一种煤气化装置的制作方法

本实用新型涉及煤气化领域领域，具体而言，涉及一种煤气化装置。
背景技术：
：煤气化工艺是生产合成气产品的主要途径之一，通过气化过程将固态的煤转化成气态的合成气，同时副产蒸汽、焦油(个别气化技术)、灰渣等副产品。煤气化工艺技术分为：固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术三大类。现有的煤气化工艺存在一些不足，例如，甲烷气体含量较高，有效气含量较低。因此，提供一种降低甲烷含量的煤气化方法及装置时十分必要的。技术实现要素：本实用新型的目地在于提供一种煤气化装置，使用所述煤气化装置进行煤气化可以有效地降低合成气中甲烷气体的含量。所述煤气化装置包括炉体、搅拌机、氧蒸汽喷嘴、合成气出口、燃烧环、下渣口，所述合成气出口位于所述炉体的中段上。在一些实施例中，煤气化过程中所述炉体的中段的内部温度高于800℃。在一些实施例中，所述炉体的轴向长度为l，所述炉体的中段为0.3l至0.7l之间的炉体段。在一些实施例中，所述炉体的中段为所述搅拌机和所述氧蒸汽喷嘴之间的炉体段。在一些实施例中，所述炉体的中段对应所述炉体中干馏层和/或还原层。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。图1是本实用新型提供的一种煤气化流程示意图；图2是本实用新型提供的一种煤气化装置炉体中各反应层的分布示意图；图3是本实用新型提供的煤气化装置结构示意图；图4是本实用新型提供的煤气化装置轴向高度和炉体内部温度的关系示意图；图5是本实用新型提供的合成气出口安装位置对应的煤气化装置轴向高度和合成气组成的关系示意图。具体实施方式为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。图1是本实用新型提供的一种煤气化流程示意图。如图所示，煤原料从顶部进入煤气化装置(本申请中又称为“气化炉”)，气化剂蒸汽(例如，水蒸气)和氧气通过周向对称布置的多个氧蒸汽喷嘴从气化炉下部进入所述煤气化装置，炉体内气相与固相逆流接触。由此，在煤气化装置的内部可以形成气化燃烧区，经过煤气化反应生成合成气导出到外部。所述合成气包括有效气(例如，一氧化碳和氢气)和废气(例如，甲烷)。所述外部是指所述煤气化装置以外的空间，比如储气装置、合成气导管、大气环境等。上述煤气化反应发生在煤气化装置的炉体内，包括多个反应，比如生成一氧化碳的化学反应、生成甲烷的化学反应。通过研究分析化学反应的产物和反应条件可以控制合成气的组分含量，比如控制合成气中甲烷的含量。以下结合图2对煤气化装置中煤气化反应进行详细的说明。图2是本实用新型提供的一种煤气化装置炉体中各反应层的分布示意图。煤气化装置的炉体可以分为五层，分别为干燥层201、干馏层202、还原层203、氧化层204和液渣层205。干燥层201、干馏层202、还原层203、氧化层204和液渣层205由煤气化装置的炉体自上而下分布。应当可以理解的是，各层的空间高度仅作为示意，不代表煤气化装置的炉体中各层实际的高度或者各层高度占炉体总高度的实际比例。所述炉体总高度为炉体轴向的高度，所述炉体的轴向为与炉体安装底面垂直的方向。在氧化层204中，炉体内化学反应主要包括以下反应：2c+o2＝2co(1)c+o2＝co2(2)在还原层203中，化学反应主要包括以下反应：c+co2＝2co(3)c+h2o＝h2+co(4)c+2h2o＝2h2+co2(5)除此以外，在干燥层201、干馏层202、还原层203和氧化层204中还存在生成废气的反应，例如，生成甲烷的反应。生成甲烷的反应主要包括：c+2h2＝ch4(6)co+3h2＝ch4+h2o(7)2co+2h2＝ch4+co2(8)co2+4h2＝ch4+2h2o(9)在煤气化工艺中，需要尽可能的减少合成气组分甲烷的含量。因此，理想情况下以上生成甲烷的四个反应均需要遏制。对上述四个生成甲烷的反应进行实验分析，在同样的反应条件下，反应(6)的平衡常数远远大于反应(7)、(8)和(9)。表一列举了在反应温度为800℃时，反应(6)至(9)的平衡常数。表一反应(6)(7)(8)(9)平衡常数0.039810.003160.003160.00316由表一可知，反应(6)的平衡常数为反应(7)至(9)的十倍。因而，反应(6)为煤气化反应中生成甲烷的主反应。为了高效地减少煤气化工艺中合成气组分甲烷的含量，可以仅根据生成甲烷的主反应(6)来优化煤气化方法和煤气化装置。对反应(6)进行试验分析，在其他试验条件相同的情况下，增加反应温度，反应(6)的平衡常数逐渐减小。表二列举了，在其他试验条件均相同的情况下，不同反应温度下反应(6)的平衡常数。表二由表二可知，反应(6)为放热反应，反应温度是影响平衡常数的重要因子。反应温度越高，反应平衡常数越小。