CN201817451U - 一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，该气化炉由反应室和冷却室自上而下同轴连接构成，反应室顶部设有联合平台，联合平台集成点火装置和多个原料喷嘴，反应室安装耐火衬里并设有一次气喷嘴和二次气喷嘴。冷却室设有激冷器用于连接反应室和冷却室，激冷器设有水喷嘴均匀分布在其内壁上，冷却室设有蒸汽发生器用于回收高温热能，结构为竖直集束管并设置进水口和出水汽口，冷却室的下方设有渣水出口。与现有技术相比，本实用新型可气化多种原料，适应性广，可实现在线连投，粗煤气部分激冷，高品位高温热能回收，黑水排放减少，是环保节能的技术。

Description

一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉

技术领域

本实用新型涉及一种气化炉，尤其是涉及一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉。

背景技术

合成气是一种重要的化工中间原料，是合成氨、合成甲醇、二甲醚、醋酸、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤的直接液化、煤的间接液化、制氢等化工生产中不可或缺的原料气，合成气的制备原料主要来自天然气、渣油、石油焦和煤，随着近年来国际原油价格的高位运行以及天然气价格的不断上涨，煤制合成气的经济性日益突出，受到国家政策的大力扶持，近几年来在国内蓬勃发展，与此同时，各种煤气化技术在国内得到长足发展，其中具有代表性的是GE的单喷嘴顶置水煤浆气化技术ZL94117093.4、Shell的多喷嘴粉煤气化技术ZL02829258.8、华东理工的对置式多喷嘴水煤浆气化技术ZL98110616.1和航天动力研究所的单喷嘴顶置粉煤气化技术ZL200520005280.1。

GE单喷嘴顶置水煤浆气化炉具有结构简单、运行稳定可靠、气化压力高等优点，但是采用单喷嘴，反应物料喷出的射流集中，在射流与气化室内壁之间的空间存在较大的气流回转区域，生成的高温合成气停留时间分布不均匀，返混现象严重，浪费宝贵的反应室空间。GE气化技术有两种粗煤气的冷却方式，一种是从气化室出来的粗煤气与熔渣直接进入辐射废锅回收高温显热，这种方式热煤气的显热得到回收利用，但是由于熔渣在辐射废锅中冷却时间较长，熔渣从液态到固态的过程较慢，冷却过程中煤渣仍存在一定的粘性，易于在废锅表面或进水集合管上粘结积聚。GE气化炉另一种方式采用工艺水直接激冷，在气化室出口处设置激冷环与下降管，激冷水喷入下降管的内壁，当激冷环发生穿孔或堵塞时，下降管将出现干区，从气化室流出的熔渣极易在干区粘结积聚，最终堵塞并烧毁下降管，因下降管堵塞而造成停车的事故在现有的工业化装置中常有发生。高温粗煤气在激冷室中用水喷淋和水浴激冷，在洗涤的同时将粗煤气的显热直接转化成蒸汽。这种将高温热源转化成低品位的低温热能来使用，在热能的利用上是极不合理的，热量回收的利用价值也不高。由于激冷后气体中水蒸气的体积分数达到60％，总气量急剧增大，造成气体雾沫夹带的液态水量约为水蒸气量的1.5倍，显著增加了工艺水输送过程中的能耗。华东理工气化技术的优点是采用侧壁对置式多喷嘴对撞，在反应过程中强化了反应物流之间的传热传质，反应混合物分散更加均匀，但是华东理工的气化炉在生产中出现气化炉顶超温，炉顶高温衬里寿命缩短等问题，此后虽经过增高气化炉使部分问题得到一定程度的缓解，但是烧嘴以上至气化炉顶的空间成了回转气流形成的一个死区，既浪费反应空间，又增加了气化炉的设备投资，华东理工气化技术的高温粗煤气冷却采用水激冷的方式，因此没有从根本上解决熔渣堵塞下降管，粗煤气显热利用效率低等问题。航天炉采用单喷嘴顶置，当负荷较低时，工艺烧嘴喷口容易出现粉煤掉落现象，氧化剂供应不足，粉煤来不及完全反应就落入激冷室，降低原料的转化效率。Shell的粉煤气化工艺采用四喷嘴粉煤进料，粗煤气向上流动，在气化室上部的出口处用循环压缩后的净化粗煤气将高温粗煤气激冷到850-900℃，将气体携带的细渣激冷成固体，降低了热回收设备的材质要求，循环激冷气与高温粗煤气的比约为0.8，反应生成的熔渣沿水冷壁向下流动，经排渣口进入下部水浴，连续排至气化炉下方的锁斗。Shell工艺的缺点在于采用循环粗煤气激冷高温粗煤气，增加了循环气压缩工耗，降低了总的除尘效率。

