煤制气二次转化装置及煤制气制备系统的制作方法

本实用新型涉及煤气化技术领域，尤其是涉及一种煤制气二次转化装置及煤制气制备系统。

背景技术：

目前，煤制气技术尤其是固定床气化技术，在使用烟煤作为原料时，煤制气中夹带了未被反应的煤粉、煤焦油、烯烃等有机物，同时煤气中还存在大量的甲烷气体。因为这些问题的存在，导致了碳转化率低、气化效率低、有机物处理极为困难，环保问题严重，使得用于合成氨、甲醇作为产品的系统中，产品产出效率降低、循环能耗高，造成大量的能源浪费，单位能耗、消耗高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种煤制气二次转化装置，以解决现有技术中存在的使用烟煤作为原料时，煤制气中夹带了未被反应的煤粉、煤焦油、烯烃等有机物，同时煤气中还存在大量的甲烷气体，导致碳转化率低、气化效率低、有机物处理极为困难，环保问题严重的技术问题。

本实用新型提供的一种煤制气二次转化装置，包括转化炉；转化炉上设置有煤制气进口、气化剂进口以及转化气出口；煤制气进口用于向转化炉内充入高温煤制气，气化剂进口用于向转化炉内充入包含氧气的气化剂。

进一步地，煤制气进口设置在转化炉的侧部，气化剂进口设置在转化炉的顶部。

进一步地，气化剂进口处设置有喷嘴。

进一步地，转化炉的内壁上设置有第一耐热耐磨层；

和/或；煤制气进口的内壁、气化剂进口的内壁以及转化气出口的内壁三者中的一个或多个设置有第二耐热耐磨层。

进一步地，转化炉的侧壁上设置有第一测温元件；

和/或，煤制气进口处、气化剂进口处以及转化气出口处三者中的一个或多个设置有第二测温元件。

进一步地，转化炉包括设置在转化炉的下部的具有设定高度的煤灰分离室。

进一步地，煤制气二次转化装置还包括集灰排灰结构；集灰排灰结构包括集灰罐以及设置在集灰罐上的进灰口和出灰口，进灰口与出灰口处均设置有锁渣球阀；煤灰分离室的底部设置有煤灰出口，煤灰出口与进灰口连通。

进一步地，集灰罐上还设置有冲洗水进口以及灰水出口；冲洗水进口与灰水出口处均设置有阀门。

进一步地，转化炉的工作压力为0.5MPa-5.0MPa，工作温度为800℃-1500℃。

本实用新型还提供一种煤制气制备系统，包括煤制气气化炉以及本实用新型提供的煤制气二次转化装置，煤制气气化炉上设置有煤制气出口，煤制气进口与煤制气出口连通。

本实用新型提供的煤制气二次转化装置能够将煤气中的煤粉、焦油、烯烃类有机物燃烧分解，同时将甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而清除了气体中煤粉、焦油、烯烃类有机物，降低气体中甲烷含量。从而提高了碳的转化率，提高了原材料的利用率；提高了气化效率，降低了生产成本；同时对有机物进行合理处理，避免污染环境。进而使得煤气化技术，尤其是固定床煤气化技术使用的以烟煤、无烟煤、焦炭为原料的加压气化方式实现了洁净煤气化、节能减排、环境友好，有着极好的产业化前景和广泛的社会效益。

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煤制气二次转化装置的结构示意图；

图2为图1所示的煤制气二次转化装置中的转化炉的结构示意图；

图3为图1所示的煤制气二次转化装置中的集灰排灰结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的煤制气制备系统的结构示意图。

附图标记：1-转化炉；2-第一测温元件；3-第二测温元件；4-集灰排灰结构；11-煤制气进口；12-气化剂进口；13-转化气出口；14-煤灰出口；15-煤灰分离室；41-集灰罐；42-进灰口；43-出灰口；44-冲洗水进口；45-灰水出口；100-煤制气气化炉；200-煤制气二次转化装置。

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“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煤制气二次转化装置的结构示意图，图2为图1所示的煤制气二次转化装置中的转化炉的结构示意图。如图1和图2所示，本实用新型提供的一种煤制气二次转化装置，包括转化炉1；转化炉1上设置有煤制气进口11、气化剂进口12以及转化气出口13；煤制气进口11用于向转化炉1内充入高温煤制气，气化剂进口12用于向转化炉1内充入包含氧气的气化剂，转化气出口13用于将反应后的转化气送出转化炉1。

其中，气化剂进口12用于将外部气化剂通入转化炉1内，气化剂进口12可以设置在转化炉1上的多个位置，气化剂进口12可以为一个也可以为多个，气化剂进口12的延伸方向与转化炉1的炉壁之间可以垂直设置，还可以呈一定角度设置，例如呈锐角设置。

