气化炉及气化系统的制作方法

本公开涉及煤炭气化技术领域，尤其涉及一种气化炉及气化系统。

背景技术：

在煤气化技术领域，煤催化气化技术是以甲烷为目标产品的先进的第三代煤气化技术，其反应器为流化床气化炉，技术原理是在多功能催化剂作用下，煤和气化介质在一个反应器内同时发生煤气化、变换和甲烷化等反应。

煤催化气化的原料煤进入气化炉后，经历以下过程：首先，发生煤的热解反应，热解产物为ch4、co、h2和co2等气体产物、半焦和高附加值的焦油。其次，热解后的半焦再进行气化、变换和甲烷化反应，合成甲烷和合成气等气体产品。最后，半焦气化反应后的低活性的顽固碳进入富氧区和氧气发生燃烧反应，提高总碳转化率，同时为系统提供热量。

上述热解、气化和燃烧反应的温度和气氛等条件各不相同，对产物的组成影响较大。其中，热解反应温度最低，燃烧反应温度最高。现有技术的气化炉中，由于炉内返混剧烈，气化炉内物料和气化剂间的传热速度快，造成气化炉内温度分布均匀，温差较小，达不到各个反应的最佳反应温度，不利于产品的生成。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种气化炉及气化系统。

本公开提供了气化炉，包括炉体，所述炉体包括依次设置的热解段、气化段和燃烧段；其中，

所述热解段背离所述气化段的一端设置有第一进料口和第一出气口，所述热解段靠近所述气化段的一端设置有第二出气口；

所述气化段靠近所述燃烧段的一端设置有用于通入无氧气化剂的第一进气口；

所述燃烧段背离所述气化段的一端设置有用于通入有氧气化剂的第二进气口。

可选地，所述气化段靠近所述燃烧段的一端设置有第一分布板，所述第一分布板背离所述气化段的轴线的一侧与所述气化段的内壁之间形成第一气室，所述第一进气口设置于所述第一气室处。

可选地，所述燃烧段背离所述气化段的一端设置有第二分布板，所述第二分布板背离所述燃烧段的轴线的一侧与所述燃烧段的内壁之间形成第二气室，所述第二进气口设置于所述第二气室处。

可选地，所述热解段的直径大于所述气化段的直径。

可选地，所述气化段的直径大于所述燃烧段的直径。

本公开还提供了一种气化系统，包括上述气化炉。

可选地，还包括进煤装置，所述进煤装置与所述气化炉的第一进料口连接。

可选地，还包括除尘装置，所述除尘装置包括第二进料口、第三出气口和排渣口，所述气化炉的第一出气口和第二出气口均与所述第二进料口连接。

可选地，所述排渣口与所述气化炉的燃烧段连接。

可选地，还包括气化灰渣处理装置，所述气化灰渣处理装置与所述气化炉的燃烧段背离所述气化段的端部连接。

本公开实施例提供的气化炉中，原料煤经第一进料口进入至热解段中，进行热解反应，得到甲烷、一氧化碳、氢气以及二氧化碳等气体产物、半焦和高附加值的焦油，然后半焦进入至气化段中，无氧气化剂通过第一进气口进入至气化段中，使半焦与无氧气化剂发生反应，得到甲烷和合成气等气体产物以及含有碳的固体产物，在重力作用下，固体产物落入至燃烧段中，有氧气化剂通过第二进气口进入至有燃烧段中，固体产物与有氧气化剂发生反应，得到了气体产物以及残渣。

在上述反应过程中，燃烧段中的有氧反应为放热反应，产生较多热量，使得燃烧段的温度较高，燃烧段中反应生成的高温气体运动至气化段中，可为气化段的反应提供反应所需的热量。

