一种用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器的制作方法

本申请属于流化床气化技术领域，具体涉及一种用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器。

背景技术：

我国的能源结构是多煤少油，因此，采用煤基为原料生产化工产品，降低国家对石油的依赖，提高能源安全有至关重要的作用，而煤制气是实现煤基化工的重要技术依托。

迄今为止，国内外已经有大量的不同流派的煤气化反应器。按照反应时间以及反应强度，煤气化反应器分为固定床反应器、气流床反应器以及流化床反应器。

固定床反应器主要以鲁奇炉为代表，需要采用优质块煤或者化工焦为原料，煤从炉顶加入，气化剂从炉底加入，固体煤块相对位置一般不发生变化。这项技术历史悠久，技术成熟，但单炉能力小，焦油、酚类等副产物多，煤种适应性差，特别是随着国内机械化采煤的普及，块煤价格居高不下，不利于固定床反应器的大面积推广。

气流床反应器主要有粉煤加压气化技术和水煤浆气化技术。煤粉或者煤浆通过加料装置进入反应器内，瞬间发生并流式燃烧和气化反应。该技术单炉能力大，副产物少，且煤种适应性强，是当今国内外，特别是大型煤化工装置上采用的主流煤气化技术。从理论上讲，气流床反应器可以气化所有煤种，但是受制于工程问题以及经济性问题，气流床反应器几乎不适用于气化诸如高灰，低成浆性的煤种。由于对煤的水分、灰熔点、灰分及灰焦渣特性等有着严格要求，目前气流床反应器比较适宜的气化煤种是以神府煤为代表的长焰煤，这也限制了气流床反应器应用范围。

流化床反应器采用流态化的原理和技术，使煤颗粒通过气化剂达到流态化，实现煤的干馏、裂解、燃烧、气化等过程，该技术的优点是煤种适应性强，特别适用劣质煤种的气化。

我国的动力煤以及劣质无烟煤占比非常大，这部分煤灰分大，活性差，不适用于固定床反应器和气流床反应器。因此对于煤种适应性更广的流化床反应器有其广阔的生存空间，但流化床反应器的理论更加复杂，操作难度更大，目前工业化的流化床反应器也主要是以气化高活性的褐煤、长焰煤，对于气化高灰分、低活性烟煤的实例尚较少。

对于气化高灰分、低活性烟煤而言，流化床反应器还存在以下问题：其一，气化剂分布板极易漏灰，导致气室内积灰，影响了气化剂布气效果，给设备带来了安全隐患；其二，下渣口排灰强度非常大，目前排渣管与气化剂射流管两位一体的结构极易造成排渣管、射流管、分级器的腐蚀磨损，造成装置停车，严重影响了流化床反应器的长周期稳定运行时间。

申请号为201621065426.6的中国实用新型专利，公开了高效强聚低循环倍率的流化床气化炉，其采用一级加二级旋风分离器捕集飞灰，捕集的高温飞灰通过喷射器送入气化炉。飞灰在喷射进入气化炉的过程中，没有通入氧气，使得焦粉与氧化剂的有效反应时间并没有增加；另外这种方法结构复杂，投资较大；机械阀在高温工况下极易失效；气化剂射流入口是从气体分布板锥部侧面引入，这种结构会造成床层内灰渣扰动，使得反应器下渣不畅，并造成气室内漏料。这种结构型式不适用于高灰分、低活性等劣质煤种的气化。

申请号为201610767277.6的中国发明专利，其公开了具有固体颗粒排放及分类装置的反应器主体，其提供了一种干法排渣方式，包括与分布板窄口端连接的文丘里管、中心管和分级器，文丘里管里侧包围有中心射流管。采用这种结构，在处理高灰分劣质煤时发现，由于大量灰渣的存在，分级器极易与分布板脱落，文丘里管与中心射流管极易破损，导致反应器无法长周期稳定运行；另外，采用这种结构，排渣管无法通入氧气，灰渣中的残碳与氧气燃烧产生的高温环境会加快中心射流管和文丘里管的磨损。

申请号为201080025126.4的进入中国国家阶段的pct发明专利，其公开了了一种反应器主体的回料阀，包含一种含有水平段的loopseal阀(回料控制阀)和引射器。但实际运行时发现，loopseal阀底部极易被料腿剥落的浇注料堵塞，造成气流不畅，料腿停车，进而使得整个高温旋风系统停止工作，使得高温焦粉气化团聚效果大大降低。

