一种气化炉及其应用、含碳物质的气化方法
【专利摘要】本发明公开了一种气化炉及其应用、含碳物质的气化方法。所述气化炉包括一竖直炉体，所述竖直炉体上开设有一出渣口、一合成气出口和至少一工艺烧嘴，所述竖直炉体的中下段的侧壁上还固定设有至少一助熔剂喷嘴室，以及安装于所述助熔剂喷嘴室内的助熔剂喷嘴：所述助熔剂喷嘴室的轴线距离所述竖直炉体的底部的高度小于等于所述竖直炉体的高度的0.4倍。本发明提供的气化炉可以将助熔剂从气化炉的底部加入，有效保障了出渣口的液态排渣，并提高了气化炉的碳转化率，降低了壁面热量损失，并且避免了助熔剂进入飞灰，提高了助熔剂的利用率。
【专利说明】一种气化炉及其应用、含碳物质的气化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气化炉及其应用、含碳物质的气化方法。
【背景技术】
[0002] 煤气化技术是将煤炭等固态一次能源转化为气态清洁二次能源的主要途径，该技 术主要运用于合成氨、合成甲醇、制氢和制备燃气等领域中。气流床气化是利用流体力学中 射流卷吸的原理，将煤浆或煤粉颗粒与气化介质通过喷嘴高速喷入气化炉内，射流引起卷 吸，并高度湍流，从而强化了气化炉内的混合，有利于气化反应的充分进行。气流床气化炉 的高温、高压、混合较好的特点决定了它有在单位时间、单位体积内提高生产负荷的最大潜 能，符合大型化工装置单系列、大型化的发展趋势，代表了煤气化技术发展的主流方向。
[0003] 液态排渣指煤等固体燃料产生的灰渣在高温条件下以液体状态从气化炉渣口排 出，即要求炉温高于煤等固体燃料的灰熔点。液态排渣可以大幅提高碳转化率和气化效率， 所以目前主流的气流床气化技术（SE、OMB、Texaco、Shell和GSP等）均采用液态排渣。但 由于气化炉材料和制造工艺的限制，目前灰熔点大于1500°C的高灰熔点煤难以直接采用气 流床气化技术。这一条件的限制了大量高灰熔点煤的气流床气化应用。我国能源供应日益 紧张，所以高灰熔融性温度（灰熔点大于1500°C )劣质煤的高效利用备受关注。
[0004] 为此需要添加大量助熔剂（ZL201110226212. 8 ;ZL200610104987. 7)来降低高灰 熔点煤气化渣的灰熔点。助熔剂的作用机理一般是通过调节煤灰中主要氧化物含量变化， 促使体系形成三元或多元的低共熔点矿物。所以针对不同的煤种需要添加不同的助熔剂， 常见的助熔剂有：钙基助熔剂、镁基助熔剂、铁基助熔剂、钠基助熔剂和复合助熔剂等。
[0005] 现有技术是将助熔剂与煤混合制粉或浆后通过工艺烧嘴一起送入气化炉 (ZL98110616. I ;ZL200410073361. 5 ;ZL201110074557. 6 ;ZL201110044695. X)，但是，助熔 剂易跟随飞灰排出，利用率较低，添加量较大。同时，为了保证液态排渣，需要维持较高的氧 煤比，以融化灰渣，确保渣口畅通。这样使得气化炉壁面热损失过大，壁面耐火衬里热负荷 过高，氧耗高，气化冷煤气效率低。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有的高灰熔点煤气化技术中助熔剂利用 率低、壁面热损失过大、氧气消耗过高和气化冷煤气效率低的缺陷，而提供一种气化炉及其 应用、含碳物质的气化方法。本发明提供的气化炉可以将助熔剂从气化炉的底部加入，有效 保障了出渣口的液态排渣，并提高了气化炉的碳转化率，降低了壁面热量损失，并且避免了 助熔剂进入飞灰，提高了助熔剂的利用率。
