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CN104560211B - 一种气化炉 - Google Patents

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CN104560211B CN201510032686.7A CN201510032686A CN104560211B CN 104560211 B CN104560211 B CN 104560211B CN 201510032686 A CN201510032686 A CN 201510032686A CN 104560211 B CN104560211 B CN 104560211B
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Abstract

本发明公开了一种气化炉，用于煤炭化学链载氧体制备合成气技术，包括壳体、布风板和加热装置，所述加热装置位于所述壳体的内部，所述布风板位于所述壳体的中间位置并将所述壳体的内腔分为第一内腔和第二内腔，所述第一内腔与煤粉及载氧体入口管、合成气出口管、载氧体出口管和载氧体返料管连通，所述第二内腔与水蒸气入口管连通，所述布风板上安装有能够使水蒸气由所述第一内腔流入所述第二内腔的风帽。该装置内所进行的气化反应，燃料与氧气无需接触，通过载氧体将氧原子传递给燃料，避免了氧气提纯的过程，能够有效的节约成本，同时，该反应无需燃烧过程，有效的节约了能源。

Description

一种气化炉
技术领域
本发明涉及煤气化领域，特别是涉及一种气化炉及煤气化方法。
背景技术
煤气化是一个热化学过程，以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。
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，各种气化技术均有其各自的优缺点，对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。
工业中常用的煤气化炉通常是将煤粉与氧气(空气、富氧或纯氧)燃烧，生成气态的合成气，通常参与反应的氧气纯度越高，生成的合成气越符合要求，工业生产中，如果使用浓度较低的氧气参与反应，会影响生成的混合气中一氧化碳和氢气的浓度，为了提高合成气中一氧化碳和氢气的浓度，需要将空气分离，提取出浓度较高的氧气参与反应，但是氧气提纯的过程成本高，而且合成气制备时，燃烧的过程会消耗较多的能源。
因此，如何有效的降低合成气制备的成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气化炉，该装置有效的降低合成气制备的成本。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种气化炉，用于煤炭化学链载氧体制备合成气技术，包括壳体、布风板和加热装置，所述加热装置位于所述壳体的内部，所述布风板位于所述壳体的中间位置并将所述壳体的内腔分为第一内腔和第二内腔，所述第一内腔与煤粉及载氧体入口管、合成气出口管、载氧体出口管和载氧体返料管连通，所述第二内腔与水蒸气入口管连通，所述布风板上安装有能够使水蒸气由所述第一内腔流入所述第二内腔的风帽。
优选的，所述壳体的内壁设有耐火层，所述耐火层的内壁设有石英玻璃内壁，所述加热装置嵌入所述耐火层的内部，所述布风板的边缘嵌入所述石英玻璃内壁中。
优选的，所述第一内腔设有用于改变煤粉及载氧体流动方向的第一挡板和第二挡板，所述第一挡板固定安装在所述石英玻璃内壁上，所述第二挡板固定安装在所述布风板上。
优选的，所述第一挡板为石英玻璃挡板，所述第二挡板为耐热钢挡板。
优选的，所述风帽呈圆柱状，所述风帽的圆周方向设有通孔，所述通孔的延伸方向与所述风帽的轴线方向成80°至85°夹角，所述通孔沿所述风帽的轴线方向设有1-3层，每层所述通孔的个数为3个，并且每层所述通孔均沿所述风帽的周向均匀排列，所述通孔的孔径为4mm至6mm。
优选的，所述煤粉及载氧体入口管的轴线方向与所述壳体的轴线方向成50°至70°夹角，所述载氧体出口管的轴线方向与所述壳体的轴线方向成35°至55°夹角。