申请号为201510955969.9的中国发明专利，其公开了一种高灰分无烟煤的催化气化方法，其主要是对高灰分无烟煤精细预处理，将含有次氯酸根的水溶液、含氟酸和高灰分无烟煤混合，以降低煤中的氧化铝含量和氧化硅含量，增加高灰分无烟煤中的含氧官能团含量。这种方法主要是采用化学方法对原料煤进行处理，对于大型煤化工装置来说，工作量较大。

为了解决气化高灰分、低活性劣质煤在上述工程方面出现的问题，本申请提出了一种可有效气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

一种用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器，所述流化床反应器包括：反应器主体，所述反应器主体内设有气体分布板，所述气体分布板将所述反应器主体分为密相区和气室两部分；其中，所述气体分布板上还设有气化剂射流管和排渣管；所述密相区的其中一位置设有粉煤入口。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述气化剂射流管和所述排渣管相互独立设置。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述气化剂射流管设置在所述气体分布板的中心位置并穿过所述反应器主体的壁面设置。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述排渣管偏离所述气体分布板的中心位置并穿过所述反应器主体的壁面设置，其中，所述排渣管的设置数量为至少一个。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述排渣管上还设有残碳燃烧烧嘴。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述气体分布板为倒锥形结构，其中，该倒锥形结构上设有若干开孔。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述开孔采用套管型结构。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述气室还设有n个分隔板，其中，n≥1，所述分隔板将所述气室分隔为n+1个的子气室。

进一步地，上述的流化床反应器，当n＝1时，所述分隔板将所述气室分隔为第一子气室和第二子气室，其中，所述第一子气室内设有第一气体分配器，所述第二子气室内设有第二气体分配器。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述第一气体分配器为环形管结构，用于将蒸汽等通入所述第一子气室内；所述第二气体分配器亦为环形管结构，用于将蒸汽等通入所述第二子气室内。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，还包括旋风分离器，所述旋风分离器通过高温管道与所述反应器主体连接，所述旋风分离器的上部设置有粗煤气出气口，所述旋风分离器的下部通过料腿与连通斜管连接，其中，所述连通斜管与所述密相区连通设置。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述连通斜管上设置有蒸汽引射器。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述连通斜管上还设有蒸汽氧气焦粉燃烧喷嘴。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述气化剂射流管的直径大于等于φ100mm，优选地，所述气化剂射流管的直径为φ100mm～φ600mm。

进一步地，上述的流化床反应器，其中，所述密相区的直径大于等于φ1000mm，优选地，所述密相区的直径为φ1000mm～φ6000mm，所述反应器主体的操作压力从0.1mpa(g)～6.5mpa(g)。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请通过独立设置的气化剂射流管和排渣管，提高了对高灰分煤的适应性；同时设置排渣和循环焦粉的残碳燃烧烧嘴，极大提高了低活性劣质煤的碳转化率，实现了对低活性劣质煤的高效气化：气室内设置气体分配器，保证气室内气化剂分布均匀，压差稳定，保证密相段氧浓度稳定，避免了气室内漏粉；本申请中独立于高温排渣管设置的气化剂射流管，使得制造周期缩短，节省了投资，检修更换更加便捷；在气化高灰分劣质煤时，避免了大量高硬度的高温灰渣与气化剂射流管的直接接触，减少了高温磨损，气化剂射流管大幅度缩短后，减少了中心射流管端部自由摆动的幅度，使得气化剂射流管的使用寿命大大延长。

本申请中设置带残碳燃烧烧嘴的独立排渣管，在气化低活性无烟煤时，可以适当通入氧气，促进煤渣中的残碳进一步燃烧，提高了流化床反应器的碳转化率，使得流化床反应器的煤种适应性进一步宽泛。

本申请中连通斜管上设置的蒸汽氧气焦粉燃烧烧嘴，强化了循环焦粉在高温下的二次燃烧反应，提高了焦粉的二次团聚率以及原煤的转化率，减少了反应器的循环倍率，相应提高了流化床反应器的气化强度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器实施例一的结构示意图；

图2：本申请用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器实施例二的结构示意图。

图中：1-反应器主体，2-旋风分离器，3-第一气体分配器，4-气室，5-排渣管，6-粉煤入口，7-气化剂射流管，8-稀相区，9-气体分布板，10-连通斜管，11-密相区，12-蒸汽引射器，13-料腿，14-高温管道，15-蒸汽氧气焦粉燃烧喷嘴，16-残碳燃烧烧嘴，17-分隔板，18-第二子气室，19-第二气体分配器，20-第一子气室。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