[0007] 本发明的发明人在研发之初就发现，现有工艺存在"助熔剂易随煤灰排出，利用率 很低，导致其添加量增大、气化效率低；同时为了实现液态排渣，需氧量也大大增加"的缺 陷，基于此，本领域技术人员普遍认为高灰熔点煤在气化过程中产生的高灰熔点渣不利于 气化炉的高效运行，对于气化炉的高温区的壁面的热量维持尤其不利。而受限于现有的气 化炉结构的禁锢和束缚，本领域技术人员一般只会考虑通过助熔剂性质的研发、气化工艺 的调整来达到目的。
[0008] 而发明人却反其道而行之，打破了助熔剂与煤粉必须从同一烧嘴加入、参与气化 的惯性思维的束缚，通过在气化炉底部的特殊位置处设置单独的助熔剂喷嘴克服了上述缺 陷，并意外地发现在这种特殊的气化炉结构下，高灰熔点渣的积累对于气化炉的高温区反 而是有利的，其不仅有助于保护炉壁，降低气化炉壁面热损失，而且降低了氧化剂的消耗 量，提高了气化炉的生产效率。
[0009] 具体地，本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0010] 本发明提供了一种气化炉，所述气化炉包括一竖直炉体，所述竖直炉体上开设有 一出渣口、一合成气出口和至少一工艺烧嘴，所述竖直炉体的中下段的侧壁上还固定设有 至少一助熔剂喷嘴室，以及安装于所述助熔剂喷嘴室内的助熔剂喷嘴；所述助熔剂喷嘴室 的轴线距离所述竖直炉体的底部的高度小于等于所述竖直炉体的高度的0. 4倍。
[0011] 本发明中，按照本领域常规，所述出渣口一般设于所述竖直炉体的底部。
[0012] 本发明中，所述工艺烧嘴用于将氧化剂、蒸汽和含碳物质输入所述气化炉内。所述 工艺烧嘴较佳地设置于所述竖直炉体的顶部或中上段的侧壁上。所述工艺烧嘴的数量较佳 地为1?5个，更佳地为1?3个。
[0013] 本发明中，所述助熔剂喷嘴室的数量较佳地为2-4个。较佳地，该些助熔剂喷嘴室 设置于所述竖直炉体的同一横截面上且沿该横截面均匀分布。
[0014] 本发明中，所述助熔剂喷嘴的轴线在水平面上与所述助熔剂喷嘴室的轴线之间的 夹角较佳地为小于等于30°。该夹角的设置可以使气化炉内产生旋流流场，促使助熔剂在 离心力的作用下高效均匀的分布于炉壁上。
[0015] 本发明中，所述助熔剂喷嘴室的轴线距离所述竖直炉体的底部的高度较佳地为所 述竖直炉体的高度的0. 3倍。
[0016] 本发明中，较佳地，还在所述助熔剂喷嘴的易磨损位置处增加喷嘴厚度或者加装 耐磨材料。
[0017] 本发明中，所述竖直炉体的中下段的侧壁上还较佳地固设有至少一分级给氧喷嘴 室，以及安装于所述分级给氧喷嘴室内的分级给氧喷嘴，更佳地，所述分级给氧喷嘴室设置 于所述助熔剂喷嘴室的下方的竖直炉体的侧壁上，并设置于所述出渣口的上方的竖直炉体 的侧壁上。所述分级给氧喷嘴室的数量为本领域常规，较佳地为1?2个。所述分级给氧 喷嘴室较佳地固定设置于所述竖直炉体的同一横截面上且沿该横截面呈均匀分布。所述 分级给氧喷嘴室的轴线距离所述竖直炉体的底部的高度较佳地为所述竖直炉体的高度的 0· 1 ?0· 4 倍。
[0018] 本发明还提供了上述气化炉在气化含碳物质上的应用。
[0019] 本发明还提供了一种含碳物质的气化方法，其采用上述气化炉进行，其包括以下 步骤：
[0020] S1、将氧化剂、蒸汽和含碳物质通入所述工艺烧嘴中，并进入所述竖直炉体内进行 气化反应；
[0021] S2、在气化反应过程中通过所述助熔剂喷嘴室的助熔剂喷嘴向竖直炉体内通入助 熔剂；
