CN203238228U

CN203238228U - 高压多级流化床反应器

Info

Publication number: CN203238228U
Application number: CN 201320277527
Authority: CN
Inventors: 崔海骏; 刘红艳
Original assignee: SHANGHAI XINXING CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI XINXING CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-05-20

Abstract

本实用新型公开一种高压多级流化床反应器，包括分别具有气化室的多个容器本体，每个气化室均具有进气口、进料口、出气口和出料口；末级气化室还设有与流化气源相连的流化气进口；相邻两个气化室中，位于上游的气化室的进气口与位于下游的气化室的出气口通过位于容器本体外面的输气管相连，位于上游的气化室的出料口与位于下游的气化室的进料口通过位于容器本体外面的输料管相连，首级气化室的进料口通过高压油煤浆泵或高压煤粉泵与原料煤源相连，末级气化室的进气口与气化剂源相连。根据本实用新型的高压多级流化床反应器结构简单、容易维护、容大型化、操作压力高、流化床流化效果好且气化效率高的高压多级流化床反应器。

Description

高压多级流化床反应器

技术领域

本实用新型涉及煤气化技术，尤其是涉及一种高压多级流化床反应器。

背景技术

用粉煤流化床制取合成气已有80多年的发展历史，大多数这一类型的气化炉获得的都是一氧化碳加氢气的低热值煤气或合成气，主要用于合成氨或甲醇的化工生产。传统流化床气化炉通常是一个直筒型气化炉，煤粉从气化炉的下部加入，气化炉产生的高温烟气采用间接换热的方式回收热量，导致系统换热设备多，设备投资大、系统流程长，设备故障点多，导致系统无法实现长周期稳定运行。系统操作压力低，产能低。近期有人用粉煤流化床催化气化的方法获得富含甲烷的合成气。

中国实用新型专利申请CN102399595公开了一种多层流化床气化炉。但是，该多层流化床气化炉存在以下问题：：炉体内设有三层或以上多段气化室，致使单炉大型化时的炉体高度过高而加大了设备制造、安装和维检的难度；管状的溢流装置设在炉腔内，对每层流化床的形成存在不利影响，溢流管内外都承受高温，对材料要求高，并且不容易更换和维修。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种非催化的方式，利用高压、多级不同气化温度相结合的流化床气化方式以获取高氢高甲烷的合成气，具有结构简单、容易维护、容大型化、各级流化床流化效果好且气化效率高的高压多级流化床反应器，操作压力最高可达9.0MPa。

为实现上述目的，根据本实用新型的高压多级流化床反应器包括：顺序设置的多个容器本体，每个所述容器本体内具有用于形成流化床的气化室；每个所述气化室均具有进气口、进料口、出气口和出料口；位于最下游的末级气化室还设有与流化气源相连的流化气进口；相邻两个气化室中，位于上游的气化室的进气口与位于下游的气化室的出气口通过位于所述容器本体外面的输气管相连，位于上游的气化室的出料口与位于下游的气化室的进料口通过位于所述容器本体外面的输料管相连，其中所述末级气化室的进气口与气化剂源相连，且位于最上游的首级气化室的进料口通过高压油煤浆泵或高压煤粉泵与原料煤源相连。

根据本实用新型的高压多级流化床反应器，上游气化室内的物料通过位于容器本体外面的管道输送到相邻的下游气化室内，不但，在容器本体内没有物料输送管，不会对流化床的形成造成不利影响，而且，上述物料管道位于容器本体外面，管道外面不承受高温，对材料等级要求低，并且易于更换和维修。根据本实用新型的高压多级流化床反应器，物料与气体在各级气化室内逆流接触，因此气化效果好，不会因为从位于首级气化室的下游气化室加入物料影响气化效果。

优选地，高压多级流化床反应器还包括气固分离器，所述气固分离器具有出气口、半焦返料出口和与所述首级气化室的出气口相连的进气口；所述末级气化室的侧壁上还设有与所述半焦返料出口相连的半焦进料口，所述末级气化室的半焦进料口与所述流化气源相连以通过流化气将来自于所述半焦返料出口的半焦返料输送到所述末级气化室内。

优选地，所述首级气化室的进料口内设有伸入所述首级气化室内的原料煤喷嘴，所述气化室的进气口内设有伸入到该气化室内的气体分布器，所述流化气进口内设有伸入到所述末级气化室内的流化气分布器。

