WO2013159566A1

WO2013159566A1 - 一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法

Info

Publication number: WO2013159566A1
Application number: PCT/CN2013/000464
Authority: WO
Inventors: 张永发; 田波; 刘振民; 马建安; 董跃; 杨文超; 王丽秀
Original assignee: 太原理工大学
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-10-31

Abstract

一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法，气液两相分布器熄焦炉包含由气液分离槽（3），连通气体分布塔（1）和液体分布盘（5）构成的气液两相分布器（22），所述熄焦方法是通过气液两相分布器（22）同时向上和向下进行分布熄焦，熄焦后的高温混合气体和液体通过进一步处理循环利用。采用气液两相多段分级分布结构熄焦，分布阻力小，熄焦效率高，回收了熄焦热量，避免了环境污染。

Description

一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法

技术领域

本发明涉及一种熄焦炉及其熄焦方法，尤其是在熄焦炉内设置有气液两相分布器连通有气体和液体进行同时分布熄焦的一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法。

技术背景

US 4437936，美国专禾 lj公开了 "process for utilizing waste heat and for obtaining water gas during the cooling of incandescent coke"。该装置由前置室、冷却室、骤冷室、排料室构成；采用在骤冷室中喷入冷却水水雾冷却中温焦炭，焦炭在冷却的过程中释放出大量热量，使冷却水气化成水蒸气，部分水蒸气上升，水蒸气在上升的过程中，与红热焦炭发生水煤气反应，生成合成气。合成气与水蒸气以及其他的一些粉尘由前置室上的高温气化气出口导出，通过废热锅炉回收热量，部分初步冷却的合成气与水蒸气混合物回流到熄焦装置的冷却室继续冷却焦炭，部分混合物经过节流阀与冷却水直接接触进行进一步冷却，而冷却水直接进入熄焦装置进行喷洒熄焦，合成气引出外用。而下降的部分水蒸气通过鼓风机抽取、旋风分离器除尘，最后引入骤冷室继续反应。此发明使干熄焦与湿熄焦结合，简化了设备，且减少了对环境的污染。该专利熄焦装置中未设置有气体分布器，造成熄焦介质水蒸气与水煤气（C HH₂) 混合气通过焦炭时气体分布不均匀，气流分布形成明显的偏析，产生"死角"一高阻力气体稀薄流场区，从而使得进入冷却水熄焦阶段的部分焦炭温度过高，影响焦炭冷却效果。另外，喷雾装置安装在骤冷室的上部两侧，同样会造成焦炭冷却不均匀。

现有文献公开了"一种熄焦并带副产合成气及水蒸气的装置及其工艺"。该装置是一种带水夹套的不锈钢装置，红热焦炭在装置内部下落的过程中，将水夹套中的水加热并产生水蒸气，然后把产生的水蒸气引入熄焦装置内与红热焦炭发生水煤气反应，生成合成气。采用水间接冷却焦炭的方法产生水蒸气，可得到水蒸气但增加了焦炭冷却时间即焦炭冷却效率低，并且水蒸气的温度不够高，熄焦时，水蒸气先升温再发生气化反应，降低了合成气的产率；由于采用冷却水与焦炭间接接触进行传热，故最后熄焦装置中心位置的焦炭温度比较高，无法完成熄焦并且没有回收这部分焦炭的热量。

现有文献公开了"一种焦炭冷却装置及方法"。该装置由预存段、气化冷却段、过渡段、物理冷却段及排料段构成。采用水蒸气和焦炉煤气冷却焦炭的方法，水蒸气由冷却气化剂分布器均匀分布在整个气化冷却段区域，通过气化冷却段与红热焦炭发生气化反应，生成合成气，利用该反应为吸热反应而使焦炭温度降低；焦炉煤气由冷却剂分布器分布在整个物理冷却段，利用焦炉煤气与焦炭进行物理换热吸收焦炭显热。该装置有效地控制了装置内焦炭的温度，并且具有干熄焦的优点，设备也较简单，但分布器不能转动，致使焦炭积留在分布器上面，影响焦炭下落；在物理冷却段，用焦炉煤气吸收焦炭显热后温度不够高，故焦炉煤气中的热量利用困难，热效率利用低，且出口焦炭温度较高，热量回收不完全。

现有文献公开了一种"干湿组合熄焦装置"的发明专利。该装置由组合熄焦炉、液相载体热能回收系统、惰性气体热能回收系统、蒸汽回收系统构成。组合熄焦炉由进料段、间接干熄焦段、蒸汽熄焦段、水喷淋段和排料段构成。液相载体热能回收系统中的液相介质与红热焦炭间接接触传热而回收大部分的焦炭显热，惰性气体与焦炭直接接触传热而回收少量热能，最后采用水喷淋而完成熄焦。本装置先采用液相载体回收显热，而液固间传热慢，焦炭冷却时间长，熄焦效果不好，实施难度大。釆用三步回收热量，工艺复杂。

发明内容

基于现有熄焦装置及其熄焦方法在熄焦过程中，由于气液分布不均勾，造成了熄焦后的焦炭质量不均匀，熄焦效率低的问题，本发明提供一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法。

实现上述目的，本发明所采取的措施是一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法，包括一种气液两相分布器；一种含有气液两相分布器的熄焦炉；以及一种实施气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其中：

一种气液两相分布器，其构成在于：所述气液两相分布器是由气体分布塔和液体分布盘通过气液分离槽连通构成；

所述气液分离槽是其两侧设置有焦炉混合气体入口和焦炉液体入口，其上面设置有气体分布塔，其下面设置有液体分布盘；

所述气体分布塔是气液分离槽的上顶面均布设置有若干个气体通道的转动圆盘，在转动圆盘的下中心面固接有转动杆并连接有支撑件支撑转动；在转动圆盘的圆周边固接有向上渐縮的圆锥形档炭板，并依次向下通过设置有若干个气体出口的环形支撑圈层层套接，再由圆形挡板封顶构成塔状分布结构；所述液体分布盘是气液分离槽的下底面设置有圆形储液分布槽，并均布设置有若干个 "S"型液封管连通，其圆形储液分布槽的下底面均布设置有若干个冷却水喷嘴，周边设置有支撑杆支撑。

