含碳物料气化—重整变换转化炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了含碳物料气化—重整变换转化炉，其特点是，包括气化反应室、重整设备、变换反应室、以及合成气输出管道；气化反应室设有至少一个烧嘴；重整设备设置在所述气化反应室的输出端；变换反应室设置在所述重整设备的输出端；合成气输出管道连接在所述变换反应室的输出端。含碳物料与氧化剂在气化反应室中发生气化反应（第一反应），在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢的合成气，将气化后的合成气经重整剂重整到适当的温度和组分后，进入变换反应室发生变换反应（第二反应），在其中充分发生一氧化碳变换反应，提高一氧化碳的变换率，从而大大降低合成气中一氧化碳的含量，提高氢气含量，使制备的合成气富氢。
【专利说明】含碳物料气化一重整变换转化炉
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及ー种含碳物料气化一重整变换转化炉。
【背景技术】
[0002]煤、生物质、石油焦等含碳物料气化技术是发展煤化学品、液态燃料、联合循环发电、多联产、制氢等过程エ业的基础，是这些行业的关键技术、共性技术和先导技木。
[0003]含碳物料气化工艺按反应室中物料的运动状态可分为移动床、流化床和气流床三种。而其中气流床相比其他两种エ艺，具有单炉气化反应室处理能力大、煤种适应性广、碳转化率高等优点。目前气流床煤气化技术有干法进料和湿法进料两种エ艺。
[0004]然而，目前的气化技术都存在气化产生的合成气中ー氧化碳/氢气比值较大,一氧化碳含量高的特点，典型的有shell气化炉，GSP气化炉，专利号为200810246578.x中国专利中提到的航天炉，以及申请号为200810047879.X和申请号为200810047878.5中国专利中提到的五环炉。对于生产化工产品エ艺来说，合成气中C0/H2组分比例偏大，一氧化碳含量高，后续变换エ艺系统需要加入大量蒸汽，能耗较高。
[0005]因此，现有的粉煤气化工艺很难满足特定的エ艺要求，尤其是对于合成气生产化エ产品的流程，如何从エ艺和装置上进ー步减少设备投资、缩短エ艺流程、減少能耗，是急待解决的问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型是为了克服现 有技术存在的上述问题而提供的一种含碳物料气化ー重整变换转化炉，本实用新型能有效的提高含碳物料气化得到的合成气中ー氧化碳的变换转化率，从而提闻氢!气的含量，并提闻含碳物料的碳转化率，大大减少后续エ序的能耗，更加适合应用于化工产品生产领域。
[0007]本实用新型采取的技术方案是:含碳物料气化一重整变换转化炉，其特点是，包括气化反应室、重整设备、变换反应室、以及合成气输出管道；
[0008]所述的气化反应室设有至少ー个烧嘴；
[0009]所述的重整设备设置在所述气化反应室的输出端；
[0010]所述的变换反应室设置在所述重整设备的输出端；
[0011]所述的合成气输出管道连接在所述变换反应室的输出端。
[0012]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，还包括一输出处理部件，与所述的合成气输出管道的输出端连接。
[0013]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，
[0014]所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部；
[0015]所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部；
[0016]所述的输出管道设置在所述变换反应室的顶部；
[0017]所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，连接在所述输出管道的顶部；所述的激冷除尘装置包括连接通道、下降管、激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、灰水排放口、以及合成气输出口；所述的连接通道设置在所述的输出管道出口端；所述的下降管设置在所述连接通道的出口端，其底部开口，淹没在所述激冷池中；所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的灰水排放口设置在所述激冷池的底部，以供灰水排放；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的激冷除尘装置的壳体壁上。
[0018]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，
[0019]所述的重整设备设置在所述气化反应室的底部；
[0020]所述的变换反应室设置在所述重整设备的底部；
[0021]所述的输出管道设置在所述变换反应室的底部；
[0022]所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，连接在所述输出管道的底部；所述的激冷除尘装置包括下降管，激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、合成气输出口、以及灰水排出口 ；所述的下降管设置在所述的输出管道的出口端；所述的激冷池设置在该激冷除尘装置的底部，所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在所述激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的所述激冷除尘装置的壳体壁上；所述的灰水排出口设置在所述激冷除尘装置的壳体上，位于该壳体壁的下部或底部。