申请人在中国专利200710175473.5中提出了一种煤气化过程的热量回收的方法，能将煤气化过程的高温粗煤气的显热回收，提高了回收合成气显热的利用价值，扩大了回收热能的应用范围。本实用新型则为中国专利200710175473.5提供一种可以实施这种热量回收方法的气化炉，采用本实用新型的气化炉做为中国专利200710175473.5所述的权利要求1中的气化炉1，可以实现中国专利200710175473.5所述的权利要求1中(1)-(3)和权利要求2和权利要求3和权利要求4的要求，达到中国专利200710175473.5的发明目的，若结合其余权利要求一同实施，则能更好的体现本实用新型的优点。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用多喷嘴顶置，集成点火装置，气化室两次注气，粗煤气部分激冷，高品位显热回收等优点为一体的以气态烃或液态烃或可燃固体水淤浆或可燃固体粉体为原料制备合成气的气化炉。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，该气化炉包括上部设置的反应室、下部设置的冷却室，反应室与冷却室同轴并且连通，所述的反应室的顶部设置联合平台，该联合平台上部设有至少一个点火装置和至少两个原料喷嘴，所述的反应室的中上部设有至少两个一次气喷嘴，中下部设有至少两个二次气喷嘴。

所述的联合平台位于反应室的球形顶部，经法兰与反应室连接。

所述的联合平台为同心变径阶梯型圆台结构，该联合平台外部设有水冷盘管或水夹套保护结构。

所述的点火装置设置在联合平台的中心，该点火装置的中心线与反应室的轴向方向夹角为0°，所述的原料喷嘴设有2～8个，以联合平台中心为圆心的圆形均匀排列，设置在联合平台上，原料喷嘴的中心线与反应室的轴向方向夹角为1°～45°。

所述的原料喷嘴设有至少两个物料通道。

所述的反应室中上部设有2～6个一次气喷嘴，该一次气喷嘴设置于反应室的反应室竖直筒体上，以反应室的中心线为圆心均匀排列，一次气喷嘴的中心线与反应室的轴向方向夹角为60°～120°，一次气喷嘴设有至少一个物料通道。

所述的反应室中下部设有2～6个二次气喷嘴，该二次气喷嘴设置于反应室的反应室竖直筒体上，以反应室的中心线为圆心均匀排列，二次气喷嘴的中心线与反应室的轴向方向夹角为60°～120°，二次气喷嘴设有至少一个物料通道。

