CN201971798U - 一种分级气化移动床气化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种分级气化移动床气化装置，该装置包括：受压外壳，在其顶部和底部分别具有第一开口和第二开口，在其上部侧面设置第一煤气出口，在其下部的同一水平面均匀设置至少两个气化剂喷嘴；加煤斗，设置于受压外壳顶部第一开口之上；煤分布器，设置于受压外壳内部的上部，还包括搅拌器；轴向对称水夹套，设置在受压外壳的第一煤气出口下方的内侧，其内部构成气化室；熔渣激冷室，设置在受压外壳底部第二开口之下，还包括循环激冷水入口和出口；及密封渣斗，设置在熔渣激冷室的下方；特征在于，在该移动床气化装置的受压外壳下部与至少两个气化剂喷嘴所处的同一水平面还交替均匀设置至少两个细煤及气化剂烧嘴。
Description
技术领域
本实用新型总体涉及一种含碳原料生产煤气的气化炉，具体而言涉及一种分级气化的移动床气化装置。
背景技术
煤炭气化是煤炭清洁高效转化的关键龙头技术，随着煤制油煤化工项目的建设而得到迅速发展。气化技术中的移动床、流化床和气流床气化各有优缺点，均在我国得到不同程度的工业应用。
常压移动床气化因技术成熟、操作简单，在我国得到了广泛使用。其中发生炉煤气因有效成分低、热值低而主要用作工业燃料气。水煤气炉则主要用于中小型化肥厂，采用间歇操作生产水煤气或半水煤气，这种气化技术由于必须使用无烟块煤(或焦炭)为原料，不仅价格高，而且间歇操作导致气化效率低，因此生产成本高。为进一步提高气化效率和减少吹风气直接排放产生的污染，近几年，一些企业使用连续操作的富氧气化方法生产含氮煤气，但仍然存在对无烟块煤的依赖问题。
为提高气化炉生产能力和提高煤气热值，同时扩大煤种的使用范围，国外先后开发了干法排灰的鲁奇(Lurgi)加压气化炉和液态排渣的BGL加压气化炉两种移动床气化工艺。
Lurgi(鲁奇)加压气化炉技术较成熟，由德国鲁奇公司开发，其操作压力2.0～4.0MPa，产品煤气经热回收和除油，含有约8％～12％的甲烷和不饱和烃，适宜用作城市煤气或进行多联产。粗煤气经烃类分离和蒸汽转化后可用作合成气，但相对流程长，产生大量含酚废水且处理难度较大，一定程度上影响了该气化技术的经济指标。
固定床液态排渣气化(BGL炉)技术是第二代固定床煤气化技术，由英国煤气公司BGC与Lurgi公司合作开发，命名为BGL，操作压力为2.5～3.0MPa，气化温度在1400～1600℃，取消了转动炉篦，灰渣以液态形式排出。由于高温操作，蒸汽消耗量大大减少，且蒸汽分解率较高。BGL气化炉的气化强度比Lurgi炉提高3至4倍。由于蒸汽用量大大减少，粗煤气中CO2含量由30％降至3％～5％，煤气的热值提高约四分之一。
目前这两种气化技术均在大型煤制油煤化工项目中得到应用，使用除了中强黏结性煤以外的其它煤种为气化原料。但目前主要使用块煤为原料，如褐煤、长焰煤、贫瘦煤。而随着机械化采煤技术的大量使用，使块煤产率下降，因此原料煤来源受限，价格高于粉煤。另外，对热稳定性不好的煤最好采用成型技术先制成型煤，再加入气化炉，这无疑将增加原料成本。因此，面对原料的困境，有必要开发一种同时适合块煤和粉煤气化的新型气化装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是在现有技术的基础上，提供一种能同时使用块煤和粉煤或煤浆的气化装置，以克服目前固定床气化炉只能以块煤或块焦炭为气化原料的缺点，同时降低生产成本。另外，使用CO2输送煤粉时，可一定程度上减少氧气消耗。以解决目前的固定床气化炉系统所存在的技术问题。
本实用新型提供了一种分级气化移动床气化装置，包括：
受压外壳，在受压外壳的顶部具有第一开口，在受压外壳的底部具有第二开口，在受压外壳的上部侧面设置第一煤气出口，在分级气化移动床气化装置的受压外壳下部的同一水平面均匀设置至少两个气化剂喷嘴；
加煤斗，设置于受压外壳顶部的第一开口之上；
煤分布器，设置于受压外壳内部的上部，煤分布器包括搅拌器；
轴向对称水夹套，设置在受压外壳的第一煤气出口下方的内侧，轴向对称水夹套的内部构成气化室；
熔渣激冷室，设置在受压外壳底部的第二开口之下，熔渣激冷室包括循环激冷水入口和循环激冷水出口；以及
密封渣斗，设置在熔渣激冷室的下方；
其特征在于，在分级气化移动床气化装置的受压外壳下部与至少两个气化剂喷嘴所处的同一水平面还交替均匀设置至少两个细煤及气化剂烧嘴，其中至少两个气化剂喷嘴沿气化炉外壳于同一水平面均匀布置在气化炉底部，且至少两个气化剂喷嘴与至少两个细煤及气化剂烧嘴在同一水平面内对称布置。
优选地，熔渣激冷室的循环激冷水入口处于低于循环激冷水出口处。
优选地，熔渣激冷室的循环激冷水入口处于熔渣激冷室的一侧，循环激冷水出口处于远离循环激冷水入口的熔渣激冷室的另一侧。
优选地，至少两个气化剂喷嘴与至少两个细煤及气化剂烧嘴分别选自两个气化剂喷嘴与两个细煤及气化剂烧嘴、三个气化剂喷嘴与三个细煤及气化剂烧嘴、四个气化剂喷嘴与四个细煤及气化剂烧嘴、五个气化剂喷嘴与五个细煤及气化剂烧嘴、或六个气化剂喷嘴与六个细煤及气化剂烧嘴。
优选地，设置四个气化剂喷嘴与两个细煤及气化剂烧嘴，两两气化剂喷嘴相邻设置、在两组两两相邻设置的气化剂喷嘴之间一侧一个设置两个细煤及气化剂烧嘴，即以气化剂喷嘴气化剂喷嘴细煤及气化剂烧嘴气化剂喷嘴气化剂喷嘴细煤及气化剂烧嘴的形式环绕气化炉的受压外壳。
优选地，细煤及气化剂烧嘴是由至少两层环形管道构成，其中细煤与气化剂通过细煤及气化剂烧嘴的不同层的管道输送。
优选地，加煤斗上端设置有原料煤进口，加煤斗的下端通过法兰与受压外壳顶部的第一开口相连。