随着反应的进行，气化段中的高温气体进入至热解段中，由于第一出气口设置在热解段远离气化段的一端，第二出气口设置在热解段靠近气化段的一端，通过打开第一出气口，使气化段的高温气体流经热解段，然后由第一出气口排出，以提高热解段中的温度，达到热解的最佳反应温度。通过打开第二出气口，可将热解段靠近气化段的一端的高温气体排出，以减少高温气体进入至热解段中的量。通过调节第一出气口和第二出气口的排气量，可有效控制热解段中高温气体的体积，实现热解段内的温度控制，从而实现了气化炉内的阶梯式温度分布，使热解段内的反应温度、气化段内的反应温度以及燃烧段内的反应温度均在最佳反应温度范围内，从而缩短了气化炉内的反应时间，提高了焦油产率以及甲烷和碳的转化率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述气化系统的结构示意图。

其中，10-气化炉；1-炉体；11-热解段；12-气化段；13-燃烧段；14-第一进料口；15-第一出气口；16-第二出气口；17-第一进气口；18-第二进气口；2-第一分布板；3-第一气室；4-第二分布板；5-第二气室；20-进煤装置；30-除尘装置；301-第二进料口；302-第三出气口；303-排渣口；40-气化灰渣处理装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

煤催化气化反应中，热解、气化和燃烧反应的温度和气氛等条件各不相同。现有技术中的气化炉中，由于炉内返混剧烈，气化炉内物料和气化剂间的传热速度快，造成气化炉内温度分布均匀，温差较小，达不到各个反应的最佳反应温度，不利于产品的生成。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种气化炉及气化系统，能够解决上述技术问题。

图1为气化系统的结构示意图。如图1所示，气化炉10，包括炉体1，炉体1包括依次设置的热解段11、气化段12和燃烧段13；其中，热解段11背离气化段12的一端设置有第一进料口14和第一出气口15，热解段11靠近气化段12的一端设置有第二出气口16；气化段12靠近燃烧段13的一端设置有用于通入无氧气化剂的第一进气口17；燃烧段13背离气化段12的一端设置有用于通入有氧气化剂的第二进气口18。

本公开实施例提供的气化炉10中，原料煤经第一进料口14进入至热解段11中，进行热解反应，得到甲烷、一氧化碳、氢气以及二氧化碳等气体产物、半焦和高附加值的焦油，然后半焦进入至气化段12中，无氧气化剂通过第一进气口17进入至气化段12中，使半焦与无氧气化剂发生反应，得到甲烷和合成气等气体产物以及含有碳的固体产物，在重力作用下，固体产物落入至燃烧段13中，有氧气化剂通过第二进气口18进入至燃烧段13中，固体产物与有氧气化剂发生反应，得到了气体产物以及残渣。

在上述反应过程中，燃烧段13中的有氧反应为放热反应，产生较多热量，使得燃烧段13的温度较高，燃烧段13中反应生成的高温气体运动至气化段12中，可为气化段12的反应提供反应所需的热量。

随着反应的进行，气化段12中的高温气体进入至热解段11中，由于第一出气口15设置在热解段11远离气化段12的一端，第二出气口16设置在热解段11靠近气化段12的一端，通过打开第一出气口15，使气化段12产生的高温气体流经热解段11，然后由第一出气口15排出，以提高热解段11中反应的温度。通过打开第二出气口16，可将热解段11靠近气化段12的一端的高温气体排出，以减少高温气体进入至热解段11中的量。通过调节第一出气口15和第二出气口16的排气量，可有效控制热解段11中高温气体的体积，实现热解段11内的温度控制，从而实现了气化炉10内的阶梯式温度分布，使热解段11内的反应温度、气化段12内的反应温度以及燃烧段13内的反应温度均在最佳反应温度范围内，从而缩短了气化炉10内的反应时间，提高了焦油产率以及甲烷和碳的转化率。

上述第二进气口18通入燃烧段13的有氧气化剂为水蒸气和氧气的混合物，固体产物在燃烧段13中，与水蒸气发生气化反应，同时与氧气发生燃烧反应，燃烧反应产生热量，为固体产物与水蒸气的气化反应提供反应所需热量。

