一種兩段控溫化石燃料氣化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化石燃料氣化裝置，尤其是涉及一種兩段控溫化石燃料氣化裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國對化石燃料的需求越來越多。從目前消費(fèi)結(jié)構(gòu)來 看，煤炭和重油消耗占所有能源消耗的80%以上。由于煤炭和重油含有較多的硫、氮化合 物，對環(huán)境污染嚴(yán)重，其消費(fèi)又受到了環(huán)保法規(guī)的限制。為了緩和經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的矛 盾，近年來煤炭和重油的清潔利用受到人們的重視。其中，以煤或石油焦為原料制取合成 氣，再由合成氣合成液體燃料、化工產(chǎn)品，或者經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的路線受到人們的青睞。
[0003] 由煤或重油制取合成氣的技術(shù)稱為氣化技術(shù)，是煤或重油清潔利用的重要技術(shù)之 一。迄今為止，已開發(fā)及處于研宄發(fā)展中的氣化技術(shù)很多，可分為移動(dòng)床（固定床）氣化技 術(shù)、流化床氣化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)和熔融床氣化技術(shù)四大類。
[0004] 流化床氣化又叫沸騰床氣化，它是以小顆粒煤炭或帶焦顆粒為氣化原料，在自下 而上氣化劑的流化作用下，形成流化床并在一定溫度和壓力條件下反應(yīng)生成合成氣，整個(gè) 床層溫度均勻，組分均一。流化床氣化技術(shù)處理量大，原料適應(yīng)性強(qiáng)，適用于多種場合。
[0005] 2003年陜西秦晉煤氣化工程裝置有限公司申請了灰粘聚循環(huán)流化床粉煤多元?dú)?化工業(yè)生產(chǎn)裝置專利（【申請?zhí)枴?3262731. 9)。氣化劑（氧、水蒸汽等）從氣化爐底部以一 定的速度進(jìn)入氣化爐內(nèi)，使床層內(nèi)的煤粒沸騰流化起來，氣、固兩相充分混合接觸反應(yīng)，使 碳的氧化更完全。從氣化爐上部帶出的飛灰經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，出的細(xì)灰煤粉返回爐內(nèi) 進(jìn)行循環(huán)，從而提高過程的總效率。氣化爐內(nèi)設(shè)有中心管且在氣化爐底部設(shè)置灰粘聚分離 裝置，在爐內(nèi)上部形成局部高溫區(qū)，使灰渣粘聚成球，借助灰渣與煤粉的質(zhì)量差異對灰渣選 擇性控制排出，降低灰渣中的含碳量。
[0006] 流化床氣化技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但由于流化床氣化溫度（950°C~ 1200°C左右）較高，造成控制閥等裝置投資高，能耗大，目前仍沒有一種流化床氣化方法能 夠有效解決上述問題。并且在實(shí)際生產(chǎn)中，氣化裝置有時(shí)需要與其他煤炭或重油加工裝置 聯(lián)合操作，進(jìn)行流化顆粒交換耦合，當(dāng)前也沒有相應(yīng)氣化技術(shù)來滿足這種需求。
[0007] 中國專利CN 104277881A公開了一種干法排渣流化床氣化反應(yīng)裝置裝置，包括反 應(yīng)器本體、多級旋風(fēng)分離裝置、布風(fēng)裝置和給料、回料系統(tǒng)組成，采用循環(huán)流化床反應(yīng)器為 氣化反應(yīng)本體，采用中高溫氣化實(shí)現(xiàn)干法排渣，采用兩段式分級氣化，達(dá)到提高碳轉(zhuǎn)化率和 冷煤氣效率的目的，但該專利采用密相床層進(jìn)料，低溫原料的加入降低了反應(yīng)床層的溫度。 并且由于排渣溫度的限制，也決定該技術(shù)密相床層不能采用較高反應(yīng)溫度，導(dǎo)致整個(gè)密相 床反應(yīng)效率低下，大部分反應(yīng)被迫轉(zhuǎn)移到稀相空間進(jìn)行，造成反應(yīng)器體積龐大，投資成本過 高。而且，大量高溫合成氣從反應(yīng)系統(tǒng)排出，因當(dāng)前工程技術(shù)很難利用l〇〇〇°C以上溫度的熱 能，勢必采用降溫后回收熱能技術(shù)，造成優(yōu)質(zhì)能源浪費(fèi)，能耗較大。另外，該技術(shù)并沒有提到 循環(huán)催化劑的流量控制閥，也并沒有提到循環(huán)催化劑的降溫措施，在工程上并不具有可實(shí) 施性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種降低裝置制造 成本、降低能耗，可與其他煤炭或重油加工裝置進(jìn)行流化顆粒交換耦合的兩段控溫化石燃 料氣化裝置。
[0009] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，包括：
[0011] 一段反應(yīng)器，該一段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)、密相區(qū)、汽提區(qū)，
[0012] 連接在一段反應(yīng)器上方的二段反應(yīng)器，該二段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)及密 相區(qū)，