优选地，第一煤气出口连接有洗气罐。
洗气罐进一步包括：
第二煤气入口，设置在洗气罐的中部侧壁上且略低于第一煤气出口，并连接有第二煤气管道且延伸入洗气罐的接近底部处，
第二煤气出口，设置在洗气罐的上部侧壁或顶部上，并高于第二煤气入口，
灰水排放口设置在洗气罐的底部，
至少一层散气网，设置在洗气罐的下方，并安装在洗气罐的内壁上且环绕第二煤气管道，以及
至少一层破泡条，设置在散气网的上方，并安装在洗气罐的内壁上且位于第二煤气入口连接的第二煤气管道上方。
在洗气罐盛装有用来洗气的灰水。灰水可通过设置在洗气罐的底部的灰水排放口排放。。至少一层散气网，设置在洗气罐中用来洗气的灰水的下方，以有利于合成气在用来洗气的灰水中的分散，而至少一层破泡条，位于用来洗气的灰水的上方，用来刺破经洗气的合成气中的气泡，以有利于除去气泡中裹挟的水汽和固体物质。
更优选地，延伸入洗气罐的接近底部处的第二煤气管道进一步包括气体分布器。
更优选地，至少一层破泡条的每一根破泡条上均匀设置有金属刺。
优选地，至少两个气化剂喷嘴与至少两个细煤及气化剂烧嘴可拆卸地均匀交错设置于受压外壳上。
优选地，至少两个细煤及气化剂烧嘴的每一个在喷口处设置有旋流器。
优选地，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-45°，优选0-30°，更优选0-20°。
具体地，细煤及气化剂烧嘴可以是由两层环形管道构成、或由三层环形管道构成。
例如，细煤及气化剂烧嘴由两层环形管道构成，则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过外层的环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道送入气化炉内部，反之亦然。
如果细煤及气化剂烧嘴由三层环形管道构成则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过环绕中心管道的内层环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道和最外层的环形管道送入气化炉内部，反之亦然。
通过至少两个细煤及气化剂烧嘴输送的第一气化剂选自氧气和水蒸气、或氧气和CO2，通过至少两个细煤及气化剂烧嘴输送的第二气化原料选自含碳粉料、含碳浆料或含碳可燃气体，含碳粉料选自煤粉、煤液化残渣粉料、生物质粉料和含碳有机粉料中的一种或两种以上的混合物；通过至少两个气化剂喷嘴输送的第二气化剂选自氧气、空气、富氧空气、二氧化碳或水蒸气中的一种或两种以上的混合物，通过至少两个气化剂喷嘴输送的含碳浆料选自水煤浆、熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、油煤浆、甲醇煤浆、生物质料浆、轻油和重油中的一种或两种以上的混合物。
第二气化原料及第二气化剂分别通过细煤及气化剂烧嘴的不同层的管道输送，由细煤及气化剂烧嘴喷入气化炉的第二气化原料占总入炉煤量，即(块煤+第二气化原料)量的10％-50％，气化炉的操作压力范围为0.1-10MPa，底部燃烧区温度为1300-1600℃，出口温度为400-600℃。
优选地，第二气化原料选自干煤粉、水煤浆或油煤浆，由细煤及气化剂烧嘴喷入气化炉的第二气化原料占总入炉煤量，即(块煤+细煤)的量的10％-50％。
优选地，第二气化原料为干煤粉，且每立方米输送固体量大于400kg。
优选地，第二气化原料为水煤浆或油煤浆，水煤浆或油煤浆的浓度大于60wt％。
优选地，使用氮气或二氧化碳作为干煤粉的输送介质。
第一气化剂可以为氧气或富氧空气等，第二气化剂也可以为氧气或富氧空气等。
第二气化原料可以为干煤粉、水煤浆或油煤浆。
第二气化原料为水煤浆或油煤浆，则直接由泵进行输送。
第二气化原料为干煤粉，则使用氮气或二氧化碳作为干煤粉的输送介质。
本实用新型的分级气化移动床气化装置增加了细煤粉及气化剂烧嘴，从而实现了块煤和粉煤在同一气化炉内同时气化。另外，由于细煤粉的比表面积大于块煤的比表面积，因此细煤粉的反应时间小于块煤的反应时间，在相同的气化炉和气化压力条件下，可相应提高气化炉的产气能力。而细煤粉反应后生成的煤气在上行过程中可继续参加反应，一定程度上增加了甲烷的生成量。
附图说明
图1是本实用新型的一种具体实施方式的分级气化移动床气化炉的示意图；
图2是本实用新型的设置有散气网和破泡条的洗气罐的示意图；
图3是根据本实用新型图2的洗气罐中的散气网的结构简图；
图4是根据本实用新型图2的洗气罐中的破泡条的结构简图；以及
图5a是根据本实用新型图1气化炉的细煤及气化剂烧嘴上设置的旋流器的俯视图，图5b是旋流器断面的主视图；
图6是本实用新型的另一种具体实施方式的带有图2洗气罐的分级气化移动床气化装置的示意图。
具体实施方式
以下提供了本实用新型的具体实施方式。本领域技术人员应该理解其中实施例仅是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本实用新型的范围。
本实用新型的一个实施方式，提供了一种分级气化移动床气化装置，包括：一种分级气化移动床气化装置100，包括：
受压外壳3，在受压外壳的顶部具有第一开口31，在受压外壳的底部具有第二开口33，在受压外壳的上部侧面设置第一煤气出口4，在分级气化移动床气化装置100的受压外壳3下部的同一水平面均匀设置至少两个气化剂喷嘴10；
加煤斗1，设置于受压外壳顶部的第一开口31之上；
煤分布器2，设置于受压外壳内部的上部，煤分布器2包括搅拌器；
轴向对称水夹套5，设置在受压外壳3的第一煤气出口4下方的内侧，轴向对称水夹套5的内部构成气化室6；
