本发明专利技术提供一种煤气化反应装置，由下至上依次设置有第一直管气化段和第二直管气化段；所述第一直管气化段与所述第二直管气化段的直径之比为2:1-3:1；所述第一直管气化段的长径比为10:1-20:1，所述第二直管气化段的长径比为10:1-20:1，从而所述煤气化反应装置内部的流态场分布得以优化，在装置内部随着物料床层高度的增加，固体物料减少，气体组分增多，物料的孔隙率发生变化，这时通过减小上部气化段的直径，增大内部气体流速，利于气体组分的快速导出，并对下部的物料密集区起到“牵引”作用，有利于内部流态场的持续稳定运行，保证了装置内部气化反应的持续高效运行，气化反应的转化率高，粗煤气的产率和质量都得以大幅度提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种煤气化反应装置及基于该装置的反应系统和工艺，属于煤气化的
技术介绍
随着化石能源尤其是石油供应的日趋紧张，以及由化石能源使用所带来的环境污染与全球气候变暖问题的日益严峻，人类迫切需要改变传统的能源消费模式和消费结构。目前，世界能源消费结构已经完成了从固体能源向液体能源的转化，并开始向气体能源转化，而我国一次性能源消费仍以煤炭为主，所占比例高达70%左右。为实现我国能源结构的战略性调整，近年来煤气化等洁净煤利用技术得到了广泛发展，同时新能源的开发也备受关注。这些低污染、低排放技术的推广应用符合当今低碳经济发展模式，有利于促进我国经济增长方式的转变。天然气是公认的清洁能源，由于其输送和使用方便等特点，使得天然气的消费量越来越大，但是天然气资源却越来越少。现有技术中，可采用煤气化来制备天然气，典型工艺流程为:先将煤矿中采出的煤进行煤选，分成碎煤、煤粉和煤矸石；再将碎煤用于加压气化，加压气化反应原理是在一定温度、压力下，使煤与水发生水煤气反应，产生一氧化碳、氢气和甲烷以及少量的煤焦油，其中的一氧化碳和氢气进一步甲烷化得到甲烷气体。而上述煤加压气化工艺中煤炭转化效率低，热量损失严重。中国专利文献CN102911741公开一种循环流化床煤气化的装置，包括启动燃烧室、提升管和一级旋风分离器；启动燃烧室设置在提升管的下端，在提升管的下端还设置有排渣口和燃料入口，在提升管的中部设置有煤粉入口，在提升管的上端设置有烟气出口，所述的一级旋风分离器与提升管的烟气出口连接，其中在所述的一级旋风分离器的下端设置有一 M形返料器，该M形返料器底部分别设有回料风口、松动风口及排灰风口，在所述的回料风口上端设置有回料管，在所述的排灰风口上端设置有排灰管，所述的回料管连接至所述的提升管中部。进一步，还公开了利用上述装置进行加压煤气化的工艺，步骤如下:(I)在提升管的底端气化介质气体进口通入气化介质，煤粉经给煤口加入提升管中；(2)煤粉在提升管中反应并上升进入一级旋风分离器，灰分和未完全反应的焦炭经一级旋风分离器、一级下料管进入M形返料器，而在一级旋风分离器中无法捕捉到的灰分和未完全反应的焦炭则经过一级旋风分离器顶部由气体夹带进入二级旋风分离器；(3)在二级分离器中，一级旋风分离器中无法捕捉到的灰分和未完全反应的焦炭返回至提升管中继续参与反应，而另一部分未完全反应的煤粉和灰分则排出循环流化床；产生的煤气从二级旋风分离器上部给煤口流出。并且在上述工艺中，通过改变M形返料器下部回料风口处通入的流化风量，实现对回料量的调节；通过在M形返料器下部松动风口处通入的流化风，使颗粒流化；通过改变M型返料器下部排灰风口处通入的流化风量，实现对M形返料器的排灰管的排灰量的控制从而调节固体颗粒在流化床内的停留时间。当灰中含碳量较高时，减少排灰管的排灰量，增加固体颗粒在流化床内的停留时间；当排灰中含碳量较小时，加大排灰管的排灰量，减小固体颗粒在流化床内的停留时间。然而，采用上述煤气化工艺进行煤气化反应过程中，随着提升管高度的不同，物料间的孔隙率和压力具有较大差异，提升管内部流态场分布不均，导致气化反应不能稳定运行，反应转化率低，粗煤气产量低，此外，上述工艺制备得到粗煤气中粉尘含量较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有煤气化工艺，提升管反应器内部流态化的气化反应不能稳定运行，反应转化率低，粗煤气产量低，从而提出一种在950°C的较低温度下就可实现煤气化的煤气化反应装置和工艺。