CN210826078U - 高硫劣质石油焦气化炉 - Google Patents

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李若男
郭金霞
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Abstract

本实用新型提供一种高硫劣质石油焦气化炉，炉体内部自上而下分为：高温气化段、降温变换段和低温激冷段，其中：高温气化段的顶部设有石油焦粉进口与气化剂进口，下部通过扩口段连接降温变换段，扩口段的锥面分布有用于供应喷淋水或低温蒸气的雾化喷头，降温变换段下部通过收缩段连接导流管，导流管的下端伸入低温激冷段下部，低温激冷段上部一侧设有气体出口，低温激冷段的底部设有排渣口。本实用新型具有碳转化率高、气化热效率高、设备结构简单的优点，并且产品气中氢含量高，尤其适用于石油焦气化制氢的生产过程，可减少后系统变换负荷15‑30％，整体能耗降低2‑5％，也可用于石油焦气化制合成气或燃料气领域。

Description

高硫劣质石油焦气化炉
技术领域
本实用新型涉及一种高硫劣质石油焦气化炉，尤其适用于石化领域的石油焦气化制氢的生产过程，也可用于石油焦气化制合成气或燃料气领域。
背景技术
石油焦产量随着原油的重质化、劣质化和重质原油深加工规模的不断扩大持续上升。高硫石油焦由于硫含量高，不能满足碳素材料的使用要求，只能作为燃料使用，而且燃烧利用过程的污染物排放量大，易造成环境污染。
而高硫石油焦气化制氢可满足炼厂对氢源的需求，也可生产化学品或经FT合成生产液体燃料，实现其高效、洁净、高附加值利用。
固体燃料气化技术按照气固接触的方式可分为固定床、流化床和气流床气化炉，主要应用于煤炭气化领域。
其中，气流床煤气化炉采用干煤粉进料，具有生产能力大、碳转化率高、氧耗低、环境污染小的优点，主要的炉型包括：K-T炉、Shell炉、Prenflo炉和GSP炉等，国内的航天炉、TPRI以及东方炉等。
专利ZL01131780.9公开一种两段式干煤粉气化炉，气化炉下段操作温度约1500℃，气化炉上段喷入煤粉降低操作温度至约1000℃，可实现较高的气化热效率，但由于二段煤粉反应不完全，碳转化率较低。
专利ZL02131307.5公开一种固体排渣的气流床气化装置，结合气流床和流化床气化炉特点，利用高温煤气和灰渣的显热，提高气化效率。
专利CN102676228A和CN102134512A分别提出在气流床气化炉顶部和上部安装多个烧嘴的进料方式扩大气化炉的生产能力，并提高碳转化率。但多喷嘴进料方式带来控制系统复杂，增加投资成本和操作难度。
石油焦与煤炭相比，具有碳含量高、热值高，挥发分低、灰含量低、灰熔点高的特点。气化反应过程中，由于石油焦的挥发分少、孔隙率、石墨化程度高，气化反应活性远低于煤炭，而且石油焦的灰含量低、灰熔点高、高温流变性差，常规煤粉气化炉并不能完全适应石油焦气化的应用要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种碳转化率、热效率高、产品气氢含量高、处理能力大的高硫劣质石油焦气流床气化炉。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：炉体内部自上而下分为：高温气化段、降温变换段和低温激冷段，其中：高温气化段的顶部设有石油焦粉进口与气化剂进口，下部通过扩口段连接降温变换段，扩口段的锥面分布有用于供应喷淋水或低温蒸气的雾化喷头，降温变换段下部通过收缩段连接导流管，导流管的下端伸入低温激冷段下部，低温激冷段上部一侧设有气体出口，低温激冷段的底部设有排渣口。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：低温激冷段内壁与导流管外壁之间设有多层挡板，在多层挡板之间流动有循环渣水。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：在低温激冷段的侧面还分别设有渣水进口与渣水出口，所述渣水进口高于所述多层挡板的高度位置，而所述渣水出口位于多层挡板的最下一层挡板的上方位置。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：高温气化段与降温变换段的直径比为1:1.05-2；高温气化段与降温变换段的高度比为1:0.2-2。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：所述挡板是由多排水平倾斜25-75°的叶片组成的百叶结构。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：所述气化剂进口包括位于中心的高氧浓度气化剂进口与位于外环的低氧浓度气化剂进口。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：炉体的外壁为圆柱形壳体，内壁为耐火砖层，所述耐火砖层是高铬砖、刚玉砖、莫来石砖或氧化铝空心球砖。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：扩口段的锥顶角为60-150°。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：雾化喷头沿扩口段的锥面圆周均布4-40个，各雾化喷头的喷射方向与水平面的夹角为0-90°。