熔渣激冷室8，设置在受压外壳3底部的第二开口33之下，熔渣激冷室8包括循环激冷水入口81和循环激冷水出口83；以及
密封渣斗9，设置在熔渣激冷室8的下方；
其特征在于，在分级气化移动床气化装置100的受压外壳3下部与至少两个气化剂喷嘴10所处的同一水平面还交替均匀设置至少两个细煤及气化剂烧嘴7，其中至少两个气化剂喷嘴沿气化炉外壳3于同一水平面均匀布置在气化炉底部，且至少两个气化剂喷嘴与至少两个细煤及气化剂烧嘴在同一水平面内对称布置。
在一优选实施方式中，熔渣激冷室8的循环激冷水入口81处于低于循环激冷水出口83处。
在一优选实施方式中，熔渣激冷室8的循环激冷水入口81处于熔渣激冷室8的一侧，循环激冷水出口83处于远离循环激冷水入口81的熔渣激冷室8的另一侧。
在一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴10与至少两个细煤及气化剂烧嘴7分别选自两个气化剂喷嘴10与两个细煤及气化剂烧嘴7、三个气化剂喷嘴10与三个细煤及气化剂烧嘴7、四个气化剂喷嘴10与四个细煤及气化剂烧嘴7、五个气化剂喷嘴10与五个细煤及气化剂烧嘴7、或六个气化剂喷嘴10与六个细煤及气化剂烧嘴7。
在一优选实施方式中，细煤及气化剂烧嘴7是由至少两层环形管道构成，其中细煤与气化剂通过细煤及气化剂烧嘴7的不同层的管道输送。
在一优选实施方式中，加煤斗1上端设置有原料煤进口15，加煤斗1的下端通过法兰与受压外壳顶部的第一开口31相连。
在一优选实施方式中，第一煤气出口4连接有洗气罐45，洗气罐45进一步包括：
第二煤气入口452，设置在洗气罐45的中部侧壁上且略低于第一煤气出口4，并连接有第二煤气管道459且延伸入洗气罐45的接近底部处，
第二煤气出口454，设置在洗气罐45的上部侧壁或顶部上，并高于第二煤气入口452，
灰水排放口457设置在洗气罐45的底部，
至少一层散气网453，设置在洗气罐45的下方，并安装在洗气罐45的内壁上且环绕第二煤气管道459，以及
至少一层破泡条456，设置在散气网453的上方，并安装在洗气罐45的内壁上且位于第二煤气入口452连接的第二煤气管道459上方。
在洗气罐盛装有用来洗气的灰水。灰水可通过设置在洗气罐45的底部的灰水排放口457排放。
其中至少一层散气网453位于用来洗气的灰水中，以有利于合成气在用来洗气的灰水中均匀分布，以利于洗去其中的固体夹带物，如微量的煤粉等。而至少一层破泡条456位于用来洗气的灰水上方，以将经洗涤的合成气的大气泡打碎，以有利于除去合成气气泡中裹挟的灰水，进一步净化合成气。
在一更优选实施方式中，延伸入洗气罐45的接近底部处的第二煤气管道459进一步包括气体分布器，以利于所生成的合成气的分散和洗涤。
在一更优选实施方式中，至少一层破泡条456的每一根破泡条上均匀设置有金属刺458。
其中至少一层破泡条456的每一根破泡条上均匀设置有金属刺458，有利于将经洗涤的合成气的小气泡打碎，以有利于除去合成气小气泡中裹挟的灰水，再进一步净化合成气。
在一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴10与至少两个细煤及气化剂烧嘴7可拆卸地均匀交错设置于受压外壳3上。
在一优选实施方式中，至少两个细煤及气化剂烧嘴7的每一个在喷口处设置有旋流器75。
在一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-45°。
在一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-30°。
在另一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-20°。
在一具体实施方式中，细煤及气化剂烧嘴7由两层环形管道构成。
在另一具体实施方式中，细煤及气化剂烧嘴7由三层环形管道构成。
例如，细煤及气化剂烧嘴7由两层环形管道构成，则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过外层的环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道送入气化炉内部，反之亦然。
如果细煤及气化剂烧嘴7由三层环形管道构成则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过环绕中心管道的内层环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道和最外层的环形管道送入气化炉内部，反之亦然。
通过至少两个细煤及气化剂烧嘴7输送的第一气化剂选自氧气和水蒸气、或氧气和CO2，通过至少两个细煤及气化剂烧嘴7输送的第二气化原料选自含碳粉料、含碳浆料或含碳可燃气体，含碳粉料选自煤粉、煤液化残渣粉料、生物质粉料和含碳有机粉料中的一种或两种以上的混合物；通过至少两个气化剂喷嘴10输送的第二气化剂选自氧气、空气、富氧空气、二氧化碳或水蒸气中的一种或两种以上的混合物，通过至少两个气化剂喷嘴10输送的含碳浆料选自水煤浆、熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、油煤浆、甲醇煤浆、生物质料浆、轻油和重油中的一种或两种以上的混合物。
第一气化剂可以为氧气或富氧空气等，第二气化剂也可以为氧气或富氧空气等。
第二气化原料可以为干煤粉、水煤浆或油煤浆。
第二气化原料为水煤浆或油煤浆，则直接由泵进行输送。
第二气化原料为干煤粉，使用氮气或二氧化碳作为干煤粉的输送介质。
