含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉及其工业应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉及其工业应用，喷嘴设置在炉体周边或顶部，侧壁喷嘴与水平面成微小向下倾角，从而延长耐火砖寿命，气化炉操作压力为０．１～１２ＭＰａ，操作温度为１３５０℃～１７００℃，既适用于热壁型衬里，也适用于冷壁型衬里。其显著优点是：碳转化率高，可达９９％，有效气成分高；比煤耗、比氧耗低；适用于日处理３０００吨煤以上的大型装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含烃物质的气化设备，具体涉及含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉。
技术介绍
随着社会的发展，能源、环境保护瓶颈日渐显露出来，人们已为此倾注心血，有关能源设备也日臻完善。气化炉也从初期固定床(上世纪20年代)、流化床(上世纪30年代)到近期的气流床。气流床中有代表性的技术是GE(前Texaco，U.S.pat.4,637,823，4,527997，5,281,243)，Shell(U.S.pat.92-960345)。前者为浆态进料、后者为粉态进料。在实际生产中它们都显示出诸多不足或缺陷，例如GE(前Texaco)的缺陷是：碳的转化率低，仅为94～95％，有效气成分低，以煤浆为原料时CO+H2为78～81％，渣口耐火砖寿命仅2000～3000小时，究其原因是喷嘴设置不合理，因设置在气化室上部炉体中心线处，从而导致物料在炉体内停留时间分布极宽，最短时间为0.01秒，最长的为32秒，GE(前Texaco)气化炉的流场及速度分布见图1，流场可划分为三个区域：射流区(I)、回流区(II)、管流区(III)。对于停留时间短的物料，在未完成化学反应的状况下已逸出炉外，是碳转化炉低的根本原因。Shell的缺陷是：需要返气冷却，返气量是发气量的0.8倍；投资比是GE(前Texaco)的2倍以上；气化炉极度复杂。Shell也采用多喷嘴，由于配置不合理，大量粉尘带出炉外，为提高碳转化炉，Shell采用返渣；喷嘴配置也极度复杂，设有开工喷嘴、工艺喷嘴等。即使如此，在中国建设的双环(湖北)、安庆(安徽)装置经常出现这样或那样的问题，鉴于此，企业界殷切盼望专利技术性能更优良的气化炉。
技术实现思路
-->本专利技术需要解决的技术问题是公开一种含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉及其工业应用，以克服上述不足。本专利技术的技术构思是这样的：在20余年研究的基础上，专利技术人提出多喷嘴气化炉的构想，其要点是：①在高温、高压下含烃物质进行化学反应，其控制步骤是扩散、混合，因此必须加强这一过程；②为使炉内停留时间分布度变狭(即分布更合理)，以提高碳转化率，必须有合理的流场及速度分布，见图2和图3，图3为图2的A-A向示意图。流场可划分为六个区域：射流区①、撞击区(②)、撞击流区(③)、回流区(④)、折返流区(⑤)、管流区(⑥)；③为保证炉顶耐火砖寿命，例如大于8000小时，撞击流应带一微小向下倾向；④为克服耐火砖热态膨胀影响喷嘴位移，应当设置炉托砖架，托砖架还有保护炉测温元件热电偶的作用。⑤为保证气化炉适用高含灰物质(例如生活污泥)，下渣口必须加大。气化过程是这样进行的，含烃物质浆态或粉态通过专用通道经喷嘴进入炉内，气化介质(空分氧)、水蒸汽(粉态介质专用)也通过专用通道经喷嘴进入炉内，O2(或含H2O)喷出速度为100～150m/s，由于喷嘴是成对设置的且相距180°，从而形成撞击流，因每一流股有一向下倾角(1～10°)，使形成的撞击流向上速度减小，以保证炉顶耐火砖寿命。