所述的反应室内部设有耐火衬里，该耐火衬里结构为耐火砖或管式水冷壁。

所述的冷却室内的上部设有激冷器，该激冷器与冷却室同轴，激冷器与反应室连接并且连通。

所述的激冷器上设置有2～20个水喷嘴。

所述的激冷器上设置有冷却水出口和冷却水进口。

所述的冷却室内激冷器下部设有蒸汽发生器，蒸汽发生器与激冷器同轴连接。

所述的蒸汽发生器为10～200根直径为20-200毫米的钢管竖直焊接组成，蒸汽发生器上部与下部分别设有出水汽口与进水口。

所述的冷却室下部设有合成气出口，合成气出口固定于冷却室竖直筒体上，合成气出口的中心线与冷却室的轴向方向成90°，合成气出口与蒸汽发生器连通。

所述的冷却室的下部设有渣水出口，渣水出口与冷却室竖直筒体同轴连接。

与现有技术相比，本实用新型与侧壁对置多喷嘴气化炉相比，克服了侧壁对置多喷嘴气化炉出现的顶部超温，耐火衬里寿命缩短的缺点；与单喷嘴顶置气化炉相比，本方案采用多喷嘴顶置在保证反应原料雾化分散效果的情况下，气化炉的负荷调整范围更宽，可达25％-120％，特别是对于单炉投煤量在2000t/d以上的超大型蓄热点火式气化装置中，使得开车投料过程中炉温变化平稳，开车成功率高；联合平台4设置点火烧嘴，使得本气化炉无需进行工艺烧嘴更换，即可实现点火，缩短开车点火时间，节省气化炉开车过程中的燃料消耗，当由非气化设备引起的短暂停车时，可以快速实现在线连投；设置在反应室中上部的一次气喷嘴，在气化炉实际运行时可向反应室内喷入惰性气体如二氧化碳，一方面起到保护反应室内耐火衬里的作用，可以有效提高耐火衬里的使用周期及安全性，克服了目前气化炉内耐火砖作衬里的使用周期短、安全性差的缺点；另一方面，进入炉内的二氧化碳在高温下会参与炉内的气化反应，提高生成合成气中有效气的含量，而且可以减少二氧化碳向大气中的排放量，起到环保减排的作用。设置在反应室中下部的二次气喷嘴，在气化炉实际运行时可向反应室内喷入氧气，提高了反应室下部渣口处的温度，改善了反应室下部渣口处的流场，可以有效的解决目前存在于绝大多数气化炉中运行时渣口堵塞的问题。设置在冷却室上部的激冷器可将反应室出来的高温粗合成气与熔渣激冷至煤灰的变形温度以下150-200℃，使灰渣失去粘性，防止其在蒸汽发生器的表面粘结，节省了循环气的压缩功耗；设置在冷却室中的蒸汽发生器可回收高温粗煤气中的显热，将高品位高温热能转化为高品位高压蒸汽，相比于目前的水激冷流程，回收的热能的利用价值高，激冷水用量少，激冷效率高，可减少洗涤黑水的用量和排放量，是环保节能的技术。

附图说明

图1为本实用新型的主视剖视结构示意图；

图2为本实用新型中联合平台的剖视结构示意图；

图3为本实用新型中联合平台的俯视结构示意图。

图中，1为气化炉、2为反应室、3为冷却室、4为联合平台、5为点火装置、6为原料喷嘴、7为一次气喷嘴、8为二次气喷嘴、9为球形顶部、10为反应室竖直筒体、11为法兰、12为耐火衬里、13为激冷器、14为水喷嘴，15为冷却水出口、16为冷却水进口、17为蒸汽发生器、18为出水汽口、19为进水口、20为冷却室竖直筒体、21为合成气出口、22为渣水出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其结构如图1所示，该气化炉筒体为直立圆筒，气化炉内部结构分为两段，自上而下分别为反应室2和冷却室3，反应室2和冷却室3同轴地连接在气化炉1中，在反应室2的球形顶部9上设有一个联合平台4，其结构如图2～3所示，通过法兰11与反应室2连接，联合平台4有水夹套外部保护，构成一个同心变径阶梯型圆台，用于隔绝反应室2的热辐射，联合平台4上部设有一个点火装置5，设有4个原料喷嘴6，点火装置5位于联合平台4的中心，点火装置5的中心线与反应室2同轴心；有4个原料喷嘴6以联合平台4中心为圆心的圆形均匀排列，设置在联合平台4上，原料喷嘴6的中心线与反应室2的轴向夹角为5°；在反应室2中上部设有两个一次气喷嘴7，一次气喷嘴7的中心线与反应室的轴向方向夹角为90°；在反应室2中下部设有两个二次气喷嘴8，二次气喷嘴8的中心线与反应室的轴向方向夹角为90°。。反应室2内安装耐火衬里12，耐火衬里12的结构为耐火砖结构。

冷却室3内安装有激冷器13，激冷器13用于连接反应室2和冷却室3，激冷器13设置有12个水喷嘴14，均匀分布在激冷器13的内壁上，激冷器13设置有冷却水出口15和冷却水进口16，蒸汽发生器17采用40根直径为50毫米的钢管竖直焊接成圆形，管与管之间用翅片焊接相连，蒸汽发生器17上端设置高压蒸汽集合总管，下端设置进水集合总管，在冷却室竖直筒体20上设有蒸汽发生器17的出水汽口18和进水口19，冷却室3通过蒸汽发生器17被分隔为内外两层，蒸汽发生器17内侧为封闭的粗煤气流动通道，并在侧壁设有出口与合成气出口21相连，蒸汽发生器17与冷却室竖直筒体20之间的空腔用于激冷器13与蒸汽发生器17进出水管及集合总管的排布。冷却室2的下方设有渣水出口22，用于排出灰渣激冷后的渣水。