通过本实用新型的分级气化移动床气化装置100，实现了煤的分级气化，具体包括：通过本实用新型的分级气化移动床气化装置100位于气化炉顶部的加煤斗1将块煤或型煤气化原料加入炉内，同时将第一气化剂通过在气化炉底部侧面设置的至少两个气化剂喷嘴10、第二气化原料和第二气化剂通过在气化炉底部侧面设置的由至少两层环形管道构成的至少两个细煤及气化剂烧嘴7送入气化炉内部，
其中第一气化剂选自氧气和水蒸气、或氧气和CO2，第二气化剂选自氧气、空气、富氧空气、二氧化碳或水蒸气中的一种或两种以上的混合物，第二气化原料选自含碳粉料、含碳浆料或含碳可燃气体，含碳粉料选自煤粉、煤液化残渣粉料、生物质粉料和含碳有机粉料中的一种或两种以上的混合物，含碳浆料选自水煤浆、熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、油煤浆、甲醇煤浆、生物质料浆、轻油和重油中的一种或两种以上的混合物，
第二气化原料及第二气化剂分别通过细煤及气化剂烧嘴7的不同层的管道输送，由细煤及气化剂烧嘴7喷入气化炉的第二气化原料占总入炉煤量，即(块煤+第二气化原料)量的10％-50％，气化炉的操作压力范围为0.1-10MPa，底部燃烧区温度为1300-1600℃，出口温度为400-600℃。
在一优选实施方式中，第二气化原料选自干煤粉、水煤浆或油煤浆，由细煤及气化剂烧嘴7喷入气化炉的第二气化原料占总入炉煤量，即(块煤+细煤)的量的10％-50％。
在一优选实施方式中，第二气化原料为干煤粉，且每立方米输送固体量大于400kg。
在一优选实施方式中，第二气化原料为水煤浆或油煤浆，水煤浆或油煤浆的浓度大于60wt％。
在一优选实施方式中，使用氮气或二氧化碳作为干煤粉的输送介质。
在一具体实施方式中，细煤及气化剂烧嘴7由两层环形管道构成。
在另一具体实施方式中，细煤及气化剂烧嘴7由三层环形管道构成。
例如，细煤及气化剂烧嘴7由两层环形管道构成，则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过外层的环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道送入气化炉内部，反之亦然。
如果细煤及气化剂烧嘴7由三层环形管道构成则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过环绕中心管道的内层环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道和最外层的环形管道送入气化炉内部，反之亦然。
其中第一气化剂可以为氧气或富氧空气等，第二气化剂也可以为氧气或富氧空气等。
第二气化原料可以为干煤粉、水煤浆或油煤浆。
第二气化原料为水煤浆或油煤浆，则直接由泵进行输送。
第二气化原料为干煤粉，则使用氮气或二氧化碳作为干煤粉的输送介质。
本实用新型的分级气化移动床气化装置及利用其的煤的分级气化方法实现了块煤如块煤、型煤或焦炭等和含碳粉料、含碳浆料或含碳可燃气体等在制备水煤气、半水煤气、含氮煤气、合成气、还原气或燃料气方面的应用。
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型提供的新型的分级气化移动床气化装置详细描述如下，其仅是为了对本实用新型予以进一步的说明，应该理解其并不因此限制本实用新型的权利范围。
参照图1，提供了一种分级气化移动床气化装置100，包括：受压外壳3、自上而下沿轴向设置有加煤斗1、煤分布器2、气化室6、熔渣激冷室8和密封渣斗9。
其中，受压外壳3的内部设有轴向对称的水夹套5，在气化过程中生产中压蒸汽。加煤斗1位于气化炉的顶部，用以将块煤或型煤气化原料加入炉内。在气化炉的受压外壳3上部的侧面设第一煤气出口4，将反应生成的粗煤气排出气化炉。从分级气化移动床气化装置的顶部加煤斗1加入的气化原料为5-100mm的块煤、型煤或焦炭。优选地，从分级气化移动床气化装置的顶部加煤斗1加入的气化原料可以是20-100mm的块煤、型煤或焦炭，20-80mm的块煤、型煤或焦炭，5-80mm的块煤、型煤或焦炭，20-50mm的块煤、型煤或焦炭。
本实用新型的分级气化移动床气化装置100在气化炉底部侧面(即气化炉的受压外壳3的底部侧面)同时设置有至少两个气化剂喷嘴10、至少两个细煤及气化剂烧嘴7，其中至少两个气化剂喷嘴10、至少两个细煤及气化剂烧嘴10布置在气化炉(即气化炉的受压外壳3)的同一水平面，分别对称布置，即至少两个气化剂喷嘴对称布置、至少两个细煤及气化剂烧嘴也对称布置，并且至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴间隔布置。至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-45°。
优选地，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-30°，更优选地，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-20°。
在另一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为10-20°。
在又一优选实施方式中，至少两个气化剂喷嘴和至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-10°。
