一種耦合高溫變換的多段氣流床煤氣化的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種干煤粉氣流床氣化技術(shù)，尤其設(shè)及一種禪合高溫變換的多段氣流 床煤氣化的方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤氣化技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)的核屯、和龍頭技術(shù)，也是實現(xiàn)煤炭高效潔凈利用的關(guān)鍵 技術(shù)之一。煤化工市場的迅速擴張，更促進了煤氣化技術(shù)的長足進步，加壓、大型化、原料適 應(yīng)性強是先進氣化技術(shù)的發(fā)展方向。
[0003] 氣化技術(shù)按照氣固接觸的方式可分為固定床、流化床和氣流床氣化爐。其中，氣流 床氣化爐具有生產(chǎn)能力大、碳轉(zhuǎn)化率高、環(huán)境污染小的優(yōu)點，是目前大規(guī)模煤化工過程的首 選氣化工藝。氣流床氣化工藝有干煤粉進料和水煤漿進料兩種形式。比較而言，干煤粉進料 可降低氧耗約15-20%，粗合成氣中有效氣（C0+H2)濃度達90-93%，冷煤氣效率78-83%， 碳轉(zhuǎn)化率>99%，在煤種適應(yīng)性、碳轉(zhuǎn)化率、氧耗、氣化效率方面更有優(yōu)勢。主要的爐型包括： K-T爐、Shell爐、Prenflo爐和GSP爐等，國內(nèi)的航天爐、TPRIW及東方爐等。
[0004] 盡管干煤粉氣流床氣化技術(shù)已工業(yè)化成熟應(yīng)用，但仍存在一些缺點：（1)普遍采 用煤氣高溫激冷工藝，1200-1500°c的粗煤氣激冷降溫至200-250°C，煤氣顯熱損失大；（2) 粗煤氣中CO濃度達65 %W上，&含量低，對于需要氨氣的化工合成過程，如合成氨、合成甲 醇、合成油，后系統(tǒng)CO變換負荷大；(3)對于煤灰烙點高、黏溫特性高的煤種，易造成排灰口 堵塞，因此一般只適用于灰烙點小于1300°C的煤種。為改善上述缺點，科研技術(shù)人員提出 了一些改進的氣流床氣化工藝。專利化01131780. 9提出了兩段式干煤粉氣化爐，煤粉和 氧氣分兩段加入氣化爐，一段為高溫氣化段氣化溫度1300-1500°C，二段低溫氣化段氣化溫 度900-1200°C，可W利用約500°C溫差的煤氣顯熱，提高了煤的氣化效率。但實際操作中因 二段煤粉反應(yīng)不完全，碳轉(zhuǎn)化率較低。ZL02131307. 5提出了一種固體排渣的氣流床氣化裝 置，該氣化爐結(jié)合了氣流床和流化床氣化爐特點，可利用高溫氣化的煤氣和灰渣的顯熱，提 高系統(tǒng)熱效率，但氣化爐的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。公開專利CN103998580A提出一種在壓力下對固 體燃料進行氣流床氣化的方法和裝置，氣化爐由兩段組成，固體燃料和氣化劑從頂部和中 部多個噴嘴噴入氣化爐，兩段的溫度可靈活控制，適應(yīng)不同的物料。公開專利CN102676228A 和CN102134512A分別提出采用頂部和上部多個燒嘴分級進料的氣流床煤氣化爐，有利于 擴大氣化爐的生產(chǎn)能力。但多噴嘴進料方式也造成控制系統(tǒng)復(fù)雜，增加了操作難度，而且不 能解決高溫顯熱利用的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種易操作，熱效率高，煤氣氨含量高，煤種適應(yīng)性好的一 種禪合高溫變換的多段氣流床煤氣化的方法及設(shè)備。