运行时原料与氧气采用4个原料烧嘴6喷入反应室2，控制反应条件为6～8.5MPa、1200～1700℃发生部分氧化反应生成粗合成气，通过反应物的喷射对撞使反应生成的粗煤气与熔渣在反应室2的轴向中心区并流下行，部分熔渣溅射至反应室2的耐火衬里12上，沿壁面下流，煤渣以熔融态经反应室2的排渣口与高温合成气并流入正下方的激冷器13。在激冷器13内通过12个水喷嘴14将高温粗煤气与熔渣激冷至煤灰的变形温度以下150～200℃，将熔渣激冷至固态，消除煤灰的粘性，然后经过部分激冷的高温合成气与灰渣进入蒸汽发生器17，与蒸汽发生器17换热后经合成气出口21出气化炉1。冷却室3的底部通过喷入激冷水维持一定的液位，将灰渣激冷后与黑水通过渣水出口22一起排至其它集渣设备。

结合图1～3与实施例的详细说明可更好地理解本实用新型的目的和特征，但不作为限制本实用新型的依据。

Claims (15)

1.一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，该气化炉包括上部设置的反应室(2)、下部设置的冷却室(3)，反应室(2)与冷却室(3)同轴并且连通，所述的反应室(2)的顶部设置联合平台(4)，该联合平台(4)上部设有至少一个点火装置(5)和至少两个原料喷嘴(6)，所述的反应室(2)的中上部设有至少两个一次气喷嘴(7)，中下部设有至少两个二次气喷嘴(8)。

2.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的联合平台(4)位于反应室(2)的球形顶部(9)，经法兰(11)与反应室(2)连接。

3.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的联合平台(4)为同心变径阶梯型圆台结构，该联合平台(4)外部设有水冷盘管或水夹套保护结构。

4.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的点火装置(5)设置在联合平台(4)的中心，该点火装置(5)的中心线与反应室(2)的轴向方向夹角为0°，所述的原料喷嘴(6)设有2～8个，以联合平台(4)中心为圆心的圆形均匀排列，设置在联合平台(4)上，原料喷嘴(6)的中心线与反应室(2)的轴向方向夹角为1°～45°。

5.根据权利要求1或4所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的原料喷嘴(6)设有至少两个物料通道。

6.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的反应室(2)中上部设有2～6个一次气喷嘴(7)，该一次气喷嘴(7)设置于反应室(2)的反应室竖直筒体(10)上，以反应室(2)的中心线为圆心均匀排列，一次气喷嘴(7)的中心线与反应室(2)的轴向方向夹角为60°～120°，一次气喷嘴(7)设有至少一个物料通道。

7.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的反应室(2)中下部设有2～6个二次气喷嘴(8)，该二次气喷嘴(8)设置于反应室(2)的反应室竖直筒体(10)上，以反应室(2)的中心线为圆心均匀排列，二次气喷嘴(8)的中心线与反应室(2)的轴向方向夹角为60°～120°，二次气喷嘴(8)设有至少一个物料通道。

8.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的反应室(2)内部设有耐火衬里(12)，该耐火衬里(12)结构为耐火砖或管式水冷壁。

9.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的冷却室(3)内的上部设有激冷器(13)，该激冷器(13)与冷却室(3)同轴，激冷器(13)与反应室(2)连接并且连通。

10.根据权利要求9所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的激冷器(13)上设置有2～20个水喷嘴(14)。

11.根据权利要求9所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的激冷器(13)上设置有冷却水出口(15)和冷却水进口(16)。

12.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的冷却室(3)内激冷器(13)下部设有蒸汽发生器(17)，蒸汽发生器(17)与激冷器(13)同轴连接。

13.根据权利要求12所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的蒸汽发生器(17)为10～200根直径为20-200毫米的钢管竖直焊接组成，蒸汽发生器(17)上部与下部分别设有出水汽口(18)与进水口(19)。

14.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的冷却室(3)的竖直筒体(20)下部设有合成气出口(21)，合成气出口(21)固定于冷却室竖直筒体(20)上，合成气出口(21)的中心线与冷却室(3)的轴向方向成90°，合成气出口(21)与蒸汽发生器(17)连通。

15.根据权利要求1所述的一种液体燃料或固体燃料或气体燃料制备合成气的气化炉，其特征在于，所述的冷却室(3)的下部设有渣水出口(22)，渣水出口(22)与冷却室竖直筒体(20)同轴连接。

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