根据气化炉的容量不同，设置的气化剂喷嘴个数为2-6个，细煤及气化剂烧嘴个数为24个。可以设置两个气化剂喷嘴10与两个细煤及气化剂烧嘴7，三个气化剂喷嘴10与三个细煤及气化剂烧嘴7，四个气化剂喷嘴10与四个细煤及气化剂烧嘴7，五个气化剂喷嘴10与五个细煤及气化剂烧嘴7，或六个气化剂喷嘴10与六个细煤及气化剂烧嘴7。也可以设置四个气化剂喷嘴10与两个细煤及气化剂烧嘴7，两两气化剂喷嘴10相邻设置、在两组两两相邻设置的气化剂喷嘴10之间一侧一个设置两个细煤及气化剂烧嘴7，即以气化剂喷嘴10-气化剂喷嘴10-细煤及气化剂烧嘴7-气化剂喷嘴10-气化剂喷嘴10-细煤及气化剂烧嘴7的形式环绕气化炉的受压外壳3。
从气化炉底部侧面设置的细煤及气化剂烧嘴7加入的气化原料可以为含碳粉料、含碳浆料或含碳可燃气体。含碳粉料可以为煤粉、煤液化残渣粉料、生物质粉料和含碳有机粉料中的任意一种或两种以上的混合物；含碳浆料可以为水煤浆、熔融的煤液化残渣、液化残渣料浆、油煤浆、甲醇煤浆、轻油和重油中的任意一种或两种以上的混合物；含碳可燃气体为天然气、焦化干气、催化裂化干气、催化裂解干气、可燃化工释放气中的任意一种或两种以上的混合物。从气化炉底部侧面设置的气化剂喷嘴10或细煤及气化剂烧嘴7加入的气化剂为氧气、空气或富氧空气、二氧化碳或蒸汽的一种或两种以上的混合物。
本实用新型的分级气化移动床气化装置100，设置气化剂喷嘴10的目的是将一部分气化剂如氧气和水蒸气、或氧气和CO2加入气化炉内，以便与煤或半焦参加燃烧和气化反应。设置细煤与气化剂烧嘴7的目的是可以将干煤粉或水(油)煤浆与气化剂氧气、二氧化碳或水蒸气一起喷入炉内参加气化反应。如此，则可以将粉煤用作部分气化原料，减少传统移动床气化技术对块煤的依赖。其中气化剂喷嘴10为两个与细煤及气化剂烧嘴7也为两个，相互交替均匀分布。
细煤与气化剂烧嘴7如使用干煤粉进料，优选用氧气(或加入少量水蒸气)为气化剂，可以根据产品气的用途来选择使用氮气或二氧化碳作干煤粉的输送介质，如将生成的合成气用于合成氨，则可以使用氮气作为输送介质来输送干煤粉，否则一般使用CO2作为输送介质。如果使用水煤浆或油煤浆用作部分气化原料，则优选以氧气为气化剂，也可以掺入部分O2，水煤浆或油煤浆则直接由泵送入系统中。
本实用新型的主要目的是通过使用一部分粉煤为气化原料，从而减少传统移动床气化技术对块煤的依赖，而粉煤价格往往低于块煤价格，因此也会在一定程度上降低原料成本。考虑到移动床气化装置的特殊性，因此由细煤与气化剂烧嘴7喷入气化炉的细煤量占总入炉煤量(块煤+粉煤)的10％-50％。烧嘴气化剂的量则根据细煤量及煤质特性加以确定，但为减少输送的介质量，对于干煤粉需要使用密相输送，一般要求每立方米输送固体量大于400kg；对于水煤浆进料，则要求其浓度大于60wt％。
与现有鲁奇气化技术相比，本实用新型的分级气化移动床气化装置在气化炉的底部增加了气化剂和粉煤烧嘴，且其汽氧比大大降低，可由现有技术的5-8降至目前的2以下，减少了水蒸气用量和后续的废水产量。和鲁奇的BGL气化技术相比，本实用新型的分级气化移动床气化装置增加了细煤粉及气化剂，从而实现了块煤和粉煤在同一气化炉内同时气化。另外，由于细煤粉的比表面积大于块煤的比表面积，因此细煤粉的反应时间小于块煤的反应时间，在相同的气化炉和气化压力条件下，可相应提高气化炉的产气能力。而细煤粉反应后生成的煤气在上行过程中可继续参加反应，一定程度上增加了甲烷的生成量。
本实用新型的分级气化移动床气化装置的操作压力范围为0.1-10MPa，底部燃烧区温度为1300-1600℃，气化炉出口温度为400-600℃，气化炉内径可以为3-5m，气化炉气化煤的能力为1000-3000t/d。
如同传统的移动床气化技术，本实用新型的分级气化移动床气化装置的气化炉膛内的料层从上至下可粗略分为干燥层、干馏层、甲烷化层、第一反应层(还原层)、第二反应层(氧化气化层)及熔渣层，当然在实际过程中分层可能没有那么明显。
如同传统的移动床气化技术，本实用新型的分级气化移动床气化装置中煤气化过程的反应可分成两种类型：(1)非均相气体-固体反应，气相可能是最初进料的气化剂，也可能是气化过程中的产物，固相是指煤中的碳。虽然煤具有很复杂的分子结构，与碳原子相连接的还有氢、氧等其它元素，但因为气化反应发生在煤裂解之后，故只考虑煤中的主要元素碳是合理的。(2)均相的气相反应，反应物可能是最初进料的气化剂，也可能是气化过程中的反应产物。
本实用新型的分级气化移动床气化装置的气化炉膛内的料层从上至下各层的反应条件和/或所涉及的反应如下：
干燥层：干燥过程也是煤炭脱水过程，原料块煤从炉顶加入气化炉后，由于煤与上升的热气流或炽热的半焦之间发生热交换，使煤中的水分蒸发变成水蒸气进入气相。通常干燥层的厚度约为500-1000mm。
干馏层：干馏是脱除挥发分的过程，随着煤下移，干煤的温度进一步提高，此时挥发物从煤中逸出。脱除挥发分一般也称作煤的热分解反应，它是所有气化工艺共同的基本反应之一。干馏层厚度一般为500-600mm。
甲烷化层：甲烷化层是气化过程中生成甲烷的主要反应层，也是加压气化与常压气化的区别所在。该层进行的甲烷生成反应是碳与氢气、一氧化碳与氢气之间的反应，反应速度比第一反应层(还原层)和第二反应层(氧化气化层)中的气化反应速度要慢得多，因此，为使反应能充分进行，生成尽可能多的甲烷，一般要求甲烷层厚度较大，保证原料在该层的停留时间约0.5-1h。由于甲烷生成反应放出的热量与该层中其它反应吸收的热量几乎相等，因此该层的温度变化较小。甲烷化层厚度一般为900-1200mm。生成甲烷的反应都是放热反应。
第一反应层：也称还原层，经干馏后得到的半焦与气流中的H2O、CO2、H2等反应，生成可燃性气体等产物，还原层厚度约为400-600mm，主要反应包括：