优选地，所述原料煤喷嘴为多个且沿所述首级气化室的周向间隔均匀分布。

优选地，所述末级气化室的下部隔离出流化气室，所述末级气化室的进气口与所述气化剂源相连，所述末级气化室的流化气进口设置在所述流化气室的侧壁上，所述首级气化室与所述末级气化室之间的每个气化室的出气口设置在该气化室的顶部或侧壁上。

优选地，除所述首级气化室之外，其余所有气化室的进料口均与所述流化气源相连以通过流化气将从上游的气化室出料口送出的半焦物料输送到相邻的下游的气化室内。

优选地，所述末级气化室的出料口布置在所述末级气化室的侧壁的下部。

优选地，所述输料管和所述输气管的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。

优选地，所述输料管和所述输气管上均设有调节阀以及引入流化气的接入口；

优选地，所述容器本体的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。

优选地，多个所述容器本体沿上下方向排列或沿水平方向排列或沿上下方向和水平方向混合排列。

优选地，所述流化气源供给的流化气为蒸汽、氧气、合成气、二氧化碳中的至少一种。

优选地，所述原料煤与苯类液体物质混合后送入所述首级气化室，所述苯类液体物质是所述高压多级流化床反应器的副产物。

优选地，所述容器本体内的气化操作压力为1.0－9.0MPa。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的高压多级流化床反应器的示意图。

图2是根据本实用新型另一实施例的高压多级流化床反应器的示意图。

具体实施方式

下面参考附图描述本实用新型的实施例。

如图1和图2所示，根据本实用新型的高压多级流化床反应器包括顺序设置的多个容器本体100，每个容器本体100内形成有气化室，气化室用于在其内形成流化床。优选地，容器本体100优选为长圆形容器，容器本体100的内表面上设有耐磨和绝热的衬里（未示出）。

可以理解的是，在本实用新型的描述中，沿与气体在多个容器本体100之间流动方向相反的方向，位于前面容器本体的为上游容器本体，位于后面的容器本体为下游容器本体，例如位于最前面的与原料煤源相连的容器本体100可以称为首级容器本体，首级容器本体内的气化室可以称为首级气化室，首级气化室内的流化床可以称为首级流化床，位于最后面的与流化气源相连的容器本体100可以称为末级容器本体，末级容器本体内的气化室可以称为末级气化室，末级气化室内的流化床可以称为末级流化床，因此，沿从首级容器本体到末级容器本体的方向，邻近首级容器本体的一侧为上游，邻近末级容器本体的一侧为下游。

在本实用新型的具体实施例中，多个容器本体100可以沿上下方向排列或水平方向排列。

每个气化室具有进气口、进料口、出气口和出料口。末级气化室还具有与流化气源400相连的流化气进口，流化气源400供给的流化气可为蒸汽、氧气（纯氧，富氧空气，空气）、合成气和二氧化碳中的至少一种。相邻两个气化室中，位于上游的气化室的进气口与位于下游的气化室的出气口通过位于容器本体100外面的输气管相连，位于上游的气化室的出料口与位于下游的气化室的进料口通过位于所述容器本体外面的输料管相连。优选地，所述输料管和所述输气管的内表面上设有耐磨和绝热的衬里（未示出）。更优选地，所述输料管和所述输气管上均设有调节阀500以及引入流化气的接入口，便于物料和气体的调节。

末级气化室的进气口与气化剂源300相连，首级气化室的进料口通过高压油煤浆泵或高压煤粉泵与原料煤源相连。末级气化室的出料口用于排渣，因此也可以称为出渣口，末级气化室的出料口可布置在末级气化室的侧壁的下部。优选地，所述原料煤源供给的原料煤可以与苯类液体物质混合后送入所述首级气化室，所述苯类液体物质可以是根据本实用新型实施例的所述高压多级流化床反应器的副产物。

在本实用新型的一些实施例中，高压多级流化床反应器内的气化操作压力可以在1.0－9.0MPa的范围内，与传统的流化床反应器相比，压力可以大大提高。在本实用新型的实施例中，“高压”可以为大于1.0MPa的压力。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器，包括多个容器本体100，用于在容器本体100之间输送料的输料管和输送气体的输气管位于容器本体100外面，不会对容器本体100内的气化室内的流化床造成不利影响，而且，由于输料管和输气管位于容器本体100外面，不会承受气化室内的高温，降低了对输料管和输气管的材料的要求，降低了成本，且更换和维护方便。此外，由于多个容器本体100可以彼此独立地顺序排列，因此，可以根据工艺需要沿上下方向、水平方向或上下和水平方向混合排列容器本体100。这里，沿上下和水平方向混合排列，是指一部分容器本体100的竖向中心轴线对齐，另一部分容器本体100的竖向中心轴线彼此平行且沿水平方向间隔开，此外，所述一部分容器本体100的竖向中心轴线与另一部分容器本体100的中心轴线在上下方向上错可，如图1所示的示例。

