半焦冷却系统的制作方法

文档序号:10929228阅读:464来源:国知局
半焦冷却系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种半焦冷却系统,涉及煤的气化领域,解决现有技术中气化炉内冷却效果差,工业放大困难的问题,且能有效提高系统热效率和碳转化率。本实用新型的半焦冷却系统,包括:半焦流化床,其下部设置有半焦进口,其上部设置有半焦溢流口,所述半焦流化床的半焦进口通过第一管道与气化炉的半焦出口相连通,所述半焦流化床用于对来自所述气化炉的半焦进行冷却;半焦冷却器,其上部设置有半焦进口,其下部设置有半焦出口,所述半焦冷却器的半焦进口通过第二管道与所述半焦流化床的半焦溢流口相连通,所述半焦冷却器用于对来自所述半焦流化床的半焦进行冷却。
【专利说明】
半焦冷却系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及煤的气化领域,尤其涉及一种半焦冷却系统。
【背景技术】
[0002] 煤加氢气化是煤与含氢气体在高温、高压条件下发生气化反应生成富甲烷气体, 同时联产轻质焦油和半焦的过程。由于加氢气化中碳转化率有50%左右,故半焦产量接近 原煤投放量的一半,相较常规煤气化过程不足10%的半焦量,加氢气化工艺存在如何使大 量半焦冷却并排出的难题。
[0003] 现有煤加氢气化工艺中,采用在气化炉底部设置盘管通循环水冷却半焦,然后经 阀门控制,利用压差排焦,该种方式多应用于小试、中试研究中。由于受盘管的换热系数和 换热面积的限制,气化炉排焦段的直径远大于反应段,不利于工业放大,且冷却盘管会对气 化炉反应段温度造成影响。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供一种半焦冷却系统,解决现有技术中气化炉内冷却效果差,工业 放大困难的问题,且能有效提高系统热效率和碳转化率。
[0005] 为达到上述目的,本实用新型的实施例采用如下技术方案:
[0006] 本实用新型实施例提供一种半焦冷却系统,包括:半焦流化床,其下部设置有半焦 进口,其上部设置有半焦溢流口,所述半焦流化床的半焦进口通过第一管道与气化炉的半 焦出口相连通,所述半焦冷却器用于对来自所述气化炉的半焦进行冷却;半焦冷却器,其上 部设置有半焦进口,其下部设置有半焦出口,所述半焦冷却器的半焦进口通过第二管道与 所述半焦流化床的半焦溢流口相连通,所述半焦冷却器用于对来自所述半焦流化床的半焦 进行冷却。
[0007] 所述第一管道在与所述气化炉的半焦出口相连通的一端还设置有吹送气入口。
[0008] 优选地,所述半焦流化床和所述半焦冷却器竖直布置,所述第一管道与水平面的 夹角为30°~45°。
[0009]优选地,所述半焦流化床和所述半焦冷却器竖直布置,所述第二管道与水平面的 夹角大于半焦的安息角。
[0010]优选地,所述半焦冷却器的底部设置有松动气入口,顶部设置有松动气出口。
[0011]优选地,所述半焦冷却器的松动气出口与所述半焦流化床的流化气入口相连通。
[0012] 可选地,所述半焦冷却器的外部设置有振打器。
[0013] 优选地,所述半焦冷却器的底部呈上宽下窄的锥体,所述半焦冷却器的半焦出口 设置在所述锥体的顶点,所述锥体顶部的锥角为30°~45°。
[0014] 优选地,所述半焦流化床的半焦溢流口与流化气出口之间的距离设置为所述半焦 流化床高度的1/4~1/3。
[0015]优选地,所述半焦流化床的流化气出口与所述气化炉的气化炉喷嘴之间通过多个 并联的过滤通路相连通,所述过滤通路包括过滤器。
[0016] 优选地,所述的半焦冷却系统还包括:切换阀,用于在多个所述过滤通路中选择至 少一路导通。
[0017] 进一步地,所述的半焦冷却系统,还包括:至少三组锁斗,每组锁斗中包括至少一 个锁斗;所述锁斗的半焦进口均与所述半焦冷却器的半焦出口相连通,其中,至少两组所述 锁斗还设置有返焦口,所述返焦口用于将冷却后的半焦返回所述气化炉。
