷却器水冷壁面形成沾污。激冷气采用水蒸汽可促进变换反应发生，大大提高合成气中H2体积分数，大大降低后续变换系统负荷与变换成本。系统操作运行简单，具有大规模推广应用前景。

Description

一种下行式高温气化产物激冷装置
技术领域
本发明涉及一种下行式高温气化产物激冷装置，属于能源清洁利用技术领域。
背景技术
高温高压气流床气化过程的产物具有大量的高位显热可供回收利用，可使系统效率提高4-5个百分点。但是，高温气化条件下的灰渣颗粒呈熔融液态，会对换热系统受热面形成沾污结渣，甚至传热恶化后堵渣。尤其针对下行式气流床气化炉，合成气夹带大量熔融态灰渣并流下行，若不控制物流温度直接进入换热器，将对换热器的受热面造成巨大风险。
现有下行式气流床气化技术主要采用水激冷的方式进行降温，但是水洗过程不但无法回收气化产物显热，还会产生大量黑水和灰水，造成二次污染，同时具有高水耗的问题。现有商业化应用的下行式干煤粉气化技术全部采用直接水激冷的方式进行气化产物降温和初步净化过程。众所周知，干煤粉气化过程得到的合成气中H2/CO体积比仅为0.3～0.5，而水煤浆气化过程可达到0.85左右。由于气化技术为煤化工技术的核心共用技术，产出的CO和H2作为下游化工生产的原料气时H2的比例要求较高，通常需求H2/CO体积比达到2以上，因此现有干煤粉气化过程与水煤浆气化技术相比，在产物气上的H2/CO体积比存在一定的差异，在相同当量有效气状态下需要更多的后续变换系统投资和运行成本。
因此，开发一种能避免下行式气化炉余热回收过程中结渣堵渣的技术，将对下行式气流床高温气化反应产物的余热回收提供重要技术支撑，并为气化系统实现安稳长满优提供保障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现下行式干法进料气化反应器气化产物的瞬间激冷降温和H2/CO体积比调整。
本发明的构思如下：影响下行式气流床气化炉气化产物余热回收过程顺利实施的主要问题是结渣，熔融态的灰渣极易在气化炉下方的余热回收装置受热面上形成结渣沾污，甚至堵渣。因此，为了有效避免该现象的发生，可使气化炉出口熔渣在有限的时间和空间范围进行骤冷固化，防止灰渣以熔融状态接近水冷壁换热面。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于，包括：
用于产生气化产物的气化段；
用于对气化段产生的气化产物进行激冷，使其迅速固化、失去粘结性的激冷段；
用于对激冷段激冷后的产物进行进一步降温、回收余热的冷却器段。
优选地，所述气化段、激冷段、冷却器段由上至下依次连接同轴设置。
更优选地，所述气化段包括从上至下依次连接的气化炉直段水冷壁、锥形水冷壁底部和直段下渣口。
进一步地，所述锥形水冷壁底部和直段下渣口采用盘管式水冷壁。
进一步地，所述直段下渣口底端采用倒角设计，便于熔渣滴落，倒角的角度为15°～45°。
优选地，所述激冷段包括：
激冷气接入管；
用于对通过激冷气接入管接入的激冷气进行分配的激冷气集箱；
用于将激冷气集箱分配的激冷气喷出，从而对气化段产生的气化产物进行激冷的激冷通道。
更优选地，所述激冷通道为设于所述气化段的直段下渣口下方的一圈锥形空腔。
进一步地，所述激冷通道与水平方向形成一夹角，该夹角的优选范围15°～90°，当取值90°时激冷通道垂直向下。
优选地，所述激冷通道为一内缩结构，所述激冷通道出口处环形半径比所述气化段的直段下渣口大，所述激冷通道前段通过盘管式水冷壁与所述直段下渣口密封连接。
优选地，所述冷却器段采用合成气冷却器，合成气冷却器采用列管式水冷壁设计。
优选地，所述冷却器段设于所述激冷通道下方，两者可采用直接贴壁式连接，也可通过锥形水冷壁过渡连接。
进一步地，所述锥形水冷壁斜面与水平面形成一夹角，该夹角的取值范围为0°～90°。
优选地，所述激冷气为水蒸汽、二氧化碳、气化后净化合成气和氮气等气体的一种或几种的混合气体。
优选地，所述激冷气中包含水蒸汽，且所含水蒸汽的体积浓度大于所述气化段产生的气化产物中的水蒸汽体积浓度。
更优选地，所述激冷气中包含的水蒸汽的体积浓度为10％～100％。
优选地，所述激冷气温度为150℃～350℃。
优选地，所述气化段的工作温度通常为1300℃～1700℃，气化产物在该温度下经过激冷后的温度为900℃～1200℃。
本发明提供的下行式高温气化产物激冷装置工作时，气化炉在1300℃～1700℃条件下运行，得到该温度条件下的气化产物，气化产物主要为CO、H2为主含有少量H2O、CO2等的合成气，以及合成气夹带的熔融态灰渣颗粒。气化产物经过气化段直段下渣口向下进入合成气冷却器。在进入合成气冷却器之前经过一环形激冷装置，高温合成气夹带熔融态灰渣在气化炉出口附近即被低温激冷气激冷，温度骤降至灰熔点以下，熔渣表面瞬间固化，并在激冷气流的夹带下汇聚到中心区域下行，最大限度的避免了灰渣以熔渣形态落入合成气冷却器，有效防止了灰渣颗粒接触合成气冷却器水冷壁面形成沾污。激冷后气化产物温度约为900℃～1200℃。气化产物继续向下，进入合成气冷却器进一步降温回收余热。
为调整干煤粉气化产物中的H2/CO比率，本发明采用水蒸汽或含有高水蒸汽浓度的混合气体进行激冷，激冷过程发生如下反应：
H2O(g)+CO→CO2+H2
通过调整水蒸汽浓度和激冷气量，经过变换反应调整后，合成气中H2/CO值由0.3～0.5升高至0.7～0.9。
相比现有技术，本发明置具有如下有益效果：
(1)采用高浓度水蒸汽对高温气化产物进行直接激冷，可有效避免气、渣并流下行式气化炉熔渣在合成气冷却器内形成结渣问题，且可采用灰黑水机械/压力雾化汽作为激冷气，或系统自产水蒸汽，大大降低了水耗和能耗；
