[实用新型]中温反应装置

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种在中温条件下（600～1100℃）进行碳的气化反应及任选的一氧化碳向氢气转化的变换反应的装置。

背景技术

随着现代煤气化技术的大型化和规模化，对于提高碳转化率、降低能耗的要求日益提高，如何将原料中的碳充分利用成为气化技术设计的关键问题。长期的试验研究与理论分析发现，具有一定粒度分布的碳在中温条件下（600～1100℃）与H2O、CO2具有很高的反应速率。对于气流床气化技术，如壳牌技术、德士古技术以及国内的航天粉煤加压气化技术，由于采用了高温、高压以及粒度很小的煤作为原料，碳转化率达到了较高的程度，一般为95%～98%，但是仍有一部分煤中的碳，尤其是使用高灰份或高灰熔点煤时，由于流场组织不合理或气化剂配比失调等原因，反应不完全，出炉的灰分中残碳含量在5%以上，极端恶劣的情况下可能会达到30～50%。因此提高气流床的碳转化率仍然是煤气化领域的重要问题。

另外，在煤制甲醇、煤制合成氨等工艺中，气化产物中H2的比例不够，需要经过变换工段通过变换反应提高氢碳比（即H2和CO的比例），变换反应即CO+H2O→CO2+H2的反应。在气化炉气化室的出口，合成气温度很高，变换反应具有很高的反应速度，但在一般气化工艺中，由于高温合成气经快速激冷温度下降到约200～300℃，这部分化学反应能力就被浪费了。本实用新型充分利用高温合成气的变换反应能力，使合成气的氢碳比提高，有利于减少变换工段的投入。

在高温的合成气和熔渣中注入冷却剂或气化剂时，最容易引起的问题是在喷嘴附近形成灰渣聚集，影响装置运行效果，甚至导致装置不能正常运行。本装置针对这一问题提出相应的结构设计。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种中温反应装置，其可用于煤气化反应炉中，使未燃尽碳发生气化反应，提高碳转化率；同时还可以促进CO向H2转化的变换反应，提高合成气中的氢碳比，进而提高气化装置的整体效率。该装置也是实现合成气冷却的装置，可以达到合成气及熔渣降温的目的，通过结构设计达到减少或避免壁面结渣的效果。

本实用新型的另一目的是提供一种中温反应方案，使煤气化反应炉中未燃尽碳发生气化反应，提高碳转化率；同时还可以促进CO向H2转化的变换反应，提高合成气中的氢碳比，进而提高气化装置的整体效率。该方法同时也是实现合成气冷却的装置，可以达到合成气及熔渣降温的目的，并达到减少或避免壁面结渣的效果。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供了一种中温反应装置，包括初步冷却器、中温反应室和可选择的再冷却器，所述的初步冷却器、中温反应室、再冷却器沿气流的方向依次排布。可根据上行流程气化装置或下行流程的气化装置调节所述的初步冷却器、中温反应室、再冷却器的上下顺序。

对于合成气上行流程的中温反应装置，本实用新型的中温反应装置位于气化炉气化室的上部；对于合成气下行流程的中温反应装置，本实用新型的中温反应装置位于气化炉气化室的下部；对于合成气上行和下行流程的中温反应装置，本实用新型的中温反应装置位于气化炉气化室的上部和下部。

含有熔渣及未燃尽碳的高温粗合成气，主要成分为CO和H2，并含有少量H2O和CO2，首先经过初步冷却器冷却至600～1100℃，随后进入中温反应室，大部分未燃尽碳与气化剂充分接触完成二次气化反应，提高碳转化率，同时发生变换反应，使CO向H2转化，提高氢碳比。反应后的粗合成气可选择性地经过再冷却器进一步降温至600℃以下后进入后续流程，也可直接排出进入后续流程。

按照本实用新型的一种具体实施方案，其特征在于，所述的中温反应室具有两端缩口形式。所述的中温反应室为带有两端缩口的筒形结构，为残碳气化反应及变换反应提供足够的反应空间，提高气化炉碳转化效率并提高合成气中的氢碳比。气流主要从筒形反应器的中心通过以减少筒形壁面上的结渣。中温反应室两端采用缩口形式的另一个作用是，使合成气的流通面积减小、流速增加，有利于达到均匀的冷却效果，减少壁面结渣的风险，优选地，缩口的最小直径1m～2m。

按照本实用新型的一种具体实施方案，其特征在于，所述的中温反应室的下锥盘设有吹灰装置，即采用高压气体对锥盘进行吹扫，清除该处的积灰。优选地，采用环形切壁吹灰喷嘴。

按照本实用新型的一种具体实施方案，其特征在于，所述的初步冷却器上下开口均采用缩口结构，使气流主要从初步冷却器的中心通过，以减少气流的径向迁移，减少筒形壁面上的结渣。