在上述一种气液两相分布器的技术方案中，所述混合气体入口和液体入口是水平设置，并高于气液分离槽底面 30 00mm_; 所述圆锥形挡炭板与水平面所构成的夹角为 45°~70°，所设层数为 3~10层；所述 "S"型液封管的通道截面积总和占气液分离槽底面积的 1/20; 所述冷却水喷嘴的总面积占圆形储液分布槽底面积的 1/10; 所述向上渐缩的圆锥形档炭板与圆形挡板下端直径之比为 1/5-2/5 o

一种含有气液两相分布器的熄焦炉，包括高温焦炭预存区、第一冷却区、冷却介质分布区、第二冷却区和排料区；其构成在于：所述高温混合气体出口是设置于第一冷却区的上部；其所述混合气入口和液体入口是设置于熄焦炉冷却介质分布区的气液两相分布器；

所述气液两相分布器是由气体分布塔和液体分布盘通过气液分离槽连通构成，并由固定在熄焦炉内壁面上的支撑杆支撑于熄焦炉的中央；

所述气体分布塔是气液分离槽的上顶面均布设置有若干个气体通道的转动圆盘，在转动圆盘的下中心面固接有转动杆并连接有支撑件支撑转动；在转动圆盘的圆周边固接有向上渐縮的圆锥形档炭板，并依次向下通过设置有若干个气体出口的环形支撑圈层层套接，再由圆形挡板封顶构成塔状分布结构；

所述液体分布盘是气液分离槽的下底面设置有圆形储液分布槽，并均布设置有若干个 "S"型液封管连通，其圆形储液分布槽的下底面均布设置有若干个冷却水喷嘴。

在上述一种含有气液两相分布器的熄焦炉的技术方案中，所述熄焦炉是直立式圆筒型结构，熄焦炉的内壁与气液两相分布器的外沿距离为 200mm〜650mm。

一种实施气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于：所述熄焦方法是通过在熄焦炉内设置的气液两相分布器将气相熄焦方法和液相熄焦方法集于一起，并通过气液两相分布器同时进行气液两相分布熄焦，其中：

所述气相熄焦方法是混合气体由熄焦炉下部进入，在气液两相分布器的气液分离槽内混合并与液体分离，气体上升经转动圆盘的若干个气体通道进入气体分布塔后，经至少两个以上的环形支撑圈及其若干个气体出口分布流出；再经圆锥形挡炭板均匀分布冷却红焦，后由熄焦炉上部的高温混合气体出口导出；所述液相熄焦方法是冷却水由熄焦炉下部进入，经气液两相分布器的气液分离槽分离后，由至少两个以上的 "S"型液封管进入圆形储液分布槽的至少两个以上的冷却水喷嘴向下喷洒分布冷却中温焦炭，其蒸气蒸发上升。

在上述一种实施气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法的技术方案中，所述熄焦炉的气相熄焦方法是混合气由熄焦炉下部的混合气体入口进入，经气液两相分布器分布后，在上升过程中进入气态冷却介质逆向交叉流动接触第一冷却区, 与红热焦炭接触、吸热、水蒸气与红热焦炭发生气化反应，生成合成气，焦炭冷却到 400^eC _; 混合气体经高温混合气体出口导出，经除尘器除尘，废热锅炉回收热量，热泵压縮混合气，其中，一部分混合气进入气液分离器进行气液分离，分离出的气体导入熄焦炉的气液两相分布器；另一部分由热泵压縮的混合气进入文丘里喷射器与冷却水进行混合、换热，在气液分离器进行气液分离，分离的合成气在换热器内与输入的冷却水进行换热后，引出外用；

所述熄焦炉的液相熄焦方法是进入熄焦炉的冷却水与引出外用的合成气在换热器中换热后，由补给水泵送入文丘里喷射器，与热泵压缩的混合气进行气液混合，气液混合物进入气液分离器进行气液分离，分离出的水由补给水泵送入熄焦炉的气液两相分布器进行喷洒熄焦；在热焦炭同向流液态冷却介质径向均匀喷洒第二冷却区，将焦炭由 400'C冷却到 100'C，冷却水蒸发进入第一冷却区进行气相熄焦。

在上述技术方案中，迸一步的附加技术特征在于：所述由熄焦炉下部进入的混合气与由熄焦炉下部进入的冷却水的气液质量比为 1.5〜2.5；所述熄焦炉上部混合气的出口温度是 700' (：〜 1000'C ; 所述熄焦炉下部混合气的入口温度是 120° (：〜 190。 ( 。

实现本发明上述的一种气液两相分布器熄焦炉及其熄焦方法，与现有熄焦设备相比较，本发明所述气液两相分布器熄焦炉是根据水蒸气与红热焦炭发生吸热反应，在熄焦的同时，能够生产合成气，同时避免了在湿熄焦过程中产生环境污染和水资源的大量浪费，也避免了干熄焦的缺点。设置在熄焦炉冷却段中部中央的气液两相分布器分布的混合气，能够均匀地分布在冷却区，使得第一冷却区的焦炭温度下降均匀，避免了进入第二冷却区时因骤冷而影响焦炭质量；气液两相分布器的冷却水喷嘴喷洒的冷却水，直接与中温焦炭接触，能迅速的熄焦，气、液熄焦均可避免出现熄焦 "死角"。