(1)碳与水蒸气的反应
在一定温度下，碳与水蒸气之间发生下列非均相反应：
这是制造水煤气的主要反应，有时也称为水蒸气分解反应，前一反应式也称为水煤气反应，这两个反应均是吸热反应。
(2)碳与二氧化碳的反应
在气化阶段进行的第二个重要的非均相反应为发生炉煤气反应，即碳与二氧化碳的反应：
这是非常强烈的吸热反应，必须在高温条件下才能进行反应。
(3)变换反应
该反应称为一氧化碳变换反应，或称水煤气平衡反应。它是均相反应，由气化阶段生成的CO与水蒸气之间的反应。为了制取H2，需要利用这一反应。由于该反应易于达到平衡，通常在气化炉煤气出口温度条件下，反应基本达到平衡，从而该反应决定了出口煤气的组成。
第二反应层(氧化气化层)：该层不同于传统的移动床液态排渣层，除了燃烧反应外，由于喷入煤粉，还会发生快速干馏、及氧化还原反应，该反应层厚度约为300-500mm。经上部气化后残留的半焦与气化剂中的氧进行燃烧，为其他反应及煤干燥提供热量：
ξ焦+O2→2(ξ-1)CO+(2-ξ)CO2+灰
其中ξ是统计常数，取决于燃烧产物中CO和CO2之比例，其范围在1～2之间。
另外，新煤粉还会发生脱除挥发分以及上述半焦与水蒸气、CO2的反应。而在氧气存在的前提下，还有气体组分发生燃烧反应，如：
熔渣层：该层位于第二反应层下，但二者界限不明显。
除了以上主要反应外，气化过程的同时还有S、N等杂原子发生的反应，生成H2S、COS、NH3和HCN等。
与现有鲁奇和BGL气化技术相比，本实用新型在分级气化移动床气化装置的受压外壳下部增加了煤粉烧嘴，从而实现了块煤和粉煤在同一气化炉内同时气化，减少了现有鲁奇和BGL气化技术对块煤的依赖，有利于煤炭的综合利用。
另外，细煤粉的反应时间小于块煤反应时间，可相应提高气化炉的产气能力。而细煤粉反应后生成的煤气在上行过程中可继续参加反应，一定程度上增加甲烷的生成量。而通过调节底部侧面喷入的细煤及气化剂的量，也可以调整块煤和粉煤的比例，从而提高了单炉的运行负荷和操作弹性，而且可以根据后系统的需要而适当调节产品气的组成。另外，本气化技术可以使用干粉、水煤浆或油煤浆进料，一定程度上扩大了煤种的使用范围。
本实用新型的分级气化移动床气化装置的工作方式为：将5-100mm的块煤、型煤或焦炭通过加煤斗1和煤分布器2加入到气化炉内，入炉的块煤、型煤或焦炭首先被上行的热煤气加热干燥，干燥后的块煤、型煤或焦炭随后依次进入干馏层脱除挥发分，在甲烷化层发生甲烷化反应，在还原层与水蒸气或二氧化碳发生还原反应，随后进入底部燃烧区。在气化炉的底部，由气化剂喷嘴10喷入的第一气化剂(即氧气和水蒸气)参加与煤粉或上述半焦的反应；而由细煤及气化剂烧嘴7喷入的细煤(可以是干煤粉、水煤浆或油煤浆)和第二气化剂(氧气、二氧化碳或水)可直接发生燃烧和气化反应，也可与其他类型的气化剂(如富氧空气)发生反应，最后灰分形成熔渣排至熔渣激冷室8，熔渣激冷室8包括循环激冷水入口81和循环激冷水出口83，激冷后的熔渣依靠重力排入设置在熔渣激冷室8下方的密封渣斗9。而高温气体在上升过程中既发生反应，也将热量传递给固体煤或半焦，煤气最后由气化炉顶部侧面的煤气出口4排出气化炉。
在一优选实施例中，熔渣激冷室8的循环激冷水入口81处于低于循环激冷水出口83处。
在另一优选实施例中，熔渣激冷室8的循环激冷水入口81处于熔渣激冷室8的一侧，循环激冷水出口83处于远离循环激冷水入口81的熔渣激冷室8的另一侧。
加煤斗1上端设置有原料煤进口15，加煤斗1的下端通过法兰与受压外壳顶部的第一开口31相连。
参照图6和图2，本实用新型的分级气化移动床气化装置100的第一煤气出口4的管道上还连接有洗气罐45，该洗气罐45进一步包括：
第二煤气入口452，设置在洗气罐45的中部侧壁上且略低于第一煤气出口4，并连接有第二煤气管道459且延伸入洗气罐45的接近底部处，
第二煤气出口454，设置在洗气罐45的上部侧壁或顶部上，并高于第二煤气入口452，
灰水排放口457设置在洗气罐45的底部，
至少一层散气网456，设置在洗气罐45的下方，并安装在洗气罐45的内壁上且环绕第二煤气管道459，以及
至少一层破泡条453，设置在散气网456的上方，并安装在洗气罐45的内壁上且位于第二煤气入口452连接的第二煤气管道459的上方。
在洗气罐45中有循环冷凝水，用于冷却和对排出的煤气进行洗涤。在洗气罐中盛装的用来洗气的灰水可通过设置在洗气罐45底部的灰水排放口457排放。
在一更优选实施方式中，延伸入洗气罐45的接近底部处的第二煤气管道459进一步包括气体分布器(未示出)，以利于所生成的合成气的分散和洗涤。
在两层破泡条456每一层的每一根破泡条上都均匀设置有金属刺458(参见图3)。散气网453的结构如图4所示。
其中至少一层散气网453位于用来洗气的灰水中，以有利于合成气在用来洗气的灰水中均匀分布，利于洗去其中的固体夹带物，如微量的煤粉等。而两层破泡条456位于用来洗气的灰水上方，以将经洗涤的合成气的大气泡打碎，以有利于除去合成气气泡中裹挟的灰水，进一步净化合成气。有利于将经洗涤的合成气的小气泡打碎，以有利于除去合成气小气泡中裹挟的灰水，再进一步净化合成气。
通过洗气罐45的煤气，由于散气网453和破泡条456以及其上设置的金属刺458减少了煤气中夹带的水汽和少量的灰分及煤粉，净化了煤气。
在一优选实施例中，本实用新型的分级气化移动床气化装置100的至少两个气化剂喷嘴10与至少两个细煤及气化剂烧嘴7可拆卸地均匀交错设置于受压外壳3上。
