CN2863802Y - 加压气流床水冷壁式气化反应器 - Google Patents

加压气流床水冷壁式气化反应器 Download PDF

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代正华
龚欣
梁钦锋
郭晓镭
刘海峰
王辅臣
于广锁
王亦飞
周志杰
陈雪莉
李伟锋
王兴军
郑丽娇
于遵宏
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Sinopec Ningbo Engineering Co Ltd
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Abstract

本实用新型设计了一种加压气流床水冷壁式气化反应器。包括：竖直的筒状壳体和设置在筒状壳体内的膜式水冷壁耐火衬里。本实用新型提出的加压气流床水冷壁式气化反应器可用于气化气态、液态或固态碳氢化合物，该反应器具有原料适应性广、气化效率高、设备寿命长、结构简单、高压空间有效利用率高等优点，生产的合成气可用作化工原料气、燃料气、制氢、合成液体燃料、发电等，用途广泛。

Description

加压气流床水冷壁式气化反应器
技术领域
本实用新型涉及一种气化液态和固态含碳氢化合物生产合成气的气化炉。
背景技术
气流床加压气化含碳氢化合物生产富含CO和H2的合成气工艺，是目前国际上先进的气化技术之一。碳氢化合物可以是气态、液态或固态，如水煤浆、粉煤、石油焦、生物质、渣油、垃圾、污泥、天然气、焦炉气等及混合物，气化剂可以是氧气、空气、二氧化碳或水蒸汽及混合物。
气化炉是气化液态和固态含碳氢化合物生产合成气的核心设备，由于该设备在高温下操作，因此，气化炉的耐火衬里是影响设备的寿命和效率的重要因素。
加压气流床气化炉根据耐火衬里的形式分为耐火砖衬里气化炉和水冷壁衬里气化炉。耐火砖衬里气化炉的优点是气化炉的热损失小，但由于液态熔渣对耐火砖衬里的侵蚀作用使得耐火砖需要一年左右更换一次，维护费用高，对工业化连续生产极为不利。同时，由于受耐火砖熔点的限制，不能处理高灰熔点(＞1400℃)的煤。水冷壁衬里气化炉是采用“以渣抗渣”或“自修复渣层”的方式来保护衬里不受侵蚀，气化炉可以长周期运行，同时也可以处理更高灰熔点的煤，增强了原料的适应性，但现有的水冷壁衬里气化炉存在一些问题。如Shell气化炉水冷壁水冷管排布结构复杂，维护困难，造价是耐火砖衬里的二倍以上；水冷壁与气化炉壳体之间有500～800mm的间隙，高压空间利用率低。GSP气化炉水冷壁全部采用盘管结构，水冷壁阻力大，不易大型化。因此工业界需要人们设计一种原料适应性广、气化效率高、设备寿命长、结构简单、高压空间有效利用率高气化炉。
中国专利申请号200410089404.9提出了一种气化固态含碳氢化合物的气化反应器，但其为耐火砖衬里结构。还不能完全符合有关方面的需要。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是一种加压气流床水冷壁式气化反应器，以克服上述的不足。
本实用新型的加压气流床水冷壁式气化反应器，包括：
竖直的筒状壳体和设置在筒状壳体内的膜式水冷壁耐火衬里；
膜式水冷壁耐火衬里包括进水口、进水联箱、下锥段、筒体段下联箱、筒体段、筒体段上联箱、上锥段、上锥段上联箱和出水口；
所说的筒体段包括垂直的水冷管和水冷管连接板，水冷管沿竖直的筒状壳体的内壁排列，水冷管连接板与相邻的水冷管相连接；
所说的上锥段包括由直管盘旋构成的、上小下大的上盘管和上盘管连接板，上盘管连接板连接在上盘管的间隙中；
所说的下锥段包括由直管盘旋构成的、下小上大的下盘管和下盘管连接板，下盘管连接板连接在下盘管的间隙中；
进水联箱与进水口相连通，进水联箱与下盘管的一端相连通，下盘管的另一端与筒体段下联箱相连通，筒体段下联箱与水冷管的一端相连通，水冷管的另一端与筒体段上联箱相连通，筒体段上联箱与上盘管的一端相连通，上盘管的另一端与上锥段上联箱相连通，上锥段上联箱与出水口相连通；
竖直的筒状壳体的顶部为气化喷嘴的连接口，原料和气化剂通过气化喷嘴进入反应容器；
竖直的筒状壳体的底部为气化产物出口，熔融灰渣和高温气体并流通过。
