CN106398767A - 气化炉及煤气化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种气化炉及煤气化工艺，涉及煤气化技术领域，可促进反应气体与煤、催化剂均匀有效的接触，实现富产甲烷联产轻质芳烃。本发明实施例提供的气化炉包括炉体，在所述炉体内腔自下而上依次包括氧化区和还原区，对应于所述还原区在所述炉体侧壁上设有补气开口。本发明实施例提供的气化炉适用于煤气化工艺中。

Description

气化炉及煤气化工艺
技术领域
本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化炉及煤气化工艺。
背景技术
煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式。煤催化气化技术是指煤在一定压力温度条件下与水蒸汽、氧气组成的气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷和焦油。煤催化气化技术具有甲烷含量高、气化反应所需的温度低，同时副产焦油等优点。
但在传统煤催化气化工艺中甲烷气体的含量占出口粗煤气的20～25％，相对含量不高，后续净化分离系统仍需大量能耗以进一步分离提纯甲烷气体，同时催化气化产生的焦油有部分重质大分子化合物，不利于后工艺分离及焦油整体加工利用。并且，传统催化气化中，为增加原料的停留时间通常采用较高的床层，而高床层处气泡的聚并效应明显，造成各种反应气体与煤、催化剂无法均匀有效的接触，导致气化工艺各项产品产率下降。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种气化炉及煤气化工艺，可促进反应气体与煤、催化剂均匀有效的接触，实现富产甲烷联产轻质芳烃。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种气化炉，包括炉体，其中所述炉体内腔自下而上依次包括氧化区和还原区，对应所述还原区在所述炉体侧壁上设有补气开口。
其中，所述补气开口至少为两个，在所述炉体侧壁上以等高环面均匀分布。具体的，所述补气开口与水平方向具有第一锐角；所述补气开口与所述炉体外壁的切线方向具有第二锐角。
所述第一锐角为50°～85°；所述第二锐角为9°～25°。
进一步的，所述补气开口的口径设置为所述补气开口中的射流气速为10～20m/s。
进一步的，所述气化炉还设有补气气室，所述补气气室以所述补气开口与所述炉体侧壁上的交点为圆心设于所述炉体侧壁外周，在所述补气气室覆盖的炉体侧壁上设有补气孔。
其中，所述补气气室在所述气化炉竖直方向上的高度为所述气化炉直径的0.2～0.5倍。
具体的，所述补气孔的开孔率为2～5％。
所述补气孔的孔径为1～4mm。
所述补气孔以第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上，所述第三锐角为所述炉体侧壁切线所在平面与所述气化炉中心轴线上的一点所成的夹角。
具体的，所述第三锐角为8～50°。
本发明提供的一种气化炉，通过在炉体侧壁上对应于还原区开设补气开口，通过该补气开口将一氧化碳和氢气补入到还原区，一方面补气开口的射流作用打散了气化炉内聚并的大气泡，使气化炉内流场更加均匀，从而使得气化炉内反应气体与原料煤、催化剂的混合更加均匀，继而提高了气化工艺效率；另一方面，通过补气增加了还原区中甲烷合成反应的发生程度，进一步提高了单位甲烷产率。同时，甲烷合成反应为强放热反应，随着甲烷合成反应的发生程度的加深，释放的热量也增多。该增加的热量促使气化炉内温度场的分布更加均匀，从而可降低气化炉内的氧耗，并且该增加的热量使得周围氢气原子的活性进一步提高，活性氢在催化剂的作用下具有非常高的争夺能力，使得活性氢与热解产生焦油间的加氢反应程度加强。在加氢反应的作用下，使得绝大部分稠环大分子焦油产品被活性氢剪切为单环或双环的小分子焦油产品，继而得到轻质芳烃类的焦油产品。
同时，本发明还提供又一种气化炉，具体的，该气化炉包括炉体，所述炉体内腔自下而上依次包括氧化区和还原区，对应于所述还原区在所述炉体侧壁外周设有补气气室，在所述补气气室覆盖的炉体侧壁上设有补气孔。
其中，所述补气气室在所述气化炉竖直方向上的高度为所述气化炉直径的0.2～0.5倍。
具体的，所述补气孔的开孔率为2～5％。
所述补气孔的孔径为1～4mm。