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下:—种煤气化反应装置，其包括由下至上依次连接设置的第一直管气化段和第二直管气化段；所述第一直管气化段与所述第二直管气化段的直径之比为2:1-3:1 ;所述第一直管气化段的长径比为10:1-20:1，所述第二直管气化段的长径比为10:1-20:1 ;在所述第一直管气化段的下部设置有进煤口、蒸汽入口和氧气入口，其中所述蒸汽入口位于所述进煤口的下方；在所述第二直管气化段的顶部设置有排料口。在所述第一直管气化段的底端设置有燃烧器。 还设置有气固分离装置，所述气固分离装置与所述第二直管气化段的排料口连通设置；在所述第一直管气化段的下部还装置有回料口，所述气固分离装置的固体出口与所述回料口连通设置。所述气固分离装置包括第一气固分离仓和第二气固分离仓；其中，所述第一气固分离仓的上部通过第一气体管道与所述第二直管气化段的排料口连通设置，在所述第一气固分离仓的底端设置有第一固体出口；所述第二气固分离仓的上部通过第二气体管道与所述第一气固分离仓的顶端连通设置，所述气体管道延伸至所述第一气固分离仓的内部；在所述第二气固分离仓的顶端设置有气体出口，底端设置有第二固体出口。所述氧气入口设置在所述第一直管气化段的底端且位于所述进煤口的下方，在所述氧气入口和所述进煤口之间设置有直管布气段，所述直管布气段与所述第一直管气化段的直径比为1:2-1:3，高度比为1:5-1:10。在所述直管布气段的下部设置有布气板。—种设置有所述煤气化反应装置的煤气化反应系统，其还设置有:原煤预热器，与所第一直管气化段的进煤口连通设置；分离除尘装置，与所述气固分离装置的气体出口连通设置；所述分离除尘装置包括依次连接设置的除尘单元和油气分离单元。在所述除尘单元和油气分离单元之间还设置有冷却水冷却单元。与所述油气分离单元的气体出口连接设置有喷淋净化单元。基于所述的煤气化反应装置的煤气化工艺，其包括如下步骤:(I)在气化反应的启动阶段，将粒径为0_30mm的原料煤、氧气和蒸汽送入第一直管气化段并点燃；(2)继续向所述第一直管气化段中送入所述原料煤、氧气和蒸汽，原料煤在所述第一直管气化段内进行第一次气化反应并放出大量热量，所述第一直管气化段内的温度为800-1200°C，压力为 10-20kPa ；(3)完成第一次气化反应后，在气体流化作用下，物料上升至所述第二直管气化段，在800-1200°C、10-15kPa的条件下进行第二次气化反应，得到气化产物。所述第一直管气化段内气体的上升速度为5-lOm/s，第二直管气化段内气体的上升速度为15-25m/s。对步骤(3)制备得到的所述气化产物进行分离，得到气体产物和固体物料，对所述气体产物进行除尘、油气分离得到焦油和粗煤气，对所述粗煤气进行喷淋净化处理；将所述固体物料返回至所述第一直管气化段继续进行气化。在对步骤(3)所述气体产物进行除尘后，先使用冷却水进行冷却处理再进行油气分离，冷当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤气化反应装置，其特征在于，包括由下至上依次连接设置的第一直管气化段和第二直管气化段；所述第一直管气化段与所述第二直管气化段的直径之比为2:1‑3:1；所述第一直管气化段的长径比为10:1‑20:1，所述第二直管气化段的长径比为10:1‑20:1；在所述第一直管气化段的下部设置有进煤口、蒸汽入口和氧气入口，其中所述蒸汽入口位于所述进煤口的下方；在所述第二直管气化段的顶部设置有排料口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李林，路阳，李春桃，
申请(专利权)人：北京华石联合能源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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