[0013] 二段反應(yīng)器的密相區(qū)經(jīng)通道與一段反應(yīng)器的稀相區(qū)直接連通，經(jīng)循環(huán)管及控溫管 分別與一段反應(yīng)器的密相區(qū)及汽提區(qū)連通。
[0014] 一段反應(yīng)器及二段反應(yīng)器中的密相區(qū)為反應(yīng)器內(nèi)部流化顆粒聚集的床層空間。
[0015] -段反應(yīng)器及二段反應(yīng)器中的稀相區(qū)為反應(yīng)器內(nèi)部流化床層表面的上方空間。
[0016] -段反應(yīng)器的汽提區(qū)對氣化后的顆粒進(jìn)行汽提，用蒸汽置換出顆粒夾帶的合成 氣。
[0017] 所述的循環(huán)管及控溫管均帶有控制閥。
[0018] 所述的二段反應(yīng)器的密相區(qū)設(shè)有至少一個(gè)氣化原料進(jìn)料口。
[0019] 所述的控溫管與一段反應(yīng)器汽提區(qū)連接點(diǎn)的下方設(shè)有至少一個(gè)流化顆粒排出口。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] (1)采用兩段氣化反應(yīng)器：在二段反應(yīng)器密相區(qū)，低溫氣化原料顆粒與一段反應(yīng) 器稀相區(qū)來的合成氣混合接觸，對原料進(jìn)行加熱并進(jìn)行部分氣化反應(yīng)，在利用一段反應(yīng)器 合成氣高溫位熱能的同時(shí)，降低合成氣出口溫度，減輕對后續(xù)工藝和設(shè)備的材質(zhì)要求。
[0022] (2)采用控溫管：二段反應(yīng)器密相區(qū)溫度低，通過控溫管把低溫物料輸送到一段 反應(yīng)器汽提區(qū)，降低流化顆粒排出溫度，減輕對外排顆粒輸送管線和閥門的要求。同時(shí)，流 化顆粒排出溫度可控，仍可作為其他工藝的加熱工質(zhì)使用，所以也適合與其他煤炭或石油 加工裝置聯(lián)合操作，節(jié)約能耗。
[0023] (3)設(shè)置汽提區(qū)：通過汽提區(qū)汽提出外排顆粒攜帶的氣化反應(yīng)生成物，增加合成 氣收率，減少廢氣排放，同時(shí)也有利于外排顆粒作為其他工藝的工質(zhì)使用。
[0024] (4)高溫流化床氣化反應(yīng)：由于一段反應(yīng)器密相區(qū)無冷物流加入，使得較少的二 氧化碳生成量即可以維持較高的床層溫度。加上控溫管的作用，在工程上也允許一段反應(yīng) 器密相區(qū)采用950°C以上的反應(yīng)溫度。采用高溫氣化技術(shù)，反應(yīng)空速增加，反應(yīng)器體積大大 縮小，節(jié)約投資成本。而且采用較高的氣化溫度，甲烷等副產(chǎn)物也大大降低，降低了后續(xù)產(chǎn) 物凈化的能耗。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖中，1- 一段反應(yīng)器、11- 一段稀相區(qū)、12- -段密相區(qū)、13-汽提區(qū)、2-二段反應(yīng) 器、21-二段稀相區(qū)、22-二段密相區(qū)、3-循環(huán)管、4-控溫管、5-氣化原料進(jìn)料口、6-流化顆 粒排出口、7-顆粒流量控制閥、A-氣化原料、B-氣化劑、C-汽提汽、D-粗合成氣產(chǎn)品、E-高 溫工質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028] 實(shí)施例
[0029] 一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用流化床氣化的方法進(jìn) 行煤炭或者石油焦的氣化。該裝置主要由一段反應(yīng)器1、二段反應(yīng)器2、循環(huán)管3、控溫管4 等組件構(gòu)成。二段反應(yīng)器2設(shè)置在一段反應(yīng)器1的上方。二段反應(yīng)器2上部空間為二段稀 相區(qū)21，下部空間為二段密相區(qū)22。一段反應(yīng)器上部空間為一段稀相區(qū)11，下部空間為一 段密相區(qū)12。一段密相區(qū)12的下部設(shè)有汽提區(qū)13。一段稀相區(qū)11有通道與二段密相區(qū) 22相通。循環(huán)管3連接于二段密相區(qū)22和一段密相區(qū)12之間。控溫管4連接于二段密相 區(qū)22和汽提區(qū)13之間。二段密相區(qū)22上方設(shè)有氣化原料進(jìn)料口 5。一段反應(yīng)器的汽提區(qū) 13下部設(shè)有流化顆粒排出口 6和顆粒流量控制閥7。
[0030] 使用時(shí)，氣化原料A在二段密相區(qū)22被加熱，部分氣化后，隨循環(huán)物料通過循環(huán)管 3進(jìn)入一段密相區(qū)12進(jìn)行氣化反應(yīng)，氣化后剩余的顆粒進(jìn)入汽提區(qū)13,被控溫管4來的低 溫物料降溫后，繼續(xù)向下汽提出攜帶的反應(yīng)氣體，然后排出一段反應(yīng)器1。具體如下所示：