参照图5a和5b，为了改善细煤及气化剂的混合雾化效果，本实用新型的分级气化移动床气化装置100，其中细煤及气化剂烧嘴7的每一个在喷口内设置有旋流器75。该旋流器75可以是轴向螺旋槽式(参见图5a和5b)，也可以是轴向旋片式。设置于细煤及气化剂烧嘴7内的旋流器75，其上具有轴向螺旋槽752，其外径与细煤及气化剂烧嘴7的内径相等，并配合安装于细煤及气化剂烧嘴7内；旋流器的中心为柱形空腔，轴枢内径与外径之比为0.6-0.8。设置于细煤及气化剂烧嘴7内的旋流器75，其上具有轴向螺旋槽752，其厚度与细煤及气化剂烧嘴7的圆环管道的直径大体相等，设置于细煤及气化剂烧嘴7内的旋流器75进一步改善了细煤及气化剂烧嘴7喷口处氧气、水煤浆和/或二氧化碳的混合雾化效果，提高反应速度和产气效率。
采用本实用新型的分级气化移动床气化装置100进行气化试验，通过位于气化炉顶部的加煤斗1将块煤或型煤气化原料加入炉内，同时将第一气化剂通过在气化炉底部侧面设置的两个气化剂喷嘴10、第二气化原料和第二气化剂通过在气化炉底部侧面设置的由至少两层环形管道构成的两个细煤及气化剂烧嘴7送入气化炉内部。
具体地，细煤及气化剂烧嘴7可以是由两层环形管道构成、或由三层环形管道构成。
例如，细煤及气化剂烧嘴7由两层环形管道构成，则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过外层的环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道送入气化炉内部，反之亦然。
如果细煤及气化剂烧嘴7由三层环形管道构成则第二气化原料如细煤粉、水煤浆或油煤浆可以通过环绕中心管道的内层环形管道送入气化炉内部，而第二气化剂如氧气或富氧空气则通过中心管道和最外层的环形管道送入气化炉内部，反之亦然。
其中第一气化剂可以为氧气，第二气化剂也为氧气。
第二气化原料为水煤浆，直接由泵进行输送。
第二气化原料及第二气化剂分别通过细煤及气化剂烧嘴7的不同层的管道输送。气化炉的操作压力范围为0.1-10MPa，底部燃烧区温度为1300-1600℃，出口温度为400-600℃，并得到以下结果。
试验所采用的气化炉结构如图1所示，其处理能力为1000t/d。试验所采用的气化原料为典型的长焰煤，其工业分析和元素分析如下表：
上表中，Mt为全水含量，Aar、Var、FCar分别为收到基灰分、收到基挥发分和收到基固定碳的含量，Car、Har、Nar、Oar和Sar，t分别为收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氮含量、收到基氧含量和收到基全硫含量。
经理论计算，在80％块煤和20％粉煤进料的条件下，煤气组成为：
H2 24.10％，CO 57.78％，CH4 8.34％，C2H6 0.52％，C2H4 0.21％，CO2 4.83％，N2 2.24％，H2S0.12％，NH3 0.02％。
二氧化碳与水煤浆的使用量即二氧化碳体积流量与水煤浆流量的比值在1/200至10/50之间变化，可视具体情况加以调整。
对于氧气与二氧化碳的使用量的比值并没有特定要求，只要控制好二氧化碳体积流量与水煤浆流量的比值即可，可视具体情况加以调整。
二氧化碳管线的压力介于氧气管线和水煤浆管线压力之间变化，二氧化碳管线的压力略低于氧气管线压力为佳，因为不同气化炉的压力等级不同，其压力可视具体情况加以调整。
与现有鲁奇和BGL气化技术相比，本实用新型的分级气化移动床气化装置，在受压外壳下部增加了煤粉烧嘴，从而实现了块煤和粉煤在同一气化炉内同时气化，减少了现有鲁奇和BGL气化技术对块煤的依赖，有利于煤炭的综合利用。
另外，细煤粉的反应时间小于块煤反应时间，可相应提高气化炉的产气能力。而细煤粉反应后生成的煤气在上行过程中可继续参加反应，一定程度上增加甲烷的生成量。而通过调节底部侧面喷入的细煤及气化剂的量，也可以调整块煤和粉煤的比例，从而提高了单炉的运行负荷和操作弹性，而且可以根据后系统的需要而适当调节产品气的组成。另外，本气化技术可以使用干粉、水煤浆或油煤浆进料，一定程度上扩大了煤种的使用范围。
设置于细煤及气化剂烧嘴7内的旋流器75进一步改善了细煤及气化剂烧嘴7喷口处氧气、水煤浆和/或二氧化碳的混合雾化效果，进一步提高反应速度和产气效率。
在洗气罐45中有循环冷凝水，用于冷却和对排出的煤气进行洗涤。在洗气罐中盛装的用来洗气的灰水可通过设置在洗气罐45底部的灰水排放口457排放。
通过洗气罐45的煤气，由于散气网453和破泡条456以及其上设置的金属刺458减少了煤气中夹带的水汽和少量的灰分及煤粉，进一步净化了煤气。
其中至少一层散气网453位于用来洗气的灰水中，以有利于合成气在用来洗气的灰水中均匀分布，利于洗去其中的固体夹带物，如微量的煤粉等。而两层破泡条456位于用来洗气的灰水上方，以将经洗涤的合成气的大气泡打碎，以有利于除去合成气气泡中裹挟的灰水，进一步净化合成气。有利于将经洗涤的合成气的小气泡打碎，以有利于除去合成气小气泡中裹挟的灰水，再进一步净化合成气。
尽管本实用新型的各种实施方式已经通过具体实施方式在上下文中进行了描述，但是本实用新型并不仅限于此。因此，以上的描述不应该当作是本实用新型范围的限制，本实用新型的范围由所附的权利要求进行限定。本领域技术人员应当理解，在不背离本实用新型的精神的情况下可以对本实用新型作出各种改变和变更，其都将落入在本实用新型的保护范围内。
Claims (14)
1.一种分级气化移动床气化装置(100)，包括：
受压外壳(3)，在所述受压外壳的顶部具有第一开口(31)，在所述受压外壳的底部具有第二开口(33)，在所述受压外壳的上部侧面设置第一煤气出口(4)，在所述分级气化移动床气化装置(100)的所述受压外壳(3)下部的同一水平面均匀设置至少两个气化剂喷嘴(10)；