所述补气孔以第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上，所述第三锐角为所述炉体侧壁切线所在平面与所述气化炉中心轴线上的一点所成的夹角。
具体的，所述第三锐角为8～50°。
本发明提供的又一种气化炉，在炉体侧壁上对应于还原区开设补气气室，在气室覆盖的炉体侧壁上设置补气孔，通过补气孔将一氧化碳和氢气间接经由补气气室补入到还原区，一方面补气孔摄入的气体打散了气化炉内聚并的大气泡，使气化炉内流场更加均匀，且补气气室起到缓冲作用，减弱了气体射流对气化炉内原有流场的影响，有利于补入的气体与气化炉内原有流场更好的融合且再分配，从而使得气化炉内反应气体与原料煤、催化剂的混合更加均匀，继而提高了气化工艺的产率；另一方面，通过补气增加了还原区中甲烷合成反应的发生程度，进一步提高了单位甲烷产率。同时，甲烷合成反应为强放热反应，随着甲烷合成反应的发生程度的加深，释放的热量也增多。该增加的热量促使气化炉内温度场的分布更加均匀，从而可降低气化炉内的氧耗，并且该增加的热量使得周围氢气原子的活性进一步提高，活性氢在催化剂的作用下具有非常高的争夺能力，使得活性氢与热解产生焦油间的加氢反应程度加强。在加氢反应的作用下，使得绝大部分稠环大分子焦油产品被活性氢剪切为单环或双环的小分子焦油产品，继而得到轻质芳烃类的焦油产品。
另一方面，本发明提供一种煤气化工艺，应用上述气化炉，所述煤气化工艺具体包括：煤气化反应后生成的粗煤气由所述气化炉排出进入后续净化分离系统，将部分粗煤气作为补充气补回所述气化炉的还原区进行甲烷合成反应。
其中，所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的深冷分离系统。
具体的，所述还原区位于气化炉高径比为1.5～2.0的区域。
补充气与进料气的质量比为0.15～0.3。
其中，所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的低温甲醇洗系统。
具体的，所述还原区位于气化炉高径比为1.2～1.7的区域。
补充气与进料气的质量比为0.17～0.4。
其中，所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的除尘冷却系统。
具体的，所述还原区位于气化炉高径比为0.8～1.3的区域。
补充气与进料气的质量比为0.2～0.45。
本发明提供的煤气化工艺，从后续净化分离系统中分离出部分包含一氧化碳和氢气的粗煤气作为补充气补回到气化炉的还原区进行甲烷合成反应，增加了还原区中甲烷合成反应的发生程度，进一步提高了单位甲烷产率。同时，甲烷合成反应为强放热反应，随着甲烷合成反应的发生程度的加深，释放的热量也增多。该增加的热量促使气化炉内温度场的分布更加均匀，从而可降低气化炉内的氧耗，并且该增加的热量使得周围氢气原子的活性进一步提高，活性氢在催化剂的作用下具有非常高的争夺能力，使得活性氢与热解产生焦油间的加氢反应程度加强。在加氢反应的作用下，使得绝大部分稠环大分子焦油产品被活性氢剪切为单环或双环的小分子焦油产品，继而得到轻质芳烃类的焦油产品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例所述的气化炉的结构示意图；
图2为本发明一实施例所述的气化炉的A-A部分的剖视图；
图3为本发明一实施例所述的气化炉的结构示意图；
图4为本发明又一实施例所述的气化炉的结构示意图；
图5为本发明又一实施例所述的气化炉的结构示意图；
图6为本发明一实施例所述的煤气化工艺的工艺示意图；
图7为本发明又一实施例所述的煤气化工艺的工艺示意图；
图8为本发明又一实施例所述的煤气化工艺的工艺示意图；
图9为本发明又一实施例所述的煤气化工艺的工艺示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明实施例提供的气化炉进行详细描述。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种气化炉1，包括炉体10，在炉体10内腔自下而上依次包括氧化区11和还原区12，对应于还原区12在炉体10侧壁上设有补气开口13。
煤催化气化工艺通常是将煤预先与催化剂进行混合后进入气化炉，控制炉内温度在700℃左右，反应压力3.5MPa左右，如图1所示，气化剂蒸汽、氧气可由炉体10底部的气化剂进口14通入气化炉1内，与气化炉内原料煤发生如下主要反应：