[0023]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部；
[0024]所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部；
[0025]所述的输出管道是一个可改变合成气流向的弯形管，其输入端与所述变换反应室的顶部连接；
[0026]所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，其输入端连接在所述输出管道的底部。所述的激冷除尘装置包括下降管，激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、合成气输出口、以及灰水排出口；所述的下降管设置在所述的输出管道的出口端；所述的激冷池设置在该激冷除尘装置的底部，所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在所述激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的所述激冷除尘装置的壳体壁上；所述的灰水排出口设置在所述激冷除尘装置的壳体上，位于该壳体壁的下部或底部。
[0027]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，还包括一渣池，设置在所述气化反应室的下方；所述渣池的底部设有渣出口。
[0028]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，还包括一级或多级水/汽激冷雾化喷嘴，布置在位于所述下降管的入口处。
[0029]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，
[0030]所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部；
[0031]所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部；
[0032]所述的输出管道设置在所述变换反应室的顶部；
[0033]所述的输出处理部件由换热装置构成，连接在所述输出管道的输出端；在所述换热装置的输出端设有合成气输出口。
[0034]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，
[0035]所述的重整设备设置在所述气化反应室的底部；
[0036]所述的变换反应室设置在所述重整设备的底部；
[0037]所述的输出管道设置在所述变换反应室的底部；
[0038]所述的输出处理部件由换热装置构成，连接在所述输出管道的输出端；在所述换热装置的输出端设有合成气输出口。
[0039]上述含碳物料气化一重整变换转化炉，其中，所述气化反应室的烧嘴数量为4?6个，成切圆对称布置，并与气化反应室断面中心线成4?6°夹角。
[0040]本实用新型由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的:
[0041]1、采用将所述的重整设备设置在所述气化反应室的输出端、所述的变换反应室设置在所述重整设备的输出端、所述的合成气输出管道连接在所述变换反应室的输出端的结构，当含碳物料(例如干粉或水煤浆)与氧化剂(例如氧气，水蒸汽)在气化反应室中发生气化反应(第一反应)，在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢的合成气。将气化后的合成气经重整剂重整到适当的温度和组分后，进入变换反应室发生变换反应(第二反应)，在其中充分发生一氧化碳变换反应，提高一氧化碳的变换率，从而大大增加合成气中氢气的含量;
[0042]2、在由耐火浇铸料或水冷壁组成的反应室内，在其反应室侧部布置4?6个烧嘴，烧嘴水平布置，同时在烧咀布置平面与气化反应室断面中心线成4?6°夹角，从四(或六)个烧嘴喷出的气流发生碰撞，在反应室中产生旋流，气流旋流可使反应室内火焰的充满度较好温度场也较为均匀；煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被气化反应室壁捕捉下来，再沿气化反应室壁面流淌汇集到气化反应室膛底部的流渣口，排到位于气化反应室底部的渣池中淬冷。其余的飞灰被合成气夹带从气化反应室合成气出口排出；
[0043]3、气化反应室合成气出口布置合成气组分重整设备，通过喷入重整剂(例如经雾化的水/汽)对从气化反应室合成气出口排出的高温高压合成气进行组分重整，并将合成气从1200?1700°C降低到900?1100°C以利于熔渣固化，同时确保进入变换反应室的必要温度;
[0044]4、经重整后的合成气进入后续的变换反应室，在其中发生高温环境下(900?Iioo0C )的一氧化碳变换反应，达到降低一氧化碳含量，提高氢气含量制备富氢合成气的目的，同时合成气中携带的残碳也可进一步参加反应，提高碳转化率；
[0045]5、反应后的合成气通过合成气输送通道进入输出处理部件，例如喷射激冷区域和/或浸没式水浴激冷装置。浸没式激冷室采用喷淋+水浴方式冷却除灰，水浴后合成气通过除泡装置以便破除合成气携带的液滴和气泡。这种设计不仅大大地强化了激冷效果，降低了激冷室高度。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的原理示意图。
[0047]图2是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之一的结构示意图。[0048]图3是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之ニ的结构示意图。
[0049]图4是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之三的结构示意图。
