煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法，煤气化装置包括上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)，上段气化室的周壁上设有多个上喷嘴(8b)，下段燃烧气化室的周壁上设有多个下喷嘴(8a)，多个上喷嘴(8b)中的至少一个为水蒸汽喷嘴。该煤气化方法包括：在下段燃烧气化室(1)被预热后，通过下喷嘴(8a)往下段燃烧气化室(1)内通入煤燃料和气化剂，以产生燃烧和气化反应，并且通过上喷嘴(8b)往上段气化室(2)内通入水蒸汽，以产生水煤气变换反应。在本发明专利技术的煤气化装置及其煤气化方法中，可强化水煤气变换反应，增加氢气产量，使得产出的合成气中氢气含量显著高于当前主流的气流床气化炉。

Coal gasification device and coal gasification method using the coal gasification device

The gas of the invention discloses a method of coal gasification and the coal gasification plant is rich in hydrogen, coal gasification device comprises upper gasification chamber (2) and the lower section of the combustion gasification chamber (1), the upper peripheral wall of the gasification chamber is provided with a plurality of nozzles (8B), under the burning gas the rooms are arranged on the peripheral wall of a nozzle (8a), a plurality of nozzles (8B) at least one of the water steam nozzle. Including the coal gasification method: in the lower section of the combustion gasification chamber (1) is heated by the nozzle (8a) down section of the combustion gasification chamber (1) in which the coal and fuel gasifying agent to produce combustion and gasification reaction, and through the nozzle (8B) to the upper part of the gasification chamber (2). Steam, to produce water gas shift reaction. In the coal gasification device and the coal gasification method, the water gas shift reaction can be intensified, and the hydrogen yield is increased, so that the hydrogen content in the synthesized gas is obviously higher than that of the current mainstream entrained flow gasifier.

【技术实现步骤摘要】
煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法
本专利技术涉及煤化工领域，具体地，涉及一种煤气化装置及其煤气化方法，能够产出更高氢气含量的合成气。
技术介绍