C+O2～CO2； (1)
C+H2O～CO+H2； (2)
CO+3H2～CH4+2H2O (3)
其中(1)为氧化反应，(2)～(3)为还原反应。氧化区11内主要发生氧化反应(1)，还原区12内主要发生还原反应(2)和(3)。氧化区11内发生氧化反应触发还原反应(2)的发生。还原反应(2)产生的一氧化碳和氢气在催化剂的作用下发生反应(3)甲烷合成反应，合成产品甲烷并放出部分热量。进料的原煤在这部分热量的作用下，热解产生一定量的焦油。
本发明实施例提供的气化炉1，通过在炉体10侧壁上对应于还原区12开设补气开口13，通过该补气开口13将一氧化碳和氢气补入到还原区12，一方面补气开口13的射流作用打散了气化炉内聚并的大气泡，使气化炉内流场更加均匀，从而使得气化炉内反应气体与原料煤、催化剂的混合更加均匀，继而提高了气化工艺的产率；另一方面，通过补气增加了还原区12中甲烷合成反应(3)的发生程度，进一步提高了单位甲烷产率。同时，甲烷合成反应为强放热反应，随着甲烷合成反应(3)的发生程度的加深，释放的热量也增多。该增加的热量促使气化炉内温度场的分布更加均匀，从而可降低气化炉内的氧耗，并且该增加的热量使得周围氢气原子的活性进一步提高，活性氢在催化剂的作用下具有非常高的争夺能力，使得活性氢与热解产生焦油间的加氢反应程度加强。在加氢反应的作用下，使得绝大部分稠环大分子焦油产品被活性氢剪切为单环或双环的小分子焦油产品，继而得到轻质芳烃类的焦油产品。
具体的，补气开口13的数量可以为一个或多个。补气开口13的数量可以取决于补气量的多少以及炉体的机械强度。例如，如果补气量较少，炉体的尺寸较小，其机械强度较差，则可以减少补气开口13的数量，例如可以设有3个、2个、或1个，优选可以设有1个；如果补气量较大，炉体的尺寸也较大，其机械强度较好，则可以增加补气开口13的数量，例如可以设有3个、4个、5个、6个、8个、9个、10个等。
在本发明一实施例中，补气开口13至少为两个，在炉体10侧壁上以等高环面均匀分布。
如图2所示，示出了炉体10侧壁上设有6个补气开口13的情形，这些补气开口13对称的、均匀的以等高环面设置在炉体10的侧壁上。
当在炉体10侧壁上设有多个补气开口13时，这些补气开口13应在炉体10侧壁上以等高环面均匀分布，这样可以抵消射流对气化炉内原有流场的影响。
在本发明一实施例中，补气开口13与水平方向具有第一锐角，其中，该第一锐角可以为50°～85°，例如55°、60°、70°、75°、77°、80°、85°。补气开口13与炉体10外壁的切线方向具有第二锐角，该第二锐角可以为9～25°，例如9°、10°、12°、15°、18°、20°、25°。这样，在倾斜设置的补气开口13中，第一锐角与第二锐角相结合，可以保证通过补气开口13射入的气体在炉体内腔内形成期望的旋流作用，该旋流作用可以与气化炉内原有的流场更好的相互融合。
在本发明一实施例中，补气开口13的口径设置为使补气开口13中的射流气速为10～20m/s，例如可以为10m/s、12m/s、15m/s、18m/s、20m/s。可以理解的是，补气开口的口径与补气流量和气速相关联，若补气流量大，则口径可以稍大一些；若补气流量小，则口径可以稍小一些，总之，使得补气开口中的射流气速为10～20m/s。
图3示出了气化炉1的还原区12部分的结构示意图。如图3所示，气化炉1还可以设有补气气室15，补气气室15以补气开口13与炉体10侧壁的交点为圆心设于炉体10外周，在补气气室15覆盖的炉体10侧壁上设有补气孔17。
具体的，可将炉体10侧壁上被补气气室15所覆盖的部分简称为开孔带，在开孔带内开设多个补气孔17，将补气气室15内的气体补入到气化炉的还原区12。也就是说，间接地通过补气气室15将待补充的气体经由补气孔17补入到气化炉的还原区12，缓冲了气体的剪切作用，避免气体射入气化炉后对气化炉内原有流场的影响，有利于补入的气体与气化炉内原有流场更好地融合并再分配，将聚并的大气泡打碎，促使气体与煤、催化剂等固体更加均匀且有效的接触。
如图3所示，补气气室15在气化炉竖直方向上的高度h为气化炉直径D的0.2～0.5倍，例如0.2倍、0.25倍、0.3倍、0.35倍、0.4倍、0.5倍。若h小于D的0.2倍，则通过补气孔17补入到还原区的气流较为密集，易于在射入炉体内腔时形成气封，导致气化炉内反应气体不能与煤、催化剂有效的接触，若h大于D的0.5倍，则通过补气孔17补入到还原区的气流较为稀疏，不能有效破碎气化炉内聚并的大气泡。
