本实用新型涉及煤粉气化技术领域，具体而言，涉及一种双床气化装置。
背景技术：
煤加氢气化过程是在一定温度和压力下煤粉与过量氢气发生气化反应生成富甲烷的合成气、油品和半焦的过程。该半焦需要排到气化炉外的下一工序进行后续处理或利用。在半焦的利用方面，通常会将落入气化炉排焦区的高温高压半焦输送至半焦气化工段，通过半焦的水蒸气气化等反应，获得粗煤气，该粗煤气经净化后，再回用到煤加氢气化过程，或者用作甲烷化等其他反应。
现有技术中，一般采用机械阀门对高温高压半焦的输送进行控制，机械阀门频繁操作容易出现密封不良等问题，从而难以对高温高压半焦和高温气体产物的分离进行有效控制，进而会影响产物的热量回收效率；而如果采用将高温高压半焦经过炉内或炉外换热冷却后再输送至半焦气化工段，可以避免机械阀门出现密封不良的问题，提高产物的热量回收效率，但该过程中煤加氢气化产生的高温半焦需要经冷却，再升温气化，过程复杂，能耗大。
技术实现要素：
鉴于此，本实用新型提出了一种双床气化装置，旨在解决现有煤加氢气化过程复杂能耗大的问题。
本实用新型提出了一种双床气化装置，该双床气化装置包括：煤粉气化室，用于使煤粉加氢气化；设置于所述煤粉气化室下方且与其相连通的半焦缓冲室，用于减缓所述煤粉气化室内煤加氢气化反应产生的半焦的下料速度以分离所述半焦中携带的富甲烷合成气；设置于所述半焦缓冲室下方且与其相连通的半焦气化室，用于使速度减缓的半焦与水蒸汽进行半焦气化反应。
进一步地，上述双床气化装置，所述半焦缓冲室包括：设置于所述煤粉气化室下方且与其相连通的扩大区，用于减缓所述煤粉气化室产生的半焦的下落速度；设置于所述扩大区下方且与其相连通的倒锥区，用于汇聚所述煤粉气化室内产生的半焦。
进一步地，上述双床气化装置，所述倒锥区设置有推气管道，用于通过导入气体推动所述倒锥区内的半焦下落至所述半焦气化室内。
进一步地，上述双床气化装置，所述推气管道的上方设置有返料管道，用于输入所述富甲烷合成气净化后分离的半焦。
进一步地，上述双床气化装置，所述返料管道与所述倒锥区外壁的连接位置为第一连接位置；所述推气管道与所述倒锥区外壁的连接位置为第二连接位置；所述第一连接位置与所述第二连接位置之间间隔预设距离。
进一步地，上述双床气化装置，所述倒锥区内壁与所述扩大区内壁之间的夹角为70~110°。
进一步地，上述双床气化装置，所述倒锥区为倒锥形结构，其锥角为60~120°。
进一步地，上述双床气化装置，所述半焦气化室的输入端设置有用于输入水蒸汽和氧气的环隙管道；所述半焦气化室通过半焦流通管道与所述半焦缓冲室相连通。
进一步地，上述双床气化装置，所述环隙管道和所述半焦流通管道通过固定件固定至所述半焦气化室的输入端。
进一步地，上述双床气化装置，所述环隙管道和所述半焦流通管道呈夹角设置。
本实用新型提供的双床气化装置，通过在煤粉气化室下方设置半焦缓冲室，用以减缓半焦的下料速度以分离煤粉气化室内煤加氢气化反应产生的半焦中携带的富甲烷合成气，以使煤加氢气化产生的高温半焦直接输送至半焦气化室内，进而充分利用半焦自身的热量，减少达到半焦气化反应温度而消耗的燃料，从而降低半焦气化的成本，提高半焦的热效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型实施例提供的双床气化装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参见图1，其为本实用新型实施例提供的双床气化装置的结构示意图，该双床气化装置包括：煤粉气化室a、半焦缓冲室b和半焦气化室c；其中，煤粉气化室a用于使煤粉加氢气化。