煤制氢技术主要以煤气化制氢为主。煤气化制氢是先将煤炭气化得到以一氧化碳、氢气、水、二氧化碳为主要成份的合成气，然后经过净化，一氧化碳(CO)变换和分离，提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。煤气化制氢技术的工艺过程一般包括煤的气化、煤气净化、CO的变换以及H2提纯等主要生产环节。煤气化装置是煤气化制氢的关键设备。含碳燃料(即煤燃料，如干煤粉或水煤浆等)在煤气化装置内燃烧并气化反应，得到上述的以一氧化碳、氢气、水、二氧化碳为主要成份的合成气。现有技术中，煤气化装置一般具有单个燃烧气化室，煤燃料、气化剂(如氧气)等在燃烧气化室内燃烧和气化，得到的合成气流出煤气化装置并进入下级工艺设备。然而，现有技术的煤气化装置产出的合成气中的氢气含量普遍不高，例如一般干煤粉气化所产合成气中H2含量通常不高于30％。现有技术中已对此进行了一定研究，例如美国专利文献US.2005/0039400A1中公开了一种在流化床气化炉内设置氢气选择性透过膜的制氢装置，气化炉内流出的合成气通过氢气选择性透过膜的过滤，得到更高氢气含量的产出气体。但不足之处就是流化床气化炉的气化强度低，负荷低，炉内分离膜易受到飞灰污染堵塞，气化炉内高温高压条件下对H2分离膜材料要求高，分离膜使用条件苛刻。此外，中国专利文献CN202430187U公开了一种三级流化床制氢装置，分为耦合煤气化、钙基吸附剂捕捉二氧化碳和碳酸钙煅烧三个过程，通过钙基吸附剂捕捉二氧化碳以提高氢气含量。该类型煤气化制氢装置存在的缺点一是反应器结构复杂，二是流化床气化反应强度低，钙基吸附剂循环再生量大，整体热效率不高，所需的气化炉反应器体积较大。
技术实现思路
针对现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术提供了一种新型煤气化装置及采用该煤气化装置的富产氢气的煤气化方法，该煤气化装置的结构简单、产能大，产出的合成气中的氢气含量高。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种煤气化装置，该煤气化装置包括相互连通的上段气化室和下段燃烧气化室，所述上段气化室设有合成气出口，所述下段气化室设有排渣口，并且所述上段气化室的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入所述上段气化室内的上喷嘴，所述下段燃烧气化室的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入所述下段燃烧气化室内的下喷嘴，其中上喷嘴能够喷入水蒸汽以产生水煤气变换。优选地，所述上喷嘴和所述下喷嘴均大于两个且分别沿周向等间隔布置。优选地，所述上段气化室和下段燃烧气化室均形成为圆柱形腔室，多个所述上喷嘴均以偏离所述上段气化室的径向的偏心方向伸入所述上段气化室内，多个所述下喷嘴均以偏离所述下段燃烧气化室的径向的偏心方向伸入所述下段燃烧气化室内，以使得喷出物料能够在所述上段气化室和下段燃烧气化室内形成涡流。优选地，所述上喷嘴和下喷嘴偏离所述径向的偏心角均为0～30°。优选地，煤气化装置包括位于所述上段气化室下方且相互连通的多个所述下段燃烧气化室，和/或所述煤气化装置包括在所述下段燃烧气化室上方相互连通的多个所述上段气化室。优选地，所述煤气化装置还包括合成气体管道，该合成气体管道的底端连接于所述上段气化室的所述合成气出口。优选地，所述上段气化室和下段燃烧气化室均为直径为D的圆柱形腔室，所述上段气化室与所述下段燃烧气化室之间通过径向缩小的喉口段相连；其中，所述下段燃烧气化室的轴向高度为1D～5D，所述上段气化室的轴向高度为1D～3D，所述合成气体管道的直径为0.05D～0.5D且轴向高度为1.5D～8D。优选地，所述上段气化室和/或所述合成气体管道中还设置有CaO吸附剂。优选地，所述上段气化室和下段燃烧气化室的壳体均为耐火砖衬里结构或水冷壁衬里结构的竖直圆柱形壳体，所述煤气化装置还包括径向间隔地围绕所述竖直圆柱形壳体外设置的压力容器壳体，该压力容器壳体与所述竖直圆柱形壳体之间形成有惰性气体充压室。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种采用上述煤气化装置的富产氢气的煤气化方法，该方法包括：在所述下段燃烧气化室被预热后，通过所述下喷嘴往所述下段燃烧气化室内通入煤燃料和气化剂，以产生燃烧和气化反应，并且通过所述上喷嘴往所述上段气化室内通入水蒸汽，以产生进一步的水煤气变换反应。优选地，所述下段燃烧气化室内的反应温度控制为为1200°～1400°，所述上段气化室内的反应温度控制为700°～1000°。优选地，所述下喷嘴喷入的所述煤燃料与所述上喷嘴喷入的所述水蒸汽之间的质量比为1:1.5-2.0。优选地，所述下段燃烧气化室内的反应气体的停留时间为2～5秒，所述上段气化室内的反应气体的停留时间为2～4秒；并且所述合成气出口连接有合成气体管道，反应气体在所述合成气体管道内的停留时间为1～3秒。根据上述技术方案，在本专利技术的煤气化装置及其煤气化方法中，采用了分区气化，以优化炉内温度分布，在高温的下段燃烧气化室中适于进行煤燃料的燃烧和气化，在相对低温的上段气化室中，提供喷入高压水蒸汽，可强化水煤气变换反应，增加氢气产量，使得产出的合成气中氢气含量显著高于当前主流的气流床气化炉，可降低下游变换工艺的负荷，适合以氢气作为最终目标产品的煤化工工艺流程。