在本发明一实施例中，补气孔17的开孔率可以为2％～5％，例如可以为2％、3％、4％、5％。
补气孔17的孔径可以为1mm～4mm，例如1mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm。
进一步的，补气气室15与补气管18相连，进而将待补充气体经由补气管通入到补气气室15，而后经由补气气室15内的补气孔17补入到气化炉内。可以理解是，该“相连”是指补气气室15与补气管18有联系，能够使待补充的气体通过补气管18通入到补气气室15，继而通过气室15经由补气孔17补入到气化炉的还原区12。例如，该“相连”可以指补气气室15与补气管18直接相连，也可以指补气气室15与补气管18其它管路间接相连。
当然，补气气室15可以与一个补气管18相连，也可以与多个补气管18相连，只要将待补充的气体通过补气管18通入到气室15中即可，本发明对此不作限定。
补气管17的一端与补气气室15相连，另一端与气罐相连，或者与可提供包含一氧化碳和氢气的煤气化工艺相连，例如与煤气化工艺中冷却除尘、低温甲醇洗、深冷分离等净化分离系统相连，从这些系统中分离出部分包含一氧化碳和氢气的煤气补入到气化炉内。
如图4～5所示，本发明又一实施例提供了一种气化炉2，包括炉体20，炉体20内腔自下而上依次包括氧化区21和还原区22，对应于还原区22在炉体20侧壁外周设有补气气室25，补气气室25覆盖的炉体20侧壁上设有补气孔27。
本发明实施例提供的气化炉2，气化剂蒸汽、氧气可由炉体20底部的气化剂进口24通入气化炉2内，通过补气孔27将一氧化碳和氢气间接经由补气气室25补入到还原区22，一方面补气孔27射入的气体打散了气化炉内聚并的大气泡，并且补气气室25起到缓冲作用，避免气体射流作用对气化炉内原有流场的影响，使气化炉内流场更加均匀，从而使得气化炉内反应气体与原料煤、催化剂的混合更加均匀，继而提高了气化工艺的产率；另一方面，增加了还原区22中甲烷合成反应(3)的发生程度，进一步提高了单位甲烷产率。同时，甲烷合成反应为强放热反应，随着甲烷合成反应(3)的发生程度的加深，释放的热量也增多。该增加的热量促使气化炉内温度场的分布更加均匀，从而可降低气化炉内的氧耗，并且该增加的热量使得周围氢气原子的活性进一步提高，活性氢在催化剂的作用下具有非常高的争夺能力，使得活性氢与热解产生焦油间的加氢反应程度加强。在加氢反应的作用下，使得绝大部分稠环大分子焦油产品被活性氢剪切为单环或双环的小分子焦油产品，继而得到轻质芳烃类的焦油产品。
其中，对补气气室25、补气孔27、补气管28的描述如上。
具体的，如图5所示，补气气室25在气化炉竖直方向上的高度h为气化炉直径D的0.2～0.5倍，例如0.2倍、0.25倍、0.3倍、0.35倍、0.4倍、0.5倍。若h小于D的0.2倍，则通过补气孔27补入到还原区的气流较为密集，易于在射入炉体内腔时形成气封，导致气化炉内反应气体不能与煤、催化剂有效的接触，若h大于D的0.5倍，则通过补气孔27补入到还原区的气流较为稀疏，不能有效破碎气化炉内聚并的大气泡。
补气孔27的开孔率可以为2％～5％，例如可以为2％、3％、4％、5％。
补气孔27的孔径可以为1mm～4mm，例如1mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm。
进一步的，补气气室25与补气管28相连，进而将待补充气体经由补气管通入到补气气室25，而后经由补气气室25内的补气孔27补入到气化炉内。可以理解是，该“相连”是指补气气室25与补气管28有联系，能够使待补充的气体通过补气管28通入到补气气室25，继而通过气室25经由补气孔27补入到气化炉的还原区22。例如，该“相连”可以指气室25与补气管28直接相连，也可以指气室25与补气管28其它管路间接相连。
当然，补气气室25可以与一个补气管28相连，也可以与多个补气管28相连，只要将待补充的气体通过补气管28通入到补气气室25中即可，本发明对此不作限定。
可以理解的是，本发明中，“开口”与“孔”是相对的两个术语，“开口”可以理解为尺寸要较大一些的开孔，其尺寸大小与传统的气化剂喷嘴、煤粉喷嘴等相当；而“孔”可以理解为尺寸要较小一些的开孔，其尺寸大小大致与气化炉直径的千分之一相当。
下面将结合煤气化工艺中以详细说明本发明实施例提供的气化炉的实际应用。