[0006] 本發(fā)明針對目前高溫氣流床煤氣化爐存在的上述缺點，提出了禪合高溫水煤氣變 換反應(yīng)的氣流床煤氣化的方法及設(shè)備，其特點在于：首先煤與W氧氣為主要成分的氣化劑 進行高溫氣化反應(yīng)生成1200-1500°C富含CO的高溫煤氣；然后噴入水或蒸汽，煤氣溫度激 冷降溫至700-900°C，同時CO與高溫水蒸氣進行水煤氣高溫變換反應(yīng)生成&和CO2;最后富 氨煤氣經(jīng)激冷降溫排出氣化爐。本發(fā)明方法可利用煤氣顯熱進行高溫變換反應(yīng)，煤氣中部 分CO經(jīng)高溫水蒸氣變換反應(yīng)生成&，從而降低后系統(tǒng)的變換工藝的生產(chǎn)負荷15-30 %，減 少水蒸氣消耗量，提高系統(tǒng)整體熱效率，尤其適用于煤氣化制富氨合成氣的化學(xué)品合成和 燃料生產(chǎn)過程。
[0007] 本發(fā)明的方法是包括W下步驟：
[0008] (1)粒徑小于200ym的干煤粉和氣化劑從多段氣流床氣化爐頂部中屯、的燒嘴 垂直噴入氣化爐上部的高溫氣化段進行煤的氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)溫度1200-1800°C，壓力 0. 1-6. 5MPa，氣固接觸時間5-20S;
[0009] (2)高溫氣化產(chǎn)生的熱煤氣和烙渣向下流動經(jīng)擴口段至氣化爐中部的高溫變換 段，變換噴淋水或低溫蒸氣從位于擴口段的霧化噴頭噴入氣化爐，降溫至700-900°C，煤氣 中部分CO經(jīng)高溫水蒸氣變換反應(yīng)生成&，氣體停留時間5-20S;
[0010] (3)高溫變換后的煤氣和灰渣通過導(dǎo)流管進入激冷段，導(dǎo)流管內(nèi)通入激冷水，煤氣 經(jīng)冷卻洗涂，降溫至100-300°C，同時煤氣中的灰渣被循環(huán)渣水洗涂捕集；
[0011] (4)降溫除渣后的粗煤氣從氣化爐激冷段上部的粗煤氣出口排出氣化爐，送后系 統(tǒng)凈化處理；灰渣由氣化爐底部的下渣口排出，送灰水系統(tǒng)處理。
[0012] 如上所述步驟（1)的氣化劑由氧氣、水蒸氣、二氧化碳組成，氧氣的體積百分含量 70-90 %，水蒸氣的體積百分含量0-30 %，二氧化碳的體積百分含量0-30 %。
[0013] 如上所述步驟（1)的氧氣與干煤粉之間的比例為0.7-1.Okg氧氣Ag煤。
[0014] 所述步驟（2)的噴入高溫變換段的變換噴淋水是20-60°C的煤氣洗涂水、工業(yè)自 來水、工業(yè)軟化水或100-200°C的鍋爐飽和水，用量為0. 10-0. 3kg水Ag煤。
[0015] 所述步驟（2)的噴入高溫變換段的低溫蒸氣的溫度100-250°C，用量為0. 8-1.化g 水蒸氣Ag煤。
[0016] 如上所述步驟（3)的激冷水是20-60°C的煤氣洗涂水，用量為10kg-20kg水Ag 煤。
[0017] 如上所述步驟（4)的排出氣化爐的粗煤氣的干組成為，&的體積百分含量 30-40%，CO的體積百分含量35-45%，C〇2的體積百分含量15-25%，N2及其它雜質(zhì)氣體的 體積百分含量2-7 %。
[0018] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人設(shè)計了多段氣流床氣化爐，它包括爐體，高溫氣化 段，高溫變換段和激冷段，其特征在于爐體分為高溫氣化段，高溫變換段和激冷段，高溫氣 化段的內(nèi)壁為水冷壁，外壁為圓柱形殼體，高溫氣化段頂部有煤粉和氣化劑進口，高溫氣化 段下部通過擴口段與高溫變換段連接，擴口段的錐面均布霧化噴頭，高溫變換段下部變?yōu)?收縮段，擴口段和高溫變換段的內(nèi)壁是耐火襯里，外壁為圓柱形殼體，收縮段內(nèi)壁是耐火襯 里，收縮段出口連接導(dǎo)流管，激冷段由收縮段，圓柱形殼體和導(dǎo)流管組成，導(dǎo)流管上部有激 冷環(huán)，位于激冷段的圓柱形殼體上有激冷水進口，激冷水進口與激冷環(huán)連接，激冷段內(nèi)下部 有不少于2層的擋板，激冷段下部有從上到下依次有渣水進口和渣水出口，激冷段上部有 粗煤氣出口，底部有排渣口。