[0018] 优选地,所述半焦冷却系统包括三组锁斗,且所述每组包括一个锁斗,所述半焦冷 却器的半焦出口通过四通与三个锁斗的半焦进口相连通。
[0019] 本实用新型提供一种半焦冷却系统,在气化炉的外部设置半焦流化床和半焦冷却 器,使气化炉出来的半焦依次通过半焦流化床和半焦冷却器,实现半焦的两级冷却,其中, 半焦在最易粘结的高温阶段是在流化状态下进行冷却,冷却效果好,并且由于采用炉外冷 却,不受冷却装置的换热系数和换热面积的限制,也不会对气化炉反应段温度造成影响,适 合工业放大。
【附图说明】
[0020] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例, 对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得 其它的附图。
[0021] 图1为本实用新型实施例提供的半焦冷却系统的示意图一;
[0022] 图2为本实用新型实施例提供的半焦冷却系统的示意图二;
[0023]图3为图2中三个并联锁斗沿A-A线的截面图。
[0024] 附图标记
[0025] 1-气化炉,2-反应段,3-内筒,4-排焦段,5-合成气出口,6-激冷物料口,
[0026] 7-气化炉喷嘴,8-气化炉的半焦出口,9-吹送气入口,10-第一管道,
[0027] 11-半焦流化床,111-半焦流化床的半焦进口,112-半焦流化床的半焦溢流口,
[0028] 12-分布板,13-流化气入口,14-第二管道,15-流化气出口,16-过滤器,
[0029] 17-半焦冷却器,171-半焦冷却器的半焦进口,172-半焦冷却器的半焦出口,
[0030] 18-循环水入口,19-循环水出口,20-松动气入口,21-振打器,
[0031] 22-松动气出口,23-四通,24-第一锁斗,241-第一锁斗的返焦口,
[0032] 25-第二锁斗,26-第三锁斗,261-第三锁斗的返焦口,27-充压口,
[0033] 28-泄压口,29-稳压口,30-灰仓。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0035] 实施例
[0036] 本实用新型实施例提供一种半焦冷却系统,参照图1所示,该半焦冷却系统包括: 半焦流化床11,其下部设置有半焦进口 111,其上部设置有半焦溢流口 112,半焦流化床11的 半焦进口 111通过第一管道10与气化炉1的半焦出口 8相连通,半焦流化床11用于对来自气 化炉1的半焦进行冷却;半焦冷却器17,其上部设置有半焦进口 171,其下部设置有半焦出口 172,半焦冷却器的半焦进口 171通过第二管道14与半焦流化床11的半焦溢流口 112相连通, 半焦冷却器11用于对来自半焦流化床11的半焦进行冷却。
[0037] 本实施例在气化炉1的外部设置半焦冷却系统,包括两级冷却装置,第一级冷却装 置为半焦流化床11,其下部的半焦进口 111通过第一管道10与气化炉1的半焦出口 8相连通, 第一管道10也称气化炉1的排焦管路,半焦流化床11中,流化气体自半焦流化床11底部通 入,向上流过一个半焦堆积的床层,使半焦处于流化状态,半焦的温度传递给流化气体,之 后流化气体自顶部输出;第二级冷却装置为半焦冷却器11,采用的具体冷却方式本实施例 不做限定,其半焦进口 171通过第二管道14与半焦流化床11的半焦溢流口 112相连通,第二 管道14也称半焦流化床11的半焦溢流管路。气化炉出来的半焦依次通过半焦流化床11和半 焦冷却器17的冷却,冷却效果增强,而且由于两级冷却装置均位于炉外,不受冷却装置的换 热系数和换热面积的限制,也不会对气化炉反应段温度造成影响,适合工业放大。
[0038] 为了本领域技术人员更好的理解本实用新型实施例提供的半焦冷却系统的结构, 下面通过具体的实施例进行详细说明。