具体而言，本领域所熟知的是，双床气化装置设置有壳体1，壳体1的形状和直径大小可以根据实际情况进行选择；壳体1内自上而下依次设置有煤粉气化室a、半焦缓冲室b和半焦气化室c，以便完成煤粉和半焦的气化反应；壳体1的顶部设置有用于向煤粉气化室a输送煤粉的煤粉管道2，煤粉管道2的外围设置有用于输入煤加氢气化反应所需气化剂的若干个含氢气体环氧管道3，该管道中的气体包括：含氢气体和氧气。煤粉通过煤粉喷嘴11，由壳体1的顶部喷入煤粉气化区a中，与通过外围多个含氢气体环氧喷嘴3输入的含氢气体和氧气碰撞混合，部分含氢气体和氧气燃烧后提供大量热，将剩余的含氢气体加热到温度为800~1000℃，促使进入煤粉气化区a内的煤粉与含氢气体发生气化反应，反应温度为800~1000℃，反应压力5~10MPa，反应后生成富甲烷合成气和高温半焦，其中富甲烷合成气主要是甲烷、过量氢气和气相芳烃油品的混合气。
煤粉气化室a内设置有激冷层d，用于对煤粉气化室a内的富甲烷合成气进行冷却。
具体而言，激冷层d设置于煤粉气化室a的底部；激冷层d可以是激冷环4环绕形成的区域，本实施例对激冷层d的结构不做限定；激冷介质可以通过壳体1上设置的激冷介质入口管道5输入至激冷环4内并喷出以对煤粉气化室a内的富甲烷合成气进行冷却，激冷介质进行冷却后可通过壳体1上设置的激冷介质出口管道6输出；其中，激冷介质为激冷液或激冷气。煤粉气化反应产生的富甲烷合成气经激冷环4喷出的激冷介质冷却降温到600-700℃后，通过壳体1于煤粉气化室a和半焦缓冲室b之间设置的富甲烷合成气出口管道17输出至后系统净化处理系统进行净化处理。
半焦缓冲室b设置于煤粉气化室a的下方且与煤粉气化室a相连通，用于减缓半焦的下料速度以分离煤粉气化室a内煤加氢气化反应产生的半焦中携带的富甲烷合成气。
具体而言，煤粉气化室a内煤加氢气化反应所产生的大部分高温（800-1000℃）半焦在自身重力作用下进入半焦缓冲室b内，由于高温半焦中携带有富甲烷合成气，经半焦缓冲室b降低半焦下落的气速以减少半焦中携带的合成气量，进而更好实现半焦和富甲烷合成气的分离。
半焦气化室c设置于半焦缓冲室b下方且与半焦缓冲室b相连通，用于使速度减缓的半焦与水蒸汽进行半焦气化反应。
具体而言，半焦气化室c的输入端（如图1所示的上端）通过半焦流通管道8与半焦缓冲室b相连通，经半焦缓冲室b速度减缓的半焦通过半焦流通管道8输送至半焦气化室c内；壳体1在半焦气化室c的输入端设置有用于向半焦气化室c输送水蒸汽和氧气的环隙管道7；环隙管道7中含有水蒸气输送管道和氧气输送管道，氧气输送管道位于水蒸气输送管道内部，水蒸气气流环绕在氧气输送管道外部四周的环隙内，以加强水蒸汽对氧气管的保护作用，同时，水蒸汽作为主要的反应气，与半焦发生以碳水反应为主的半焦气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主的合成气，伴有少量甲烷及二氧化碳气体；优选地，环隙管道7的数量为两个或三个；进一步优选地，环隙管道7对称设置在半焦流通管道8的周边，环隙管道7的最底端与半焦流通管道8的最底端在同一水平面上，以便于半焦与水蒸汽、氧气混合均匀；为进一步提高半焦与水蒸汽、氧气混合均匀度，环隙管道7和半焦流通管道8呈夹角设置；进一步优选地，环隙管道7与半焦流通管道8延长线所夹设的夹角D优选40~65°，保证半焦与水蒸汽、氧气能够交叉对撞、混合均匀以迅速升温并发生气化反应，减少高温气体回流对管道出口的烧蚀，防止偏烧而导致局部温度过高损坏壳体1的内壁或局部温度过低而降低反应效率。为了加强带压管道即环隙管道7和半焦流通管道8的稳固性能，环隙管道7和半焦流通管道8通过固定件9固定至半焦气化室c的输入端；优选地，半焦流通管道7、环隙管道8的最底端距离该固定件9底端的垂直距离为20~40cm，以保证管道出口的气、固物料的流动方向和碰撞效果。
半焦气化室c内设置有激冷层e，用于对半焦气化室c内产生的合成气进行冷却。