[0019] 如上所述的高溫氣化段與高溫變換段直徑比為1:1. 1-2,高度比1:0. 5-1. 5。
[0020] 如上所述的擴口段的錐頂角a為60-150。。
[0021] 如上所述的霧化噴頭沿擴口段的錐面圓周均布4-20個，與水平面的夾角0-90°。
[0022] 如上所述的激冷段內(nèi)的擋板由多排水平傾斜45-75°的葉片、外圈和內(nèi)圈組成，外 圈與氣化爐殼體連接，內(nèi)圈形成中屯、孔，導(dǎo)流管穿過中屯、孔，并與內(nèi)圈連接。
[0023] 如上所述的激冷段內(nèi)的擋板14的層數(shù)為2-20層。
[0024] 本發(fā)明具有W下技術(shù)特點和優(yōu)點：（1)高溫氣化段采用高溫氣化技術(shù)，碳轉(zhuǎn)化率 可達99% ;(2)高溫變換段加入變換噴淋水，可利用部分煤氣顯熱產(chǎn)生水蒸氣，提高系統(tǒng)熱 效率；(3)煤氣中的水蒸氣與CO進行水蒸氣變換反應(yīng)，生成&，可降低后系統(tǒng)變換負荷，減 小后系統(tǒng)投資和操作成本；(4)高溫氣化段與變換段之間的擴口結(jié)構(gòu)有利于烙渣的流動， 可提高氣化爐的煤種適應(yīng)性；（5)煤氣激冷段灰渣溫度低，可避免下渣口和激冷環(huán)的損毀， 有利于延長設(shè)備的運行周期。
【附圖說明】
[0025]W下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步的詳細說明。
[00%] 圖1是本發(fā)明多段氣流床氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明A-A結(jié)構(gòu)示意圖
[0028] 圖3是本發(fā)明擋板的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明擋板的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 如圖所示，1是氣化爐爐體，2是高溫氣化段，3是高溫變換段，4是激冷段，5是干煤 粉和氣化劑進口，6是水冷壁，7是氣化爐外殼體，8是擴口段，9是收縮段，10是霧化噴頭，11 是耐火襯里，12是導(dǎo)流管，13是激冷環(huán)，14是擋板，15是激冷水進口，16是渣水進口，17是 渣水出口，18是粗煤氣出口，19是排渣口，20是擋板的葉片，21是擋板的外圈，22是擋板的 內(nèi)圈，23是擋板的中屯、孔。
【具體實施方式】 陽0川 實施例1
[0032] 多段氣流床氣化爐，它包括爐體1，高溫氣化段2,高溫變換段3和激冷段4,其特征 在于爐體1分為高溫氣化段2,高溫變換段3和激冷段4,高溫氣化段2的內(nèi)壁為水冷壁6， 外壁為圓柱形殼體7,高溫氣化段2頂部有煤粉和氣化劑進口 5,高溫氣化段2下部通過擴 口段8與高溫變換段3連接，擴口段8的錐面均布變換噴淋水或低溫蒸氣的霧化噴頭10,高 溫變換段3下部變?yōu)槭湛s段9,擴口段8和高溫變換段3的內(nèi)壁是耐火襯里11，外壁為圓柱 形殼體7,收縮段9壁是耐火襯里11，收縮段9出口通過導(dǎo)流管12連接激冷段4,激冷段4 由收縮段9,圓柱形殼體7和導(dǎo)流管12組成，導(dǎo)流管12上部有激冷環(huán)13,位于激冷段4的 圓柱形殼體7上有激冷水進口 15,激冷水進口 15與激冷環(huán)13連接，激冷段4內(nèi)下部有不少 于2層的擋板14,激冷段4下部有從上到下依次有渣水進口 16和渣水出口 17,激冷段4上 部有粗煤氣出口 18,底部有排渣口 19,激冷段4內(nèi)的擋板14由多排水平傾斜葉片20、外圈 21和內(nèi)圈22組成，擋板14的外圈21與氣化爐殼體7連接，擋板14的內(nèi)圈22形成中屯、孔 23,導(dǎo)流管12穿過中屯、孔23,內(nèi)圈22與導(dǎo)流管12連接。 陽03引多段氣流床煤氣化爐爐體總高10600mm。其中，高溫氣化