结合表一，当反应温度由800℃上升到927℃时，反应(6)的平衡常数显著下降。因此，为了高效地减少煤气化工艺中合成气组分甲烷的含量，可以控制反应(6)的反应温度，例如控制反应温度在800℃以上。图3是本实用新型提供的煤气化装置结构示意图。如图所示，煤气化装置包括煤锁301、炉体302、搅拌器303、合成气出口304、氧蒸汽喷嘴305、下渣口306、激冷室307和渣锁308。可以理解的是，上述部件的位置和数量仅作为示意。例如，氧蒸汽喷嘴305的数量可以为多个，例如六个，围绕炉体302的一周进行设置。又例如，合成气出口304的数量可以为多个，例如六个，围绕炉体302的一周进行设置。煤锁301位于炉体302的上方，煤原料从煤锁301进入炉体302，搅拌机303对煤原料进行搅拌。氧蒸汽喷嘴305位于炉体302的下段，气化剂蒸汽和氧气从氧蒸汽喷嘴305进入炉体302。煤原料和气化剂蒸汽及氧气发生反应，生成合成气和煤渣。合成气通过合成气出口304导出到外部，煤渣通过下渣口306进入激冷室307，然后通过渣锁308排出到外部。可以理解的是，图3提供的煤气化装置的结构仅作为示意，所述煤气化装置还包括其他部件，例如燃烧环、点火枪(均未在图上示出)。燃烧环布置在下渣口的下方，煤气化装置开车时燃烧环中通入燃气(例如，天然气、lpg)和空气，通过点火枪将燃烧环点燃，燃烧环火焰将煤原料点燃，点燃后的煤原料再和通过氧蒸汽喷嘴305进入炉体302的氧气和气化剂蒸汽反应，煤燃料开始燃烧和气化。本申请中的煤气化装置的合成气出口304位于炉体的中段上。本申请中的煤气化装置的其他部件及其数量、位置、之间的连接关系可以与液态排渣鲁奇炉(即，bgl气化炉)相同，也可以与其他气化炉相同。以下结合图4和图5对合成气出口304的安装位置进行详细的说明。图4是本实用新型提供的煤气化装置轴向高度和炉体内部温度的关系示意图。如图所示，煤气化反应时，煤气化装置的炉体的温度是随轴向高度的减小而增大的。氧蒸汽喷嘴位置附近所在的轴向高度对应的温度最高，整个炉体的温度范围在500℃至2000℃。一般，干燥层201的温度约在500℃，干馏层202的温度约在1000℃，还原层203的温度约在1100℃，氧化层204的温度约在2000℃。图5是本实用新型提供的合成气出口安装位置对应的煤气化装置轴向高度和合成气组成的关系示意图。如图5所示，合成气出口安装位置对应的气化炉轴向高度越大，合成气组分甲烷的含量越高。该实验结果与图3描述的炉体内部温度与气化炉轴向高度的关系，以及反应(6)随着温度升高平衡常数降低的实验结果相符。反应(6)是煤气化工艺中生成甲烷的主反应，该主反应是放热反应，平衡常数随着温度的增大而减小。由于在煤气化装置中炉体内部温度是随轴向高度的减小而增大的，轴向高度越小，炉体内部温度越大。那么，对于轴向高度较小的炉体段(例如，炉体的中段)，其炉体内部温度较高，生成甲烷的主反应(6)的平衡常数较小，合成气组分中甲烷的含量较低；对于轴向高度较大的炉体段(例如，炉体的顶部)，其炉体内部温度较低，生成甲烷的主反应(6)的平衡常数较大，合成气组分中甲烷的含量较高。因此，相对于合成气出口设置在顶部的煤气化装置，合成气出口设置在炉体中段的煤气化装置炉体内的气相在进入到顶部之前，已经通过设置在炉体中段的合成气出口导出。换句话说，对于合成气出口设置在炉体中段的煤气化装置，炉体内的气相在进入低温环境(例如，温度小于800℃的环境)之前就已经导出。通过将合成气出口设置在炉体中段，炉体内的气相不易发生生成甲烷的化学反应(6)，从而有效地减少了合成气组分甲烷的含量。而且，此时合成气组分一氧化碳的含量基本没有变化。如图5所示，合成气出口安装位置对应的气化炉轴向高度小于一定阈值时，虽然合成气组分甲烷的含量极低，合成气组分有效气一氧化碳的含量也极低。因此，合成气出口安装位置对应的气化炉轴向高度不能小于一定的阈值，例如氧蒸汽喷嘴位置对应的轴向高度。相对于合成气出口设置在底部的煤气化装置，合成气出口设置在炉体中段的煤气化装置在保证合成气组分甲烷含量很低的情况下，可以保证合成气组分一氧化碳的含量较高。试验表明，使用合成气出口安装在炉体中段的煤气化装置进行煤气化反应，获取的合成气组分甲烷的含量可控制在1％，甚至0.6％以下。在一些实施例中，煤气化过程中所述炉体的中段的内部温度可以高于800℃。进一步地，所述炉体的中段的内部温度可以高于900℃。在一些实施例中，煤气化装置的炉体的轴向长度为l，，所述炉体的中段为0.3l至0.7l之间的炉体段。在一些实施例中，所述炉体的中段为搅拌机303和氧蒸汽喷嘴305之间的炉体段。在一些实施例中，所述炉体的中段对应所述炉体中干馏层202和/或还原层203。以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页1 2 3