实施例一

如图1所示，本实施例用于气化高灰分、低活性劣质煤的流化床反应器，包括：反应器主体1，所述反应器主体1内设有气体分布板9，所述气体分布板9将所述反应器主体1分为密相区11和气室4两部分；其中，所述气体分布板9上还设有气化剂射流管7和排渣管5；所述密相区11的其中一位置设有粉煤入口6。

在本实施例中，选择所述密相区11的一合适位置设置有粉煤入口6(如图1所示)。根据进煤量大小，优选地，可以设置2～3个粉煤入口6。其中，粉煤可采用气力输送装置，通过粉煤入口6进入密相区11。

其中，所述密相区11的直径大于等于φ1000mm，优选地，所述密相区11的直径为φ1000mm～φ6000mm，所述流化床反应器的操作压力从0.1mpa(g)～6.5mpa(g)。

在所述反应器主体1内部还设有稀相区8，所述稀相区8通过扩大段与所述密相区连通设置。气化反应过程中，由于气泡的崩破，把固体颗粒抛入上层空间，这样在密相区11的上方就形成了一个颗粒密度随高度上升而逐渐降低的稀相区8，稀相区8通常为用于分离夹带颗粒的区域。

进一步地，在本实施例中，所述气化剂射流管7和所述排渣管5相互独立设置。本实施例通过独立设置气化剂射流管7和排渣管5，提高了对高灰分煤的适应性；进一步地，所述排渣管5上还设有残碳燃烧烧嘴16，上述同时设置排渣和循环焦粉的残碳燃烧烧嘴16，极大提高了低活性劣质煤的碳转化率，实现了对低活性劣质煤的高效气化。

在本实施例中，所述气体分布板9的窄口部取消了结构复杂、造价昂贵、容易磨损的文丘里排渣管5内套中心管的复杂结构，取而代之的是在气体分布板9正下部中心位置设置独立于高温排渣管5的气化剂射流管7，该结构简单耐磨，制造周期缩短，节省了投资，检修更换便捷。其中，所述排渣管5上还设置有残碳燃烧烧嘴16，可根据灰渣残碳含量的高低，决定是否需要往排渣管5内通入氧气。一般来说，对于传统的文丘里管与中心管一体式的排渣方式无法往排渣管内通入氧气，残碳燃烧产生的热量会导致气化剂喷射管烧穿，这也是传统流化床反应器无法气化低活性煤炭的原因。

所述气化剂射流管7设置在所述气体分布板9的中心位置并穿过所述反应器主体1的壁面设置。其中，所述气化剂射流管7在气体分布板9中心位置设置，减少了与高温灰渣的接触，大大提高了气化剂射流管7的使用周期，本实施例通过调节射流管直径与气化剂流量，可以保证反应器主体1具有高效的中心射流区，使得密相区11保持完全返混、稳定的流化状态。

在本实施例中，所述气化剂射流管7的直径大于等于φ100mm，优选地，所述气化剂射流管7的直径为φ100mm～φ600mm。

所述排渣管5偏离所述气体分布板9的中心位置并穿过所述反应器主体1的壁面设置，其中，所述排渣管5的设置数量为至少一个。优选地，在本实施例中，所述排渣管5的设置数量为2个，其中，所述排渣管5距离中心部位置1/3处对称分布。当然，上述仅仅示意了其中一种可实现的设置数量，具体应用时，本领域技术人员可以根据实际需要，对排渣管5的设置数量进行适当增减，上述具体设置数量的公开，并不对本申请的保护范围进行限定。

所述气体分布板9为倒锥形结构，其中，该倒锥形结构上设有若干开孔，用于维持密相区11与气室4的差压稳定。

进一步地，所述开孔采用套管型结构，气体夹带的粉尘不会直接作用在所述气体分布板9上，该设置方式延长了气体分布板9的使用寿命，增加了整个反应器操作的稳定性。

所述气室4内设有第一气体分配器3。其中，所述第一气体分配器3为环形管结构，用于将蒸汽等通入所述气室4内，蒸汽等气化剂通过第一气体分配器3进入气室4后，再通过气体分布板9进入密相区11；上述第一气体分配器3采用环形管结构，可保证气室4内气化剂分布均匀和密相段氧浓度稳定，避免气室4内漏粉。

