专利名称：一种从细碎的碳载体中制取粗煤气的设备的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种用压力气化方法从细碎的碳载体、特别是从细粒状的煤至粉末状的煤中制取粗煤气的设备。该设备有一个垂直反应器，反应器包括气化部分和辐射冷却器二部分，气流由下往上流经该反应器，该设备还有一个气流在其内是由上往下流过的垂直对流冷却装置，以及一个冷却连接管道，该连接管道位于反应器的顶端与对流冷却装置的顶端之间。其中，反应器具有一个呈管筒状的炉体，其下端是一个液态炉渣排出口，其上端是一个用来连接管道的缩口连接件。反应器使粗煤气产品在反应器内被冷却到足够的程度以便能夹带着呈微粒状的炉渣同时运行。在对流冷却装置的下端有一个排出口，粗煤气产品和与粗煤气同时运行的炉渣微粒由该排出口排出，在反应区的气化部分内，下面是第一级反应区，上面是第二级反应区，在一级反应区内主要进行产生CO2和H2O的反应，在第二级反应区内主要进行水气反应，产生出基本上由CO和H2组成的粗煤气。所生成的粗煤气是未经加工的气体产品，被净化后可以投入使用，例如可作为燃气轮机的燃料气体，也可以作为还原气体用于冶金学目的。关于压力气化的化学和物理过程，特别是有关煤的加压气化，可以从有关专业文献中得到指导。粗煤气气流在离开气化部分时所具有的温度是在1300℃至1700℃的范围内，粗煤气产品的温度一般在1400℃左右。当然，在整个过程中还包括供料、传送、排出，这些都设有相应的设备。
本发明是在已有的设备(EP0115094，EP0150533)的基础上提出的，在该已知的设备中，反应器中没有设置冷却隔墙或其它类似于隔墙的构件。本发明提出了隔墙的设置，特别值得指出的是，隔墙可一直伸延到气化部分。实际上，根据隔墙表面的状况冷却隔墙，能产生显著的致冷作用，同时对气化反应的吸热部分产生干扰。在先有技术中，为了保证在气化反应结束后，从气化部分出来的粗煤气能以大约1300℃至1700℃的温度进入辐射冷却器，需要在气化部分致冷，因而使其建筑高度比较高，这个高度大约为20m或高于20m。此外，可根据溶渣中间集料来计算出该建筑高度，即使煤气在受干扰的尺度内不与细颗粒炉渣同时运行，且能使主要呈液态的溶渣从气化部分排出。气化部分的建筑高度的限度按如下设计即要获得足够大的气化效率，并且使粗煤气产品与未气化的细碎的碳载体在受干扰的尺度内不同时运行。当采用已知的设备时，人们希望减少原气化部分的建筑高度，而不影响溶渣中间集料及气化效率，希望从粗煤气中除去过多的溶渣，并在干扰尺度内粗煤气不与未气化的碳载体同时运行。
本发明的任务是提供一种设备，这种设备能完成本文开始时所描述的目的和用途，且大体上具有本文开始时所说的结构，这种结构的气化部分的建筑高度可明显减少，且对气化效率和炉渣中间集料不存在明显的干扰影响，而且并不扩大气化部分的横截面。
为完成本发明的任务所采用的解决方案是在气化部分内，至少在第二级反应区内装有径向隔墙，这些隔墙用水冷却，隔墙的中间是一个敞开的区域，隔墙的表面装有销钉，并涂覆了一层耐火材料。