在气化室中烃、氧、蒸汽进行的主要化学反应是：C+O2＝CO2       (1)C+H2O＝CO+H2    (2)C+CO2＝CO       (3)CO+H2O＝CO2+H2  (4)-->C+2H2＝CH4    (5)根据上述的构思，本专利技术提出了一种烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉，所说的多喷嘴气化炉，包括：内有耐火衬里层的竖直式圆柱状容器；设置在竖直式容器中部的托砖板，托砖板将竖直式容器分为上部的气化室和下部的洗涤冷却室二部分；设置在气化室周边的n对喷嘴室，(2≤n≤10)，每对喷嘴室对称布置，相距180°，喷嘴室的轴线与水平面成1～10°夹角；喷嘴室设置在与距气化炉顶端的距离为H的水平面上，H为气化炉内径Di的1～2倍，喷嘴室为一层或二层或三层，设置在顶部的喷嘴室与气化炉轴线平行；设置在喷嘴室中的气化喷嘴与喷嘴室共轴线，气化喷嘴的作用是使浆态或粉态含烃物质进入气化炉，并使之良好混合，进行气化反应；所说的耐火衬里可以是冷壁型，如ZL200410067212.8专利公开的技术，或是热壁型，如ZL98110616.1专利公开的技术；设置在耐火砖衬里层中的托砖架；设置在托砖板中央的下渣口，气化生成的高温煤气与融熔态灰渣以并流方式通过下渣口，高温气体对高粘度融渣的流动具有良好的携带作用；设置在托砖板背后的水夹套，冷却水自下端进入，上端溢出；设置在下渣口下方的插入洗涤冷却室中的导气管；设置在托砖板中央并与托砖板固接的冷却水环，冷却水环喷入水对高温煤气和熔融灰渣激冷，以保护导气管不被烧蚀；设置在洗涤冷却室中、导气管外的破泡板，破泡板通过破泡板支架固接于气化炉壳体内侧，并与导气管的外侧具有间隙，破泡板的作用是破除大气泡，强化液固接触效果；设置在洗涤冷却室上部的煤气出口；-->设置在洗涤冷却室下部的黑水出口；设置在洗涤冷却室底部的渣水出口；设置在洗涤冷却室下部、导气管中的高压N2吹管，定期吹高压N2，以疏通托砖板中央下渣口可能的积灰。喷嘴室的向火端面为具有夹角的喇叭口，气化喷嘴端部比耐火衬里短，作用是防止熔渣流下时，堵塞喷嘴；所说的气化喷嘴指的是具有多个通道的喷嘴，可以采用多种气化喷嘴型式，例如内混式或外混式，如采用浆态含碳化合物为原料时，可采用ZL95111750.5专利公开的技术，如采用干粉态含碳化合物为原料时，可采用ZL200420114032.6专利公开的技术；而采用其他的喷嘴，如集束式喷嘴(专利申请号：200610116588.2)，也能够达到本专利技术的目的。本专利技术的多喷嘴气化炉，可用于气化浆态和干粉态的含烃物质，含烃物质可以煤、石油焦、生物质、垃圾以及其它固体含烃物质。将粒径为＜200μm的浆态或干粉态的含烃物质(例如煤)输送到喷嘴，浆态的含碳化合物用高压泵输送，干粉态的含烃物质用载气输送如氮气、CO2；气化介质和也同时进入工艺喷嘴混合，以30～200米/秒的流速，喷出喷嘴，通过对置的多个向下微倾的喷嘴形成撞击流强化扩散与混合，将含烃物质雾化或者弥散后进入气化室气化为煤气。出气化室的高温煤气和熔融灰渣进入洗涤冷却室洗涤除灰，煤气自气化炉煤气出口进入下游煤气处理工序，粗渣自气化炉进入排渣装置排出，黑水自气化炉黑水出口进入下游水处理工序。气化温度为1350℃(热壁型)～1700℃(冷壁型)，气化压力为0.1～12MPa，烃类物质的碳转化率为99％，出口有效气CO+H2为80～94％(视烃类物质和进料状态而异)；含烃物质重量1份，气化介质重量0.4～1.2份，工艺蒸汽重量0～0.5份；-->所说的气化介质包括氧化剂、水蒸汽和二氧化碳；氧化剂选自氧气、空气或氧含量为60％～100％的富氧空气；载气(如氮气、CO2)与含碳化合物的重量份数比例为：载气1份，含碳化合物0.02～0.8份；该反应器与目前公开的气化炉相比，其显著优点是：碳转化率高，可达99％，有效气成分高；比煤耗、比氧耗低；气化炉内温度分布均匀，不会出现局部温度过高烧蚀耐火衬里，耐火砖衬里的使用寿命长；适用于日处理3000吨煤以上的大型装置。生产的合成气可用作化工原料气、燃料气、IGCC发电、制氢、合成液体燃料、直接还原炼铁等，用途极为广泛。