具体而言，激冷层e设置于半焦气化室c的中间位置；激冷层e可以是激冷环10环绕形成的区域，本实施例对激冷层e的结构不做限定；激冷介质可以通过壳体1上设置的激冷介质入口管道11输入至激冷环10内并喷出以对半焦气化室c内的合成气进行冷却，激冷介质进行冷却后可通过壳体1上设置的激冷介质出口管道12输出；其中，激冷介质为激冷液或激冷气。半焦气化反应后所得的以氢气和一氧化碳为主的合成气，经过激冷环10喷出的激冷液或激冷气冷却降温到600-700℃后，通过半焦气化的合成气出口管道13进入其后系统净化处理系统；为提高半焦气化所得合成气的利用价值以提高半焦的利用价值，经过后系统净化处理后的洁净的氢气和一氧化碳合成气可以用于如下3种用途：分离出以氢气为主要组成的含氢气体，用于煤加氢气化的原料气；直接用于合成甲烷；直接用于合成低碳醇化学品。
半焦气化室c的输出部呈倒锤形设置，用于减小半焦气化反应产生的熔渣下落的流动阻力。
具体而言，半焦水蒸汽进行半焦气化后剩余的灰渣在高温下会形成熔渣，经过激冷环1喷出的激冷液或激冷气冷却降温后，落入半焦气化区c的输出部（如图1所示的底部），通过设置于半焦气化区c底部的熔渣出口管道14排出壳体外，以便后续进一步处理；为便于熔渣的顺利流出，优选地，半焦气化区c的输出部呈倒锥形设置，用于减小半焦气化反应产生的熔渣下落的流动阻力；进一步优选地，半焦气化区c输出部的倒锥形锥角E为60~120°。
显然可以得到的是，本实施例提供的双床气化装置，通过煤粉气化室a，用于进行煤加氢气化反应；通过在煤粉气化室a下方设置的半焦缓冲室b，用以减缓半焦的下料速度以分离煤粉气化室a内煤加氢气化反应产生的半焦中携带的富甲烷合成气，同时使得半焦的下料速度满足设计需求，以便与半焦气化室c内输入的水蒸汽相适配，避免半焦的下料速度过大致使半焦自身热量利用率低，进而减少在半焦气化室c内达到半焦气化反应温度而消耗的燃料；通过设置于半焦缓冲室b下方的半焦气化室c，用于使速度减缓的半焦与水蒸汽进行半焦气化反应，充分利用半焦自身的热量，减少达到半焦气化反应温度而消耗的燃料，降低半焦气化的成本，提高了半焦的热效率。
继续参见图1，半焦缓冲室b包括：扩大区b1和倒锥区b2；其中，扩大区b1设置于煤粉气化室a的下方且与煤粉气化室a相连通，用于通过扩大煤粉气化室a产生的半焦的下落空间减缓其下落速度。
具体而言，煤粉气化室a内激冷层d的下方，沿激冷环4底部向下和向外对称延伸形成扩大区b1，以便扩大半焦下落的空间以降低半焦下落的气速，进而减少半焦中携带的合成气量，从而更好地实现半焦和富甲烷合成气的分离。
倒锥区b2设置于扩大区b1的下方且与扩大区b1相连通，用于汇聚煤粉气化室a输出的半焦。
具体而言，倒锥区b2为倒锥形结构；优选地，倒锥区b2的锥角A为60~120°，减少半焦向下的流动阻力，防止半焦在半焦缓冲室b内滞留，便于半焦自由流动到倒锥区b2锥底并通过位于半焦缓冲室b底部中心的半焦流通管道8进入半焦气化区c参与气化反应；倒锥区b2内壁与扩大区b1内壁之间的夹角F即倒锥区b2的上部与扩大区b1远离激冷环4的一端之间的夹角F为70~110°，防止夹角太小可能造成在夹角内形成半焦滞留区的问题，同时也避免因夹角太大而带来的倒锥区b2的器壁长度过长即半焦区体积过大，导致半焦在半焦缓冲室b内的停留时间变长，半焦缓冲室b内热量损失增大的问题。锥角A和夹角F的大小共同决定了半焦通过半焦缓冲室b进入半焦气化室c的流动速度，进而实现了对进入半焦气化室c的半焦量的控制。
倒锥区b2设置有推气管道16，用于通过导入气体推动倒锥区b2内的半焦下落至半焦气化室c内。
具体而言，推气管道16为2~3个，其沿倒锥区b2的周向均匀设置，以便进一步避免半焦的滞留；为进一步防止半焦停滞在半焦缓冲室b内，优选地，推气管道16和倒锥区b2的连接部与倒锥区的锥角处之间间隔20~40cm设置；进一步优选地，推气管道16和倒锥区b2外壁及壳体1的外壁之间所夹设的锐角B为20~40°，以推动半焦连续进入半焦流通管道8。
推气管道16的上方设置有返料管道15，用于输入富甲烷合成气净化后分离的半焦。