本发明采用了与普通建筑学所说的不同的方法，使所安装的上面所说的隔墙一直伸到气化部分内，从而实现减少气化部分的建筑高度而又不扩大横截面的目的。本发明发现，在气化部分装有冷却的隔墙，不会对热力关系引起明显的干扰，尤其是对反应过程。尽管气化部分的建筑高度明显减少，但所生成的粗煤气的温度仍可被冷却到1300℃至1700℃的范围内，且基本上在1400℃左右。这是因为，一方面，隔墙的中心区域是可自由流动的敞开的区域，另一方面，由于在该中心流动区域内含尘量高，隔墙的影响几乎还没有产生。装在气化部分内的隔墙用所述的方法涂覆着耐火材料。液态炉渣凝聚在这些墙上并顺着墙向下排出。对于改型后的构件的相互辐射作用来说，主要是那些挂在这些构件上并向下排出的熔渣的表面温度的辐射作用，这些炉渣的表面温度显然比隔墙的温度或隔墙内的冷却管的温度高。一般把径向隔墙之间的空间称为碳化室。对于所进行的反应来说，适当选择隔墙之间的距离，可使对在径向隔墙之间空间的中心部位，隔墙的致冷影响相对比较小，以致辐射效率不受其扰乱的影响。另一方面，隔墙设有迎流边缘并且其表面经过涂覆，故可促使炉渣排出加强，这样，当以相对比较大的流速运行时，尽管气化部分的建筑高度减少，但并不影响熔渣中间集料，而且在以后的部分也不会。当然，如隔墙的下端一直伸到第一个反应区内仍属于本发明的范畴，在那儿，隔墙可伸入炉渣之中。
按照本发明的最佳实施例，第二级反应区延伸到辐射冷却器的下面的部分内，并且，辐射冷却器的这一部分装有冷却用的径向隔墙，这些隔墙的中间区域是敞开区域，隔墙上装有销钉并涂覆了一层耐火材料，这样就能够大大减少建筑高度。此外，按照本发明的最佳实施例，人们可将从气化部分开始的径向隔墙一直延伸至辐射冷却器的上端部分，但可以只对在气化部分中以及辐射冷却器下面部分中属于第二级反应区的范围内的隔墙涂覆耐火材料。当上面所说的气体运行到沉淀池中，所沉淀的灰尘颗粒中碳含量较高的灰尘颗粒可以返回到气化部分，也就是燃烧器再次使用。尽管建筑高度降低，但因粗煤气与细颗粒的碳载体同时运行，以致仍然能保持较高的气化效率。
按照本发明的教导设计，气化部分的建筑高度可以减少一半或大于一半，辐射致冷器部分可这样来配备，即气化部分的高度大约是辐射致冷部分高度的0.4或0.5。把按照本发明的设备中的第二级反应区的高度与经典的、没有隔墙的第二级反应区作比较，本发明实施例所具有的高度仅为原高度的约0.2至0.8倍，如果把所述的措施结合下列进一步的措施一起实施，就能够基本改善企业的工作效率并减少能量的损失。进一步的措施是采用一种合适的结构布局反应器设有一围壁通道，该与粗煤气的扰动有关的围壁通道可作为匀速流体流动通道，在该通道中沿径向耸立着冷却隔墙，并装有可随时从外部供给冷却剂的装置，同时使该所设置的匀速流体流动通道作为使粗煤气冷却的辐射致冷器，以使粗煤气只通过辐射致冷就能足以与微粒炉渣同时运行。特别是，因不需对辐射冷却器从外部加入致冷剂，故可以不在辐射冷却器内安装急冷装置。根据本发明的最佳实施例，沿匀速流动通道中的流动方向上粗煤气的体积由于冷却而缩小，则匀速流动通道的截面积在该方向上也随之缩小。它作为辐射致冷器可使粗煤气产品从1000℃以上冷却到700℃左右。在本发明的实施例中，该匀速流体流动通道始于气化部分内紧靠近气化燃烧器的燃烧室上面。该匀速流体通道可设计成圆柱状截面的通道，并使其作为辐射冷却器使粗煤气产品的温度在连接管道入口处时已从1300℃降至1000℃左右，在用来连接连接管道的喷嘴状缩口的连接件附近和(或)在连接区，装有一个用于从外部加入冷却剂的急冷装置，且紧挨着连接管道的一段构件作为直接冷却段使粗煤气从1000℃降至700℃。在装有隔墙的匀速流体通道内流动的粗煤气的速度可在一个比较大的范围内，例如0.2至20m/秒范围内变化，调置匀速流体通道使粗煤气的流速小于1米/秒。
下面，结合附图用一个实施例来详细解释本发明。
图1示出了按照本发明构成的设备的侧面图。
图2示出了沿着图1中A-B线剖开的剖面图。
附图所描述的是一种用压力气化方法从细颗粒碳载体中制取粗煤气的设备，特别是从细颗粒的煤至粉末状的煤或某一种类似的燃料中来制取粗煤气产品的设备。其基本组件包括一个具有气化部分1和辐射冷却器2的垂直反应器，气流在其中从下向上流动，一个垂直对流冷却装置3，气流从上向下流经该装置。