本发明一实施例提供一种煤气化工艺，应用上述任一实施例所述的气化炉，该煤气化工艺具体可以包括：煤气化反应后生成的粗煤气由所述气化炉排出进入后续净化分离系统，从后续净化分离系统中分离出部分粗煤气作为补充气补回所述气化炉的还原区进行甲烷合成反应。
需要说明的是，煤气化反应后生成的粗煤气中甲烷含量较低，该粗煤气中包含大量的一氧化碳和氢气。因此，本发明中，粗煤气指的是从后续净化分离系统的各单元中排出的包含一氧化碳和氢气的混合气，将其作为补充气补回到气化单元的气化炉的还原区，以使补入的一氧化碳和氢气在还原区内进行深度甲烷合成反应。
该粗煤气通常需要进入到后续净化分离系统中以分离提纯甲烷气体，后续净化分离系统例如可以是本领域已知的除尘冷却系统、低温甲醇洗、深冷分离等净化分离系统。
通过本发明实施例提供的气化炉可从后续净化分离系统中任一单元分流出部分一氧化碳和氢气或含有一氧化碳和氢气的粗煤气补回到气化炉的还原区进行深度甲烷合成反应。
如图6所示，气化剂蒸汽、氧气由气化炉底部通入，与原料煤接触后发生燃烧、气化及合成反应产生大量粗煤气，粗煤气由气化炉出口排出进入后续净化分离系统中，粗煤气中包含大量的一氧化碳和氢气，同时催化气化产生的焦油有部分重质大分子化合物。将部分含有一氧化碳和氢气的粗煤气补回到气化炉的还原区进行深度甲烷合成反应。
一方面，通过补气增加了还原区域中反应(3)甲烷合成反应的发生程度，从而进一步提高了单位甲烷产率。同时反应(3)甲烷合成反应为强放热反应，随着反应(3)甲烷合成反应发生程度的加深，释放的热量增多。释放的热量有利于气化炉温度场的均匀分布，同时从气化炉整体运行的角度讲有利于降低气化炉的氧耗，进一步节约了运行成本。
另一方面，通入的补充气可以有效的破碎炉内已经形成的大气泡，使气化内流场更加均匀，继而使反应气体与煤、催化剂均匀有效的接触，提高气化工艺效率。
本发明一实施例中，该含有一氧化碳和氢气的粗煤气可以来自深冷分离系统，即，将经过深冷分离后的粗煤气中分离出一部分补回到气化炉的还原区，使粗煤气中的一氧化碳和氢气进行深度甲烷合成反应。
如图7所示，气化剂蒸汽、氧气由气化炉底部通入，与原料煤接触后发生燃烧、气化及合成反应产生大量粗煤气，粗煤气由气化炉出口排出后进入到除尘冷却系统，除尘冷却系统将分离出的飞灰返回至气化炉进行进一步反应，剩余粗煤气进入低温甲醇洗系统，低温甲醇洗系统将粗煤气中的二氧化碳进行脱除后，进入深冷分离系统。深冷分离得到的主要产品为液化天然气(LNG)，深冷分离系统分离出的部分粗煤气(其中一氧化碳和氢气的含量在97％以上)补充回气化炉的还原区进行深度甲烷合成反应及轻质芳烃合成反应。
在该实施例中，还原区位于气化炉高径比1以上的区域，气化炉高径比是指气化炉床层高度与气化炉直径的比值。优选的，还原区可以位于气化炉高径比1.5～2的区域。
为了将粗煤气补回到气化炉的还原区，补气位置最好设在气化炉的还原区。也就是说，补气位置应该位于气化炉高径比1以上的区域，优选的，补气位置可以设在气化炉高径比1.5～2的区域。
在该实施例中，补充比可以为0.15～0.35，即补充气与进料气的质量比可以为0.15～0.35，例如可以为0.15、0.2、0.25、0.3等。
可以理解是，进料气指的是作为进料供给到气化炉内的诸如蒸汽和氧气等气体，本发明在此不再赘述。下文提及的补充比、进料气具有同样的理解。
在本发明又一实施例中，作为补充气的含有一氧化碳和氢气的粗煤气可以来自低温甲醇洗系统。
如图8所示，气化剂蒸汽、氧气由气化炉底部通入，与原料煤接触后发生燃烧、气化及合成反应产生大量粗煤气，粗煤气由气化炉出口排出进入到除尘冷却系统，除尘冷却系统将分离出的飞灰返回至气化炉进行进一步反应，剩余粗煤气进入低温甲醇洗系统，低温甲醇洗系统将粗煤气中的二氧化碳进行分离后，进入深冷分离系统。从低温甲醇洗系统后分离出部分粗煤气(其中一氧化碳和氢气的含量在85％以上)补充回气化炉的还原区进行深度甲烷合成反应及轻质芳烃合成反应。
在该实施例中，由于从低温甲醇洗系统后出来的粗煤气中和氢气的含量低于从深冷分离系统分流的一氧化碳和氢气含量，因此相比于该实施例所述的煤气化工艺，在粗煤气来自深冷分离系统的煤气化工艺中，由于补充气中一氧化碳和氢气浓度高，通入气化炉后甲烷化反应程度也更高，释放的热量也相对更集中，为避免释放的热量与氧化区热量相互叠加造成生产事故，故而补气位置也要相对较高一些，也就是说，该实施例中补气位置优选要低于粗煤气来自深冷分离系统的煤气化工艺中的补气位置。因此，在该实施例中，还原区位于气化炉高径比0.85以上的区域，优选可以位于1.2～1.7的区域。即，补气位置可以设在气化炉高径比0.85以上的区域，优选可以设在气化炉高径比为1.2～1.7的区域。