[0050]图5是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之四的结构示意图。
[0051]图6是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之五的结构示意图。
[0052]图7是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的气化反应室的截面示意图(显示喷嘴的布置方式)。
【具体实施方式】
[0053]为了能更好地对本实用新型进行理解，下面通过具体的实施案例并结合附图进行详细地说明:
[0054]请參阅图1，图1是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的原理示意图。本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉，包括同轴设置的气化反应室12、重整设备13、变换反应室14、以及合成气输出管道15 ;所述的气化反应室设有至少ー个烧嘴；所述的重整设备设置在所述气化反应室的输出端；所述的变换反应室设置在所述重整设备的输出端；所述的合成气输出管是一直管，连接在所述变换反应室的输出端。
[0055]为进ー步处理合成气，本实用新型还包括一输出处理部件16，与所述的合成气输出管的输出端连接。
[0056]本实用新型的工作原理是:在气化反应室中，含碳物料与氧化剂发生反应，在高温高压环境下生成主要成份为ー氧化碳和氢的合成气；所述的含碳物料包括干煤粉或水煤浆，所述的气化剂包括氧气、水蒸汽。在所述的气化反应室的合成气出口布置合成气组分重整设备，通过喷入重整剂对从气化反应室合成气出口排出的高温高压合成气进行组分重整，并将合成气从1200?1700°C降低到900?1100°C ;所述的喷入重整剂包括经雾化的水/汽；经重整后的合成气进入后续的变换反应室，在其中发生高温环境下的ー氧化碳变换反应，同时合成气中携帯的残碳也可进ー步參加反应；反应后的合成气通过合成气输送通道输出。
[0057]本实用新型还可以在所述的合成气输出通道的输出端连接输出处理装置。所述的输出处理装置包括喷射激冷区域和/或浸没式水浴激冷装置，或者是换热装置。所述的浸没式激冷室采用喷淋加水浴方式冷却除灰，水浴后合成气通过除泡装置以便破除合成气携带的液滴和气泡。
[0058]煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被气化反应室壁捕捉下来，再沿气化反应室壁面流淌汇集到气化反应室膛底部的流渣ロ，排到位于气化反应室底部的渣池中淬冷；其余的飞灰被合成气夹带从气化反应室的合成气出ロ排出。
[0059]请參阅图2，图2是本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉的实施例之一的结构示意图。本实用新型含碳物料气化一重整变换转化炉包括壳体21和同轴设置在壳体内的气化反应室22、重整设备23、变换反应室24、合成气输出管道25以及输出处理部件26，气化反应室22中设有喷嘴221。本实施例中，所述的重整设备23设置在所述气化反应室的顶部，与所述气化反应室的输出端连接；所述的变换反应室24设置在所述重整设备的顶部，与所述重整设备的输出端连接；所述的输出管道25设置在所述变换反应室的顶部，与所述变换反应室的输出端连接。[0060]所述的输出处理部件26由激冷除尘装置构成，连接在所述输出管道的输出端；所述的激冷除尘装置包括连接通道261、下降管262、激冷池263、上升通道264、除泡部件265、折流部件266、灰水排放口 267、以及合成气输出口 268 ;所述的连接通道设置在所述的输出管道出口端；所述的下降管设置在所述连接通道的出口端，其底部开口，淹没在所述激冷池中；所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的灰水排放口设置在所述激冷池的底部，以供灰水排放；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的激冷除尘装置的壳体壁上。
[0061]还包括多个水激冷喷水雾化喷嘴269，布置在所述激冷池的下降管入口处和/或连接通道内，本实施例是分别设置在所述激冷池的下降管的入口处。
[0062]还包括一渣池27和一渣出口 28。所述的渣池27设置在所述气化反应室的下方；所述渣池的底部设有渣出口 28。
[0063]本实施例在工作时:含碳物料(干煤粉或水煤浆)与气化剂(氧气，水蒸汽)一起由气化反应室上的喷嘴进入气化反应室的气化反应室膛，在气化反应室内剧烈反应产生高温高压的合成气，主要为一氧化碳和氢气的混合气，温度约为1200-1700°C。产生的合成气在反应室中产生向上旋流，气流旋流向上，可使反应室内火焰的充满度较好，温度场也较为均匀。煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被气化反应室单元上部锥形结构捕捉下来，再竖直筒壁面流淌汇集到反应室底部的流渣口，排到位于气化反应室下方的渣池中淬冷，然后排出气化装置外部。其余的飞灰被合成气夹带从气化反应室上部排出。
[0064]气化反应室上部出口布置合成气组分重整设备，通过雾化的水/汽对从气化反应室顶部排出的高温高压合成气进行组分重整，并将合成气从1200~1700°C降低到900~1100°C以利于熔渣固化，既避免合成气携带熔渣进入下游设备，又达到高温变换适宜的温度环境和合成气组分。
[0065]经组分重整后的合成气`向下游进入变换反应室，在其中进行一氧化碳的变换反应，使其合成气中的一氧化碳尽量地转化为氢气。
[0066]下表是以某种煤质进行计算，得到进入和排出变换反应室的合成气组分:
[0067]表1，进入和排出变换反应室的合成气组分_
项目_进入变换反应室排出变换反应室
【权利要求】