附图说明图1为前Texaco气化炉的流场及速度分布见图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉，内有耐火衬里层的竖直式圆柱状容器（１），其特征在于，还包括：设置在竖直式容器（１）中部的托砖板（６），托砖板（６）将竖直式容器（１）分为上部的气化室（２）和下部的洗涤冷却室（３）二部分；设置在气化室（２）周边的ｎ对喷嘴室（５）（２≤ｎ≤１０），每对喷嘴室对称布置，相距１８０°，喷嘴室（５）的轴线与水平面成１～１０°夹角；喷嘴室（５）设置在与距气化炉顶端的距离为Ｈ的水平面上，Ｈ为气化炉内径Ｄ↓［ｉ］的１～２倍，喷嘴室（５）为一层或二层或三层；设置在喷嘴室（５）中的气化喷嘴（７）与喷嘴室（５）共轴线；喷嘴室（５）的向火端面呈一喇叭口，气化喷嘴（７）端部比耐火衬里短；设置在气化炉托砖支架（１６）处气化炉壳体（１）外测的条形散热片（１７）；设置在托砖板（６）中央的下渣口（２４），下渣口（２４）的流通面积按介质流速为５～１０ｍ／ｓ设计；设置在托砖板（６）背后的水夹套（１４）；设置在下渣口（２４）下方的插入洗涤冷却室（３）中的导气管（１１），导气管（１１）与气化炉共轴线；设置在托砖板（６）中央并与托砖板（６）固接的冷却水环（１０）；设置在洗涤冷却室（３）上部的煤气出口（１３）；设置在洗涤冷却室（３）下部的黑水出口（１９）；设置在洗涤冷却室（３）底部的渣水出口（１５）。设置在洗涤冷却室（３）下部、导气管（１１）中的高压Ｎ２吹管（２１）。...

【技术特征摘要】
1.一种含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉，内有耐火衬里层的竖直式圆柱状容器(1)，其特征在于，还包括：设置在竖直式容器(1)中部的托砖板(6)，托砖板(6)将竖直式容器(1)分为上部的气化室(2)和下部的洗涤冷却室(3)二部分；设置在气化室(2)周边的n对喷嘴室(5)(2≤n≤10)，每对喷嘴室对称布置，相距180°，喷嘴室(5)的轴线与水平面成1～10°夹角；喷嘴室(5)设置在与距气化炉顶端的距离为H的水平面上，H为气化炉内径Di的1～2倍，喷嘴室(5)为一层或二层或三层；设置在喷嘴室(5)中的气化喷嘴(7)与喷嘴室(5)共轴线；喷嘴室(5)的向火端面呈一喇叭口，气化喷嘴(7)端部比耐火衬里短；设置在气化炉托砖支架(16)处气化炉壳体(1)外测的条形散热片(17)；设置在托砖板(6)中央的下渣口(24)，下渣口(24)的流通面积按介质流速为5～10m/s设计；设置在托砖板(6)背后的水夹套(14)；设置在下渣口(24)下方的插入洗涤冷却室(3)中的导气管(11)，导气管(11)与气化炉共轴线；设置在托砖板(6)中央并与托砖板(6)固接的冷却水环(10)；设置在洗涤冷却室(3)上部的煤气出口(13)；设置在洗涤冷却室(3)下部的黑水出口(19)；设置在洗涤冷却室(3)底部的渣水出口(15)。设置在洗涤冷却室(3)下部、导气管(11)中的高压N2吹管(21)。2.根据权利要求1所述的含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉，其特征在于，还包括设置在气化炉顶部的加热烧嘴室(8)，加热烧嘴室(8)与气化炉轴线重合，加热烧嘴室(8)安装烘炉烧嘴，或用于安装气化喷嘴(7)。3.根据权利要求1所述的含烃物质浆态或粉态进料的多喷嘴气化炉，其特征在于，所说的耐火衬里层(4)是冷壁型或是热壁型，冷壁型采用水冷壁结构，热壁型采用耐火砖结构，设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于遵宏，于广锁，龚欣，王辅臣，刘海峰，代正华，王亦飞，李伟锋，梁钦锋，郭晓镭，王兴军，陈雪莉，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]