[0039] 图2为使用本实施例提供的半焦冷却系统对煤的加氢气化过程产生的半焦进行冷 却的示意图。煤的加氢气化主要在气化炉1中进行,气化炉1 一般主要由内筒3(包括反应段2 和排焦段4)、气化炉喷嘴7、合成气出口 5、激冷物料口 6和半焦出口 8组成。原煤和含氢氢气 从气化炉顶部的气化炉喷嘴7进入气化炉1反应段,在高温高压条件下发生加氢气化反应, 所有物料自上向下流动。粗煤气在气化炉1中部受到冷物流激冷作用,温度降低后排出,半 焦向下移动进入排焦段4,通过锥体底部半焦出口8排出,在本实施例提供的半焦冷却系统 中冷却降温。
[0040] 本实施例提供的半焦冷却系统主要包括半焦流化床11和半焦冷却器17,其中,半 焦流化床11和半焦冷却器17竖直布置,半焦流化床11通过第一管道10与半焦出口 8相连通, 第一管道10与水平方向的夹角可为0°~90°,但角度过小则半焦输送困难,角度过大则装置 所需布置空间太大,因此,为便于半焦从气化炉1半焦出口顺利地输送至半焦流化床11,第 一管道10与水平面的夹角优选为30°~45°。可以理解的是,第一管道10与水平面的具体角 度并不限于此,可根据装置实际布置要求和半焦流动性确定。
[0041] 进一步地,第一管道10在与气化炉1的半焦出口 8相连通的一端还设置有吹送气入 口 9。半焦排出半焦出口 8后,在吹送气的吹送下,通过第一管道10从流化床11的床层底部进 入,吹送气一般为高压惰性气体或含氢气体,优选为含氢气体,在系统启动时控制较大气流 量以克服启动压差,当半焦排放稳定后,吹送气流量可减小为启动时气流量的1/3~1/5。
[0042] 半焦流化床11自底部的流化气入口 13通入高压惰性气体或含氢气体作为流化气, 优选含氢气体,经过分布板12分布均匀进入流化床主体,使流化床内半焦处于流化状态,阻 力下降,床层压降降低,促进半焦流动;同时,当上述吹送气或流化气为含氢气体时,流化床 中可实现含氢气体和半焦的快速换热,半焦得到了一次冷却,同时预热含氢气体,经过预热 后的含氢气体可以通入气化炉1使用,为此:本实施例提供的半焦冷却系统中,将半焦流化 床11的流化气出口与气化炉的气化炉喷嘴7之间通过多个并联的过滤通路相连通,所述的 过滤通路包括至少一个过滤器16。经流化床预热后的含氢气体经过过滤器16过滤掉夹带半 焦后,经气化炉喷嘴7进入气化炉1进行反应,由此利用了半焦的高品位热量,省去或缩减了 含氢气体的预热工段,能有效提高系统热效率。
[0043] 过滤通路应不少于2个,并联设置,其中至少一个用于过滤含氢气体时,其余的用 惰性气体反吹,达到清洁的目的。通过设置切换阀(图中未示出),在多个过滤通路中选择至 少一路导通。这样,过滤通路交替使用实现气体的连续过滤和输送,并且不需要因需要清洁 而停止工作。
[0044] 呈流化状态的半焦从半焦流化床11上部的半焦溢流口 112经第二管道14流出,大 部分气体从半焦流化床11顶部的流化气出口 15排出。半焦溢流口 112与半焦流化床11顶部 的流化气出口 15的距离应足够大,一般可以设计为半焦流化床11总高度的1/4~1/3,以保 证不会有过多半焦被流化气夹带出。为保证半焦能顺利经第二管道14进入半焦冷却器17, 第二管道14与水平方向的夹角应大于半焦的安息角,优选为45~60°。
[0045] 半焦经第二管道14进入半焦冷却器17,半焦冷却器17优选为管壳式换热器,半焦 走管程,循环水走壳程,循环水入口 18位于换热器下部,循环水出口 19位于换热器上部,循 环水与半焦对流,增强换热效果,完成半焦的二次冷却。换热器底部为上宽下窄的锥体结 构,锥角优选为30~45°,半焦冷却器17的半焦出口 172设置在锥体的顶点,以保证半焦流 动。另外,在锥体结构的底部设有松动气入口 20,通入一定量气体作为松动气,防止半焦在 锥体内架桥,松动气优选含氢气体;同时,半焦冷却器17中下部的设有若干个振打器21,可 进一步防止换热器内的半焦积聚堵塞。