气化剂为氧气与惰性气体配置而成，惰性气可以为氮气、二氧化碳、水蒸气中的一种或者多种的混合。惰性气体可作为氧气的保护气，放置氧气爆炸，从而提高生产的安全可靠性。

可以在煤制气进口11处以及气化剂进口12处均设置调节阀，方便工作人员根据煤制气中成分的具体含量来调节煤制气与气化剂的进入转化炉1的比例。通过调节煤制气与气化剂的比例，一方面使得煤制气中夹带的煤灰、焦油等有机物燃烧完全，从而满足煤制气中的甲烷与二氧化碳或者水蒸气发生吸热分解反应对热量的需求；另一方面，避免通入过量气化剂，从而节省能源降低成本。

可以通过中间装置例如储气罐，将煤制气制备装置例如煤制气气化炉生产出的高温煤制气通过转化炉1上的煤制气进口11通入转化炉1内，较佳地是，将转化炉1上的煤制气进口11直接与前序的煤制气制备装置上的出气口连通，这样就可节省中间步骤，简化过程，还可以减少煤制气的热量损失。

还可以在转化炉1的底部设置煤灰出口14，方便工作人员将高温煤制气转化反应后的煤灰及时排出转化炉1外。

在使用本实施例提供的煤制气二次转化装置时，根据前序的煤制气制备装置生产的煤制气中成分的具体含量，向转化炉1中通入具有一定比例的煤制气与气化剂；在煤制气自身的高温条件下，煤制气中的部分煤气以及煤气夹带的煤灰、焦油等有机物与气化剂中的氧气燃烧产生热量，从而使转化炉1的炉内温度升至预设温度(该温度处于满足甲烷分解反应所需的温度范围之内)；气体中的甲烷气与二氧化碳或者水蒸气发生吸热分解反应，生成一氧化碳和氢气，从而使得煤气中的甲烷达到分解产生有效气体的目的，同时也实现了清除煤制气中带出的焦油、苯酚类有机物的目的。

本实施例提供的煤制气二次转化装置能够将煤气中的煤粉、焦油、烯烃类有机物燃烧分解，同时将甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而清除了气体中煤粉、焦油、烯烃类有机物，降低气体中甲烷含量。从而提高了碳的转化率，提高了原材料的利用率；提高了气化效率，降低了生产成本；同时对有机物进行合理处理，避免污染环境。进而使得煤气化技术，尤其是固定床煤气化技术使用的以烟煤、无烟煤、焦炭为原料的加压气化方式实现了洁净煤气化、节能减排、环境友好，有着极好的产业化前景和广泛的社会效益。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，较佳地，转化炉1的工作压力为0.5MPa-5.0MPa，工作温度为800℃-1500℃。

本实施例中，转化炉1在工作时，工作压力为0.5MPa-5.0MPa，工作温度为800℃-1500℃，该工作条件，可以满足夹带不同含量的煤粉、焦油、烯烃类等有机物以及不同含量的甲烷的多种煤制气转化时对工作条件的需求。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，较佳地，煤制气进口11设置在转化炉11的侧部，气化剂进口12设置在转化炉11的顶部。

本实施例中，将煤制气进口11设置在转化炉1的侧部，将气化剂进口12设置在转化炉1的顶部，使得气化剂进口12与煤制气进口11之间具有一定高度差，例如气化剂进口12高于煤制气进口11至500mm以上，这样可以使气化剂中的氧气与煤制气中夹带的煤粉、焦油、烯烃类等有机物接触更加充分，使燃烧更加完全，从而节省原料。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，进一步地，气化剂进口12处设置有喷嘴。

本实施例中，气化剂进口12的结构形式为单通道管喷嘴形式，气化剂通过喷嘴喷入转化炉1内，则可以进一步使气化剂中的氧气与煤制气中夹带的煤粉、焦油、烯烃类等有机物接触更加充分，进一步提高燃烧效率，进一步提高原料利用率。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，进一步地，转化炉1的内壁上设置有第一耐热耐磨层；和/或；煤制气进口11的内壁、气化剂进口12的内壁以及转化气出口13的内壁三者中的一个或多个设置有第二耐热耐磨层。

其中，第一耐热耐磨层的材质以及第二耐热耐磨层的材质均可以为多种，例如：陶瓷、钢或者高分子聚合物材料等。第一耐热耐磨层和第二耐热耐磨层可以采用不同材质，较佳地是采用相同材质，这样可减少生产种类。

本实施例中，在转化炉1的炉壁内设置第一耐热耐磨层，可以减少炉内热量的损失，从而减少耗能。

还可以在煤制气进口11的内壁设置第二耐热耐磨层，从而可减少热量通过煤制气进口11的热量传递，进一步减少耗能。

还可以在气化剂进口12的内壁设置第二耐热耐磨层，从而可减少热量通过煤制气进口11的热量传递，进一步减少耗能。

还可以在转化气出口13的内壁设置第二耐热耐磨层，从而可减少热量通过煤制气进口11的热量传递，进一步减少耗能。

优选地，在转化炉1的内壁设置第一耐热耐磨层，同时在煤制气进口11的内壁、气化剂进口12的内壁以及转化气出口13的内壁均设置第二耐热耐磨层。可使煤制气二次转化装置200的保温效果佳，耗能少。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，进一步地，转化炉1的侧壁上设置有第一测温元件2；和/或，煤制气进口11处、气化剂进口12处以及转化气出口13处三者中的一个或多个设置有第二测温元件3。