所述的高硫劣质石油焦气化炉，其中：低温激冷段内的多层挡板的层数为2-20层。
本实用新型具有以下技术特点和优点：
(1)石油焦细粉与气化剂在气化炉上部高温气化段反应生成以CO为主的合成气，碳转化率可达99％，气化效率高；
(2)降温变换段喷入激冷水降低气体温度，并冷却固化熔融灰渣，简化排渣、除尘和废热回收系统；
(3)降温变换段内水蒸气与CO进行水蒸气变换反应生成H2，增加气体中H2含量，可降低后系统变换负荷，减小后系统投资和操作成本；
(4)激冷水可以采用化工废水，利用高温分解作用处理工业污水，具有节能环保的效果。
附图说明
图1是本实用新型一种高硫劣质石油焦气化炉的结构示意图；
图2是本实用新型石油焦气化炉A－A截面结构示意图。
图3是本实用新型石油焦气化炉B－B截面结构示意图。
附图标记说明：1-炉体，2-高温气化段，3-降温变换段，4-低温激冷段，5-外壳，6-耐火砖层，7-高氧浓度气化剂进口；8-石油焦粉进口；9-低氧浓度气化剂进口，10-扩口段；11-雾化喷头，12-收缩段，13-导流管，14-挡板，15-渣水进口，16-渣水出口，17-气体出口，18-排渣口。
具体实施方式
以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。
如图1、图2、图3所示，本实用新型提供一种高硫劣质石油焦气化炉，炉体1的外壁为圆柱形壳体5，内壁为耐火砖层6，内部形成中空通道，所述中空通道自上而下分为：高温气化段2、降温变换段3和低温激冷段4，其中：高温气化段2的顶部中心有石油焦粉进口8、高氧浓度气化剂进口7以及低氧浓度气化剂进口9，下部通过扩口段10连接降温变换段3，扩口段10的锥面均布有用于供应喷淋水或低温蒸气的雾化喷头11，降温变换段3下部通过收缩段12连接导流管13，导流管13的下端伸入低温激冷段4下部，低温激冷段4内壁与导流管13外壁之间在高于所述导流管13的下端的位置设有多层挡板14，低温激冷段4上部一侧设有气体出口17，在低温激冷段4的相对两侧还分别设有渣水进口15与渣水出口16，所述渣水进口15高于所述多层挡板14的高度位置，而所述渣水出口16位于多层挡板14的最下一层挡板14的上方位置；在所述低温激冷段4的底部设有排渣口18。
其中，高温气化段2与降温变换段3的直径比为1:1.05-2，高温气化段2与降温变换段3的高度比1:0.2-2。
其中，气化炉内的耐火砖层6可采用高铬砖、刚玉砖、莫来石砖或氧化铝空心球砖。
其中，扩口段10的锥顶角为60-150°。
其中，雾化喷头11沿扩口段10的锥面圆周均布4-40个，与水平面的夹角为0-90°。
其中，所述挡板14是由多排水平倾斜25-75°的叶片组成的百叶结构。
其中，低温激冷段4内的多层挡板14的层数为2-20层。
前述高硫劣质石油焦气化炉的气化方法，包括以下步骤：
(1)劣质石油焦经烘干、破碎、筛分，制成粒径小于200μm的石油焦细粉；
(2)粒径小于200μm的石油焦细粉从气化炉顶部的石油焦粉进口8沿垂向投入，O2/H2O/CO2/N2组成的气化剂从气化炉顶部的高氧浓度气化剂进口7以及低氧浓度气化剂进口9沿垂向喷入气化炉，控制反应温度为1200-1600℃，压力为0.1-8.0MPa，气固接触时间为5-20s，使石油焦与气化剂进行高温气化反应生成富含CO和H2的气体；
(3)高温气体和灰渣向下流动，经扩口段10进入降温变换段3，水或水蒸气从位于扩口段10上的雾化喷头11喷入气化炉，使反应温度降温至700-1000℃，部分CO经高温水蒸气变换反应生成H2，气体在降温变换段3中的停留时间为5-20s；
(4)气体携带灰渣通过导流管13进入低温激冷段4，循环渣水从渣水进口15进入，从渣水出口16排出(经过滤和补水后，又进入渣水进口15形成循环)，气体到达低温激冷段4的底部后向上返流，经多层挡板14与循环渣水的冷却、洗涤，降温至100-350℃，从气体出口17排出炉体1，送后系统净化处理；灰渣被循环渣水捕集，从底部的排渣口18排出，送灰水系统处理。
其中，步骤(2)的气化剂分为两路，分别从高氧浓度气化剂进口7以及低氧浓度气化剂进口9喷入气化炉，高氧浓度气化剂进口7位于中心，低氧浓度气化剂进口9位于外环；高氧浓度气化剂中的氧气的体积百分含量70-100％，水蒸气的体积百分含量0-30％，二氧化碳的体积百分含量0-30％，氮气0-20％；而低氧浓度气化剂中的氧气的体积百分含量0-30％，水蒸气的体积百分含量50-100％，二氧化碳的体积百分含量50-100％，氮气0-20％。
其中，步骤(2)的氧气与石油焦粉之间的消耗比例为0.5-1.0Nm3氧气/kg石油焦粉。