在该实施例中，补充比可以为0.17～0.4，例如0.17、0.2、0.3、0.35等。
在本发明又一实施例中，作为补充气的含有一氧化碳和氢气的粗煤气可以来自除尘冷却系统。
如图9所示，气化剂蒸汽、氧气由气化炉底部通入，与原料煤接触后发生燃烧、气化及合成反应产生大量粗煤气，粗煤气由气化炉出口排出进入到除尘冷却系统，除尘冷却系统将分离出的飞灰返回至气化炉进行进一步反应，剩余粗煤气进入低温甲醇洗系统、深冷分离系统。从除尘冷却系统后分离出部分粗煤气(其中一氧化碳和氢气的含量在75％以上)补充回气化炉的还原区进行深度甲烷合成反应及轻质芳烃合成反应。
在该实施例中，还原区可以位于气化炉高径比0.5以上的区域，优选可以位于0.8～1.3的区域。即，补气位置可以设在气化炉高径比0.5以上的区域，优选可以设在气化炉高径比为0.8～1.3的区域。
在该实施例中，补充比可以为0.2～0.45，例如可以为0.2、0.25、0.3、0.4、0.45等。
为进一步阐述本发明实施例提供的气化炉及煤气化工艺，下面以具体实施例进行描述，同时列出了与传统煤气化工艺相比，在氧耗、甲烷产率、轻质芳烃产率等方面的技术效果。
实施例1
以褐煤为原料，采用图1所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1％，甲烷产率提高5％，轻质芳烃产率提高46％。
实施例2
以褐煤为原料，采用图1所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比2处，补充比为0.35。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.6％，甲烷产率提高5.8％，轻质芳烃产率提高50％。
实施例3
以烟煤为原料，采用图1所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比1.7处，补充比为0.4。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.2％，甲烷产率提高5.2％，轻质芳烃产率提高38％。
实施例4
以烟煤为原料，采用图1所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比1.2处，补充比为0.17。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.1％，甲烷产率提高4.8％，轻质芳烃产率提高35％。
实施例5
以烟煤为原料，采用图1所示的气化炉，图9所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比1.1处，补充比为0.2。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.2％，甲烷产率提高4.9％，轻质芳烃产率提高33％。
实施例6
以烟煤为原料，采用图1所示的气化炉，图9所示的煤气化工艺。补气位置位于高径比0.8处，补充比为0.45。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.1％，甲烷产率提高5.1％，轻质芳烃产率提高34％。
实施例7
以褐煤为原料，采用图1所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气开口与水平方向的第一锐角为75度，补气开口与炉体外壁切线方向的第二锐角为12度。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.1％，甲烷产率提高5.5％，轻质芳烃产率提高49％。
实施例8
以褐煤为原料，采用图1所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气开口与水平方向的第一锐角为50度，补气开口与炉体外壁切线方向的第二锐角为25度。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.1％，甲烷产率提高5.4％，轻质芳烃产率提高44％。