其中，第一测温元件2以及第二测温元件3的种类均可以有多种，例如：测温仪或者温度传感器等。第一测温元件2和第二测温元件3可以采用不同结构，较佳地是采用相同结构，这样可以减少零部件种类，方便维修更换。

较佳地，第一测温元件2为多个，分布在转化炉1的侧壁的不同高度，不同位置，从而可以使对转化炉1的温度了解的更加详细准确，更加方便工作人员对煤制气在转化炉1内的转化过程的掌握和控制。

除了在转化炉1的侧壁设置第一测温元件2外，还可以在煤制气进口11处设置第二测温元件3，从而可以使工作人员了解进入转化炉1内的煤制气的温度，使该温度与炉内的预设温度(甲烷分解所需温度)进行对比，从而计算通入煤制气与气化剂的量。这就能够使得转化得到精确控制，避免煤制气中夹带的有机物有残留，避免浪费原料。

还可以在气化剂进口12处设置第二测温元件3，方便工作人员掌握转化过程中转化炉1内多处的温度。

还可以在转化气出口13处设置第二测温元件3，进一步方便工作人员掌握转化过程中转化炉1内多处的温度。

优选地，在转化炉1的侧壁设置第一测温元件2，同时在气化剂进口12处、气化剂进口12处以及转化气出口13处均设置第二测温元件3，这样能够使工作人员实时对转化炉1的各处温度进行了解掌握，从而了解转化炉1的运行状态，并通过测得的温度对转化过程中炉内的温度进行控制，从而调整运行工况，确保转化炉1的安全稳定运行。

可以使第一测温元件2和第二测温元件3均与控制终端通讯连接，使得第一测温元件2测得的温度以及第二测温元件3测得的温度通过控制终端处理后显示出最终结果，使得工作人员能够实时了解煤制气转化过程中，转化炉1的温度，从而了解转化炉1的运行状态，进而对运行工况进行控制。

如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，进一步地，转化炉1包括设置在转化炉1的下部的具有设定高度的煤灰分离室15。

本实施例中，在转化炉1的底部设置煤灰分离室15，则可以使煤制气中的煤粉、焦油、烯烃类有机物燃烧后产生的煤灰在此沉积，从而提高固体颗粒与气体分离的效率。

图3为图1所示的煤制气二次转化装置中的集灰排灰结构的结构示意图。如图1和图3所示，在上述实施例基础之上，进一步地，煤制气二次转化装置还包括集灰排灰结构4；集灰排灰结构4包括集灰罐41以及设置在集灰罐41上的进灰口42和出灰口43，进灰口42与出灰口43处均设置有锁渣球阀；所述煤灰分离室15的底部设置有煤灰出口14，煤灰出口14与进灰口42连通。

本实施例中，在转化炉1的底部设置集灰排灰结构4，可以及时对转化炉1内的煤灰进行清理，从而保持炉内有足够的转化反应空间。

通过锁渣球阀可以控制进灰口42的开启和关闭，从而使煤灰分离室15内的煤灰积累到一定量后开启进灰口42，使煤灰排入集灰排灰结构4，这样既可以及时拍走转化炉1内的煤灰，又可以避免一直开启进灰口42时导致炉内热量流失。

如图1和图3所示，在上述实施例基础之上，进一步地，集灰罐41上还设置有冲洗水进口44以及灰水出口45；冲洗水进口44与灰水出口45处均设置有阀门。

本实施例中，冲洗水进口44与灰水出口45均设置自动启动阀门控制，使得集灰排灰结构4同时具备干法排灰与湿法排灰两种功能，提高该装置的实用性和灵活性。

图4为本实用新型实施例提供的煤制气制备系统的结构示意图。如图4所示，在上述实施例基础之上，进一步地，本实用新型还提供一种煤制气制备系统，包括煤制气气化炉100以及本实用新型提供的煤制气二次转化装置200，煤制气气化炉100上设置有煤制气出口，煤制气进口11与煤制气出口连通。

本实施例提供的煤制气制备系统，在煤制气气化炉100的煤制气出气口处连通转化炉1，则可使的制得的煤制气中夹带的未被反应的煤粉、煤焦油、苯烯烃等有机物在转化炉1内燃烧，同时甲烷转化为一氧化碳和氢气，从而清除了气体中煤粉、焦油、烯烃类有机物，降低气体中甲烷含量。有利于煤制气制备系统产能与环保，解决了现有技术，尤其是固定床技术中污水严重且难以处理的问题；解决了煤制气中大量甲烷气体存在而严重影响系统产能和能耗的问题，增加固定床加压气化系统的有效气体转化率。使得煤气化技术实现了洁净煤气化、节能减排、环境友好，有着极好的产业化前景和广泛的社会效益。

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。