1.含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，包括气化反应室、重整设备、变换反应室、以及合成气输出管道； 所述的气化反应室设有至少一个烧嘴； 所述的重整设备设置在所述气化反应室的输出端； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的输出端； 所述的合成气输出管道连接在所述变换反应室的输出端。
2.根据权利要求1所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，还包括一输出处理部件，与所述的合成气输出管道的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于， 所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部； 所述的输出管道设置在所述变换反应室的顶部； 所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，连接在所述输出管道的顶部；所述的激冷除尘装置包括连接通道、下降管、激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、灰水排放口、以及合成气输出口 ；所述的连接通道设置在所述的输出管道出口端；所述的下降管设置在所述连接通道的出口端，其底部开口，淹没在所述激冷池中；所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的灰水排放口设置在所述激冷池的底部，以供灰水排放；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的激冷除尘装置的壳体壁上。·
4.根据权利要求2所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于， 所述的重整设备设置在所述气化反应室的底部； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的底部； 所述的输出管道设置在所述变换反应室的底部； 所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，连接在所述输出管道的底部；所述的激冷除尘装置包括下降管，激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、合成气输出口、以及灰水排出口；所述的下降管设置在所述的输出管道的出口端；所述的激冷池设置在该激冷除尘装置的底部，所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在所述激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的所述激冷除尘装置的壳体壁上；所述的灰水排出口设置在所述激冷除尘装置的壳体上，位于该壳体壁的下部或底部。
5.根据权利要求2所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部； 所述的输出管道是一可改变合成气流向的弯形管，其输入端与所述变换反应室的顶部连接； 所述的输出处理部件由激冷除尘装置构成，其输入端连接在所述输出管道的底部；所述的激冷除尘装置包括下降管，激冷池、上升通道、除泡部件、折流部件、合成气输出口、以及灰水排出口；所述的下降管设置在所述的输出管道的出口端；所述的激冷池设置在该激冷除尘装置的底部，所述上升通道设置在所述下降管周围；所述的除泡部件设置在所述激冷除尘装置壳体的位于上升通道的上段管壁内侧；所述的折流部件设置在合成气输出口周围；所述的合成气输出口设置在位于所述折流部件外侧的所述激冷除尘装置的壳体壁上；所述的灰水排出口设置在所述激冷除尘装置的壳体上，位于该壳体壁的下部或底部。
6.根据权利要求3或5所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，还包括一渣池，设置在所述气化反应室的下方；所述渣池的底部设有渣出口。
7.根据权利要求3、4或5所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，还包括一级或多级水/汽激冷雾化喷嘴，布置在位于所述下降管的入口处。
8.根据权利要求2所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于， 所述的重整设备设置在所述气化反应室的顶部； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的顶部； 所述的输出管道设置在所述变换反应室的顶部； 所述的输出处理部件由换热装置构成，连接在所述输出管道的输出端；在所述换热装置的输出端设有合成气输出口。
9.根据权利要求2所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于， 所述的重整设备设置在所述气化反应室的底部； 所述的变换反应室设置在所述重整设备的底部； 所述的输出管道设置在所述变换反应室的底部； 所述的输出处理部件由换热装`置构成，连接在所述输出管道的输出端；在所述换热装置的输出端设有合成气输出口。
10.根据权利要求1~5、8、9任一项所述的含碳物料气化一重整变换转化炉，其特征在于，所述气化反应室的烧嘴数量为4~6个，成切圆对称布置，并与气化反应室断面中心线成4~6°夹角。
【文档编号】C10J3/84GK203382725SQ201320310142
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】张世程, 朱惠春, 张金亮, 张先裕, 朱国庆 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所