膜式水冷壁耐火衬里通过连接件固定于竖直的筒状壳体的内侧；
本实用新型提出的加压气流床水冷壁式气化反应器可用于气化气态、液态或固态碳氢化合物，如水煤浆、粉煤、石油焦、生物质、渣油、垃圾、污泥、天然气、焦炉气等及混合物，要求碳氢化合物灰含量＞2％，使得在水冷壁耐火衬里的耐火材料涂层上能形成稳定的熔渣层以保护水冷管。当原料为液态碳氢化合物时，用高压泵加压经气化喷嘴送入反应器；当原料为固态碳氢化合物时，用载气(如氮气、二氧化碳)经气化喷嘴送入反应器。气化剂可以是纯氧、空气、二氧化碳或水蒸汽，气化温度1200～1700℃，气化压力1.0～8.0MPa。
冷却水经水冷壁进水口进入水冷壁耐火衬里，控制冷却水的流量和入口压力，保证冷却水不被汽化，即利用显热冷却耐火衬里，冷却水带走的热量小于碳氢化合物总热值的8％。冷却水在气化炉外减压产生蒸汽，进一步冷却降温并补充新鲜水后，经循环水泵返回进水口循环使用。
该反应器具有原料适应性广、气化效率高、设备寿命长、结构简单、高压空间有效利用率高等优点，生产的合成气可用作化工原料气、燃料气、制氢、合成液体燃料、发电等，用途广泛。
附图说明
图1为加压气流床水冷壁式气化反应器示意图
图2为图1的A-A向示意图
具体实施方式
参见图1，本反应器提出的加压气流床水冷壁式气化反应器，包括竖直的筒状壳体1和设置在筒状壳体1内的膜式水冷壁耐火衬里2；
膜式水冷壁耐火衬里2包括进水口201、进水联箱202、下锥段203、筒体段下联箱204、筒体段205、筒体段上联箱206、上锥段207、上锥段上联箱208、出水口209；
所说的上锥段207包括由直管盘旋构成的、上小下大的上盘管70和上盘管连接板71，上盘管连接板71连接在上盘管70的间隙中；
所说的下锥段203包括由直管盘旋构成的、下小上大的下盘管30和下盘管连接板31，下盘管连接板31连接在下盘管30的间隙中；
进水联箱202与进水口201相连通，进水联箱202与下盘管30的一端相连通，下盘管30的另一端与筒体段下联箱204相连通，筒体段下联箱204与水冷管50的一端相连通，水冷管50的另一端与筒体段上联箱206相连通，筒体段上联箱206与上盘管70的一端相连通，上盘管70的另一端与上锥段上联箱208相连通，上锥段上联箱208与出水口209相连通；
竖直的筒状壳体1的顶部为气化喷嘴的连接口3；
竖直的筒状壳体1的底部为气化产物出口4；
竖直的筒状壳体1的侧部设有高压氮气或合成气注入口7，壳体和膜式水冷壁耐火衬里之间的间隙充高压氮气或者合成气，保证间隙中气体的压力略高于反应区压力，防止气体从反应区的高温区进入间隙烧蚀水冷壁耐火衬里外测和壳体。
筒体段下联箱204固接于气化炉气化室的锥底5；
筒体段205、上锥段207通过支撑件6固定于壳体1内侧；
膜式水冷壁耐火衬里2中间的空腔为反应区8。
进一步，参见图2，所说的筒体段205包括垂直的水冷管50和水冷管连接板51，水冷管50沿竖直的筒状壳体1的内壁排列，水冷管连接板51与相邻的水冷管50相连接；
进一步，壳体1的内侧设有壳体渣钉网101，壳体渣钉网101内为耐火材料涂层102，壳体渣钉网耐火材料涂层102成份为SiC＝～75％，Al2O3＝～18％，其它氧化物如P2O5+SiO2+Fe2O3＝～8％；壳体渣钉网101的作用是固定耐火材料涂层102，壳体渣钉网耐火材料涂层102的作用是保护壳体1；
进一步，在膜式水冷壁耐火衬里2的内侧设有渣钉网212，渣钉网212内为耐火材料涂层213，耐火材料涂层213的内侧依次为固态熔渣层214和液态流动熔渣层215。
水冷管渣钉网耐火材料涂层213的成份为SiC＝～75％，Al2O3＝～18％，其它氧化物如P2O5+SiO2+Fe2O3＝～8％；
固态熔渣层214的成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等；
液态流动熔渣层215的成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。
渣钉网212的作用是固定渣钉网耐火材料涂层213；渣钉网耐火材料涂层213的作用是保护膜式水冷壁耐火衬里2；固态熔渣层214和液态流动熔渣层215的作用是在耐火材料涂层213内侧形成稳定的渣层，以保护耐火材料涂层213不受侵蚀。

