一种含碳物质反应系统及方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及一种含碳物质气化系统及方法，尤其是用于单台日处理量在2000吨以上的粉煤加压气化生产合成气的大型系统及方法。
【背景技术】
[0002]现代石油化工企业的发展趋势是大型化，规模化。高压气化装置大型化也是洁净煤气化技术发展的方向，但是现有气化装置都存在一定的问题。
[0003]单喷嘴气化炉由于受到输煤的限制在大型化的方向受到一定的制约。
[0004]采用了合成气上行流程的多个烧嘴的气化炉，能够进一步大型化，但是由于液渣流动方向与合成气流动方向相反，液渣落入渣池时会产生一定量的温度较低的水蒸气，其与液渣流动方向反向通过出渣口进入炉膛，此过程会降低液渣的温度。当液渣下落不均衡时容易出现液渣还未落入渣池就凝固的现象。由于没有足够的热量融化固渣，固渣往往会越积越厚最终造成出渣口堵塞的问题，引起装置停车。
[0005]采用了合成气下行流程的多喷嘴气化炉也能够进一步大型化，但是为了充分利用炉膛空间，往往将烧嘴布置在炉膛上部接近炉顶的位置，反应过程的高温气和液渣会不断冲蚀炉膛顶部，容易引起炉膛顶部超温的现象，成为安全生产的隐患。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供一种大型含碳物质干粉气化系统。本发明的另一个目的是提供一种大型含碳物质干粉气化方法。
[0007]—方面,本发明提供了一种含碳物质干粉气化系统，其特征在于，包括含碳物质反应装置和用于将反应装置部分下行经过冷却和初步净化的粗合成气升压后与反应装置上行高温粗合成气掺混降温的气体返回装置。
[0008]下行气体主要是防止堵渣，同时经过冷却后的低温带水合成气加压送入初步冷却器充当冷却介质，降低上行粗合成气温度。
[0009]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置包括气化反应段、上出气口和下出气口。
[0010]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中从下出气口流出的部分或全部粗合成气经过降温和初步净化后通过管道流经气体返回装置升压，与气化反应段流出的上行粗合成气混合。
[0011]按照本发明系统的另一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括下部冷却净化段，用于冷却、初步净化气化反应段流出的下行高温粗合成气；下部冷却净化段入口与气化反应段的下出口相连，其合成气出口在下部冷却段的中上部。
[0012]下部冷却净化段的合成气出口和系统的下出气口可以为一个口。
[0013]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中下部冷却净化段还包括急冷装置，渣池，粗渣出口。
[0014]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气体返回装置包括除粗渣器和气压机，除粗渣器的入口通过管道与下部冷却净化段合成气出口相连，气压机用于提高经过冷却降温的粗合成气压力，使其能够以高于上行气体0.1MPa?6MPa的压力部分或者全部通过初步冷却降温装置注入，或者部分或者全部通过上行急冷装置注入。
[0015]此处加压的粗合成气温度较低且夹带一定的水实际上起到了冷却介质的作用，此种方法可以降低能耗，减少水耗。
[0016]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气压机数量为I个到10个，优选2?5个。
[0017]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括降温反应段，其设置在装置的中上部，入口与气化反应段的上出口相连。
[0018]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中所述降温反应段入口与气化反应段的上出口连接处设置一个初步降温装置，用于将经过气压机升过压的低温带水粗合成气喷入与上行带灰的高温粗合成气掺混，一方面冷却降温使上行高温粗合成气夹带的飞灰温度降低到t2 (灰的软化温度)以下使其失去粘性，另一方面补充反应物，在降温反应段进一步完成飞灰中的碳的气化反应，提高合成气的氢碳比。
[0019]下部冷却段冷却净化后的粗合成气通常仍夹带一些颗粒较大的灰渣，经过除粗渣器除渣后由气压机将夹带水和细灰的粗合成气输送至初步降温装置，充当冷却物质，用于冷却进入降温反应段的粗合成气并且参与降温反应。
[0020]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中含碳物质反应装置还包括上部冷却净化段，当装置带有降温反应段时，其入口与降温反应段的上出口相连；当装置不带有降温反应段时，其入口与气化反应段的上出口相连，并与气体返回装置出口相连。
[0021]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中所述的上部冷却净化段包括急冷装置，灰水池和合成气出口，其中合成气出口布置在上部冷却段的中上部，可以布置I个或者多个，优选I?3个。合成气在上部冷却净化装置先后通过急冷，一次或多次冷却净化后经过合成气出口送往后续流程。
[0022]按照本发明系统的一个具体实施方案，其中气化反应段周向布置(优选均布)多个烧嘴，烧嘴可以布置I层或上下多层，优选I?3层。
[0023]另一方面，本发明提供一种大型含碳物质干粉气化方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0024]将含碳物质与气化剂在气化反应装置内反应，生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣；其中部分高温粗合成气与飞灰、液渣下行，部分高温粗合成气气体与飞灰上行；
[0025]1:下行的部分高温粗合成气与飞灰经过冷却降温，初步净化后送往粗除渣器，经过气压机升压后带水的粗合成气通过初步降温装置或者上行急冷装置注入系统，与上行高温粗合成气掺混；
[0026]下行的液渣经过淬冷后排出炉外；
[0027]I1:其余部分高温粗合成气与飞灰上行，分别与初步降温装置注入的低温带水合成气掺混降温到900°C?t2温度之间使飞灰失去粘性，同时确保进入降温反应段的H20与残碳能够进一步反应，提闻碳转化率并提闻氢!碳比。
[0028]降温且反应后的粗合成气继续上行经过上行急冷装置快速降温后进入上部冷却段再次降温除灰得到满足后续流程需要的粗合成气。
[0029]在一种具体的大型含碳物质干粉气化方法中，其特点是，包括以下步骤:
[0030]将含碳物质与气化剂通过多个烧嘴喷入装置气化反应段，在高温(1200 °C?2000°C)高压(0.1MPa?IlMPa)环境下快速反应生成主要成分为CO和H2的粗合成气及主要成分为无机物的灰渣；
[0031]部分高温粗合成气及大部分灰渣下行进入下部冷却净化段，经过冷却净化后粗合成气经过除渣器除去大颗粒的灰渣后用气压机送往降温反应段，经过淬冷的灰渣经出渣口排出装置；
[0032]大部分高温粗合成气及高温飞灰上行与冷却物质混合降温后进入降温反应段，此时主要是未完全反应的碳与补充H20发生反应，进一步提高碳的转化率并降低温度，提高合成气的氢碳比；
[0033]反应后的粗合成气及飞灰继续上行，经过急冷后进入上部冷却净化段，经过冷却净化后，除去粗合成气中的飞灰，较为洁净的低温粗合成气送往后续流程。
[0034]本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的:
[0035]1、由于增加了气体返回装置，有效提高了热效率，降低装置能耗，同时减少了水的用量，减少了合成气带水带灰，减轻了后续流程的压力。
[0036]2、本发明采用了粗合成气上下同时出气的方式，一方面有效避免了上行出气方式的渣口堵渣问题，另一方面也避免了下行出气方式的顶部超温问题；
[0037]3、本发明采用了多烧嘴布置，有利于反应充分进行，并有利于装置的大型化；
[0038]4、由于增加了降温反应段，有效提高了碳转化率，提高合成气的氢碳比，同时也提高了气化反应的热效率。
【附图说明】
[0039]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0040]图1是本发明的气化方法示意图。
[0041]图2是本发明的一种系统示意图。
[0042]图中标记含义如下:1.下部冷却净化段；11.下行急冷装置；12.下降管；13.