所使用的气液两相分布器整体成圆锥形结构，具有阻力小，流量大，可使熄焦炉内形成均匀的气 -固、液 -固稳定场，可使气体和液体均勾的分布在整个冷却区域内，避免了因气体、液体分布不均而影响熄焦效果。所使用的气液两相分布器及其熄焦炉，使用廉价的水、蒸汽作为冷却介质，回收了焦炭的大量余热，节约了资源。熄焦炉将水气两相分布器、多段分级熄焦炉和混合冷却介质循环技术有机集成，形成了新的水气熄焦工艺，使熄焦设备和运行费用有较大幅度的降低。水蒸气与红热焦炭反应，生成合成气，合成气净化除尘后，用于合成燃料，与单纯的气或液熄焦相比，具有结构简单，熄焦效率高、处理能力大等特点。本装置还能够方便的调节水蒸气和水的流量，以使熄焦炉内各段的温度方便快捷的实现控制。

本发明上述的一种气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，与现有熄焦方法相比较，本熄焦方法利用气液两相分布水、蒸汽作为冷却介质，回收了高温焦炭的大量热能，节约了资源；采用水汽熄焦，在有利于焦炭质量的同时，具有干熄焦不可比拟的优势，即不需空分、引风机等设备，节约了设备和运行成本；与湿熄焦相比，很大程度上提高了焦炭质量，且不污染环境，回收热量的同时，节约了水资源。

附图说明

图 1是气液两相分布器气体分布塔主体结构示意图。

图 2是气液两相分布器液体分布盘主体结构示意图。

图 3是气液两相分布器主体结构示意图。

图 4是气液两相分布器俯视结构示意图。

图 5是气液两相分布器熄焦炉主体结构示意图。

图 6是气液两相分布器熄焦炉熄焦方法流程示意图。

图中： 1、气体分布塔； 2、混合气体入口； 3、气液分离槽； 4、液体入口； 5、液体分布盘； 6、圆形挡板； 7、环形支撑圈； 8、圆锥形挡炭板； 9、气体通道； 10、圆形储液分布槽； 11、转动杆； 12、支撑件； 13、支撑杆； 14、冷却水喷嘴； 15、 "S"型液封管； 16、转动圆盘； 17、气体出口； 18、焦炭入口； 19、高温焦炭预存区； 20、混合气体通道； 21、第一冷却区； 22、气液两相分布器; 23、第二冷却区； 24、排料区； 25、皮带运输机； 26、旋转排料阀； 27、电机; 28、走廊； 29、冷却介质分布区； 30、高温混合气体出口； 31、除尘器； 32、过热蒸汽出口； 33、废热锅炉； 34、热泵； 35、气液分离器； 36、换热器； 37、软化水入口； 38、新冷却水入口； 39、合成气出口； 40、换热器； 41、补给水泵； 42、气液分离器； 43、文丘里喷射器； 44、补给水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种气液两相分布器熄焦炉的具体实施方式作出进一步的说明如下：

实施方式一

实施本发明所提供的一种气液两相分布器 22，其所述一种气液两相分布器 22由气体分布塔 1和液体分布盘 5通过气液分离槽 3连通构成；在液体分布盘 5的圆形储液分布槽 10上端面均布设置有若干个 "S"型液封管 15、下端面均布设置有若干个冷却水喷嘴 14; 圆形储液分布槽 10用以存储" S"型液封管 15分离出的液体，并通过其底板的小孔连接的冷却水喷嘴 14进行喷洒分布； "S"型液封管 15上端口连接气液分离槽 3底部下液孔，下液孔用以冷却水进入" S"型液封 15，下端口悬空在圆形储液分布槽 10内，且" S"型液封管 15里面有一水柱，用以阻止气体通过，水柱的高低由 "S"型液封管 15的长短决定， "S"型液封管 15的长短由熄焦炉内的压力降大小而设计；在圆形储液分布槽 10的上面设置有气液分离槽 3; 所述气液分离槽 3是上部中空部位其两侧设置有焦炉混合体气入口 2和焦炉液体入口 4, 其上部设置有带有气体通道 9的转动圆盘 16; 所述转动圆盘 16是由下面的支撑件 12通过转动杆 11转动，转动杆 11转动圆盘 16转动可带动最下层圆锥形档炭板 8转动，从而使整个气体分布塔 1转动，即整个圆锥形档炭板 8及其以上部分转动；在气液分离槽 3周边有渐縮的圆锥形档炭板 8, 用以改变气体分布塔 1 内顶部气体流向和遮挡焦炭进入气液两相分布器 22内，并依次向下倒扣于设置有若干个气体出口 17的环形支撑圈 7上并固定连接；环形支撑圈 7厚度及大小应该充分考虑所支撑的圆锥形挡炭板 8 需要承受的重量；最后由圆形挡板 6封顶构成塔状结构。

在上述气液两相分布器 22技术方案的基础上，将所述气液两相分布器 22 的混合气体入口 2和液体入口 4平行设置于气液分离槽 3的左右两侧，使进入的混合气与液体接触而温度降低，蒸发部分冷却水，混合气与焦炭接触时，可吸收更多的焦炭热量，避免进入第二冷却区 23的焦炭温度过高，冷却水喷洒熄焦时使得焦炭骤冷而影响并提高焦炭质量。本发明将所述气液分离槽 3底面设计成低于混合气体入口 2和熄焦炉液体入口 4，以避免冷却水回流入混合气体入口 2，减少其气体和液体流入气液分离槽 3所受的阻力。

本发明将所述圆锥形挡炭板 8与水平面所构成的夹角设置为 45°〜70°，层数设置为 3~10层，以减少气液两相分布器 22的高度，增加熄焦炉内有效熄焦体积，最底层的圆锥形挡炭板 8 与熄焦炉内壁的间隔距离设置为 200mm~650mm, 以使焦炭自由下落，并根据其熄焦炉处理量及塔径设定圆锥形挡炭板 8层数为 3到 10层。

本发明将所述 "S"型液封管 15的总面积设置为占气液分离槽 3底面积的 1/20, 以使液体能迅速进入圆形储液分布槽 10内，从而减少对混合气体的分布阻力。

本发明将所述冷却水喷嘴 14的总面积设置成为圆形储液分布槽 10底面积的 1/10，以使冷却水尽量均匀的喷洒在中温焦炭上，从而使得所有下落至排料口的焦炭冷却到 100'C左右。