(2)采用高浓度水蒸汽对高温气化产物进行直接激冷，发生一定的变换反应，可有效弥补干煤粉气化合成气中H2/CO值较低的问题，为后续合成气变换系统的设计负荷和运行负荷降本增效；
(3)采用高浓度水蒸汽对高温气化产物进行直接激冷，经过变换反应后的合成气中，CO2和H2O体积浓度提高，可有效增加辐射传热系数，可有效提高后续合成气冷却器内的传热效果，可缩小受热面设计，降低设备成本。
附图说明
图1为实施例1提供的下行式高温气化产物激冷装置结构示意图；
图2为实施例2提供的下行式高温气化产物激冷装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
图1为本实施例提供的下行式高温气化产物激冷装置结构示意图，所述的下行式高温气化产物激冷装置包括三个主要组成部分，分别为气化段、激冷段、冷却器段。
气化炉采用气渣并流向下设计，气化炉采用水冷壁设计，底部锥形渣口和渣口直段采用盘管式水冷壁，渣口直段下方设有环形激冷通道，激冷通道前段采用盘管式水冷壁衔接，采用激冷气集箱进行合成气分配，激冷气通过激冷气接入管接入。激冷通道下方设有合成气冷却器。气化炉本体、激冷气通道和冷却器为同轴设置。具体分析如下。
气化段包括气化室1，气化室1底部设有锥形下渣口，锥形下渣口底部连接直段下渣口2；气化室1内壁设有水冷壁9，锥形下渣口内壁设有水冷壁涂层10，直段下渣口2内壁设有水冷壁盘管11。水冷壁内的水最终汇入气化炉水冷壁集箱12。直段下渣口底端采用倒角设计，倒角β的角度为15°～45°。
激冷段包括激冷通道4、激冷气集箱5和激冷气接入管6，激冷通道4、激冷气集箱5、激冷气接入管6依次连接，激冷通道4设于直段下渣口2下方。激冷气通过激冷气接入管6接入，采用激冷气集箱5进行合成气分配，并通过激冷通道4喷入。激冷气通道4为一锥形空腔，锥形空腔与水平方向形成一夹角α，α的优选范围15°～90°，当取值90°时激冷气通道垂直向下。
冷却器段采用合成气冷却器3，合成气冷却器3包括筒体水冷壁7和冷却器水冷壁集箱8。合成气冷却器3设于激冷通道4下方，激冷通道4出口处环形半径相比气化炉直段下渣口2大，二者差距如图1中d所示。激冷通道4前段采用盘管式水冷壁13与直段下渣口2内壁的水冷壁盘管11衔接，实现有效密封连接。激冷通道4前段还采用锥形的盘管式水冷壁与合成气冷却器3的筒体水冷壁7过渡连接，锥形的盘管式水冷壁斜面与水平面形成夹角σ，σ的取值范围0°～90°。
气化炉在1300℃～1700℃条件下运行，得到该温度条件下的气化产物，气化产物主要为CO、H2为主含有少量H2O、CO2等的合成气，以及合成气夹带的熔融态灰渣颗粒。气化产物经过气化段直段下渣口2向下进入合成气冷却器3。在进入合成气冷却器3之前经过一环形激冷装置的激冷，受来自于激冷通道4的低温激冷气激冷，激冷后气化产物温度约为900℃～1200℃。此时灰渣在激冷气作用下迅速固化，失去粘结性。气化产物继续向下，进入合成气冷却器3进一步降温回收余热。
激冷气的选择对气化产物中的组分调整至关重要，本发明所述的激冷气采用水蒸汽、二氧化碳、气化后净化合成气和氮气等气体中的一种或其混合气体，当应用于干煤粉等干粉进料气化方式时，优先考虑激冷气中包含水蒸汽，且体积浓度大于气化产物中水蒸汽浓度，水蒸汽体积浓度为10％～100％，以确保发生一定量变换反应，调整合成气中H2/CO值。
本发明所采用激冷装置主要应用于气、渣并流向下的气化炉气化产物激冷，可应用于湿法进料和干法进料，当采用干法进料时，激冷气必须含有大量水蒸汽，激冷后的气化产物中H2/CO值与湿法进料气化产物相当。
下面结合采用本发明提供的下行式高温气化产物激冷装置进行相应试验得到的结果对本发明作进一步说明：
应用于一套日处理2000吨煤的干煤粉加压气化反应器的激冷装置，采用表1中煤种进行气化。气化室出口合成气组成见表2所示。气化操作条件如下：
操作温度：1400℃
操作压力：4.0MPa
比氧气耗：0.8kg/kg
比水蒸汽耗：0.2kg/kg
N2输送：6.7kg/kg
碳转化率：99％
表1 煤质分析表
其他主要操作条件：
蒸汽入口温度：623K；
氧气入口温度：298K；
氧气纯度：99.6％。
气化反应室出口合成气分析数据为：
表2 气化室出口合成气成分(Vol％)
气化室出口H2/CO体积比：0.488；
采用纯水蒸汽激冷，激冷气温度260℃。
经过激冷后气化产物温度降至1000℃，远小于灰渣变形温度，灰渣失去粘结性。
激冷后进入合成气冷却器的合成气参数见表3所示：
表3 合成气成分(干基Vol％)
组分 组成(干基，v％)
H2 36.76
CO 42.69
CO2 15.21
H2S 0.16
COS 0.01
CH4 0.08
N2 6.13
Ar 0.09
NH3 0.01
出口H2/CO体积比：0.86；
有效气总体积流量不变。
与现有技术相比，当采用纯水蒸汽激冷时，本发明专利提供的激冷装置：可降低余热回收系统设备投资约30％，提高H2/CO体积比约100％，降低后续变换系统设备投资和运行成本约20％。运行操作简单、稳定、可靠，具备大规模推广应用条件。
实施例2
图2为本实施例提供的下行式高温气化产物激冷装置结构示意图，所述的下行式高温气化产物激冷装置与实施例1基本相同，其主要区别在于：合成气冷却器3的筒体水冷壁7上部与激冷通道4采用直接贴壁式连接，因此激冷通道4前段与合成气冷却器3的筒体水冷壁7直接衔接，无需借助盘管式水冷壁13；但是激冷通道4前段与直段下渣口2内壁的水冷壁盘管11还是通过盘管式水冷壁13衔接。

