一种用于煤制天然气的气化炉的制作方法
【专利摘要】一种用于煤制天然气的气化炉是由炉体（1）、进料喷嘴（3）、气化室（2）、半焦收集池（7）组成，其特征在于炉体（1）分为上、中、下三部分，炉体（1）上部分为垂直段，炉体（1）中部分为扩大段（6），炉体（1）下部分为V字形半焦收集池（7），炉体（1）上部分为气化室（2），进料喷嘴（3）位于气化室（2）的顶端，在气化室（2）和炉体（1）上部分之间设置有对原料气预热的盘管换热器（8），盘管换热器（8）上方的炉体（1）设有产品气出口（11），炉体（1）扩大段（6）的下部设有高压气喷吹管（5），半焦收集池（7）的底部设有排料口（12）。本实用新型具有耗能低、氢耗量小，除尘负荷轻的优点。
【专利说明】一种用于煤制天然气的气化炉
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于一种气化炉，具体涉及一种用于煤制天然气的气化炉。
【背景技术】
[0002]随着我国城市化进程的加快和环保要求的提高，对天然气的需求逐年增加。2010年我国天然气消费量为1000亿m3，缺口达100亿m3。预计2020年我国天然气缺口将达1000亿m3。根据我国的能源状况，由煤生产SNG技术是弥补天然气资源短缺的有效手段。
[0003]常规煤制天然气技术(也称两步法)是在高温(800-1500°0、高压(2-410^)下，以水蒸气为气化剂将煤转化为合成气(CCHH2)，合成气再经甲烷化后得到SNG。此工艺过程较成熟，已于十九世纪八十年代在美国大平原厂实现了工业化，但其流程长，投资大，过程热效率较低(61%)。煤直接加氢气化制SNG技术是在(850-100(TC )和7MPa的条件下，将粉煤和氢气同时加入气化炉内，依靠氢气对煤热解阶段释放自由基的稳定作用和气化阶段与半焦中活性的碳的反应得到富含甲烷的气体，同时副产高附加值的轻质焦油。与两步法相比，此工艺流程简单、投资成本低且过程的热效率较高(79.6%)。 [0004]由于煤直接加氢气化具有以上优势，许多科研单位在此方面开展了大量的研究工作，研究的核心是加氢气化反应炉的开发。美国气体工艺研究所(IGT)在1972-1980年采用流化床气化炉开发了煤加氢气化Hygas工艺,进行了 75t/d的中试规模试验。流化床气化存在的主要问题是加氢气化反应较慢、煤粉在炉内易发生粘聚而失流态化及细粉的带出。因而在70年代后期，加氢气化工艺向快速加氢气化发展。气流床因具有可操作温度高、气化反应瞬间完成、单炉生产能力大和易放大等特优点而成为煤加氢气化过程研发的主要炉型。目前用于煤加氢气流床气化的炉型主要分为单筒式和带内循环的双筒式。
[0005]美国洛克威尔(Rockwell)公司于1978-1986年建立了 0.25t/h的PDU装置和It/h的中试气流床加氢气化装置，气化炉采用单筒式炉型，主要由预热室和气化室两部分组成，预热室的作用是将反应所需氢气的温度提高到800-850°C，保证加氢气化反应的顺利进行。该炉型结构相对简单，便于放大而实现工业化，但其需要在入口气体中加入一定量的氧气，消耗部分氢气来提高混合物料的温度，保证加氢气化的发生，故氢耗量较大。
[0006]1986年日本大阪煤气公司与英国煤气公司联合开发了 BG-OG气流床煤加氢气化工艺，该反应器是带内循环的双筒式气流床气化炉，通过气流的快速循环，煤和氢气反应所释放的热量可充分利用于进一步预热煤和氢气，因而仅需在起炉阶段通入少量氧气，过程中不需氧气即可维持反应温度，并且可以通过改变氢气预热温度容易地调节反应温度，进而改变产物分布。但是此气化炉中大量气体的循环需要耗能较大，工业规模下依靠气体喷入的动量能否实现所需循环比尚需要试验验证，此外，气体在炉内循环的气速较高，因而大量半焦颗粒被气体夹带，出口气体中粉尘量较大，后续处理系统的除尘负荷较重。
【发明内容】
[0007]本实用新型旨在解决上述煤加氢气流床中存在的问题，提供了一种耗能低、氢耗量小，除尘负荷轻的用于煤制天然气的气化炉。
[0008]本实用新型采用结构简单且易于放大的单筒炉型，通过在气化炉内设置氢气预热盘管，提高了进入进料喷嘴的氢气的温度，减少了系统的氢耗量；在气化炉中部设置扩大段，降低了气体的速度，减少了气体中携带的细粉量，减轻了后续产品气中颗粒物与气体分离的负荷。