具体而言，后系统净化过程分离出的半焦及粉尘通过返料管道15进入半焦缓冲室b，与该收集区内的半焦一起参与到半焦气化过程，以减少半焦的损失，提高半焦气化的碳转化率；优选地，返料管道15与半焦缓冲室b的外壁即壳体1的外壁之间所夹设的夹角C为20~40°，返料管道15与倒锥区b2外壁即壳体1外壁的连接位置为第一连接位置，推气管道16与倒锥区b2外壁即壳体1外壁的连接位置为第二连接位置，第一连接位置与第二连接位置之间间隔预设距离；防止半焦缓冲室b内的半焦进入返料管道15而发生管道堵塞，进而保证后系统返料顺利进入半焦缓冲室b内；优选地，预设距离为50~70cm即返料管道15和壳体1的连接位置与推气管道16和壳体1的连接位置之间的垂直距离为50-70cm。
显然可以得到的是，本实施例提供的半焦缓冲室b，通过设置于煤粉气化区a的扩大区b1，降低半焦下落的气速，以减少半焦中携带的合成气量，进而更好地实现半焦和富甲烷合成气的分离；通过扩大区b1下方的倒锥区b2，减少半焦向下的流动阻力，防止半焦在半焦缓冲室b内滞留，便于半焦自由流动到倒锥区b2锥底并通过位于半焦缓冲室b底部中心的半焦流通管道8进入半焦气化区c参与气化反应，进而减少半焦在半焦缓冲室b内热量的损失，同时，实现了对进入半焦气化室c的半焦量的控制。进一步地，通过推气管道16以推动半焦的流动，进一步防止半焦在半焦缓冲室b内的滞留；通过返料管道15，将后系统净化过程分离出的半焦及粉尘输送至半焦缓冲室b内与该半焦缓冲室b内的半焦进行半焦气化反应，以减少半焦的损失，进而提高半焦气化的碳转化率。
请结合图1所示，本实施例提供的双床气化装置的工作过程为：含氢气体、氧气及煤粉由壳体1的顶部的含氢气体环氧管道3和煤粉管道2进入煤粉气化区a并碰撞混合，部分氢气和氧气燃烧提供反应所需要的热值，并促使气化区3内的煤加氢气化反应发生，反应温度为800-1000℃，反应压力5-10MPa，生成富甲烷合成气和高温半焦，富甲烷合成气经过激冷环4喷出的激冷液或激冷气冷却降温到600-700℃后，通过煤气化的富甲烷合成气出口管道17进入后系统净化处理系统；煤气化过程所产大部分高温半焦在自身重力作用下落入半焦缓冲区b，后系统净化过程分离出的半焦及粉尘通过返料管道15进入半焦缓冲区b，经过扩大区b1的降速和倒锥区b2减少半焦向下流动阻力后，通过半焦流通管道8进入半焦气化区c；作为半焦气化反应气的水蒸汽和用于燃烧供热的氧气通过环隙管道7进入半焦气化区c后与通过半焦流通管道8进入的半焦碰撞混合，结合高温半焦本身带有的一定热量以及氧气与部分半焦燃烧反应提供的热量，将半焦气化区c的温度提高到1400-1700℃，促进半焦的水蒸汽气化反应的进行；半焦水蒸汽气化后所得的以氢气和一氧化碳为主的合成气，经过激冷环10喷出的激冷液或激冷气冷却降温到600-700℃后，通过半焦气化的合成气出口管道13进入其后系统净化处理系统，半焦水蒸汽气化后剩余的灰渣在高温下会形成熔渣，经过激冷环10喷出的激冷液或激冷气冷却降温后，落入半焦气化区的底部通过熔渣出口管道14排出装置外以便进行进一步处理。
综上，本实施例提供的双床气化装置，通过煤粉气化室a，用于进行煤加氢气化反应；通过在煤粉气化室a下方设置的半焦缓冲室b，用以减缓半焦的下料速度以分离煤粉气化室a内煤加氢气化反应产生的半焦中携带的富甲烷合成气，同时使得半焦的下料速度满足设计需求，以便与半焦气化室c内输入的水蒸汽相适配，避免半焦的下料速度过大致使半焦自身热量利用率低，进而减少在半焦气化室c内达到半焦气化反应温度而消耗的燃料；通过设置于半焦缓冲室b下方的半焦气化室c，用于使速度减缓的半焦与水蒸汽进行半焦气化反应，充分利用半焦自身的热量，减少达到半焦气化反应温度而消耗的燃料，降低半焦气化的成本，提高了半焦的热效率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。