本实用新型涉及合成气制备技术领域，尤其是涉及一种合成气制备装置及回收设备。
背景技术：
目前，相关领域内的焦化企业和其他煤热解企业将企业生产过程中产生的焦炉气或热解气均用于生产合成气，该合成气包括H2、CO、CO2等等，并进一步利用该合成气制备甲醇、乙二醇、合成氨等化工产品。具体地，现有制备上述合成气的技术主要有两种，分别为纯氧催化部分氧化技术和纯氧非催化部分氧化技术，该两种技术都是利用氧气燃烧焦炉气或热解气中的部分氢气或/和甲烷为转化过程提供给所需的热量，使焦炉气或热解气中的烃类在高温条件下与蒸汽发生转化反应，进而将烃类转化为合成气H2、 CO、CO2。其中，焦炉气转化的基本反应方程式如下：
氧化反应:
CH4+2O2＝CO2+H2O-802.6KJ/mol
CH4+0.5O2＝CO+2H2-27.32KJ/mol
H2+0.5O2＝H2O-285.8KJ/mol
还原反应:
CH4+CO2＝2CO+2H2+247KJ/mol
CH4+H2O＝CO+3H2+206KJ/mol
CO+H2O＝CO2+H2-41.2KJ/mol
CnHm+nH2O＝nCO+(m/2+n)H2
CnHm+nCO2＝2nCO+m/2H2
由上述反应式可知，甲烷及其他烃类转化为H2、CO的反应为吸热反应，该吸热反应所需要的热量主要由焦炉气或热解气中的氢气或/和甲烷的燃烧反应提供，整个反应表现为吸热反应。当催化剂参与反应时，上述反应可在950-1050℃的条件下进行；当无催化剂参与反应时，上述反应需要在 1300℃以上的条件下才能进行；对应地，有催化剂参与的制备过程称之为纯氧催化部分氧化技术，无催化剂参与的制备过程称之为纯氧非催化部分氧化技术。
针对上述纯氧催化部分氧化技术而言，该技术在施行过程中需有催化剂的参与，焦炉气中含有无机硫和有机硫，由于无机硫和有机硫容易使催化剂中毒进而导致催化剂失效，因此焦炉气在参与反应之前需对其进行脱硫净化操作，以防止无机硫和有机硫使催化剂失效。该脱硫净化流程冗长且所对应的净化设备复杂，进而使该技术的施行周期和难度均增加，亦即成本高。同时，通过该技术生产的合成气中，氢气的组分过高，碳的组分偏少，该种组分不能满足下一工序合成气的氢碳比要求，后续工序中会有大量氢气驰放。
针对上述纯氧非催化部分氧化技术而言，尽管该技术无需催化剂的参与，亦即无需脱硫净化工序，然而，该技术的反应温度需达到1300℃以上，制备过程所需的热量需要燃烧更多的焦炉气或热解气，以致整个制备装置的能耗和投资均增加，亦即成本高。同时，通过该技术生产的合成气中，氢气的组分过高，碳的组分偏少，该种组分不能满足下一工序合成气的氢碳比要求，后续工序中会有大量氢气驰放。
综上，现有纯氧催化部分氧化技术和纯氧非催化部分氧化技术均存在所制备合成气的氢碳比不合理及成本高的缺陷。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种合成气制备装置，以解决现采用的纯氧催化部分氧化技术和纯氧非催化部分氧化技术制备合成气导致所制合成气的氢碳比不合理及成本高的技术问题。
为达到上述目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：
一种合成气制备装置，包括：反应机构、原料气供给机构、粉煤供给机构和氧气供给机构；
所述反应机构包括反应室，所述原料气供给机构、所述粉煤供给机构和所述氧气供给机构均与所述反应室连接；所述原料气供给机构用于向所述反应室提供含有烃类气体的焦炉气或热解气，所述粉煤供给机构用于向所述反应室提供粉煤，所述氧气供给机构用于向所述反应室提供氧气。
作为上述技术方案的进一步改进，所述粉煤供给机构包括依次连接的储煤仓、粉煤磨机、粉煤仓、粉煤锁斗和粉煤供给仓，所述储煤仓和所述粉煤磨机由上至下依次设置，所述粉煤仓、所述粉煤锁斗和所述粉煤供给仓由上至下依次设置；
所述储煤仓用于向所述粉煤磨机提供原料煤或原料焦，所述粉煤供给仓用于储备所述粉煤仓通过所述粉煤锁斗提供的粉煤并向所述反应室提供粉煤。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应机构还包括设置在所述反应室的腔壁上的至少一对喷嘴；