一个位于在反应器1、2的顶端和对流冷却装置3的顶端之间的冷却连接管道4。
反应器1、2包括有若干个管道5，在其水平截面图上，它们基本上位于炉体6的周边处，且在其下端有一个液态炉渣排出口7，在其上端有一个用于连接连接管道4的缩口连接件8。
在气化部分1的下面部分内，装有燃烧器9，调置反应器1、2使粗煤气能冷却到足以夹带细颗粒炉渣同时运行的程度。在对流冷却装置3的下面有一个排出口10，粗煤气产品和与其同时流动的炉渣颗粒从这里排出。反应器的气化部分1的下半部是第一级反应区11，上面是第二级反应区12。
由图中可以看出，在第二级反应区12中属于气化部分1的范围内，设置有径向隔墙13，该隔墙13用水冷却，反应区12的中心部分是一敞开的区域14。从图2的放大截面图中可以看到，隔墙13的表面装有销钉15，并且涂覆了一层耐火材料16。在图1中，点划线所表示的是一个未采用本发明技术教导的反应器R的轮廓。从这里可以看到，普通反应器的气化部分的建筑高度是按照本发明实施例所显示的高度的二倍。在图1中，有一块在上面划了阴影线的区域17，它表示第二级反应区12伸入到辐射冷却器2的下面部分。在辐射冷却器的这一部分中也具有径向的隔墙13，且这些隔墙也装有销子15并涂覆了耐火材料16这一部分的中心区域也是敞开的。此外，在实施例中，该径向隔墙13从气化部分1一直延伸到辐射冷却器2的上端，但只有在气化部分1内以及在位于辐射冷却器2中的第二级反应区12的范围内(划阴影线的区域17内)的那段隔墙装有销钉15并涂覆了耐火材料16。点划线箭头18所指方向表示粗煤气产品从固体沉淀池19的上方排出。在沉淀池那儿另装有一台装置，该装置把沉淀下来的含煤量较高的可以供气化部分1再次使用的细粒炉渣再回送到上面所提到的气化部分1内的燃烧器9。
该反应器具有一个围壁通道20，作为粗煤气流匀速流动的通道。还有一个可随时从外面直接加入致冷剂的装置。所设置的匀速流动通道20作为辐射冷却器来冷却粗煤气产品，以致粗煤气产品仅仅通过该部分的辐射冷却作用就能够实现与炉渣微粒的同时运行。
图1清楚地表明，匀速流体通道20是截面为圆柱形的流体通道，并作为辐射冷却器，这样，粗煤气在进入连接管道4的入口处时的温度已从1300℃降至1000℃左右。该通道20在与连接管道4相接的区域有一喷嘴状缩口的接口件8，在该区域内或者在其连接处，装有一急冷装置21，用该装置可直接从外面装入致冷剂。此外，连接管道4靠近通道20的一段管道作为直接冷却的部件，它使粗煤气的温度从1000℃左右降到700℃左右。顺着气流流动的方向，由于粗煤气产品的体积将因冷却而缩少，匀速流体通道20的横截面也应根据气体体积受冷缩小的状况而缩少。在附图中，横截面的这种缩小是以线性缩小来表示的，这种表示有些夸大，严格地说，横截面的这种缩小是呈指数函数变化。匀速流体通道20从燃烧器9的上方直接开始，这可从图2中清楚看出，图2所表示的是沿着图1中A-B线的剖面图。此外，在实施例中还装有蒸气过热器22，其位于对流冷却装置3的上面部分。在图1中，还设置有敲击净化装置23，它们从外面与构成匀速流体通道20的围壁通道相接，同时也可以对对流冷却装置3设置敲击净化装置23。
权利要求