[0022] S3、气化反应生成的粗煤气从所述合成气出口排出，气化反应生成的液态渣在所 述气化炉的底部与助熔剂接触混合后，从所述出渣口排出。
[0023] 本发明中，所述的助熔剂的添加量较佳地小于所述含碳物质的10 %，但不为零，所 述的百分含量为质量百分含量。
[0024] 本发明中，助熔剂一般在制粉后通过气力输送方式或者制浆后通过泵送方式输入 所述助熔剂喷嘴室。
[0025] 本发明中，所述的氧化剂为本领域常规，较佳地为含21% -100%的氧气的气体， 所述百分比为体积百分比。
[0026] 本发明中，所述的含碳物质具有本领域常规含义，较佳地为煤、石油焦、渣油、沥 青、生物质和污泥中的一种或多种，更佳地为灰熔点高于1500°C的高灰熔点煤。所述的含碳 物质的形态较佳地为浆态或粉状。
[0027] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实 例。
[0028] 本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0029] 本发明的积极进步效果在于：本发明的气化方法将助熔剂从气化炉底部加入，使 气化炉上部的气化灰渣保持在高灰熔点区，使靠近气化炉底部的气化灰渣保持在低灰熔点 区，实现高效气化以及液态排渣，降低氧化剂消耗，降低了气化炉壁面热损失，降低助熔剂 使用量（助熔剂用量仅为含碳物质的10%以下），提高气化炉内产生的冷煤气效率和气化 炉在线率。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为实施例1的气化炉的结构示意图。
[0031] 图2为实施例1的助熔剂喷嘴的结构放大示意图。
[0032] 图3为实施例2的气化炉的结构示意图。
[0033] 图4为实施例3的气化炉的结构示意图。
[0034] 图5为实施例4、5的气化炉的结构示意图。
[0035] 图6为实施例6的气化炉的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实 施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商 品说明书选择。
[0037] 实施例1
[0038] 本实施例中，所采用的气化炉的结构如图1所示，所述气化炉包括一竖直炉体1， 所述竖直炉体1上开设有一出渣口 2、一合成气出口 3和两个工艺烧嘴4,所述竖直炉体1 的中下段的侧壁上还固定设有两个助熔剂喷嘴室5,以及安装于所述助熔剂喷嘴室5内的 助熔剂喷嘴501，两个助熔剂喷嘴室5设置于所述竖直炉体1的同一横截面上且沿该横截 面均匀分布。出渣口 2与合成气出口 3为同一出口，均设于竖直炉体1的底部。工艺烧嘴 4设置于竖直炉体1的上段的侧壁上。
[0039] 助熔剂喷嘴室5和助熔剂喷嘴501的结构放大示意图如图2所示。其中所述助熔 剂喷嘴室5的轴线距离所述竖直炉体1的底部的高度为所述竖直炉体1的高度的0. 4倍。 所述助熔剂喷嘴501的轴线在水平面上与所述助熔剂喷嘴室5的轴线之间的夹角为5°。
[0040] 一个日处理1500吨煤的气化炉，以粉煤为原料进行气化，气化压力4. OMPa，气化 炉的耐火衬里为膜式水冷壁。具体的气化方法包括以下步骤：
[0041] S1、将氧化剂、蒸汽和含碳物质通入所述工艺烧嘴4中，并进入所述竖直炉体1内 进行气化反应；
[0042] S2、在气化反应过程中通过所述助熔剂喷嘴室5的助熔剂喷嘴501向竖直炉体1内 通入助熔剂；