所述一对喷嘴中的其中一个所述喷嘴与所述原料气供给机构连接，所述一对喷嘴中的另一个所述喷嘴与所述粉煤供给机构连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述一对喷嘴中的两个所述喷嘴相对设置，以使来自所述原料气供给机构的原料气与来自所述粉煤供给机构的粉煤形成对冲。
作为上述技术方案的进一步改进，所述喷嘴为多对；
每对所述喷嘴中的两个所述喷嘴均相对设置，相邻两对所述喷嘴沿所述反应室的周向呈角度设置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述一对喷嘴中的其中一个所述喷嘴与所述原料气供给机构和所述氧气供给机构同时连接，所述一对喷嘴中的另一个所述喷嘴与所述粉煤供给机构和所述氧气供给机构同时连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述储煤仓向所述粉煤磨机提供的原料煤或原料焦为生产焦炭或兰炭过程中产生的碎煤或碎焦。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应室的内壁采用耐火砖结构或水冷壁结构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应机构还包括位于所述反应室的下方且与所述反应室连通的激冷室，用于对所述反应室内发生反应时所产生的煤气进行冷却除尘。
本实用新型提供的合成气制备装置，其中的原料气供给机构用于向反应室提供含有烃类气体的焦炉气或热解气，其中的粉煤供给机构用于向反应室提供粉煤，其中的氧气供给机构用于向反应室提供氧气，焦炉气中的烃类气体、粉煤和氧气在反应室内发生剧烈的化学反应生成H2、CO、CO2；或者，热解气中的烃类气体、粉煤和氧气在反应室内发生剧烈的化学反应生成H2、CO、CO2。具体包括如下反应：
CH4+2O2＝CO2+H2O-802.6KJ/mol
CH4+0.5O2＝CO+2H2-27.32KJ/mol
H2+0.5O2＝H2O-285.8KJ/mol
CH4+CO2＝2CO+2H2+247KJ/mol
CH4+H2O＝CO+3H2+206KJ/mol
CO+H2O＝CO2+H2-41.2KJ/mol
CnHm+nH2O＝nCO+(m/2+n)H2
CnHm+nCO2＝2nCO+m/2H2
C+O2＝CO2-395.2KJ/mol
C+0.5O2＝CO-110.5KJ/mol
CO+0.5O2＝CO2-284.1KJ/mol
C+H2＝CH4-75.2KJ/mol
CO2+C＝2CO+173.0KJ/mol
C+H2O＝CO+H2+131.9KJ/mol
C+2H2O＝CO2+2H2+90.3KJ/mol
采用本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
一、本技术方案通过焦炉气或热解气中的烃类气体与粉煤的组合制备合成气，该制备过程无需催化剂的参与，可省略对焦炉气或热解气的脱硫净化工序，简化整个流程，缩短其周期，降低其难度；
二、粉煤作为反应物为反应过程提供更多的碳源，使合成气的氢碳比更加合理，以满足下一工序对合成气氢碳比的要求，避免后续工序中大量的氢气被驰放，进而达到节省能源的目的；
三、粉煤的燃烧反应为烃类气体的转化提供稳定、可靠的热量，反应室内的反应温度保持稳定，反应过程足以稳定进行。
本实用新型的另一目的还在于提供一种回收设备，包括辐射热回收锅炉和废流热回收锅炉，以及如上所述的合成气制备装置；
所述合成气制备装置的所述反应机构的所述反应室与所述辐射热回收锅炉和废流热回收锅炉分别连接。
所述合成气制备方法相比于现有技术的有益效果，与上述合成气制备装置相比于现有技术的有益效果相同，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图一；