1.用于用压力气化方法，从碎细的碳载体，特别是从细粒状的煤至粉末状的煤中制取粗煤气的设备，包括一个具有气化部分和辐射冷却器的垂直反应器，气流在其中由下向上流动，一个垂直对流冷却装置，气流由上向下流经该装置，一个位于反应器顶端与对流冷却装置顶端之间的冷却连接管道，其中，反应器包含有由若干个管道构成的炉体，其下面有一液态炉渣排出口，上面有一个用于连接连接管道的缩口连接件，调置反应器使粗煤气在其内能被冷却到足以与炉渣微粒同时运行的程度，对流冷却装置下端有一个排出管，粗煤气和与粗煤气同时运行的炉渣微粒由此排出，此外，反应器的气化部分有二个反应区，下面是第一级反应区，上面是第二级反应区，其特征在于，在气化部分(1)内，至少是在其第二级反应区(12)的范围内装有径向隔墙(13)，该隔墙用水冷却且隔墙中间的区域(14)是敞开，隔墙(13)的表面装有销钉(15)并涂覆了一层耐火材料(16)。
2.按照权利要求1所说的设备，其特征在于，隔墙(13)一直伸到第一级反应区(11)的区域内。
3.按照权利要求1或2所说的设备，其特征在于，第二级反应区(12)伸入到辐射冷却器(2)的下面部分(区域17)，并且在辐射冷却器(2)的这一部分内也装有用水冷却的径向隔墙(13)，该反应区的中间区域(14)是敞开的，且在隔墙上装有销钉(15)并涂覆了一层耐火材料(16)。
4.按照权利要求1至3之一所说的设备，其特征在于，径向隔墙(13)从气化部分(1)出来一直伸到辐射冷却器(2)的上面部分，并且只有在气化部分内以及辐射冷却器(2)的下面属于第二级反应区(12)的范围内的部分(区域17)内的隔墙有耐火材料涂覆层(16)。
5.按照权利要求1至4之一所说的设备，其特征在于，粗煤气产品被导到固体沉淀池(19)上面，沉淀在固体沉淀池中的含碳量较高的细碎的灰尘颗粒可被返回到气化部分(1)内。
6.按照权利要求1至5之一所说的设备，其特征在于，气化部分(1)所具有的建筑高度是辐射冷却器(2)的建筑高度的0.4至0.5倍。
7.按照权利要求1至6之一所说的设备，其特征在于，该反应器具有一围壁通道(20)，该围壁通道由径向隔墙(13)分隔作为粗煤气气流的匀速流动通道，并装有可随时从外面加入冷却剂的装置，使所设置的匀速流体通道(20)作为使粗煤气冷却的辐射冷却器，以致只需通过辐射冷却就能实现粗煤气与炉渣同时运行。
8.按照权利要求7所说的设备，其特征在于，顺着气流流动的方向，粗煤气产品的体积由于冷却而缩小，匀速流体通道(20)的横截面也根据气体体积受冷缩小的状况而缩小，并且其作为辐射冷却器使粗煤气温度从1000℃以上降至700℃左右。
9.按照权利要求7或8所说的设备，其特征在于，匀速流体通道(20)直接从气化部分(1)的燃烧器(9)的上面开始。
10.按照权利要求7至9之一所说的设备，其特征在于，该匀速流体流动通道(20)是横截面为圆柱形的流体流动通道，而且其作为辐射冷却器使粗煤气的温度在连接管道(4)的入口处已从1300℃以上降至1000℃左右，在用来连接连接管道(4)的喷嘴状缩口的连接部件(8)的区域内和(或)在连接区装有一急冷装置，并且设有一段与连接管道(4)相接的部件作为直接冷却段，使粗煤气的温度从1000℃降至7000℃左右。
全文摘要
用于用压力气化的方法从细碎的碳载体、特别是从细粒状的煤至粉末状的煤中制取粗煤气的设备，该设备有一个垂直反应器，一个垂直对流冷却装置，以及一个冷却连接管道。该反应器具有一个由若干个管道构成的炉体。在反应器的气化部分内，下面是第一级反应区，上面是第二级反应区，在气化部分中第二级反应区的范围内装有径向隔墙，该径向隔墙用水冷却，且中间区域敞开，隔墙的表面装有销钉并涂覆了耐火材料。
文档编号C10J3/48GK1050039SQ9010682
公开日1991年3月20日 申请日期1990年8月17日 优先权日1989年9月7日
发明者米歇尔·梁, 格罕德·威尔弥 申请人:克鲁普克普斯有限公司