实施例9
以褐煤为原料，采用图1所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气开口与水平方向的第一锐角为85度，补气开口与炉体外壁切线方向的第二锐角为9度。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉实现长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.0％，甲烷产率提高5.2％，轻质芳烃产率提高43％。
实施例10
以褐煤为原料，采用图3所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为气化炉直径的0.3倍，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm，补气孔以30度的第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉可长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.3％，甲烷产率提高5.6％，轻质芳烃产率提高49％。
实施例11
以褐煤为原料，采用图4所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为0.3倍的气化炉直径，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.3％，甲烷产率提高5.4％，轻质芳烃产率提高48％。
实施例12
以褐煤为原料，采用图4所示的气化炉，图7所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为0.5倍的气化炉直径，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.4％，甲烷产率提高5.5％，轻质芳烃产率提高46％。
实施例13
以褐煤为原料，采用图4所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为0.2倍的气化炉直径，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.2％，甲烷产率提高5.6％，轻质芳烃产率提高49％。
实施例14
以褐煤为原料，采用图4所示的气化炉，图8所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为0.2倍的气化炉直径，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm。补气孔以50度的第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.3％，甲烷产率提高5.8％，轻质芳烃产率提高50％。
实施例15
以褐煤为原料，采用图4所示的气化炉，图9所示的煤气化工艺。补气气室在竖直方向上的高度为0.2倍的气化炉直径，补气孔的开孔率为2％，孔径2mm。补气孔以8度的第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上。补气位置位于高径比1.5处，补充比为0.15。气化炉长期稳定运行，气化炉氧耗降低1.0％，甲烷产率提高5.0％，轻质芳烃产率提高45％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (27)

1.气化炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体内腔自下而上依次包括氧化区和还原区，对应于所述还原区在所述炉体侧壁上设有补气开口。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述补气开口至少为两个，在所述炉体侧壁上以等高环面均匀分布。
3.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述补气开口与水平方向具有第一锐角；所述补气开口与所述炉体外壁的切线方向具有第二锐角。
4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述第一锐角为50°～85°；所述第二锐角为9°～25°。
