[发明专利]一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于多种形态原料共气化的气流床气化炉。

背景技术

随着社会进步，化石能源日渐短缺。目前能源研究领域的热点研究方向之一是通过气化技术，将化石能源，例如煤、石油（渣油、沥青、石油焦等）、天然气（含油田气、煤层气）；生物质能源，例如秸秆、木材等；废弃物能源，例如生活垃圾、污泥、粪便、轮胎等；工业废气，例如焦炉气、炼厂气、高炉气等加工为合成气，实现气化原料的高效清洁转化，再将合成气深加工为化肥（氨、尿素）、甲醇、二甲醚、马达燃料，或继续将甲醇深加工为烯烃（MTO、MTP）等社会急需商品。

气流床气化技术是当今最具代表性的气化技术。形成气流床气化炉特色的关键要素如下：喷嘴（工艺喷嘴、烘炉升温喷嘴）的配置及结构；向火面耐火衬里或为水冷壁或为耐火砖；气化室的结构及尺寸；粗合成气的冷却净化方式（激冷或热回收）；冷却净化室的结构及尺寸。

目前世界上有代表性的气流床气化炉有：多喷嘴对置式气化炉，多喷嘴对置形成撞击射流，向火面为耐火砖，高温粗合成气采用激冷方案；Texaco（德士古）炉为单喷嘴设置，配置在炉顶，向火面为耐火砖，高温粗合成气采用激冷方案；Shell（壳牌）炉为四喷嘴或六喷嘴配置，炉膛中形成旋流，向火面为水冷壁，采用返回煤气激冷及间接换热方式冷却高温合成气。

而目前已商业化应用的气流床气化炉均只适用于单一固定原料的气化。业主及技术决策者总是极力寻求可资利用的廉价气化原料，如有多种不同形态的气化原料（气态、液态或固态），或出于保护环境的目的，人们就期望一种技术在气化炉不变的条件下可以灵活地由一种气化原料改为另一种气化原料；或实现多种原料共气化，特别适宜于调节合成气中的氢碳比。

发明内容

经过20余年的努力，发明人进行了大量研究（实验室阶段、中试、示范装置），结论是可以通过改变喷嘴结构及气化炉喷嘴配置两条途径的改进来解决上述问题。具体方案如下：

一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉，在一个等直径的耐压壳体中，上部为气化室1，下部为冷却洗涤室2；当采用单一喷嘴配置时，喷嘴3置于喷嘴室10中，喷嘴室10位于气化室1的中心线上并固接于壳体4；当采用多喷嘴配置时，偶数个喷嘴6置于喷嘴室11中同时喷嘴3置于喷嘴室10中，喷嘴6的个数为2～8个，喷嘴室11均布于壳体4的周边，喷嘴6在同一水平面上，其轴线与气化室1的轴线相垂直，喷嘴室11固接于壳体4；喷嘴6所在平面径向上的一对喷嘴相距180°，在气化炉内气化炉形成撞击流（对置多喷嘴）和交叉射流（顶置单喷嘴）。

所述气化室1的向火面衬里5的材料是耐火砖或水冷壁。

所述冷却洗涤室2由冷却洗涤水均布环7、粗合成气导管9和破泡条8组成。

所述喷嘴3和喷嘴6的结构为多通道套筒式，是出口端呈锥形的预膜式外混、气流雾化喷嘴，锥角a为0～120°。

所述气化炉的工作压力为0.1～12MPa，气化温度为1300～1700℃。

所述气化原料为化石能源、生物质能源、废弃物能源或工业废气。

所述化石能源是煤、石油（渣油、沥青、石油焦等）或天然气（含油田气、煤层气）；所述生物质能源是秸秆或木材等；所述废弃物能源是生活垃圾、污泥、粪便或轮胎等；所述工业废气是焦炉气、炼厂气及高炉气等中的一种或多种。

所述气化原料的进料形态为气态、液态或固态。

本发明采用套筒状多通道外混、气流雾化预膜式喷嘴，出口端呈锥形，不同类型的气化原料（气态、液态或固态）以及气化剂独自进入某一最佳通道，出喷嘴端部形成一定速度且与轴线成一定角度的射流，多流股的原料（含气化剂）相互撞击实现氧化剂（纯氧或空气或水蒸气）与气化原料的均匀混合。只需将待气化的原料通入某一通道，其喷出速度视原料形态而定，一般操作态出喷嘴出口端部的物流速度为1～140m/s之间。

该工艺喷嘴可兼作烘炉升温喷嘴，气化系统不需单独设置烘炉升温单元。同时喷嘴的气化原料切换方便，若某一气化原料使用完毕或临时出现供给问题，可关闭喷嘴的该气化原料通道，只需在该气化原料通道通入保护气（N₂、CO₂、水蒸汽等）以保护喷嘴。

对于较小型气化炉，相当于日处理50～1000吨煤，采用顶置单喷嘴方案。

对于大型气化炉，其日处理能力相当于1000～6000吨煤，采用多喷嘴方案。气化炉通过撞击流（对置多喷嘴）和交叉射流（顶置单喷嘴），强化原料之间、原料与气化剂（氧、蒸汽）之间的混合，实现燃烧与气化反应。