本实施例还包括旋风分离器2，所述旋风分离器2通过高温管道14与所述反应器主体1连接，所述旋风分离器2的上部设置有粗煤气出气口，所述旋风分离器2的下部通过料腿13与连通斜管10连接，其中，所述连通斜管10与所述密相区11连通设置。

进一步地，所述连通斜管10上设置有蒸汽引射器12，所述连通斜管10上还设有蒸汽氧气焦粉燃烧喷嘴15。

在本实施例中，所述旋风分离器2将捕集的高温低活性的热焦粉利用反吹蒸汽，经过连通斜管10全部吹送进入反应器主体1的密相区11；特别是气化低活性无烟煤时，借助蒸汽氧气焦粉燃烧喷嘴15，向连通斜管10通入氧气，增加了飞灰的二次燃烧效率，提高了飞灰团聚率和煤碳转化率，气化强度增加，节能效果显著。

另外，本实施例无需设置loopseal阀或机械阀，保证了料腿13返粉的通畅性，使得料腿13不容易堵塞，并解决了高温机械阀的磨损问题。本实施例可以通过调节蒸汽引射器12中反吹蒸汽的流量以及压力，用于精确调节料腿13返料的循环倍率，保证料腿13返料的通畅性，实现对低活性无烟煤更高效的灰团聚。根据高压流体的伯努利原理，当高压反吹蒸汽喷射进入连通斜管10时，由于其自身动能的损失，会在料腿13底部区域产生低压区，旋风分离器2下部的流化热焦粉依靠其自身的静压头被引入连通斜管10，连通斜管10内的热焦粉进而被反吹蒸汽产生的高压头喷入反应器主体1的高浓度富氧区域。

为了防止焦粉从料腿13下部倒流进入旋风分离器2，在料腿13上设置有压差计(图中未显示)，通过压差计控制反吹蒸汽调节阀，确保料腿13底部区域的低压区。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于，本实施例中，所述气室4内设有n个分隔板17，其中，n≥1，所述气室4被所述分隔板17分隔为n+1个子气室。

在本实施例中，以n＝1进行进一步解释说明，本领域技术人员能够在该实施例的基础上理解n＞1的具体实施方式。

如图2所示，所述气室4内设有1个分隔板17，所述气室4被分隔板17分为第一子气室20和第二子气室18。本实施例流化床反应器按照上下设置方式设有两个子气室，通过调节不同子气室气化剂流量以及氧气浓度，实现分布板上部区域煤焦颗粒的强烈返混，提高了碳转化率。

其中，所述第一子气室20内设有第一气体分配器3，所述第二子气室18内设有第二气体分配器19。所述第一气体分配器3和所述第二气体分配器19可保证气室4内气化剂分布均匀和密相段氧浓度稳定，避免气室4内漏粉。

进一步地，所述第一气体分配器3为环形管结构，用于将蒸汽等通入所述第一子气室20内；所述第二气体分配器19亦为环形管结构，用于将蒸汽等通入所述第二子气室18内。

本申请通过独立设置的气化剂射流管和排渣管，提高了对高灰分煤的适应性；同时设置排渣和循环焦粉的残碳燃烧烧嘴，极大提高了低活性劣质煤的碳转化率，实现了对低活性劣质煤的高效气化；气室内设置气体分配器，保证气室内气化剂分布均匀，压差稳定，保证密相段氧浓度稳定，避免了气室内漏粉；本申请中独立于高温排渣管设置的气化剂射流管，使得制造周期缩短，节省了投资，检修更换更加便捷；在气化高灰分劣质煤时，避免了大量高硬度的高温灰渣与气化剂射流管的直接接触，减少了高温磨损，气化剂射流管大幅度缩短后，减少了中心射流管端部自由摆动的幅度，使得气化剂射流管的使用寿命大大延长；本申请中设置带残碳燃烧烧嘴的独立排渣管，在气化低活性无烟煤时，可以适当通入氧气，促进煤渣中的残碳进一步燃烧，提高了流化床反应器的碳转化率，使得流化床反应器的煤种适应性进一步宽泛；本申请中连通斜管上设置的蒸汽氧气焦粉燃烧烧嘴，强化了循环焦粉在高温下的二次燃烧反应，提高了焦粉的二次团聚率以及原煤的转化率，减少了反应器的循环倍率，相应提高了流化床反应器的气化强度。因此，本申请具有广阔的市场应用前景。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述某些部件，但这些部件不应仅仅被限于定于这些术语中。这些术语仅用来将各部件彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一某某部件也可以被称为第二某某部件，类似地，第二某某部件也可以被称为第一某某部件。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。