优选的，所述布风板上连接有用于使灰尘颗粒排出所述第一内腔的排渣管。
优选的，所述加热装置为硅碳棒加热装置，所述加热装置呈柱状，所述加热装置的轴线方向与所述壳体的轴线方向平行。
优选的，所述壳体包括通过法兰相连的上壳和下壳，且所述上壳和所述下壳均具有U型槽，所述上壳的U型槽与所述布风板形成所述第一内腔，所述下壳的U型槽与所述布风板形成所述第二内腔。
优选的，所述布风板靠近所述第一内腔的一侧还设有耐火泥。
本发明所提供的气化炉，包括壳体、布风板和加热装置，所述加热装置位于所述壳体的内部，所述布风板位于所述壳体的中间位置并将所述壳体的内腔分为第一内腔和第二内腔，所述第一内腔与煤粉及载氧体入口管、合成气出口管、载氧体出口管和载氧体返料管连通，所述第二内腔与水蒸气入口管连通，所述布风板上安装有能够使水蒸气由所述第一内腔流入所述第二内腔的风帽。煤粉和载氧体经所述煤粉及载氧体入口管进入该气化炉的所述第一内腔，水蒸气经所述水蒸气入口管进入该气化炉的第二内腔，水蒸气继续通过所述风帽流入所述第一内腔，煤粉、载氧体及水蒸气在所述第一内腔混合，加热装置为该装置加热，载氧体及煤粉在水蒸气的流化作用下，进行气化反应，载氧体将空气中的氧原子提供给煤粉，失去氧原子的载氧体通过载氧体出口管流出，与空气反应再次得到氧原子，再次通过载氧体返料管进入所述第一内腔，该气化炉内的气化反应生成以H2、CO为主要成分的合成气。该装置内所进行的气化反应，燃料与氧气无需接触，通过载氧体将氧原子传递给燃料，避免了氧气提纯的过程，能够有效的节约成本，同时，该反应无需燃烧过程，有效的节约了能源。
在一种优选实施方式中，所述壳体的第一部分设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板固定安装在所述石英玻璃内壁上，所述第二挡板固定安装在所述布风板上。当煤粉及载氧体通过所述煤粉及载氧体入口管进入所述第一内腔后，所述第一挡板和所述第二挡板的设置使得煤粉及载氧体能够流化态折流流动，充分的与水蒸气发生反应，避免了煤粉、载氧体及水蒸气的气化反应不充分。
附图说明
图1为本发明所提供的气化炉一种具体实施方式的结构示意图；
图2为图1所示气化炉A-A截面示意图；
图3为图1所示气化炉的俯视示意图；
图4为图1所示气化炉一种具体实施方式的布风板结构示意图；
图5为图1所示气化炉一种具体实施方式的风帽结构示意图；
图6为图1所述气化炉一种具体实施方式的风帽结构的俯视图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种气化炉，能够有效的降低合成气制备的成本。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的气化炉一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，该气化炉包括壳体1、布风板9和加热装置11。布风板9位于壳体1的中间位置并将壳体1的内腔分为第一内腔4和第二内腔10，第一内腔4与煤粉及载氧体入口管12、合成气出口管14、载氧体出口管15和载氧体返料管16连通，第二内腔10与水蒸气入口管13连通。布风板9上安装有风帽7，风帽7上设有能够使水蒸气由第一内腔4流入第二内腔10的通孔。加热装置11位于壳体1的内部，加热装置11能够为壳体1内的反应提供热量。壳体1通常呈卧式圆筒状，使用碳钢材料制成，另外，为了保证载氧体及煤粉能够充分的反应，并且充分的利用该气化炉的内部空间，煤粉及载氧体入口管12与载氧体出口管15分别位于该气化炉沿轴线方向的两侧。
在该气化炉制备合成气时，煤粉及载氧体经煤粉及载氧体入口管12进入该气化炉的第一内腔4，即反应室，水蒸气经水蒸气入口管13送入气化炉的第二内腔10，即风室，水蒸气经布风板9上连接的风帽7的通孔送入该气化炉的反应室。载氧体及煤粉在水蒸气的流化作用下在第一内腔4内流动，并进行气化反应，煤粉、载氧体及水蒸气发生载氧体气化反应生成以H2、CO为主要成分的合成气。反应后的载氧体及部分煤灰经载氧体出口管15送入下游工序，粗合成气则通过合成气出口管14溢出。
失去氧原子的载氧体通过载氧体出口管15流出后，与空气中的氧原子发生反应重新得到氧原子，重新得到氧原子的载氧体通过载氧体返料管16重新回到该气化炉的反应室，继续为煤粉提供氧原子。