上述第一进气口17通入的无氧气化剂为氢气和一氧化碳的混合气体，燃烧段13中水蒸气与固体产物中的碳气化反应生成一氧化碳和氢气，进入到气化段12中，与第一进气口17通入的无氧气化剂混合，共同作用于气化段12中的半焦，使半焦发生气化反应生成合成气，同时合成气发生甲烷化反应生成甲烷。

具体地，气化段12靠近燃烧段13的一端设置有第一分布板2，第一分布板2背离气化段12的轴线的一侧与气化段12的内壁之间形成第一气室3，第一进气口17设置于第一气室3处。

无氧气化剂通过第一进气口17进入至第一气室3中，并在第一气室3中扩散，使无氧气化剂在第一气室3中稳流稳压并混合均匀，然后通过第一分布板2，使无氧气化剂均匀进入气化段12中，从而使得气化段12中的氧化剂均匀分布，有利于半焦与气化剂充分接触反应。

具体地，燃烧段13背离气化段12的一端设置有第二分布板4，第二分布板4背离燃烧段13的轴线的一侧与燃烧段13的内壁之间形成第二气室5，第二进气口18设置于第二气室5处。

有氧气化剂通过第二进气口18进入至第二气室5中，并在第二气室5中扩散，使有氧气化剂在第二气室5中稳流稳压，然后通过第二分布板4，使无氧气化剂均匀进入燃烧段13中，从而使得燃烧段13中的氧化剂均匀分布，有利于固体产物与气化剂充分接触反应。

在一些实施例中，有氧气化剂以高速经第二进气口18进入燃烧段13，与固体产物中的碳发生快速燃烧和气化反应，较高的气速可保证燃烧段13内以大流化数运行，有效防止燃烧放热造成结渣。

在一些实施例中，热解段11的直径大于气化段12的直径，气化段12的直径大于燃烧段13的直径。

由于气化段12的直径大于燃烧段13的直径，燃烧段13中的气体进入至气化段12中时，气速降低，从而延长气固接触时间，保证气化反应的完全进行。

由于热解段11的直径大于气化段12的直径，气化段12中的气体进入至热解段11中时，气速降低，使得热解段11中的粉尘具有充足的时间进行沉降，以防止粉尘被气化炉10内的气体产物带出气化炉10。

本公开还提供了一种气化系统，包括上述气化炉10。

在一些实施例中，还包括进煤装置20，进煤装置20与气化炉10的第一进料口14连接。

上述进煤装置20用于提供煤粉，煤粉中可含有催化剂也可不含催化剂，进煤装置20与气化炉10的第一进料口14连接，使煤粉通过第一进料口14进入至热解段11中，对煤粉进行热解处理。

在一些实施例中，还包括除尘装置30，除尘装置30包括第二进料口301、第三出气口302和排渣口303，气化炉10的第一出气口15和第二出气口16均与第二进料口301连接。

煤粉在上述气化炉10中进行反应，生成了气体产物，气体产物通过第一出气口15和第二出气口16排出气化炉10，在气体产物排出气化炉10时夹带有颗粒，通过将第一出气口15和第二出气口16与除尘装置30的第二进料口301连接，将气化炉10排出的气体通入至除尘装置30中，进行气固分离，分离得到的气体通过除尘装置30的第三出气口302排出，得到的固体物质通过排渣口303排出除尘装置30。

为了减少碳的浪费，将除尘装置30的排渣口303与气化炉10的燃烧段13连接，使除尘装置30中分离出的固体物质进入至燃烧段13中进行燃烧反应，实现碳的转化。

在一些实施例中，气化系统还包括气化灰渣处理装置40，气化灰渣处理装置40与气化炉10的燃烧段13背离气化段12的端部连接。

气化炉10中设置有排渣通道，本实施例中排渣通道设置在燃烧段13远离气化段12的一端，上述气化灰渣处理装置40与气化炉10的排渣通道连接，用于将气化炉10中产生的灰渣进行处理，以回收催化剂并将灰渣中的碳进行转化，以进一步提高碳的转化率。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。