[0043] S3、气化反应生成的粗煤气从所述合成气出口 3排出，气化反应生成的液态渣在所 述气化炉的底部与助熔剂接触混合后，从所述出渣口 2排出。
[0044] 该粉煤原料的煤质分析数据如表1所示。
[0045] 表1煤质分析表
[0046]
【权利要求】
1. 一种气化炉，其包括一竖直炉体，所述竖直炉体上开设有一出渣口、一合成气出口和 至少一工艺烧嘴，其特征在于，所述竖直炉体的中下段的侧壁上还固定设有至少一助熔剂 喷嘴室，以及安装于所述助熔剂喷嘴室内的助熔剂喷嘴；所述助熔剂喷嘴室的轴线距离所 述竖直炉体的底部的高度小于等于所述竖直炉体的高度的0. 4倍。
2. 如权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述出渣口设于所述竖直炉体的底部；所 述工艺烧嘴设置于所述竖直炉体的顶部或中上段的侧壁上；所述工艺烧嘴的数量为1?5 个。
3. 如权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于，所述助熔剂喷嘴室的数量为2-4个； 所述助熔剂喷嘴室设置于所述竖直炉体的同一横截面上且沿该横截面均匀分布；所述助熔 剂喷嘴的轴线在水平面上与所述助熔剂喷嘴室的轴线之间的夹角小于等于30° ;所述助熔 剂喷嘴室的轴线距离所述竖直炉体的底部的高度为所述竖直炉体的高度的〇. 3倍。
4. 如权利要求2所述的气化炉，其特征在于，所述竖直炉体的中下段的侧壁上还固设 有至少一分级给氧喷嘴室，以及安装于所述分级给氧喷嘴室内的分级给氧喷嘴。
5. 如权利要求4所述的气化炉，其特征在于，所述分级给氧喷嘴室设置于所述助熔剂 喷嘴室的下方的竖直炉体的侧壁上，并设置于所述出渣口的上方的竖直炉体的侧壁上；所 述分级给氧喷嘴室的数量为1?2个。
6. 如权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述分级给氧喷嘴室固定设置于所述竖 直炉体的同一横截面上且沿该横截面呈均匀分布；所述分级给氧喷嘴室的轴线距离所述竖 直炉体的底部的高度为所述竖直炉体的高度的〇. 1?〇. 4倍。
7. -种如权利要求1?6任一项所述的气化炉在气化含碳物质上的应用。
8. -种含碳物质的气化方法，其特征在于，其采用如权利要求1?6任一项所述的气化 炉进行，其包括以下步骤： 51、 将氧化剂、蒸汽和含碳物质通入所述工艺烧嘴中，并进入所述竖直炉体内进行气化 反应； 52、 在气化反应过程中通过所述助熔剂喷嘴室的助熔剂喷嘴向竖直炉体内通入助熔 剂； s3、气化反应生成的粗煤气从所述合成气出口排出，气化反应生成的液态渣在所述气 化炉的底部与助熔剂接触混合后，从所述出渣口排出。
9. 如权利要求8所述的气化方法，其特征在于，所述的氧化剂为含21 % -100%的氧气 的气体，所述百分比为体积百分比；所述的含碳物质为煤、石油焦、渣油、沥青、生物质和污 泥中的一种或多种。
10. 如权利要求9所述的气化方法，其特征在于，所述的含碳物质为灰熔点高于1500°C 的煤，其形态为浆态或粉状。
【文档编号】C10J3/46GK104498100SQ201410804794
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】赵辉, 许建良, 刘海峰, 龚欣, 李伟锋, 梁钦锋, 郭晓镭, 王辅臣, 于广锁, 王亦飞, 代正华, 周志杰, 陈雪莉, 郭庆华, 王兴军, 刘霞, 陆海峰, 李超, 龚岩, 王立 申请人:华东理工大学, 上海熠能燃气科技有限公司