其中，步骤(2)的水蒸气与石油焦粉之间的消耗比例为0-0.5kg水蒸气/kg石油焦粉。
其中，步骤(2)的二氧化碳与石油焦粉之间的消耗比例为0-0.5Nm3二氧化碳/kg石油焦粉。
其中，步骤(2)的氮气与石油焦粉之间的消耗比例为0-0.3Nm3氮气/kg石油焦粉。
其中，步骤(3)中喷入降温变换段3的水可以是20-60℃的煤气洗涤水、工业自来水、工业软化水或100-200℃的锅炉饱和水，用量为0.10-0.45kg水/kg石油焦粉。
其中，步骤(3)中喷入高温变换段的低温蒸气的温度为100-250℃，用量为0.8-1.2kg水蒸气/kg石油焦粉。
其中，步骤(4)中排出气化炉的产品气体的干组成为：H2的体积百分含量30-45％，CO的体积百分含量35-60％，CO2的体积百分含量10-20％，N2及其它杂质气体的体积百分含量1-10％。
以下以数个实施例使本领域技术人员对本实用新型有更具体的了解。
实施例1
石油焦气化炉的炉体总高11050mm。其中，高温气化段高度4500mm，内径500mm，外径1550mm；降温变换段高度3050mm，内径900mm，外径1850mm；低温激冷段高度3500mm，内径1600mm，外径1850mm。气化炉内壁由多层耐火砖砌成，依次为高铬砖、刚玉砖和氧化铝空心球砖。扩口段锥顶角α为120°，沿扩口段的锥面圆周均布激冷水雾化喷头4个，两两相对水平布置。低温激冷段内布置挡板3层，挡板叶片与水平面夹角为30°。
石油焦粉性质、处理量和气化剂用量如下表所示。按照本实用新型所述的气化方法，粒径小于200μm的石油焦细粉从气化炉顶部的石油焦粉进口8高速喷入气化炉，由90％氧气和10％水蒸气组成的气化剂从高氧浓度气化剂进口7喷入气化炉，100％水蒸气组成的气化剂从低氧浓度气化剂进口9喷入气化炉，高温气化段2的操作温度1430℃，气化压力3.0MPa，反应生成的高温气体和熔融灰渣并流向下流动；30-40℃的工业废水从位于扩口段10锥面上均布的4个雾化喷头11喷入高温气体中，调节水量控制降温变换段3的温度为900℃，激冷水蒸发气化为水蒸气，气体中的部分CO与水蒸气进行变换反应生成H2，同时熔融灰渣冷却固化；气体和灰渣通过导流管13进入低温激冷段4，洗涤循环渣水从低温激冷段4中部的渣水进口15进入低温激冷段4中，从低温激冷段下部的渣水出口16排出气化炉；气体穿过挡板14从渣水池中逸出，灰渣被循环渣水洗涤捕集，同时进一步降低气体温度至210℃；降温除渣后的气体从气化炉低温激冷段4上部的气体出口17排出气化炉，灰渣从气化炉底部的排渣口18排出，送灰水系统处理。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
气化石油焦的工业分析、元素分析和灰熔点分析数据见下表：
Figure BDA0002215159090000061
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
Figure BDA0002215159090000062
高硫石油焦气化主要技术指标如下表所示：
Figure BDA0002215159090000071
实施例2
石油焦气化炉炉体总高11050mm。其中，高温气化段高度5000mm，内径500mm，外径1550mm；降温变换段高度2600mm，内径900mm，外径1850mm；低温激冷段高度3450mm，内径1600mm，外径1850mm。扩口段锥顶角α为60°，沿扩口段的锥面圆周均布激冷水雾化喷头8个，水平向下45°两两相对布置。低温激冷段内布置挡板5层，挡板叶片与水平面夹角为60°。石油焦气化炉其余同实施例1。
石油焦粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，由90％氧气和10％水蒸气组成的气化剂从高氧浓度气化剂进口7喷入气化炉，由5％氧气和95％水蒸气组成的气化剂从低氧浓度气化剂进口9喷入气化炉，控制高温气化段2的操作温度1450℃，气化压力1.0MPa，20℃的工业用自来水从位于扩口段10锥面上均布的4个雾化喷头11喷入降温变换段3，控制降温变换段3的操作温度850℃，低温激冷段4操作温度160℃，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
气流床气化炉主要操作条件如下表：
Figure BDA0002215159090000072
Figure BDA0002215159090000081
气化实验结果如下表所示：
Figure BDA0002215159090000082
实施例3
石油焦气化炉炉体总高11050mm。其中，高温气化段高度6000mm，内径500mm，外径1550mm；降温变换段高度2000mm，内径900mm，外径1850mm；低温激冷段高度3050mm，内径1600mm，外径1850mm。扩口段锥顶角α为120°，沿扩口段的锥面圆周均布激冷水雾化喷头8个，水平向下75°两两相对布置。低温激冷段内布置挡板3层，挡板叶片与水平面夹角为45°。石油焦气化炉其余同实施例1。