优选地，根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器还包括气固分离器200，气固分离器200具有出气口202、半焦返料出口203和与首级气化室的出气口相连的进气口201。末级气化室的侧壁上还设有与半焦返料出口203相连的半焦进料口，末级气化室的半焦进料口与流化气源400相连以通过流化气将来自于半焦返料出口203的半焦返料输送到末级气化室内。

优选地，首级气化室的进料口内设有伸入首级气化室内的原料煤喷嘴，各个气化室的进气口内设有伸入到该气化室内的气体分布器，流化气进口119内设有伸入到所述末级气化室内的流化气分布器。原料煤喷嘴为多个且沿所述首级气化室的周向间隔均匀分布。

在本实用新型的一些实施例中，末级气化室的下部隔离出流化气室E，所述末级气化室的进气口与气化剂源300相连，末级气化室的流化气进口设置在流化气室E的侧壁上，首级气化室与末级气化室之间的每个气化室的出气口设置在该气化室的顶部或侧壁上。

优选地，除所述首级气化室之外，其余所有气化室的进料口均与流化气源400相连以通过流化气将从上游的气化室出料口送出的半焦物料输送到相邻的下游的气化室内。

在本实用新型的优选实施例中，输料管和输气管上均设有调节阀以及引入流化气进入的接入口。

下面参考图1描述根据本实用新型一个实施例的高压多级流化床反应器。在图1所示的实施例中，高压多级流化床反应器包括四个容器本体100，即：首级容器本体，第二级容器本体，第三级容器本体和末级容器本体。首级容器本体内形成有首级气化室A（首级气化室A内形成有首级流化床，在本实用新型的描述中，术语“气化室”与“流化床”可以互换使用），第二级容器本体内形成有第二级气化室B（第二级气化室内形成有第二级流化床），第三级容器本体内形成有第三级气化室C（第三级气化室内形成有第三级流化床），末级级容器本体内形成有末级气化室D（末级气化室内形成有末级流化床）。

在图1所示的实施例中，首级容器本体与第二级容器本体沿上下方向排列，即首级容器本体的竖向中心轴线与第二级容器本体的竖向中心轴线重合，第三级容器本体与末级容器本体沿上下方向排列，即第三级容器本体的竖向中心轴线与末级容器本体的竖向中心轴线重合，而且首级容器本体的竖向中心轴线与末级容器本体的竖向中心轴线在水平方向上间隔开。

换言之，四个容器本体100内形成顺序排列四个气化室A-D，四个气化室内分别形成首级流化床，第二级流化床，第三级流化床和末级流化床。

首级气化室（也可以称为首级流化床）A的上部侧壁上设有首级流化床进料口102，首级流化床进料口102内设有原料煤喷嘴130，通过首级流化床进料口102可以向首级气化室A内供给煤粉或苯类油煤浆料。煤粉或苯类油煤浆料通过原料煤喷嘴130喷入到首级气化室A内，由此可以提高气化效果。更优选地，原料煤喷嘴130为多个且沿首级气化室A的周向间隔均匀分布，由此可以进一步提高气化效果。

首级气化室A的顶壁上设有位于容器本体100的竖向中心轴线上的合成气出口101，首级气化室A内产生的气体可以通过合成气出口101排出首级气化室A，由于合成气出口101位于容器本体100的竖向中心轴线上，因此，合成气的排放更加顺畅，对各级气化室内的流化床不存在不利影响。首级气化室A的下部侧壁上设有首级流化床出料口104，首级气化室A内的物料从首级流化床出料口104排出。首级气化室A的侧壁上设有首级流化床进气口103。