本发明将所述渐縮结构的圆锥形档炭板 8与圆形挡板 6下端直径之比设置为 1/5~2/5,熄焦炉处理量或内径较少时，圆锥形档炭板 8与圆形挡板 6之比为 2/5, 可满足熄焦要求，熄焦炉处理量或内径较大时，圆锥形档炭板 8与圆形挡板 6之比为 1/5; 此种布置能更有效地均勾分布混合气体，对高温焦炭进行有效地冷却。

实施方式二

实施本发明所提供的一种应用气液两相分布器 22的熄焦炉，该熄焦炉是将所述的气液两相分布器 22应用于熄焦炉，该熄焦炉依次由高温焦炭预存区 19、高温焦炭与气态冷却介质逆向交叉流动接触第一冷却区 21、冷却介质分布区 29、热焦炭同向流液态冷却介质径向均匀喷洒第二冷却区 23和排料区 24构成; 高温混合气体出口 30设在高温焦炭与气态冷却介质逆向交叉流动接触第一冷却区 21的上部混合气体通道 20的上端；气液两相分布器 22、混合气体入口 2 和液体入口 4设置在熄焦炉冷却介质分布区 29。其构成是在熄焦炉的中下部设置气液两相分布器 22。其具体实施方式如下：

本发明将所述气液两相分布器 22设置在熄焦炉的冷却介质分布区 29，通过下端固定在熄焦炉内壁面上的支撑杆 13均匀分布支撑于熄焦炉的中下部中央；支撑杆 13的上端头固定连接有封闭的圆形储液分布槽 10，支撑杆 13支撑气液两相分布器 22及气液两相分布器 22所承受的重量；在圆形储液分布槽 10 的上端面，根据所设计的面积，均布设置若干个 "S"型液封管 15，在圆形储液分布槽 10的下端面，根据所设计的面积，均布设置若干个冷却水喷嘴 14; 在圆形储液分布槽 10的上面重叠设置有气液分离槽 3;并在气液分离槽 3的两侧通过熄焦炉的筒体设置有焦炉混合气体入口 2和焦炉液体入口 4; 在气液分离槽 3的上部均匀设置带有若干个气体通道 9的转动圆盘 16;并在所述转动圆盘 16下面设置有支撑件 12通过转动杆 11转动；在气液分离槽 3周边设置有逐渐縮小的圆锥形档炭板 3，并依次向下层层倒扣于带有若干个气体出口 17的环形支撑圈 7上并固定连接重叠设置，再由圆形挡板 6封顶构成塔状结构；该塔状气体分布结构能够将进入焦炉内的混合气体均匀地分布于吸焦炉内，对炽热的焦炭进行至下而上的适时适度的冷却，提高了焦炭冷却的均匀性量，使得冷却焦炭的质量大为提高。启动熄焦炉侧面走廊 28上所设置的的电机 27, 带动转动杆 11、转动圆盘 16及气体分布塔 1的转动，避免了焦炭在熄焦炉内的积留，进一步提高了熄焦炉内的焦炭冷却的均匀性。

在上述一种应用气液两相分布器 22的熄焦炉得技术方案的基础上,将所述熄焦炉设计为直立式圆筒型结构，将熄焦炉的内径与气液两相分布器 22的直径之比设置为 1.05~1.15，即气液两相分布器 22 外沿与熄焦炉的内壁距离为 200mm~650mm, 用以将焦炭的下落与混合气体熄焦得以匹配相应；此种距离的设计在不影响熄焦效率的同时，可使焦炭的顺利下落，从而避免焦炭积留在熄焦炉内部。

本发明根据工艺条件，将所述熄焦炉下部混合气体入口 2 的温度设置为 120°C~190°C的范围之内，避免因混合气含水量太高而导致高温混合气体出口 30的气体温度偏低，也使得进入第二冷却区 23的较高温度保持在 400'C左右。

在本发明所设计的熄焦炉结构中，红热焦炭由熄焦炉顶部焦炭入口 18进入高温焦炭预存区 19, 高温焦炭预存区 19起缓存焦炭的作用。高温焦炭预存区 19下面设置有第一冷却区 21 , 冷却介质分布区 29的中部设置有气液两相分布器 22;高温焦炭预存区 19下落的经过高温焦炭预存区 19破碎部件破碎过的焦炭与气液两相分布器 22圆锥形挡炭板 8上升的蒸汽在第一冷却区 21相遇，水蒸气吸收热量，温度上升，焦炭放出热量，温度下降，发生水煤气反应，生成合成气。合成气与水蒸气在上升的过程中，水蒸气不断地与炽热焦炭发生反应，吸收焦炭热量，直至合成气进入高温焦炭预存区 19周围的混合气体通道 20, 将 850'C左右的混合气由高温混合气体出口 30导出。 400°C左右的中温焦炭在下落过程中，进入第二冷却区 23; 第一冷却区 21、冷却介质分布区 29、第二冷却区 23处于一直立圆筒内并直接连通，从而保证了装置的结构一体化，减少了焦炭下落阻力；在第二冷却区 23上部，有气液两相分布器 22的冷却水喷嘴 14喷淋的水对焦炭进行冷却。由于在第一冷却区 21发生了水煤气反应，使得红热焦炭变成 400°C左右的中温焦炭，故在蒸发冷却段与水直接接触的过程中，只能使水变成水蒸气，而不能发生气化反应，这就避免了焦炭的骤冷而影响焦炭的质量，从而提高了焦炭质量。在第二冷却区 23生成的水蒸气上升进入第一冷却区 21，与红热焦炭进行水煤气反应。第二冷却区 23下部为倒锥连接的排料区 24，用以排出冷却的焦炭；排料区 24排出的冷却焦炭经过旋转排料阀 26，由皮带运输机 25运出。熄焦炉采用气液分别进料，根据排料区 24出口的焦炭温度及湿度调节冷却水量，实现方便快捷控制。