石油焦粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，由90％氧气和10％氮气组成的气化剂从高氧浓度气化剂进口7喷入气化炉，由100％水蒸气组成的气化剂从低氧浓度气化剂进口9喷入气化炉，控制高温气化段2的操作温度1350℃，气化压力0.3MPa，20℃的工业用自来水从位于扩口段10锥面上均布的4个雾化喷头11喷入降温变换段3，控制降温变换段3的操作温度750℃，低温激冷段4操作温度120℃，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
Figure BDA0002215159090000083
Figure BDA0002215159090000091
气化实验结果如下表所示：
Figure BDA0002215159090000092
实施例4
石油焦气化炉炉体总高11050mm。其中，高温气化段高度6000mm，内径500mm，外径1550mm；降温变换段高度2000mm，内径900mm，外径1850mm；低温激冷段高度3050mm，内径1600mm，外径1850mm。扩口段锥顶角α为90°，沿扩口段的锥面圆周均布激冷水雾化喷头12个，水平向下60°两两相对布置。低温激冷段内布置挡板4层，挡板叶片与水平面夹角为45°。石油焦气化炉其余同实施例1。
石油焦粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，由90％氧气和10％二氧化碳组成的气化剂从高氧浓度气化剂进口7喷入气化炉，由100％二氧化碳组成的气化剂从低氧浓度气化剂进口9喷入气化炉，控制高温气化段2的操作温度1450℃，气化压力4.0MPa，20℃的工业用自来水从位于扩口段10锥面上均布的4个雾化喷头11喷入降温变换段3，控制降温变换段3的操作温度800℃，低温激冷段4操作温度230℃，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
Figure BDA0002215159090000093
Figure BDA0002215159090000101
气化实验结果如下表所示：
Figure BDA0002215159090000102
以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：炉体内部自上而下分为：高温气化段、降温变换段和低温激冷段，其中：高温气化段的顶部设有石油焦粉进口与气化剂进口，下部通过扩口段连接降温变换段，扩口段的锥面分布有用于供应喷淋水或低温蒸气的雾化喷头，降温变换段下部通过收缩段连接导流管，导流管的下端伸入低温激冷段下部，低温激冷段上部一侧设有气体出口，低温激冷段的底部设有排渣口。
2.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：低温激冷段内壁与导流管外壁之间设有多层挡板，在多层挡板之间流动有循环渣水。
3.根据权利要求2所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：在低温激冷段的侧面还分别设有渣水进口与渣水出口，所述渣水进口高于所述多层挡板的高度位置，而所述渣水出口位于多层挡板的最下一层挡板的上方位置。
4.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：高温气化段与降温变换段的直径比为1:1.05-2；高温气化段与降温变换段的高度比为1:0.2-2。
5.根据权利要求2所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：所述挡板是由多排水平倾斜25-75°的叶片组成的百叶结构。
6.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：所述气化剂进口包括位于中心的高氧浓度气化剂进口与位于外环的低氧浓度气化剂进口。
7.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：炉体的外壁为圆柱形壳体，内壁为耐火砖层，所述耐火砖层是高铬砖、刚玉砖、莫来石砖或氧化铝空心球砖。
8.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：扩口段的锥顶角为60-150°。
9.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：雾化喷头沿扩口段的锥面圆周均布4-40个，各雾化喷头的喷射方向与水平面的夹角为0-90°。
10.根据权利要求1所述的高硫劣质石油焦气化炉，其特征在于：低温激冷段内的多层挡板的层数为2-20层。
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