第二级气化室B的顶壁上设有第二级流化床出气口105，第二级气化室B的侧壁上设有第二级流化床进料口106，第二级气化室B的侧壁上设有通过位于容器本体100外面的输气管与第三级气化室C的第三级流化床出气口109连通的第二级流化床进气口107，输气管上设有调节阀500和用于引入流化气进入的接入口，第三级气化室C内的气体通过第二级流化床进气口107进入第二级气化室B，以便于第二级气化室B内的流化床形成和合成气的生成，第二级气化室B的侧壁上设有第二级流化床出料口108，第二级气化室B内的物料从第二级流化床出料口108排出。

第三级气化室C的顶壁上设有第三级流化床出气口109，第三级气化室C的侧壁上设有通过位于容器本体100外面且设有调节阀500的输气管与末级气化室D的末级流化床出气口114连通的第三级流化床进气口113，末级流化床D内的气体通过末级流化床出气口114和第三级流化床进气口113进入第三级气化室C，以便于第三级气化室C内的流化床形成和合成气的生成。第三级气化室C的侧壁上设有第三级流化床出料口111和第三级流化床进料口112。

末级气化室D的顶壁上设有末级流化床出气口114，末级流化床D的侧壁上设有末级流化床半焦返料进料口115，末级气化室D的侧壁上设有末级流化床进料口116，末级流化床的下部侧壁上设有末级流化床进气口（与流化剂源300相连）118、末级流化床出料口（即灰出渣口）117和用于与流化气源400相连的流化气进口119，末级流化床进料口116与第三级流化床出料口111通过位于容器本体100外面的输料管连通，输料管上设有调节阀500以及引入流化气进入的接入口。优选地，灰出渣口117布置在末级容器本体100的侧壁下部，由此更便于灰渣的排出。

末级流化床进气口118与气化剂源300相连，用于向末级气化室D内供给气化剂。流化气进口119与流化气源400相连，用于向末级气化室D内供给流化气。

在气化剂进口118内设有气化剂分布器，在流化气进口119内设有流化气分布器119，以便于各级气化室内的流化床形成和提高气化效果。

末级气化室D的下部例如通过隔板隔离出流化气室E，流化气进口119形成在末级流化气室D的侧壁上，末级流化气室D的顶部设有与末级气化室D连通的气孔120。

优选地，第二级流化床进料口106与流化气源400相连，由此可以通过流化气将从首级流化床出料口104排出的半焦物料输送到第二级气化室B内。第三级流化床进料口112与流化气源400相连，由此可以通过流化气将从第二级流化床出料口108出的半焦物料输送到第三级气化室C内；末级流化床进料口116与流化气源400相连以通过流化气将从第三级流化床出料口111出的半焦物料输送到末级气化室D内。

在本实用新型的优选实施例中，高压多级流化床反应器还包括气固分离器200，气固分离器200具有与首级气化室A的合成气出口101连通的进气口201、出气口202和半焦返料出口203。

末级气化室D的侧壁上还设有与半焦返料出口203相连的半焦返料进口115，半焦返料进口115与流化气源400相连以通过流化气将来自于半焦返料出口203的半焦物料输送到末级气化室D内。

由此，从首级容器本体100内排出的合成气进入气固分离器200进行气固分离，分离出的固体半焦返料从半焦返料出口203排出，通过半焦返料进口115由流化气输送到末级流化床D内，提高了物料利用率，降低污染。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器，气化剂和流化气沿从下游向上游的方向流动，物料沿从上游向下游的方向流动，并且物料通过位于容器本体100外面的输料管输送，气体通过位于容器本体100外面的输气管输送，容器本体100内没有输料管和输气管，不会影响各级气化室内的流化床的流化，降低了对输料管和输气管材料的要求，降低了成本，便于维护和更换。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器，具有合成气中的H2、CH4含量高、气化效率和碳转化率高的特点。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器，煤粉或苯类油煤浆料由泵加压通过在容器本体上部的喷嘴喷入首级气化室A，在物料下降的过程中，合成气流上升到首级气化室A内的第一流化床干燥段,对物料进行预热、干燥、干馏。预热后的半焦通过进入第二级气化室B内的第二流化床并与富氢气的合成气反应，半焦被转化成富含甲烷的合成气。在第二级气化室B内气化后的半焦进入第三级气化室C内的第三流化床内,并与来自末级气化室D内的末级流化床的合成气体进行反应，在第三气化室,蒸汽与物料半焦中的碳反应生成H2、CO等富含甲烷的合成气。在第三气化室气化后的半焦进入末级气化室内,并与来自下下游气化室的蒸汽－氧气（例如，纯氧，富氧空气、空气）与碳反应生成主要成份为H2和CO的合成气。由此，煤粉或苯类浆料在进入高压多级流化床反应器先与蒸汽－氧气反应后，再多次与合成气充分接触发生反应，提高了热传递速率，延长了煤粉颗粒在气化炉内的停留时间，提高了合成气中的H2、CH4含量高，从而显著提高碳转化率。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器，碳的转化率可达95％以上，水蒸气的分解率可高达60％以上，合成气中的CH4含量可达到15%以上，H2含量可达到35%以上，具有显著的气化效率，可广泛应用于现有煤制合成气或燃料气气化技术领域。