Claims (5)

1.一种加压气流床水冷壁式气化反应器，其特征在于，包括竖直的筒状壳体(1)，竖直的筒状壳体(1)的顶部为气化喷嘴的连接口(3)，竖直的筒状壳体(1)的底部为气化产物出口(4)，其特征在于，还包括设置在筒状壳体(1)内的膜式水冷壁耐火衬里(2)；
膜式水冷壁耐火衬里(2)包括进水口(201)、进水联箱(202)、下锥段(203)、筒体段下联箱(204)、筒体段(205)、筒体段上联箱(206)、上锥段(207)、上锥段上联箱(208)、出水口(209)；
所说的筒体段(205)包括垂直的水冷管(50)和水冷管连接板(51)，水冷管(50)沿竖直的筒状壳体(1)的内壁排列，水冷管连接板(51)与相邻的水冷管(50)相连接；
所说的上锥段(207)包括由直管盘旋构成的、上小下大的上盘管(70)和上盘管连接板(71)，上盘管连接板(71)连接在上盘管(70)的间隙中；
所说的下锥段(203)包括由直管盘旋构成的、下小上大的下盘管(30)和下盘管连接板(31)，下盘管连接板(31)连接在下盘管(30)的间隙中；
进水联箱(202)与进水口(201)相连通，进水联箱(202)与下盘管(30)的一端相连通，下盘管(30)的另一端与筒体段下联箱(204)相连通，筒体段下联箱(204)与水冷管(50)的一端相连通，水冷管(50)的另一端与筒体段上联箱(206)相连通，筒体段上联箱(206)与上盘管(70)的一端相连通，上盘管(70)的另一端与上锥段上联箱(208)相连通，上锥段上联箱(208)与出水口(209)相连通；
膜式水冷壁耐火衬里(2)通过连接件固定于竖直的筒状壳体(1)的内侧。
2.根据权利要求1所述的加压气流床水冷壁式气化反应器，其特征在于，竖直的筒状壳体(1)的侧部设有高压氮气或合成气注入口(7)。
3.根据权利要求1所述的加压气流床水冷壁式气化反应器，其特征在于，筒体段下联箱(204)固接于气化炉气化室的锥底(5)，筒体段(205)、上锥段(207)通过支撑件(6)固定于壳体(1)内侧。
4.根据权利要求1、2或3所述的加压气流床水冷壁式气化反应器，其特征在于，壳体(1)的内侧设有壳体渣钉网(101)，壳体渣钉网(101)内为耐火材料涂层(102)。
5.根据权利要求4所述的加压气流床水冷壁式气化反应器，其特征在于，在膜式水冷壁耐火衬里(2)的内侧设有渣钉网(212)，渣钉网(212)内为耐火材料涂层(213)，耐火材料涂层(213)的内侧依次为固态熔渣层(214)和液态流动熔渣层(215)。
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