由于水蒸气与红热焦炭可发生水煤气反应，该反应为吸热反应，而整个熄焦炉内发生的反应有：

C+H₂0=CO+H₂- 118821 ( J/mol )，

C+2H₂0=C0₂+2H₂-76841 ( J/mol )，

C+ C0₂=2CO

CO+H₂0=C0₂+H₂

在熄焦过程中，主要是以前 2个反应为主，其他的反应所产生的气体总量不到总气含量的 1%, 利用前 2个反应发生时需要吸收大量的热量，从而完成媳焦。

实施方式三

本实施例实验装置条件为：高温焦炭预存区 19 高度为 900mm，内径 600mm, 顶盖上面衬有隔热材料的钢板，高温焦炭预存区 19与冷却区连接处有阀门，阀门内径为 Φ300, 其上下均有 150mm高的，成 45'C倾斜的圆锥筒，以使气体更好的导出熄焦炉；当往高温焦炭预存区 19放入焦炭时，阀门闭合，且在阀门的下方 5mm处开有高温混合气体出口 30; 冷却区高度 1200mm，内径 600mm，排料区 24高度 300mm，出口直径 150mm; 有三层圆锥形挡炭板 8 的气液两相分布器 22底部位于距上部阀门 800mm处，气液两相分布器 22高度 300mm, 圆形挡板 6外沿直径 100mm, 圆锥形挡炭板 8与水平面成 45'C夹角，混合气体入口 2、高温混合气体出口 30为 Φ20的钢管，液体入口 4为 Φ15 的钢管；高温混合气体出口 30导出的混合气经间接冷却后，按焦炭处理量排出一部分，其余的循环使用。本装置内部是耐高温材料，外部统一是保温材料保温，且在高温焦炭预存区 19给焦炭加热，使此区焦炭保持在 1000°C左右。

焦炭由焦炭入口 18装入熄焦炉高温焦炭预存区 19，当熄焦炉的高温焦炭预存区 19装入焦炭时，焦炭以 500g/min的速度下落，当焦炭下落到气液两相分布器 22的圆形储液分布槽 10处时通入冷却水，冷却水由圆形储液分布槽 10 底板分布后，由冷却水喷嘴 14均匀喷洒在焦炭上，产生的水蒸气在上升过程中与第一冷却区 21的红热焦炭发生水煤气反应，水煤气反应产生的气体由高温混合气体出口 30引出。当焦炭温度降低到 100'C左右时，排出熄焦炉。高温混合气体出口 30引出气体经过除尘、热量回收、气液分离后，由混合气体入口 2 导入气液两相分布器 22, 混合气体由气液两相分布器 22均匀的分布在整个第一冷却区 21内，当气体流量稳定后，由高温混合气体出口 30导出的气体经过废热锅炉 23回收热量，在经过热泵 24后，部分气体进入气液分离器 25后回流至混合气体入口 2，而部分气体在经过与冷却水的充分混合传热后，引出外用。

随着水蒸气的分解和 C0₂还原反应的进行， 1¾和 CO的生成量不断增加，焦炭温度不断降低。利用循环气体中的水蒸气和冷却焦炭生成的水蒸气与焦炭发生水煤气反应，使焦炭在第一冷却区 21 , 温度从 1000'C降到 400'C ; 在第二冷却区 23, 与焦炭换热后 6(TC的冷却水把焦炭冷却到 10(TC。

由实验得到当焦炭损耗为 1.15%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为 41Nm3/t, 当焦炭损耗为 0.725%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为 29Nm3/t, 当焦炭损耗为 2.9%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为

反应性：

原焦 (：0₂反应性： 27.26%。

水气熄焦后 <：0₂反应性： 25.36%。

转鼓强度：

由实验可知，小装置在不利的实验条件下，熄焦效果显著，装置放大后，更能满足熄焦要求。下面结合附图对本发明的一种气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法的具体实施方式作出进一步的说明如下：