5.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述补气开口的口径设置为使所述补气开口中的射流气速为10m/s～20m/s。
6.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述气化炉还设有补气气室，所述补气气室以所述补气开口与所述炉体侧壁的交点为圆心设于所述炉体外周，在所述补气气室覆盖的炉体侧壁上设有补气孔。
7.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述补气气室在所述气化炉竖直方向上的高度为所述气化炉直径的0.2～0.5倍。
8.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔的开孔率为2％～5％。
9.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔的孔径为1mm～4mm。
10.根据权利要求6所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔以第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上，所述第三锐角为所述炉体侧壁切线所在平面与所述气化炉中心轴线上的一点所成的夹角。
11.根据权利要求10所述的气化炉，其特征在于，所述第三锐角为8°～50°。
12.气化炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体内腔自下而上依次包括氧化区和还原区，对应于所述还原区在所述炉体侧壁外周设有补气气室，在所述补气气室覆盖的炉体侧壁上设有补气孔。
13.根据权利要求12所述的气化炉，其特征在于，所述补气气室在所述气化炉竖直方向上的高度为所述气化炉直径的0.2～0.5倍。
14.根据权利要求12所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔的开孔率为2％～5％。
15.根据权利要求12所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔的孔径为1mm～4mm。
16.根据权利要求12所述的气化炉，其特征在于，所述补气孔以第三锐角倾斜设于所述炉体侧壁上，所述第三锐角为所述炉体侧壁切线所在平面与所述气化炉中心轴线上的一点所成的夹角。
17.根据权利要求16所述的气化炉，其特征在于，所述第三锐角为8°～50°。
18.煤气化工艺，其特征在于，所述煤气化工艺应用权利要求1～17中任一项所述的气化炉，其中，所述煤气化工艺包括：煤气化反应后生成的粗煤气由所述气化炉排出进入后续净化分离系统，从所述后续净化分离系统中分离出部分粗煤气作为补充气补回所述气化炉的还原区进行甲烷合成反应。
19.根据权利要求18所述的煤气化工艺，其特征在于，作为补充气的所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的深冷分离系统。
20.根据权利要求19所述的煤气化工艺，其特征在于，所述还原区位于气化炉高径比为1.5～2.0的区域。
21.根据权利要求19所述的煤气化工艺，其特征在于，补充气与进料气的质量比为0.15～0.3。
22.根据权利要求18所述的煤气化工艺，其特征在于，作为补充气的所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的低温甲醇洗系统。
23.根据权利要求22所述的煤气化工艺，其特征在于，所述还原区位于气化炉高径比为1.2～1.7的区域。
24.根据权利要求22所述的煤气化工艺，其特征在于，补充气与进料气的质量比为0.17～0.4。
25.根据权利要求18所述的煤气化工艺，其特征在于，作为补充气的所述部分粗煤气来自后续净化分离系统中的除尘冷却系统。
26.根据权利要求25所述的煤气化工艺，其特征在于，所述还原区位于气化炉高径比为0.8～1.3的区域。
27.根据权利要求25所述的煤气化工艺，其特征在于，补充气与进料气的质量比为0.2～0.45。
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