载氧体即能够传递氧，又能够将氧化反应生成的热量传递到还原反应器。载氧体包括金属载氧体与非金属载氧体，金属载氧体主要有Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Cd等及其构成的复合金属氧化物，非金属载氧体主要有CaSO4、BaSO4、SrSO4等硫酸盐载氧体。
壳体1的内壁还可以设有耐火层2，加热装置11嵌入耐火层2的内部，耐火层2的内壁还可以设有石英玻璃内壁3，布风板9的边缘嵌入石英玻璃内壁3中，布风板9与石英玻璃内壁3之间的缝隙用耐火胶泥密封。石英玻璃内壁3开设小孔，使得炉内气体的压力作用在耐火层2上，避免石英玻璃内壁3承受气化炉内的压力而破损。
如图4所示，布风板9靠近第一内腔4的一侧还可以设有耐火泥18，耐火泥18可以有效的保护布风板9，避免布风板9在高温环境下受到损害。
该气化炉的第一内腔4中还可以设有第一档板61和第二挡板62。第一挡板61固定安装在石英玻璃内壁3上，第二挡板62固定安装在布风板9上。第一挡板61与石英玻璃内壁3一体成型，为石英玻璃材质，第二挡板62为耐热钢材质，第一挡板61与第二档板61的个数均为两个，并且第一挡板61与第二挡板62均大体垂直于布风板。当煤粉及载氧体流入反应室后，会在第一挡板61以及第二挡板62的作用下，折流流动，增加了载氧体及煤粉在气化炉内的停留时间。这里需要说明的是，第一挡板61和第二挡板62的数量可以根据需要设定，不局限于本实施例中所提供的数量。
如图5和图6所示，布风板9上连接的风帽7可以呈圆柱状，风帽7的圆周方向设有通孔，通孔的延伸方向与风帽7的轴线方向成80°至85°夹角，通孔沿风帽7的轴线方向设有1至3层(比如2层)，每层通孔的个数为3个，并且每层通孔均沿风帽7的周向均匀排列，即同一水平面通孔夹角为120°，通孔孔径为4-6mm。由于通孔所处的高度一般会高于布风板9上的耐火泥18的高度，因此将通孔的延伸方向设计为与风帽7的轴线方向成80°至85°夹角，可以保证水蒸气流出风帽7时的方向为倾斜向下，能够与位于通孔位置以下的煤粉及载氧体反应，避免载氧体及煤粉反应不充分，能够有效的节约能源，进而节省成本。通孔沿风帽7的轴线方向设有多层可以保证水蒸气的供应充足，每层通孔的个数为三个并且沿风帽的周向均匀排列是为了避免通孔的位置对称而导致气流滞留。当然，其他能够保证水蒸气顺利流出的通孔数量、位置和孔径亦可。
煤粉及载氧体入口管12的轴线方向与壳体1的轴线方向可以成50°至70°夹角，载氧体出口管15的轴线方向与壳体1的轴线方向成35°至55°夹角。上述设置，能够保证煤粉及载氧体进入反应室后，在保证竖直方向流动的同时，还能够朝着水平方向流动，载氧体出口管15也设计为与壳体1的轴线方向有一定的夹角，是为了保证载氧体及煤粉能够顺利流出，另外，由于载氧体与煤粉为固体，为了避免载氧体及煤粉在载氧体出口管15中囤积，可以使载氧体出口管15倾斜延伸至气化炉的中水平面后改为垂直于布风板的方向，即竖直方向。上述水平是指与壳体1的轴线平行的方向，竖直方向是指与壳体1的轴线垂直的方向。
布风板9上还可以连接有排渣管17。排渣管17位于第一内腔4内的一端应与耐火泥18平齐，或低于耐火泥18。在气化反应过程中，部分载氧体及煤粉会发生团聚，团聚后的载氧体及煤粉经排渣管17排出气化炉，避免残渣囤积。
为了保证该气化炉所连接的管道的耐用性，管道与反应区相连部分采用石英玻璃管道，未与反应区直接连接的管道为耐热钢管道，两段管道承插连接，间隙填充耐火胶泥密封，上述所指管道包括煤粉及载氧体入口管12、载氧体返料管16、合成气出口管14、载氧体出口管15及排渣管17。
如图2所示，加热装置11为可以为硅碳棒，加热装置11呈柱状，加热装置11的轴线方向与壳体1的轴线方向平行。由于气体炉内的气化反应是在反应室内进行的，因此加热装置11仅嵌入在靠近第一腔体4的耐火层2中，硅碳棒的长度方向与壳体1的轴线方向平行。上述设置是为了保证壳体1内沿轴线方向的加热均匀。当然，硅碳棒的个数可以为多个，多个硅碳棒呈圆弧排列，以保证反应室内各处的加热效果均匀。