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的优选实施方式的煤气化装置的结构示意图；图2为图1所示的煤气化装置的横截面示意图，图示了上喷嘴或下喷嘴在竖直圆柱形壳体上的分布和安装角度。附图标记说明1下段燃烧气化室2上段气化室3喉口段4合成气出口5渣池6排渣口7竖直圆柱形壳体8a下喷嘴8b上喷嘴9合成气体管道10压力容器壳体11惰性气体充压室H1下段燃烧气化室的轴向高度a偏心角H2上段气化室的轴向高度D直径具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“竖直方向”指的是图示的纸面上下方向，“横向”值得是图示的大致水平的纸面左右方向；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外。如图1所示，本专利技术提供了一种新型煤气化装置，该煤气化装置(或称“气化炉”)包括相互连通的上段气化室2和下段燃烧气化室1，上段气化室2设有合成气出口4，下段气化室1设有渣池5和排渣口6，并且上段气化室2的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入上段气化室2内的上喷嘴8b，下段燃烧气化室1的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入下段燃烧气化室1内的下喷嘴8a。在此煤气化装置中，不再采用单一的燃烧气化室，而是利用分区气化，以优化炉内温度分布。下段燃烧气化室1的温度较高，可进行煤燃料的燃烧气化反应，上喷嘴8b在喷入可选择的介质后，可进一步参与要求温度相对更低的气化反应，以符合工艺要求。下段燃烧气化室1可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤气化装置，该煤气化装置包括相互连通的上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)，所述上段气化室(2)设有合成气出口(4)，所述下段气化室(1)设有排渣口(6)，并且所述上段气化室(2)的周壁上设有伸入所述上段气化室(2)内的上喷嘴(8b)，所述下段燃烧气化室(1)的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入所述下段燃烧气化室(1)内的下喷嘴(8a)，其中所述上喷嘴(8b)能够用于喷入水蒸汽以产生水煤气变换反应。

【技术特征摘要】
1.一种煤气化装置，该煤气化装置包括相互连通的上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)，所述上段气化室(2)设有合成气出口(4)，所述下段气化室(1)设有排渣口(6)，并且所述上段气化室(2)的周壁上设有伸入所述上段气化室(2)内的上喷嘴(8b)，所述下段燃烧气化室(1)的周壁上设有沿周向间隔布置且伸入所述下段燃烧气化室(1)内的下喷嘴(8a)，其中所述上喷嘴(8b)能够用于喷入水蒸汽以产生水煤气变换反应。2.根据权利要求1所述的煤气化装置，其中，所述上喷嘴(2)和所述下喷嘴(1)均大于两个且分别沿周向等间隔布置。3.根据权利要求2所述的煤气化装置，其中，所述上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)均形成为圆柱形腔室，多个所述上喷嘴(8b)均以偏离所述上段气化室(2)的径向的偏心方向伸入所述上段气化室(2)内，多个所述下喷嘴(8a)均以偏离所述下段燃烧气化室(1)的径向的偏心方向伸入所述下段燃烧气化室(1)内，以使得喷出物料能够在所述上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)内形成涡流。4.根据权利要求3所述的煤气化装置，其中，所述上喷嘴(8b)和下喷嘴(8a)偏离所述径向的偏心角(a)均为0～30°。5.根据权利要求1所述的煤气化装置，其中，该煤气化装置包括位于所述上段气化室(2)下方且相互连通的多个所述下段燃烧气化室(1)，和/或所述煤气化装置包括在所述下段燃烧气化室(1)上方相互连通的多个所述上段气化室(2)。6.根据权利要求1～5中任意一项所述的煤气化装置，其中，所述煤气化装置还包括合成气体管道(9)，该合成气体管道(9)的底端连接于所述上段气化室(2)的所述合成气出口(4)。7.根据权利要求6所述的煤气化装置，其中，所述上段气化室(2)和下段燃烧气化室(1)均为直径为D的圆柱形腔室，所述上段气化室(2)与所述下段燃烧气化室(1)之间通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘臻，巩志坚，冯子洋，方薪辉，张峰华，陈薇，李君，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11