加煤斗(1)，设置于所述受压外壳顶部的第一开口(31)之上；
煤分布器(2)，设置于所述受压外壳内部的上部，所述煤分布器(2)包括搅拌器；
轴向对称水夹套(5)，设置在所述受压外壳(3)的所述第一煤气出口(4)下方的内侧，所述轴向对称水夹套(5)的内部构成气化室(6)；
熔渣激冷室(8)，设置在所述受压外壳(3)底部的所述第二开口(33)之下，所述熔渣激冷室(8)包括循环激冷水入口(81)和循环激冷水出口(83)；以及
密封渣斗(9)，设置在所述熔渣激冷室(8)的下方；
其特征在于，在所述分级气化移动床气化装置(100)的所述受压外壳(3)下部与所述至少两个气化剂喷嘴(10)所处的同一水平面还交替均匀设置至少两个细煤及气化剂烧嘴(7)，其中所述至少两个气化剂喷嘴沿气化炉外壳(3)于同一水平面均匀布置在气化炉底部，且所述至少两个气化剂喷嘴与所述至少两个细煤及气化剂烧嘴在同一水平面内对称布置。
2.根据权利要求1所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述熔渣激冷室(8)的所述循环激冷水入口(81)处于低于所述循环激冷水出口(83)处。
3.根据权利要求1所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述熔渣激冷室(8)的所述循环激冷水入口(81)处于所述熔渣激冷室(8)的一侧，所述循环激冷水出口(83)处于远离所述循环激冷水入口(81)的所述熔渣激冷室(8)的另一侧。
4.根据权利要求1所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个气化剂喷嘴(10)与所述至少两个细煤及气化剂烧嘴(7)分别选自两个气化剂喷嘴(10)与两个细煤及气化剂烧嘴(7)、三个气化剂喷嘴(10)与三个细煤及气化剂烧嘴(7)、四个气化剂喷嘴(10)与四个细煤及气化剂烧嘴(7)、五个气化剂喷嘴(10)与五个细煤及气化剂烧嘴(7)、或六个气化剂喷嘴(10)与六个细煤及气化剂烧嘴(7)。
5.根据权利要求1所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述细煤及气化剂烧嘴(7)是由至少两层环形管道构成，其中细煤与气化剂通过所述细煤及气化剂烧嘴(7)的不同层的管道输送。
6.根据权利要求1所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述加煤斗(1)上端设置有原料煤进口(15)，所述加煤斗(1)的下端通过法兰与所述受压外壳顶部的第一开口(31)相连。
7.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述第一煤气出口(4)连接有洗气罐(45)，所述洗气罐(45)进一步包括：
第二煤气入口(452)，设置在所述洗气罐(45)的中部侧壁上且略低于所述第一煤气出口(4)，并连接有第二煤气管道(459)且延伸入所述洗气罐(45)的接近底部处，
第二煤气出口(454)，设置在所述洗气罐(45)的上部侧壁或顶部上，并高于所述第二煤气入口(452)，
灰水排放口(457)设置在所述洗气罐(45)的底部，
至少一层散气网(453)，设置在所述洗气罐(45)的下方，并安装在所述洗气罐(45)的内壁上且环绕所述第二煤气管道(459)，以及
至少一层破泡条(456)，设置在所述散气网(453)的上方，并安装在所述洗气罐(45)的内壁上且位于所述第二煤气入口(452)连接的所述第二煤气管道(459)上方。
8.根据权利要求7所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于，所述至少一层破泡条(456)的每一根破泡条上均匀设置有金属刺(458)。
9.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个气化剂喷嘴(10)与所述至少两个细煤及气化剂烧嘴(7)可拆卸地均匀交错设置于所述受压外壳(3)上。
10.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个细煤及气化剂烧嘴(7)的每一个在喷口处设置有旋流器(75)。
11.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个气化剂喷嘴和所述至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-45°。
12.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个气化剂喷嘴和所述至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-30°。
13.根据权利要求1～6任一项所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于所述至少两个气化剂喷嘴和所述至少两个细煤及气化剂烧嘴的喷口水平或向下设置，与水平方向的角度范围为0-20°。
14.根据权利要求7所述的分级气化移动床气化装置(100)，其特征在于延伸入所述洗气罐(45)的接近底部处的所述第二煤气管道(459)进一步包括气体分布器。
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2010
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