图2为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图二；
图3为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图三；
图4为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的反应机构的示意图。
附图标记：
1-反应机构，2-原料气供给机构，3-粉煤供给机构，4-氧气供给机构；
11-反应室，12-喷嘴，13-激冷室；
21-气柜；22-压缩机；
31-储煤仓，32-粉煤磨机，33-粉煤仓，34-粉煤锁斗，35-粉煤供给仓。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图一，图2为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图二，图3为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的示意图三。请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供一种合成气制备装置，该装置包括：反应机构1、原料气供给机构2、粉煤供给机构3和氧气供给机构4；所述反应机构1包括反应室11，所述原料气供给机构2、所述粉煤供给机构3和所述氧气供给机构4均与所述反应室11连接；所述原料气供给机构2用于向所述反应室11提供含有烃类气体的焦炉气或热解气，所述粉煤供给机构3用于向所述反应室11提供粉煤，所述氧气供给机构4用于向所述反应室11提供氧气。
本实用新型提供的合成气制备装置，其中的原料气供给机构用于向反应室提供含有烃类气体的焦炉气或热解气，其中的粉煤供给机构用于向反应室提供粉煤，其中的氧气供给机构用于向反应室提供氧气，焦炉气中的烃类气体、粉煤和氧气在反应室内发生剧烈的化学反应生成H2、CO、CO2；或者，热解气中的烃类气体、粉煤和氧气在反应室内发生剧烈的化学反应生成H2、CO、CO2。具体包括如下反应：
CH4+2O2＝CO2+H2O-802.6KJ/mol
CH4+0.5O2＝CO+2H2-27.32KJ/mol
H2+0.5O2＝H2O-285.8KJ/mol
CH4+CO2＝2CO+2H2+247KJ/mol
CH4+H2O＝CO+3H2+206KJ/mol
CO+H2O＝CO2+H2-41.2KJ/mol
CnHm+nH2O＝nCO+(m/2+n)H2
CnHm+nCO2＝2nCO+m/2H2
C+O2＝CO2-395.2KJ/mol
C+0.5O2＝CO-110.5KJ/mol
CO+0.5O2＝CO2-284.1KJ/mol
C+H2＝CH4-75.2KJ/mol
CO2+C＝2CO+173.0KJ/mol
C+H2O＝CO+H2+131.9KJ/mol
C+2H2O＝CO2+2H2+90.3KJ/mol
采用本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
一、本技术方案通过焦炉气或热解气中的烃类气体与粉煤的组合制备合成气，该制备过程无需催化剂的参与，可省略对焦炉气或热解气的脱硫净化工序，简化整个流程，缩短其周期，降低其难度；
二、粉煤作为反应物为反应过程提供更多的碳源，使合成气的氢碳比更加合理，以满足下一工序对合成气氢碳比的要求，避免后续工序中大量的氢气被驰放，进而达到节省能源的目的；
三、粉煤的燃烧反应为烃类气体的转化提供稳定、可靠的热量，反应室内的反应温度保持稳定，反应过程足以稳定进行。
针对于上述粉煤供给机构而言，本实施例中，所述粉煤供给机构包括依次连接的储煤仓31、粉煤磨机32、粉煤仓33、粉煤锁斗34和粉煤供给仓35，所述储煤仓31和所述粉煤磨机32由上至下依次设置，所述粉煤仓 33、所述粉煤锁斗34和所述粉煤供给仓35由上至下依次设置；所述储煤仓31用于向所述粉煤磨机32提供原料煤或原料焦，所述粉煤供给仓35用于储备所述粉煤仓33通过所述粉煤锁斗34提供的粉煤并向所述反应室11 提供粉煤。