实施方式四

实施本发明一种气液两相分布器的熄焦炉的熄焦方法，该熄焦方法中所采用的气液两相分布器，如图 1、图 2、图 3、图 4、图 5和图 6, 本发明方法由熄焦炉出来的 850°C左右的高温混合气经过除尘器 31除尘，废热锅炉 33回收热量后，温度降到 150'C，而废热锅炉产生的过热蒸汽由过热蒸汽出口 32导出外用； 150°C左右的混合气体由废热锅炉 33后，首先经过热泵 34, 压力增大，混合气的部分水蒸气放热变成液态水，水蒸气冷却放热使得混合气温度上升；一部分气体进入气液分离器 35; , 在气液分离器 35中，高沸点物质和水冷凝后与气体分离，分离后的气体由管道送入熄焦炉内的气液两相分布器 22中进行分布熄焦;气液分离器 35分离的液体进入换热器 36与进入废热锅炉 33的软化水换热后，导入冷却水管道，换热器 36的新软化水入口 37与外部软化水管道连接。热泵 34的另一部分气体与补给水泵 44输入的冷却水在文丘里喷射器 43 混合后，送入气液分离器 42进行气液分离，文丘里喷射器 43的使用，不仅给气体提供了动力，还使得气液充分混合；气液分离器 42分离出的合成气在换热器 40中经冷却水冷却后由合成气出口 39引出外用，合成气与冷却水换热，降低合成气温度的同时，也降低了合成气的含水量；换热器 40的新冷却水入口连接 38外部供水管道，新冷却水与引出外用的合成气换热后，冷却水吸收气体热量后由补给水泵 44通过文丘里喷射器 43与气体混合,然后送入气液分离器 42，气液分离器 42分离出的液体由补给水泵 44通过冷却水管送入熄焦炉内的气液两相分布器 22。在气液两相分布器 22内部分混合，气液混合物在气液分离槽 3的上部空间进行气液分离，气体在气液分离槽 3内通过转动圆盘 16的气体通道 9进入气体分布塔 1;气体由环形支撑圈 7上的气体出口 17经圆锥形挡炭板 8改变流向后，进入第一冷却区 21与红热焦炭接触。由于气体分布塔 1中各气体出口 17相互连通，使得环形支撑圈 7的气体出口 17处气体出口压力相同，从而使气体均匀的分布于整个第一冷却区 21中。高温焦炭预存区 19下落的焦炭与气液两相分布器 22圆锥形挡炭板 8流出的混合气在第一冷却区 21相遇，气体吸收热量，温度上升，焦炭放出热量，温度下降，水蒸气与焦炭发生水煤气反应，生成合成气。合成气与水蒸气在上升的过程中，水蒸气不断地与焦炭发生反应，混合气吸收焦炭热量，直至混合气进入高温焦炭预存区 19周围的混合气体通道 20，最后由高温混合气体出口 30导出。合成气与未反应的水蒸气上升经高温混合气体出口 30导出后，进行除尘，除尘后进入废热锅炉 33回收热量阶段。气液混合物分离出来的液体则进入液体分布盘 5进行分布，液体由 "S"型液封管 15下端出口进入圆形储液分布槽 10，最后通过冷却水喷嘴 14喷洒；在" S"型液封管 15中，由于有一段液态水的存在,避免了水蒸气等气体进入圆形储液分布槽 10。冷却水与中温焦炭接触，冷却水吸收焦炭热量，蒸发成水蒸气供第一冷却区 21 反应；由于在第一冷却区 21发生了水煤气反应,使得红热焦炭变成了中温焦炭，故在第二冷却区 23与水直接接触的过程中，只能使水变成水蒸气，而不能发生气化反应，这就避免了焦炭的骤冷而影响焦炭的质量。焦炭经过冷却水的冷却后温度降到 100'C左右，经排料区 24末端的旋转排料阀 26排出，由皮带运输机 25运输至焦炭存放处。启动走廊 28上的电机 27, 电机 27带动转动杆 11及转动圆盘 16转动，从而使气液两相分布器 22上部的气体分布塔 1转动，可使积留在熄焦炉内的焦炭下落，并可使焦炭从气液两相分布器 22周围均匀下落。实施方式五

本发明熄焦方法通过熄焦炉内部的气液两相分布器 22 实现气液同时进行分布熄焦，气体在经过气液两相分布器 22后，由气液两相分布器 22气体分布塔 1环形支撑圈 7的气体出口 17均勾流出、圆锥形挡碳板 8均匀的分布在冷却介质分布区 29，并上升进入第一冷却区 21均匀分布熄焦，使得熄焦炉的第一冷却区 21 焦炭在下降的过程中温度不断地降低，当焦炭进入冷却介质分布区 29时，温度为 400'C左右；积留在气液两相分布器圆形挡板 6上的焦炭，当气液两相分布器 22的气体分布塔 1转动时，下落进入第二冷却 23区。气液两相分布器 22的冷却水喷嘴 14均勾的分布在第二冷却区 23的上空,使得冷却水喷嘴 14喷洒的冷却水能均匀的喷洒在 400'C左右的中温焦炭上，该温度不会导致焦炭的骤冷而影响焦炭的质量，焦炭经过冷却水的喷洒冷却，温度降到 10(TC，然后排出熄焦炉；由于喷洒的冷却水均匀的分布在第二冷却区 23, 故冷却水蒸发后上升进入第一冷却区 21后均匀的分布在第一冷却区 21，使得第一冷却区 21的焦炭均可与水蒸气发生气化反应，避免出现熄焦 "死角"。气化反应生成的合成气和循环的气体，经过第一冷却区 21上部的高温混合气出口 30导出，在废热锅炉 33处放出大量热量，并同时生产高温水蒸气；混合气体经过热泵 34 压縮，压力增大的同时，也给气体流动提供了动力，使得进入气液分离器 35 的混合气体可分离出一部分水和高沸点物质，同时也使得进入熄焦炉的混合气温度升高；引出外用的混合气由文丘里喷射器 43的吸力而与冷却水充分混合、换热，使得气体降到 80°C , 为进一步减少气体的含水量和利用此部分热量，气体与冷却水在换热器 40中进一步换热，最后由管道引出外用；吸收气体热量的冷却水，由补给水泵 41送入熄焦炉内气液两相分布器 22的气液分离槽 3下部的气体分布盘 5，最后又冷却水喷嘴 14进行喷洒熄焦。

实施方式六

本发明实施例实验装置条件为：高温焦炭预存区 19高度为 900mm，内径 600mm, 盖子是上面衬有隔热材料的钢板，高温焦炭预存区 19与冷却区连接处有阀门，阀门内径为 Φ300,其上下均有 150mm高的，成 45°C倾斜的圆锥筒，以使气体更好的导出熄焦炉；当往高温焦炭预存区 19放入焦炭时，阀门闭合，且在阀门的下方 5mm处开有高温混合气体出口 30; 冷却区高度 1200mm, 内径 600mm，排料区 24高度 300mm，出口直径 150mm; 有三层圆锥形挡炭板 8 的气液两相分布器 22底部位于距上部阀门 800mm处，气液两相分布器 22高度 300mm，圆形挡板 6外沿直径 100mm，圆锥形挡炭板 8与水平面成 45'C夹角，混合气体入口 2、高温混合气体出口 30为 Φ20的钢管，液体入口 4为 Φ15 的钢管；高温混合气体出口 30导出的混合气经间接冷却后，按焦炭处理量排出一部分，其余的循环使用。本装置内部是耐高温材料，外部统一是保温材料保温，且在髙温焦炭预存区 19给焦炭加热，使此区焦炭保持在 1000'C左右。