Claims (9)

1.一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于，包括：
用于产生气化产物的气化段；
用于对气化段产生的气化产物进行激冷，使其迅速固化、失去粘结性的激冷段；
用于对激冷段激冷后的产物进行进一步降温、回收余热的冷却器段；
所述激冷段包括：
激冷气接入管；
用于对通过激冷气接入管接入的激冷气进行分配的激冷气集箱；
用于将激冷气集箱分配的激冷气喷出，从而对气化段产生的气化产物进行激冷的激冷通道。
2.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述气化段、激冷段、冷却器段由上至下依次连接同轴设置。
3.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述气化段包括从上至下依次连接的气化炉直段水冷壁、锥形水冷壁底部和直段下渣口。
4.如权利要求3所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述锥形水冷壁底部和直段下渣口采用盘管式水冷壁。
5.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述激冷通道为设于所述气化段的直段下渣口下方的一圈锥形空腔。
6.如权利要求1或5所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述激冷通道出口处环形半径比所述气化段的直段下渣口大，所述激冷通道前段通过盘管式水冷壁与所述直段下渣口密封连接。
7.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述冷却器段设于所述激冷通道下方，两者可采用直接贴壁式连接，也可通过锥形水冷壁过渡连接。
8.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述激冷气为水蒸汽、二氧化碳、气化后净化合成气和氮气中的一种或几种的混合气体。
9.如权利要求1所述的一种下行式高温气化产物激冷装置，其特征在于：所述激冷气中包含水蒸汽，且所含水蒸汽的体积浓度大于所述气化段产生的气化产物中的水蒸汽体积浓度。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4007019A (en) * 1975-12-22 1977-02-08 Texaco Inc. Production of clean synthesis or fuel gas
CN204550484U (zh) * 2015-03-03 2015-08-12 华东理工大学 一种带高温热回收装置的激冷流程气化炉

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4007019A (en) * 1975-12-22 1977-02-08 Texaco Inc. Production of clean synthesis or fuel gas
CN204550484U (zh) * 2015-03-03 2015-08-12 华东理工大学 一种带高温热回收装置的激冷流程气化炉

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