优选地，所述煤储仓向所述磨煤机提供的原料煤或原料焦为生产焦炭或兰炭过程中产生的碎煤或碎焦。
现有技术中，生产焦炉气或热解气的生产厂家，在原料煤、产品焦炭或兰炭的生产过程中均会产生大量的碎煤或碎焦，大量的碎煤或碎焦以低价进行出售，并不能为企业产生相关的效益。本实施例中，粉煤的制备使用碎煤和碎焦，亦即，煤储仓向磨煤机提供的原料煤或原料焦为生产焦炭或兰炭过程中产生的碎煤或碎焦，磨煤机将该碎煤或碎焦与来自储水箱的水进行混合研磨形成粉煤，解决了碎煤和碎焦的出路问题，提高了碎煤和碎焦的可利用性，提高相关企业的经济性。
上述粉煤供给机构还包括连接在粉煤供给仓35与反应室11之间的高压粉煤泵，以提供粉煤的供给压力。
针对上述原料气供给机构而言，该原料气供给机构2包括用于储存焦炉气或热解气的气柜21和用于为原料气升压的压缩机22，气柜21、压缩机22和反应室11依次连接。
图4为本实用新型实施例提供的合成气制备装置的反应机构的示意图，请参阅图2至图4，进一步地，所述反应机构1还包括设置在所述反应室 11的腔壁上的至少一对喷嘴12；所述一对喷嘴12中的其中一个所述喷嘴 12与所述原料气供给机构2连接，所述一对喷嘴12中的另一个所述喷嘴 12与所述粉煤供给机构3连接。为了适应不同规模的装置，可采用不同的进料位置，该至少一对喷嘴可设置在反应室的侧壁上，也可设置在反应室的顶壁上，或者，同时设置在侧壁和顶壁上，以形成反应室的不同反应流场，以提高反应室内的反应速度和均匀度。
优选地，所述一对喷嘴12中的两个所述喷嘴12相对设置，以使来自所述原料气供给机构2的原料气与来自所述粉煤供给机构3的粉煤形成对冲。其一，工作时两个喷嘴对喷能够降低粉煤或者原料气对反应室内表面的冲击，防止反应室内表面由于长时间的使用而损坏；其二，粉煤与原料气对冲能够使粉煤与原料气的混合更加均匀，进而使反应室内的反应更加均匀充分。
进一步地，所述喷嘴12为多对，每对所述喷嘴12中的两个所述喷嘴 12均相对设置，相邻两对所述喷嘴12沿所述反应室11的周向呈角度设置，以增加反应室内物料的相互扰动，形成更好的流场。
进一步地，所述一对喷嘴12中的其中一个所述喷嘴12与所述原料气供给机构2和所述氧气供给机构4同时连接，所述一对喷嘴12中的另一个所述喷嘴12与所述粉煤供给机构3和所述氧气供给机构4同时连接，以使氧气与水煤气和原料气同时混合且更加均匀，进而使反应室内的反应更加充分。
优选地，所述反应室的内壁采用耐火砖结构或水冷壁结构，以减少反应室的热量损失，增加有效气的产量。
所述反应机构1还包括位于所述反应室11的下方且与所述反应室11 连通的激冷室13，用于对所述反应室内发生反应时所产生的煤气进行冷却除尘，煤气通过激冷室进行水雾冷却及水浴除尘形成下一工序的合成气。
具体地，焦炉气或热解气存储在气柜中，经压缩机升压到一定压力后，通过喷嘴进入反应室；经破碎后的原料煤或焦存储在煤储仓内，煤储仓内的碎煤或碎焦与储水箱内的水一起送往磨煤机，磨煤机将其磨制成一定浓度的粉煤，然后经过煤浆槽、高压煤浆泵，通过喷嘴将该粉煤送入反应室；氧气供给系统通过喷嘴向反应室提供氧气。如此，焦炉气或热解气、粉煤、高压氧气分别通过喷嘴进入反应室，在高温高压的环境下，焦炉气或热解气、粉煤、氧气发生剧烈的氧化还原反应，生成以H2、CO为主的工业煤气，煤气再通过激冷室进行冷却除尘后，煤气排出口排出激冷室形成用于下一工序的合成气。
本实用新型的另一目的还在于提供一种回收设备，包括辐射热回收锅炉和废流热回收锅炉，以及如上所述的合成气制备装置；
所述合成气制备装置的所述反应机构的所述反应室与所述辐射热回收锅炉和废流热回收锅炉分别连接。
所述合成气制备方法相比于现有技术的有益效果，与上述合成气制备装置相比于现有技术的有益效果相同，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。