[发明专利]一种两段式气流床气化装置及其气化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两段式气流床气化装置及其气化方法，属于气化反应装置技术领域。

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液态燃料、联合循环发电、制氢等过程工业的基础，是这些行业的关键技术和龙头技术。

现有的可将煤、焦等含碳燃料气化，在采用气流床进行气化的技术中，有代表性的干煤粉气化技术主要有：我国华东理工大学等单位开发的多烧嘴对置式干煤粉气化炉、Shell气化炉，E-Gas气化炉以及GSP气化炉和国家电力公司热工研究院的两段式干煤粉气化炉。

目前气流床气化装置设计存在几个主要难题：一是最优化炉内温度分布和提高燃料利用效率；二是气化产物的冷却和高温净化过程；三是提高气化装置设备的整体使用寿命；四是提高气化装置运行稳定性，提高整体开工率。

从气流床气化炉烧嘴个数角度看，多烧嘴气化炉易于大型化和大规模化推广应用，单烧嘴气化炉受烧嘴本身的限制，在气化负荷上受较大限制；从气流床气化炉本体设计角度看，两段式或多段式气化由于采用燃料分级燃烧或氧气分级燃烧技术，相比单段式气化炉，炉内温度分布更加合理，碳转化率高，气化炉出口温度相对略低；从气流床气化产物流向角度看，合成气上行式较适合于IGCC发电、煤制天然气等产业，而合成气下行较适合于化工生产，如合成氨、合成甲醇等产业；从气流床气化炉炉壁材料设计角度看，水冷壁设计相对造价较高，但相比于耐火砖等耐火衬里式设计，水冷壁结构气化炉运行稳定，使用寿命长，能够承受较高温度的气化运行，故提高了气化炉的煤种适应性。

现有的合成气上行式气化炉主要缺陷是炉内温度分布和流场不合理，易造成液态排渣堵渣和碳转化率低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适合于大规模化应用、运行稳定可靠、煤种适应性广泛、合成气冷却工艺高效的两段式多烧嘴进料、分段式气化的气流床气化装置及其气化方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种两段式气流床气化装置，其特征在于：包括气化炉上段气化室，气化炉上段气化室上部设有合成气出口；气化炉下段气化室通过气化炉中部喉口段与气化炉上段气化室连接，气化炉上段气化室轴线和气化炉下段气化室轴线垂直相交；底部渣池通过气化炉下部渣口与气化炉下段气化室连接，底部渣池下部设有渣池排渣口，其特征在于：所述气化炉上段气化室四周设有至少一层侧面工艺烧嘴室，至少两个侧面工艺烧嘴对称设于侧面工艺烧嘴室内；所述气化炉下段气化室两侧同轴设有对置式工艺烧嘴室，两个对置式工艺烧嘴同轴设于对置式工艺烧嘴室内。

优选地，所述气化炉上段气化室主体为内壁面设有耐火衬里的垂直圆柱形壳体，所述气化炉下段气化室主体为内壁面设有耐火衬里的水平圆柱形壳体。

优选地，所述耐火衬里为耐火砖衬里结构或水冷壁衬里结构。

优选地，所述侧面工艺烧嘴室轴线与所述气化炉上段气化室径向的夹角α为0～30°；所述侧面工艺烧嘴室轴线与所述气化炉上段气化室轴向的夹角β为60～120°。

优选地，所述侧面工艺烧嘴轴线与所述侧面工艺烧嘴室在水平面上的夹角ξ为0～30°，所述侧面工艺烧嘴轴线与所述侧面工艺烧嘴室在垂直面上夹角δ为0～15°。

优选地，所述合成气出口内直径为所述气化炉上段气化室主体内直径的5％～50％。

优选地，所述侧面工艺烧嘴室与合成气出口的距离为1.5～5倍气化炉上段气化室主体内直径，所述侧面工艺烧嘴室与对置式工艺烧嘴室垂直中心距为0.5～3倍气化炉上段气化室主体内直径。

优选地，所述气化炉上段气化室主体高度为1.5～8倍气化炉上段气化室主体内直径，所述气化炉下段气化室主体内直径为0.3～2倍气化炉上段气化室主体内直径，所述气化炉下段气化室主体单侧长度为1～3倍气化炉下段气化室主体内直径。

为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供所述两段式气流床气化装置的气化方法，其特征在于：将含碳燃料和气化剂一同分别从所述侧面工艺烧嘴和对置式工艺烧嘴送入气化装置，从所述对置式工艺烧嘴送入的气化剂中氧气量占含碳燃料和气化剂总氧量的80～100％。

优选地，所述气化剂为含氧量为21％～100％的空气，或富氧气体、蒸汽、二氧化碳气体中的一种或几种的混合气体；所述含碳燃料为浆态含碳燃料或粉态固体含碳燃料。