一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102191087 A (43)申请公布日 2011.09.21 CN 102191087 A *CN102191087A* (21)申请号 201110094537.5 (22)申请日 2011.04.15 C10J 3/48(2006.01) C10J 3/50(2006.01) C10J 3/72(2006.01) C10J 3/84(2006.01) C01B 3/34(2006.01) C01B 3/36(2006.01) (71)申请人 华东理工大学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路 130 号 (72)发明人 王辅臣 代正华 龚欣 于广锁 刘海峰 。

2、王亦飞 陈雪莉 周志杰 王兴军 李伟锋 梁钦锋 郭晓镭 许建良 郭庆华 刘霞 (74)专利代理机构 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人 胡红芳 (54) 发明名称 一种用于多种形态原料共气化的气流床气化 炉 (57) 摘要 本发明提出了一种用于多种形态原料共气化 的气流床气化炉。气化炉由气化室和冷却洗涤室 两部分在耐压壳体中叠加而成。通过调整喷嘴配 置方案， 可实现单一原料气化或气液固原料共气 化， 并能满足不同规模气化系统的要求。 对于中小 系统， 相当于 50 1000 吨煤 / 天， 采用顶置喷嘴 方案。对于单系列大型系统， 相当于 1000 6000 吨煤 / 天， 采用多喷。

3、嘴方案， 气化炉通过撞击流 （对置多喷嘴） 和交叉射流 （顶置喷嘴） ， 实现原料 之间、 原料与气化剂 （氧、 蒸汽） 之间的高效混合。 该气化炉具有极强的灵活性， 负荷调节范围大， 原 料切换方便， 原料利用率高， 可达 98% 以上， 比氧 耗、 比原料消耗低。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102191090 A1/1 页 2 1. 一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉， 其特征在于， 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。

4、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 个且在同一水平面上， 其轴线与气化室 （1） 的轴线相垂 直， 喷嘴室 （11） 固接于壳体 （4） 且均布于壳体 （4） 的周边 ； 喷嘴 （6） 所在平面径向上的一对 喷嘴相距 180， 以便形成撞击流 ； 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。。

5、 2. 根据权利要求 1 所述的气流床气化炉， 其特征在于， 所述喷嘴 （3） 和喷嘴 （6） 的结构 为多通道套筒式、 出口端呈锥形的预膜式外混气流雾化喷嘴， 锥角 a 为 0 120。 3. 根据权利要求 1 所述的气流床气化炉， 其特征在于， 所述气化室 （1） 的向火面衬里 （5） 的材料是耐火砖或水冷壁。 4.根据权利要求1所述的气流床气化炉， 其特征在于， 所述气化炉的工作压力为0.1 12MPa， 气化温度为 1300 1700。 5. 根据权利要求 1 所述的气流床气化炉， 其特征在于， 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。 6. 根据权利要求 5 。

6、所述的气流床气化炉， 其特征在于， 所述化石能源是煤、 石油或天然 气 ； 所述生物质能源是秸秆或木材 ； 所述废弃物能源是生活垃圾、 污泥、 粪便或轮胎 ； 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。 7.根据权利要求16所述的气流床气化炉， 其特征在于， 所述气化原料的进料形态为 气态、 液态或固态， 气化剂和不同进料形态的气化原料分走喷嘴 （3） 或者喷嘴 （6） 的不同通 道， 出各通道端口的物料速度为 1 140m/s。 权 利 要 求 书 CN 102191087 A CN 102191090 A1/4 页 3 一种用于多种形态原料共气化的气流床气化炉 技术领域 0。

7、001 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 0002 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。

8、。 0003 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。 0004 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。

9、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。 0005 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 0006 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。

10、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 18。

11、0， 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） 。 说 明 书 CN 102191087 A CN 102191090 A2/4 页 4 0007 所述气化室 1 的向火面衬里 5 的材料是耐火砖或水冷壁。 0008 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。 0009 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。 0010 所述气化炉的工作压力为 0.1 12MPa， 气化温度为 1300 1700。 0011 所述气化原料为化石能源、 生物质能源。

12、、 废弃物能源或工业废气。 0012 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。 0013 所述气化原料的进料形态为气态、 液态或固态。 0014 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。

13、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。 0015 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。 0016 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。 0017 对于大型气化炉， 其日处理能力相当于 1000 6000 吨煤， 。

14、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。 0018 该气化炉具有极强的灵活性， 负荷调节范围大， 原料切换方便， 原料利用率高， 可 达 98% 以上， 比氧耗、 比原料消耗低。 0019 气化室向火面衬里有耐火砖 （热壁型） 和水冷壁 （冷壁型） 两种， 发明人已授权的专 利有 ZL98110616.1、 200410067212.8（中国专利号） ， 本发明中将根据实际状况优先选择其 中之一。 0020 气化室的下部为复合床冷却洗涤室， 可采用发明人已授权的专利 ZL。