[0046] 当松动气为含氢气体时,半焦冷却器17中的含氢气体从顶部的松动气出口 22排 出,这部分气体可以作为部分半焦流化床的流化气,为此,本实施例中半焦冷却器17的松动 气出口 22与半焦流化床11的流化气入口 13相连通。
[0047]本实施例提供的半焦冷却系统还包括:灰仓30和至少三组锁斗,每组锁斗中包括 至少一个锁斗(图2中提供的具体实施例中示出三组,且每组包括一个锁斗即一共三个锁斗 24、25和26);锁斗24、25、26的半焦进口均与半焦冷却器的半焦出口 172相连通,锁斗24、25、 26的半焦出口均与灰仓30的半焦进口相连通;其中,至少两组锁斗24、26还设置有返焦口 241、261,返焦口241、261用于将冷却后的半焦返回气化炉1,返焦口241、261可与气化炉1的 激冷物料口 6相连通。经半焦流化床11和半焦冷却器17两级冷却后的半焦,作为激冷物料返 给返至气化炉激冷物料口。
[0048]为了保证不间断地自半焦冷却器17接收半焦(下简称收焦),并保证不间断地将冷 却后的半焦返给返至气化炉激冷物料口(下简称返焦),需要设置至少三组锁斗,每组锁斗 中包括至少一个锁斗,当其中一组锁斗处于返焦工作状态,另一组锁斗处于收焦工作状态 时,还需一组处于工作状态前的制备状态。
[0049]以图2所示为例,半焦冷却系统包括:灰仓30和三个锁斗(即第一至第三锁斗24、25 和26,每个锁斗即可为一组),半焦冷却器17的半焦出口 172通过四通23与三个锁斗(24、25 和26)的半焦进口相连通,其中第一锁斗24和第三锁斗26主要用于返焦,第二锁斗25用于排 焦。
[0050]半焦从半焦冷却器17的底部排出后,经过四通23分别收焦于第一锁斗24、第二锁 斗25、第三锁斗26,三个锁斗布置不做限制,这里以等边三角形布置为例。每个锁斗底部都 设有一个充压口 27,顶部都设有一个泄压口 28,第一锁斗24和第三锁斗26还各设有一个稳 压口 29,稳压口 29用于稳定返焦时锁斗的压力,保证输送压差,三个锁斗及其充压口 27、泄 压口 28、稳压口 29的具体位置分布如图3中A-A截面俯视图所示。
[0051 ]部分半焦通过密相输送返至气化炉激冷物料口 6进入气化炉,作为激冷物料,代替 现有技术中使用的激冷水和激冷气,一方面用于降低合成气出口温度,另一个方面可使部 分半焦重新参与气化反应,提高气化过程的碳转化率。
[0052] 下面以3个锁斗为例,如下表所示,下面描述3个锁斗的操作步骤:
[0053]
[0054] 操作步骤如下:
[0055] 1)第一锁斗24收焦时,第三锁斗26返焦至气化炉1,第二锁斗25依次进行泄压,排 焦至灰仓,充压过程;
[0056] 2)第一锁斗24收焦完毕开始充压时,第三锁斗26继续返焦,已经充压完毕的第二 锁斗25开始收焦;
[0057] 3)第一锁斗24充压完毕开始向气化炉1返焦,第三锁斗26返焦完毕开始泄压,此时 第二锁斗25继续收焦;
[0058] 4)第一锁斗24继续返焦,第三锁斗26泄压完毕开始收焦,这一阶段第二锁斗25依 次进行泄压、排焦、充压过程;
[0059] 5)第一锁斗24继续返焦,第三锁斗26收焦完毕开始充压,第二锁斗25充压完毕开 始收焦;
[0060] 6)第一锁斗24返焦完毕开始泄压,第三锁斗26充压完毕开始返焦,第二锁斗25继 续收隹. \y\. V、、、,
[0061] 7)第一锁斗24泄压完毕开始收焦,第三锁斗26继续返焦,第二锁斗25依次进行泄 压、排焦至灰仓、充压过程。
[0062] 依次类推,形成一个完整循环,三个锁斗的操作可按此步骤循环进行。这个过程 中,第二锁斗25交替进行收焦和排焦,第一锁斗24、第三锁斗26交替进行返焦,保证整个过 程中收焦和返焦连续进行。
[0063] 本实用新型实施例提供的半焦的冷却系统,通过在气化炉外部设置半焦流化床和 半焦冷却器,实现半焦的两级冷却,半焦充分冷却的同时也利用了半焦的高品位余热,最终 实现了增强冷却效果,简化气化炉结构的效果;同时本实用新型还使用三组锁斗并联,通过 进行时序控制,可以保证收焦和返焦连续,使整体工艺流程得到优化。