本发明方法焦炭由焦炭入口 18装入熄焦炉高温焦炭预存区 19，当熄焦炉的高温焦炭预存区 19装入一定量焦炭时，焦炭以 500g min的速度下落，当焦炭下落到气液两相分布器 22的圆形储液分布槽 10处时通入冷却水，冷却水由圆形储液分布槽 10底板分布后，由冷却水喷嘴 14均匀喷洒在焦炭上，产生的水蒸气在上升过程中与第一冷却区 21的红热焦炭发生水煤气反应，水煤气反应产生的气体由高温混合气体出口 30引出。当焦炭温度降低到 100'C左右时，排出熄焦炉。高温混合气体出口 30引出气体经过除尘、热量回收、气液分离后，由混合气体入口 2导入气液两相分布器 22, 混合气体由气液两相分布器 22均匀的分布在整个第一冷却区 21 内，当气体流量稳定后，由高温混合气体出口 30导出的气体经过废热锅炉 23回收热量，在经过热泵 24后，部分气体进入气液分离器 25后回流至混合气体入口 2，而部分气体在经过与冷却水的充分混合传热后，引出外用。

本发明方法随着水蒸气的分解和 C0₂还原反应的进行， 1¾和 CO的生成量不断增加，焦炭温度不断降低。利用循环气体中的水蒸气和冷却焦炭生成的水蒸气与焦炭发生水煤气反应，使焦炭在第一冷却区 21，温度从 1000'C降到 400'C ; 在第二冷却区 23，与焦炭换热后 6CTC的冷却水把焦炭冷却到 100 'C。由于水蒸气与红热焦炭可发生水煤气反应，该反应为吸热反应，而整个熄焦装置发生的反应有：

C+H₂0=CO+H₂- 118821 ( J/mol ) ,

C+2H₂0=C0₂+2H₂-76841 ( J/mol )，

C+ C0₂=2CO

CO+H₂0=C0₂+H₂

在熄焦过程中，主要是以前两个反应为主，其他的反应所产生的气体总量不到总气含量的 1%，利用前两个反应发生时需要吸收大量的热量，从而完成熄焦。其平衡实验数据如下：

表 1 基本参数

名称特性名称特性焦炭特性

焦炭量 /kg 1000 焦炭入干熄炉温度 /'C 1000 焦炭入第二冷却区温度 /'C 400 焦炭出干熄炉温度 /°C 100 气化反应碳消耗率 2%

液态水特性

进水量 /kg 166 水入干熄炉温度 /'C 60 汽化蒸汽入第一冷却区温 170

度 /'C

水蒸气特性

水蒸气通入量 /kg 30 水蒸气加入温度 /'C 170 气化反应消耗水蒸气量/ kg 30 气体出炉温度 /'C 850 锅炉特性

锅炉给水温度 /'C 105 过热蒸汽温度 /'C 450

105'C蒸汽焓 kJ/kg 436 450'C蒸汽焓 kJ/kg 3323 气体出锅炉温度 /'C 150 产生蒸汽量/ kg 268 蒸汽产率 t/t 26.8% 锅炉散热系数 1.2%

表 2炭转化 2%的干熄炉物料平衡表物料收入/ kg 物料支出/ kg

焦炭进量 1000 焦炭排出量 980 进水量 166 出炉蒸汽量 149 蒸汽加入量 30 排出 CO量 352 加入量 /kg 24 排出 ¾量 27

CO加入量 /kg 305 排水量 17 合计 1525 合计 1525 表 3干熄炉第一冷却区热量平衡表

热量收入 / KJ 热量支出 / KJ

焦炭放出的热量 1038160 气化反应吸热 198035 水蒸气带入的热量 57510 H₂带出的热量 340213

CO带入的热量 54230 CO带出的热量 330664

¾带入的热量 58683 ¾0蒸汽带出的热量 265460

― ― 损失的热量 72058 合计 1208583 合计 1208887 表 4干熄炉第二冷却区热量平衡表

热量收入 / KJ 热量支出 / KJ

焦炭放出的热量 368911 水汽化热 337345 水带入的热量 41613 汽化蒸汽带出的热量 470893

-- -- 损失的热量 24631 合计 410524 合计 409870 表 5锅炉热量平衡表

热量收入 / KJ 热量支出 / KJ 气体带入锅炉的热量 938337 产生蒸汽热量 773716

-- -- 气体出锅炉带出热量 156156

- -- 锅炉散热 9285 合计 9238337 合计 939156 由上述实验数据得到当焦炭损耗为 1.15%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为 41Nm³/t，当焦炭损耗为 0.725%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为 29Nm³/t，当焦炭损耗为 2.9%时，产生的混合气体冷却下来后其产量为

反应性：

原焦 C0₂反应性： 27.26%。

水气熄焦后（：0₂反应性： 25.36%。

转鼓强度：

由实验可知，小装置在不利的实验条件下，熄焦效果显著，装置放大后，更能满足熄焦要求。

Claims

权利要求书

1、一种气液两相分布器，其特征在于：所述气液两相分布器（22)是由气体分布塔（1 )和液体分布盘（5)通过气液分离槽（3 )连通构成；

所述气液分离槽（3) 是其两侧设置有焦炉混合气体入口（2)和焦炉液体入口（4)，其上面设置有气体分布塔（1 )，其下面设置有液体分布盘（5);

所述气体分布塔（1 ) 是气液分离槽（3 ) 的上顶面均布设置有若干个气体通道（9)的转动圆盘（16), 在转动圆盘（16)的下中心面固接有转动杆（11 ) 并连接有支撑件（12)支撑转动；在转动圆盘（16) 的圆周边固接有向上渐缩的圆锥形档炭板（8)，并依次向下通过设置有若干个气体出口（17) 的环形支撑圈（7)层层套接，再由圆形挡板（6)封顶构成塔状分布结构；

所述液体分布盘（5) 是气液分离槽（3) 的下底面设置有圆形储液分布槽 ( 10)，并均布设置有若干个 "S"型液封管（15)连通，其圆形储液分布槽（10) 的下底面均布设置有若干个冷却水喷嘴（14)，周边设置有支撑杆（13)支撑。