如图3所示，壳体1包括通过法兰相连的上壳和下壳，且上壳和下壳均具有U型槽，上壳的U型槽与布风板9形成第一内腔4，下壳的U型槽与布风板9形成第二内腔10。法兰连接能够保证壳体1的密封性和安全性。另外，壳体1的两端的封头8的横截面可以为圆形或椭圆形，圆形或者椭圆形横截面的封头耐压效果好，此外，位于上盖和下盖的两部分封头之间采用螺栓连接，并在两部分封头之间设置垫片，以保证壳体的密封效果和耐压效果。上述所指的上盖是在该气化炉正常放置时，壳体1位于布风板9与重力方向相反一侧的部分，下盖是指壳体1位于布风板9与重力方向相同一侧的部分。
本发明所提供的气化炉是一种用于煤炭化学链载氧体制备合成气技术的气化炉，是一种流化床反应器，反应器内物料处于流化状态。该装置内所进行的气化反应，燃料与氧气无需接触，通过载氧体将氧原子传递给燃料，避免了氧气提纯的过程，能够有效的节约成本，同时，该反应无需燃烧过程，有效的节约了能源。
该气化炉内的工作压力为0.1-0.3MPa，反应室工作温度为900-1200℃，主要发生以下反应：
CaSO4+C→CaS+CO
H2O+C→H2+CO
H2O+CO→H2+CO2
CO2+CaO→CaCO3
CaO+H2S→CaS+H2O
CaO+COS→CaS+CO2
以上对本发明所提供的气化炉进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种气化炉，用于煤炭化学链载氧体制备合成气技术，其特征在于，包括壳体(1)、布风板(9)和加热装置(11)，所述加热装置(11)位于所述壳体(1)的内部，所述布风板(9)位于所述壳体(1)的中间位置并将所述壳体(1)的内腔分为第一内腔(4)和第二内腔(10)，所述第一内腔(4)与煤粉及载氧体入口管(12)、合成气出口管(14)、载氧体出口管(15)和载氧体返料管(16)连通，所述第二内腔(10)与水蒸气入口管(13)连通，所述布风板(9)上安装有能够使水蒸气由所述第二内腔(10)流入所述第一内腔(4)的风帽(7)；
所述风帽(7)呈圆柱状，所述风帽(7)的圆周方向设有通孔，所述通孔的延伸方向与所述风帽(7)的轴线方向成80°至85°夹角，所述通孔沿所述风帽(7)的轴线方向设有1-3层，每层所述通孔的个数为3个，并且每层所述通孔均沿所述风帽(7)的周向均匀排列，所述通孔的孔径为4mm至6mm；
所述布风板(9)上连接有用于使灰尘颗粒排出所述第一内腔(4)的排渣管(17)。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述壳体(1)的内壁设有耐火层(2)，所述耐火层(2)的内壁设有石英玻璃内壁(3)，所述加热装置(11)嵌入所述耐火层(2)的内部，所述布风板(9)的边缘嵌入所述石英玻璃内壁(3)中。
3.根据权利要求2所述的气化炉，其特征在于，所述第一内腔(4)设有用于改变煤粉及载氧体流动方向的第一挡板(61)和第二挡板(62)，所述第一挡板(61)固定安装在所述石英玻璃内壁(3)上，所述第二挡板(62)固定安装在所述布风板(9)上。
4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于，所述第一挡板(61)为石英玻璃挡板，所述第二挡板(62)为耐热钢挡板。
5.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述煤粉及载氧体入口管(12)的轴线方向与所述壳体(1)的轴线方向成50°至70°夹角，所述载氧体出口管(15)的轴线方向与所述壳体(1)的轴线方向成35°至55°夹角。
6.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述加热装置(11)为硅碳棒加热装置，所述加热装置(11)呈柱状，所述加热装置(11)的轴线方向与所述壳体(1)的轴线方向平行。
7.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述壳体(1)包括通过法兰相连的上壳和下壳，且所述上壳和所述下壳均具有U型槽，所述上壳的U型槽与所述布风板(9)形成所述第一内腔(4)，所述下壳的U型槽与所述布风板(9)形成所述第二内腔(10)。
8.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述布风板(9)靠近所述第一内腔(4)的一侧还设有耐火泥(18)。
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