[0031] 氣化原料A由氣化原料進(jìn)料口 5進(jìn)入二段密相區(qū)22,混合換熱并進(jìn)行氣化反應(yīng)。 一段稀相區(qū)11來的高溫合成氣在二段密相區(qū)22反應(yīng)、換熱和降溫后，進(jìn)入二段稀相區(qū)21， 分離掉所攜帶的固體顆粒，然后作為粗合成氣產(chǎn)品D送往后續(xù)工藝。二段密相區(qū)22的部分 氣化顆粒通過循環(huán)管3進(jìn)入一段密相區(qū)12,與裝置外來的氣化劑B (水蒸氣、氧氣或空氣的 混合物）混合接觸，發(fā)生氣化反應(yīng)，生成高溫合成氣。高溫合成氣經(jīng)過一段稀相區(qū)11后，攜 帶一部分顆粒進(jìn)入二段密相區(qū)22。一段密相區(qū)12的固體顆粒經(jīng)過氣化反應(yīng)后，向下進(jìn)入一 段反應(yīng)器1的汽提區(qū)13,與控溫管4從二段密相區(qū)22引來的低溫物料混合降溫，然后經(jīng)過 汽提汽C的汽提后，一部分物料通過流化顆粒排出口 6排出裝置，大部分物料作為高溫工質(zhì) E去參與其他工藝過程。
[0032] 此裝置處理量大，原料適應(yīng)性強(qiáng)，合成氣溫度低，外排流化顆粒溫度適中，投資低， 運(yùn)行能耗小，能夠與其他工藝裝置聯(lián)合加工煤炭或重油，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
[0033] 本技術(shù)顆粒排出溫度低于900°C，大大降低了工程應(yīng)用難度。而且二段反應(yīng)器出 口粗合成氣溫度低于900°C，在二段反應(yīng)器中充分利用了 900~1000°C高溫能量，合成氣中 CO和氫氣的濃度增加，裝置整體效益提高，以下是本技術(shù)適用的氣體組成，以及各段反應(yīng)器 反應(yīng)以及排出的溫度。
[0034] 表 1
[0035]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，該裝置包括： 一段反應(yīng)器，該一段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)、密相區(qū)、汽提區(qū)， 連接在一段反應(yīng)器上方的二段反應(yīng)器，該二段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)及密相 區(qū)， 二段反應(yīng)器的密相區(qū)經(jīng)通道與一段反應(yīng)器的稀相區(qū)直接連通，經(jīng)循環(huán)管及控溫管分別 與一段反應(yīng)器的密相區(qū)及汽提區(qū)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，一段反應(yīng)器 及二段反應(yīng)器中的密相區(qū)為反應(yīng)器內(nèi)部流化顆粒聚集的床層空間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，一段反應(yīng)器 及二段反應(yīng)器中的稀相區(qū)為反應(yīng)器內(nèi)部流化床層表面的上方空間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，一段反應(yīng)器 的汽提區(qū)對氣化后的顆粒進(jìn)行汽提，用蒸汽置換出顆粒夾帶的合成氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，所述的循環(huán) 管及控溫管均帶有控制閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，所述的二段 反應(yīng)器的密相區(qū)設(shè)有至少一個(gè)氣化原料進(jìn)料口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，其特征在于，所述的控溫 管與一段反應(yīng)器汽提區(qū)連接點(diǎn)的下方設(shè)有至少一個(gè)流化顆粒排出口。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種兩段控溫化石燃料氣化裝置，包括：一段反應(yīng)器，該一段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)、密相區(qū)、汽提區(qū)，連接在一段反應(yīng)器上方的二段反應(yīng)器，該二段反應(yīng)器自上而下依次為稀相區(qū)及密相區(qū)，二段反應(yīng)器的密相區(qū)經(jīng)通道與一段反應(yīng)器的稀相區(qū)直接連通，經(jīng)循環(huán)管及控溫管分別與一段反應(yīng)器的密相區(qū)及汽提區(qū)連通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有降低裝置制造成本、降低能耗等優(yōu)點(diǎn)，另外還可與其他煤炭或重油加工裝置進(jìn)行流化顆粒交換耦合。
【IPC分類】C10J3-80, C10J3-84, C10J3-82, C10J3-56, C10J3-72
【公開號】CN104862015
【申請?zhí)枴緾N201510292950
【發(fā)明人】張韓, 楊獻(xiàn)斌, 張勇, 張澗, 鐘小萍
【申請人】上海河圖工程股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月1日