图2示出了根据本实用新型另一实施例的高压多级流化床反应器，如图2所示，与图1所示的实施例相比，区别在于四个容器本体100沿上下方向排列，四个容器本体100的竖向中心轴线彼此重合。图2所示实施例的高压多级流化床反应器与图1所示高压多级流化床反应器的其他结构和操作类似，这里不再详细描述。

根据本实用新型实施例的高压多级流化床反应器具有以下优点，1）通过采用喷嘴喷射物料，强化了气化室内半焦与富氢合成气的混合效果，传质、传热速率高，有效降低灰渣中可燃物的含量；2）气化的物料在多个气化室中流动，单位质量煤粉的发气量高、有效气中的H2、CO、CH4，其中碳转化率高达95％以上，合成气中的CH4含量可达到15%以上，H2含量可达到35%以上，水蒸气的分解率高达60％以上；3）各级流化床的进出口通过位于容器本体外面的输料管和输气管（例如提升管、下料管、排渣管、进气和出气管）连通，并且管的内表面上设有耐磨和绝热的衬里，延长了物料管线的使用寿命，方便检修，提高了装置的在线率；4）反应器的结构简单，可靠性高，运行稳定，产能大，因此具有更广的适用范围。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例不能理解为对本实用新型的限制，而是可以有许多变型。

Claims

1.一种高压多级流化床反应器，其特征在于，包括顺序设置的多个容器本体，每个所述容器本体内具有用于形成流化床的气化室；每个所述气化室均具有进气口、进料口、出气口和出料口；位于最下游的末级气化室还设有与流化气源相连的流化气进口；相邻两个气化室中，位于上游的气化室的进气口与位于下游的气化室的出气口通过位于所述容器本体外面的输气管相连，位于上游的气化室的出料口与位于下游的气化室的进料口通过位于所述容器本体外面的输料管相连，其中位于最上游的首级气化室的进料口通过高压油煤浆泵或高压煤粉泵与原料煤源相连，且所述末级气化室的进气口与气化剂源相连。

2.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，还包括气固分离器，所述气固分离器具有出气口、半焦返料出口和与所述首级气化室的出气口相连的进气口；所述末级气化室的侧壁上还设有与所述半焦返料出口相连的半焦进料口，所述末级气化室的半焦进料口与所述流化气源相连以通过流化气将来自于所述半焦返料出口的半焦返料输送到所述末级气化室内。

3.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述首级气化室的进料口内设有伸入所述首级气化室内的原料煤喷嘴，所述气化室的进气口内设有伸入到该气化室内的气体分布器，所述流化气进口内设有伸入到所述末级气化室内的流化气分布器。

4.根据权利要求3所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述原料煤喷嘴为多个且沿所述首级气化室的周向间隔均匀分布。

5.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述末级气化室的下部隔离出流化气室，所述末级气化室的进气口与所述气化剂源相连，所述末级气化室的流化气进口设置在所述流化气室的侧壁上，所述首级气化室与所述末级气化室之间的每个气化室的出气口设置在该气化室的顶部或侧壁上。

6.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，除所述首级气化室之外，其余所有气化室的进料口均与所述流化气源相连以通过流化气将从上游的气化室出料口送出的半焦物料输送到相邻的下游的气化室内。

7.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述末级气化室的出料口布置在所述末级气化室的侧壁的下部。

8.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述输料管和所述输气管的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。

9.根据权利要求8所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述输料管和所述输气管上均设有调节阀以及引入流化气进入的接入口。

10.根据权利要求1所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，所述容器本体的内表面上设有耐磨和绝热的衬里。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的高压多级流化床反应器，其特征在于，多个所述容器本体沿上下方向排列或沿水平方向排列或沿上下和水平方向混合的排列。