[0009]本实用新型的技术方案为:一种用于煤制天然气的气化炉，该气化炉由炉体、气化室、进料喷嘴、半焦收集池组成，其特征在于炉体分为上、中、下三部分，炉体上部分为垂直段，炉体中部分为扩大段，炉体下部分为V字形半焦收集池，炉体的内壁装有耐火材料，炉体的上部为气化室，进料喷嘴位于气化室的顶端，在气化室和炉体上部分之间设置有对原料气预热的盘管换热器，炉体扩大段的下部设有高压气喷吹管，半焦收集池的底部设有排料口。
[0010]如上所述的炉体的内壁装有耐火材料。
[0011]如上所述的设置在气化室顶部的进料喷嘴为I 一 4个。当设置一个进料喷嘴时，进料喷嘴在气化室顶部中心位置，出口垂直向下；当设置两个进料喷嘴时，进料喷嘴在气化室顶部对称分布，出口向下且与炉体中心线的夹角α在30 ° -60 °范围内调节布置；当设置三个进料喷嘴时，进料喷嘴在气化室顶部均匀分布，出口向下且与炉体中心线的夹角α在30。-60 °范围内调节布置；当设置四个进料喷嘴时，进料喷嘴可以均匀分布在气化室顶部，出口向下且与炉体中心线的夹角α在30° -60 °范围内调节布置，也可以其中三个在气化室顶部均匀分布，出口向下且与炉体中心线的夹角α在30° -60 °范围内调节布置，另一个在气化室顶部中心位置，出口垂直向下。
[0012]如上所述的盘管换热器的上部设有低温氢气入口，盘管换热器的下部设有高温氢气出口。
[0013]如上所述的设置在扩大段下部的高压气喷吹管为4-6个，出口向下与炉体中心线夹角Y的范围为30° -60°，与水平面夹角β的范围为30° -60°。
[0014]如上所述的高压气喷管所用的高压气体为氮气或水蒸气。
[0015]如上所述的气化室的温度为750_900°C，预热后氢气的温度为400_550°C。
[0016]如上所述的进入进料喷嘴的气化剂为氢气和少量氧气的混合气。
[0017]本实用新型的工作过程为:原料煤和气化剂(氢气与少量氧气)一起经进料喷嘴进入气化炉，在气化室发生气化反应，产品气和固相产物半焦在扩大段内实现分离，产品气进入气化室和炉体之间的环隙空间，经盘管换热器降温后从产品气出口离开气化炉，固相半焦落入半焦收集池，定期利用高压气对其进行喷吹，通过排料口排出气化炉。
[0018]本实用新型的主要优点是采用了直筒型的气化室结构，炉体结构简单，在气化室下部设置扩大段，降低了产品气的气速，有利于产品气和固体半焦的分离，与半焦分离后的高温产品气经折流进入气化室和炉体之间的环隙空间，与氢气盘管换热降温后离开气化炉，出口气体体积减小，降低了气体中颗粒物带出量，同时预热了进入反应器的氢气，集反应器与废热锅炉于一体，提高了热利用率，同时减少了后续净化流程的负荷，有利于节约成本。
【专利附图】
【附图说明】[0019]图1为实用新型气化炉纵向剖面结构示意图。
[0020]图2为实用新型气化炉设置一个喷嘴时的A-A面俯视图。
[0021]图3为实用新型气化炉设置两个喷嘴时的A-A面俯视图。
[0022]图4为实用新型气化炉设置三个喷嘴时的A-A面俯视图。
[0023]图5、图6为实用新型气化炉设置四个喷嘴时的A-A面俯视图。
[0024]图7为实用新型气化炉气化炉B-B面俯视图。
[0025]如图所示:1.炉体；2.气化室；3.进料喷嘴；4.耐火材料；5.高压气喷吹管；
6.扩大段；7.半焦收集池；8.原料氢气预热盘管；9.高温氢气出口；10.低温氢气入口；11.产品气出口；12.排料口。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]—种用于煤制天然气的气化炉，该气化炉由炉体1、进料喷嘴3、气化室2、半焦收集池7组成，炉体I的内壁涂有耐火材料4，炉体I分为上、中、下三部分，炉体I上部分为垂直段，炉体I中部分为扩大段6，炉体I下部分为V字形半焦收集池7，炉体I上部分为气化室2，I个进料喷嘴3位于气化室2的顶端的中心位置，出口垂直向下，在气化室2和炉体I上部分之间设置有对原料气预热的盘管换热器8，盘管换热器8的上部设有低温氢气入口10，盘管换热器8的下部设有高温氢气出口 9，盘管换热器8上方的炉体I设有产品气出口11，炉体I扩大段6的下部设有4个高压气喷吹管5，出口向下与炉体I中心线夹角Y的范围为30 °，与水平面夹角β的范围为60 °，半焦收集池7的底部设有排料口 12。