2、如权利要求 1所述的气液两相分布器，其特征在于：所述混合气体入口 (2)和液体入口（4) 是水平设置，并高于气液分离槽（3 )底面 30~400mm。

3、如权利要求 1所述的气液两相分布器，其特征在于：所述圆锥形挡炭板 (8)与水平面所构成的夹角为 45°~70°，所设层数为 3~10层。

4、如权利要求 1所述的气液两相分布器，其特征在于：所述 "S"型液封管 ( 15 ) 的通道截面积总和占气液分离槽（3 )底面积的 1/20。

5、如权利要求 1所述的气液两相分布器，其特征在于:所述冷却水喷嘴（14) 的总面积占圆形储液分布槽（10)底面积的 1/10。

6、如权利要求 1所述的气液两相分布器，其特征在于：所述向上渐缩的圆锥形档炭板（8) 与圆形挡板（6) 下端直径之比为 1/5~2/5。

7、一种含有权利要求 1的气液两相分布器的熄焦炉，包括高温焦炭预存区 ( 19)、第一冷却区（21 )、冷却介质分布区（29)、第二冷却区（23 )和排料区 (24)；其特征在于：所述高温混合气体出口（30) 是设置于第一冷却区（21 ) 的上部；其所述混合气入口（2)和液体入口（4) 是设置于熄焦炉冷却介质分布区（29) 的气液两相分布器（22);

所述气液两相分布器（22) 是由气体分布塔（1 )和液体分布盘（5)通过气液分离槽（3 )连通构成，并由固定在熄焦炉内壁面上的支撑杆（13)支撑于熄焦炉的中央；所述气液分离槽（3) 是其两侧设置有焦炉混合气体入口（2)和焦炉液体入口（4)，其上面设置有气体分布塔（1 ), 其下面设置有液体分布盘（5);

所述气体分布塔（1 ) 是气液分离槽（3) 的上顶面均布设置有若干个气体通道（9) 的转动圆盘（16)，在转动圆盘（16)的下中心面固接有转动杆（11 ) 并连接有支撑件（12)支撑转动；在转动圆盘（16) 的圆周边固接有向上渐縮的圆锥形档炭板（8)，并依次向下通过设置有若干个气体出口（17) 的环形支撑圈（7)层层套接，再由圆形挡板（6)封顶构成塔状分布结构；

所述液体分布盘（5) 是气液分离槽（3 ) 的下底面设置有圆形储液分布槽 ( 10)，并均布设置有若干个 "S"型液封管（15)连通，其圆形储液分布槽（10) 的下底面均布设置有若干个冷却水喷嘴（14)。

8、如权利要求 7所述的气液两相分布器的熄焦炉，其特征在于：所述熄焦炉是直立式圆筒型结构，熄焦炉的内壁与气液两相分布器（22) 的外沿距离为 200mm~650mm_o

9、一种实施权利要求 7所述的气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于：所述熄焦方法是通过在熄焦炉内设置的气液两相分布器（22)将气相熄焦方法和液相熄焦方法集于一起，并通过气液两相分布器（22) 同时进行气液两相分布熄焦，其中：

所述气相熄焦方法是混合气体由熄焦炉下部进入，在气液两相分布器（22) 的气液分离槽（3 ) 内混合并与液体分离，气体上升经转动圆盘（16)的若干个气体通道（9)进入气体分布塔（1 )后，经至少两个以上的环形支撑圈（7)及其若干个气体出口（17)分布流出；再经圆锥形挡炭板（8)均匀分布冷却红焦，后由熄焦炉上部的高温混合气体出口（30) 导出；

所述液相熄焦方法是冷却水由熄焦炉下部进入，经气液两相分布器（22) 的气液分离槽（3 ) 分离后，由至少两个以上的" S"型液封管（15)进入圆形储液分布槽（10) 的至少两个以上的冷却水喷嘴（14) 向下喷洒分布冷却中温焦炭，其蒸气蒸发上升。

10、如权利要求 9所述的气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于: 所述熄焦炉的气相熄焦方法是混合气由熄焦炉下部的混合气体入口（2)进入，经气液两相分布器（22)分布后，在上升过程中进入气态冷却介质逆向交叉流动接触第一冷却区（21 ), 与红热焦炭接触、吸热、水蒸气与红热焦炭发生气化反应，生成合成气，焦炭冷却到 400°C ; 混合气体经高温混合气体出口（30) 导出，经除尘器（31 ) 除尘，废热锅炉（33 ) 回收热量，热泵（34) 压縮混合气，其中，一部分混合气进入气液分离器（35 )进行气液分离，分离出的气体导入熄焦炉的气液两相分布器（22); 另一部分由热泵（34)压缩的混合气进入文丘里喷射器（43 ) 与冷却水进行混合、换热，在气液分离器（42) 进行气液分离，分离的合成气在换热器（40)内与输入的冷却水进行换热后，引出外用；所述熄焦炉的液相熄焦方法是进入熄焦炉的冷却水与引出外用的合成气在换热器（40)中换热后，由补给水泵（44)送入文丘里喷射器（43 ),与热泵（34) 压縮的混合气进行气液混合，气液混合物进入气液分离器（42)进行气液分离, 分离出的水由补给水泵（44) 送入熄焦炉的气液两相分布器（22)进行喷洒熄焦；在热焦炭同向流液态冷却介质径向均匀喷洒第二冷却区（23 )，将焦炭由 400^eC冷却到 100°C，冷却水蒸发进入第一冷却区（21 ) 进行气相熄焦。

11、如权利要求 10所述的气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于: 所述由熄焦炉下部进入的混合气与由熄焦炉下部进入的冷却水的气液质量比为 1.5〜2.5。

12、如权利要求 11所述的气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于: 所述熄焦炉上部混合气的出口温度是 700^eC〜 1000'C。

13、如权利要求 11所述的气液两相分布器熄焦炉的熄焦方法，其特征在于: 所述熄焦炉下部混合气的入口温度是 120°C〜190'C。