[0064] 以上所述,仅为本实用新型的【具体实施方式】,但本实用新型的保护范围并不局限 于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变 化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该以权 利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种半焦冷却系统,其特征在于,包括: 半焦流化床,其下部设置有半焦进口,其上部设置有半焦溢流口,所述半焦流化床的半 焦进口通过第一管道与气化炉的半焦出口相连通,所述半焦流化床用于对来自所述气化炉 的半焦进行冷却; 半焦冷却器,其上部设置有半焦进口,其下部设置有半焦出口,所述半焦冷却器的半焦 进口通过第二管道与所述半焦流化床的半焦溢流口相连通,所述半焦冷却器用于对来自所 述半焦流化床的半焦进行冷却。2. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述第一管道在与所述气化炉的 半焦出口相连通的一端还设置有吹送气入口。3. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦流化床和所述半焦冷却 器竖直布置,所述第一管道与水平面的夹角为30°~45°。4. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦流化床和所述半焦冷却 器竖直布置,所述第二管道与水平面的夹角大于半焦的安息角。5. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦冷却器的底部设置有松 动气入口,顶部设置有松动气出口。6. 根据权利要求5所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦冷却器的松动气出口与 所述半焦流化床的流化气入口相连通。7. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦冷却器的外部设置有振 打器。8. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦冷却器的底部呈上宽下 窄的锥体,所述半焦冷却器的半焦出口设置在所述锥体的顶点,所述锥体的锥角为30°~ 45。。9. 根据权利要求1所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦流化床的半焦溢流口与 流化气出口之间的距离设置为所述半焦流化床高度的1/4~1/3。10. 根据权利要求1-9任一项所述的半焦冷却系统,其特征在于,所述半焦流化床的流 化气出口与所述气化炉的气化炉喷嘴之间通过多个并联的过滤通路相连通,所述过滤通路 包括过滤器。11. 根据权利要求10所述的半焦冷却系统,其特征在于,还包括:切换阀,用于在多个所 述过滤通路中选择至少一路导通。12. 根据权利要求1-9任一项所述的半焦冷却系统,其特征在于,还包括:至少三组锁 斗,每组锁斗中包括至少一个锁斗;所述锁斗的半焦进口均与所述半焦冷却器的半焦出口 相连通,其中,至少两组所述锁斗还设置有返焦口,所述返焦口用于将冷却后的半焦返回所 述气化炉。13. 根据权利要求12所述的半焦冷却系统,其特征在于,包括三组锁斗,且所述每组包 括一个锁斗,所述半焦冷却器的半焦出口通过四通与三个锁斗的半焦进口相连通。
【文档编号】C10J3/72GK205616853SQ201620440132
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】王奕唯, 周三, 张正旺, 景旭亮, 刘世英
【申请人】新奥科技发展有限公司
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