[0028]工作过程为:原料煤和1000°C的氢气气化剂一起经进料喷嘴3进入气化炉，在气化室2中发生气化反应，气化炉2中的反应温度为850°C，反应后的高温产品气和固相产物半焦进入扩大段6中进行分离，分离后的830°C的产品气进入气化室2和炉体I上部之间的环隙空间，与从低温氢气入口 10进入的原料氢气在盘管换热器8中进行热交换，使产品气的温度降至600°C，降温后的产品气从产品气出口 11离开气化炉，进入后续的净化工段，固相半焦落入半焦收集池7，定期利用高压氮气或水蒸气从高压气喷吹管5中喷入，将固相半焦经排料口 12排出气化炉。原料氢气经在盘管换热器8中与高温产品气换热后，温度升至500°C，从高温氢气出口 9离开后进入进料喷嘴3，在进料喷嘴3中与少量的氧气发生完全燃烧反应，消耗部分氢气将剩余的氢气进一步升温至ΙΟΟΟ?，之后与原料煤一起进入气化室2中进行加氢气化反应。
[0029]实施例2
[0030]3个进料喷嘴3位于气化室2的顶端的均匀分布，出口向下且与炉体I中心线的夹角α在60 °范围内调节布置，炉体I扩大段6的下部设有5个高压气喷吹管5，出口向下与炉体I中心线夹角Y的范围为45 °，与水平面夹角β的范围为45°。其余同实施例1。
[0031]实施例3
[0032]4个进料喷嘴3，其中三个在气化室2顶部均匀分布，出口向下且与炉体I中心线的夹角α在30 °范围内调节布置，另一个在气化室2顶部中心位置，出口垂直向下。炉体I扩大段6的下部设有6个高压气喷吹管5，出口向下与炉体I中心线夹角Y的范围为60°，与水平面夹角β的范围为30 °。其余同实施例1。
【权利要求】
1.一种用于煤制天然气的气化炉，它是由炉体(I)、进料喷嘴(3)、气化室(2)、半焦收集池(7)组成，其特征在于炉体(I)分为上、中、下三部分，炉体(I)上部分为垂直段，炉体(O中部分为扩大段(6)，炉体(I)下部分为V字形半焦收集池(7)，炉体(I)上部分为气化室(2 )，进料喷嘴(3 )位于气化室(2 )的顶端，在气化室(2 )和炉体(I)上部分之间设置有对原料气预热的盘管换热器(8)，盘管换热器(8)上方的炉体(I)设有产品气出口(11)，炉体(1)扩大段(6)的下部设有高压气喷吹管(5)，半焦收集池(7)的底部设有排料口(12)。
2.如权利要求1所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述炉体(I)的内壁涂有耐火材料(4)。
3.如权利要求1所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述设置在气化室(2)顶部的进料喷嘴(3)为I一 4个。
4.如权利要求3所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述进料喷嘴(3)为I个时，进料喷嘴(3)在气化室(2)顶部中心位置，出口垂直向下。
5.如权利要求3所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述进料喷嘴(3)为2或3个时，进料喷嘴(3)在气化室(2)顶部对称分布，出口向下且与炉体(I)中心线的夹角α在30。-60。范围内调节。
6.如权利要求3所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述进料喷嘴(3)为4个时，进料喷嘴(3)均匀分布在气化室(2)顶部，出口向下且与炉体(I)中心线的夹角α在30° -60 °范围内调节；或三个进料喷嘴(3)在气化室(2)顶部均匀分布，出口向下且与炉体中心线的夹角α在30° -60°范围内调节布置，另一个在气化室(2)顶部中心位置，出口垂直向下。
7.如权利要求1所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述的盘管换热器(8)的上部设有低温氢气入口( 10),盘管换热器(8)的下部设有高温氢气出口(9)。
8.如权利要求1所述的一种用于煤制天然气的气化炉，其特征在于所述的设置在扩大段(6)下部的高压气喷吹管(5)为4-6个，出口向下与炉体(I)中心线夹角Y的范围为30。-60 °，与水平面夹角β的范围为30。-60 °。
【文档编号】C10J3/50GK203700291SQ201320731815
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】毕继诚, 曲旋, 袁申富, 晁兵, 孙东凯 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所