15、01112880.1、 ZL01112702.3（中国专利号） 中的方案。 附图说明 0021 图 1 是本申请的适用于多形态原料共气化的气流床气化炉的示意图 ； 图 2 是多通道喷嘴的结构示意图。 0022 符号说明 1 ： 气化室 ； 2 ： 冷却洗涤室 ； 3、 6 ： 喷嘴 ； 4 ： 壳体 （一般为金属材质） ； 5 ： 耐火衬里 ； 7 ： 冷却 洗涤水均布环 ； 8 ： 破泡条 ； 9 ： 粗合成气导管 ； 10、 11 ： 喷嘴室 ； 12、 13、 14 ： 金属套管 ； 15、 16、 17 ： 原料或氧 （气化剂） 通道 ； a ： 锥角。 具体实施方式 说 明 书 CN。

16、 102191087 A CN 102191090 A3/4 页 5 0023 参见图 1， 适用于气液固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。气化室 1 的向火面衬里 5 为耐火砖或水冷壁。如采 用单一喷嘴配置， 则喷嘴 3 置于喷嘴室 10 中， 喷嘴室 10 位于气化室中心线上， 固接于壳体 4 ； 如采用多喷嘴配置， 即对置对喷嘴与顶置喷嘴组合配置， 喷嘴 6 置于喷嘴室 11 中同时喷 嘴 3 置于喷嘴室 10 中， 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。

17、 11 固接于壳体 4。多喷嘴配置时， 应保证喷嘴 6 的数目为偶 数 （28 个） ， 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） 。冷却洗涤室 2 由冷却洗涤水均布环 7、 粗合成气导 管 9 以及破泡条 8 组成。单一喷嘴配置适用于较小型气化炉 （相当于日处理 50 1000 吨 煤） ， 多喷嘴配置适用于较大型气化炉 （相当于日处理 1000 6000 吨煤） 。 0024 参见图2， 喷嘴3和喷嘴6的结构为一套筒式， 出口端呈锥形的预膜式外混、 气流雾 化喷嘴。锥角 为 0 120。不同类型的气化原料 （气。

18、态、 液态或固态） 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。其喷出速度视原料形态而 定， 一般操作态速度为 1 140m/s 之间。 0025 实施例 1 采用本发明的技术， 对较小型气化炉 （相当于日处理 50 1000 吨煤） ， 采用顶置单喷嘴 方案实现煤浆与焦炉气共气化， 气化炉采用耐火砖衬里。以神华煤和焦炉气各按 50% 的重 量比进行气化， 煤以 65% 的水煤浆输送， 焦炉气经压缩后输送进入喷嘴。该气化炉日处理煤 400 吨、 焦炉气 400 吨。原煤和焦炉气组成分别列入表 1 和表 2。 0026 当气化压力为 6.5MPa， 气化炉出口温度 。

19、1350时， 气化炉出口合成气组成及主要 工艺指标列入表 3 和表 4。 说 明 书 CN 102191087 A CN 102191090 A4/4 页 6 0027 工艺喷嘴为三通道喷嘴， 锥角 为 30， 中心通道为氧气、 第二通道为煤浆、 外侧 通道为焦炉气， 喷嘴端部氧气、 煤浆和焦炉气的速度分别为 120m/s、 8m/s、 90m/s。 0028 实施例 2 采用本发明的技术， 对大型气化炉 （相当于日处理 1000 6000 吨煤） ， 采用多喷嘴方案 实现煤浆与焦炉气共气化， 气化炉采用耐火砖衬里。以神华煤和焦炉气各按 50% 的重量比 进行气化， 煤以65%的水煤浆输送， 。

20、焦炉气经压缩后输送进入喷嘴。 该气化炉日处理煤1500 吨、 焦炉气 1500 吨。原煤和焦炉气组成分别列入表 1 和表 2。当气化压力为 6.5MPa， 气化 炉出口温度 1350时， 气化炉出口合成气组成及主要工艺指标列入表 3 和表 4。 0029 气化炉采用多喷嘴方案， 设置 5 路喷嘴， 4 路对置喷嘴和 1 路顶置喷嘴， 各原料均 分为 5 路经工艺喷嘴进入气化炉。工艺喷嘴为三通道喷嘴， 锥角 为 60， 中心通道为氧 气、 第二通道为煤浆、 外侧通道为焦炉气， 喷嘴端部氧气、 煤浆和焦炉气的速度分别为 100m/ s、 8m/s、 100m/s。 说 明 书 CN 102191087 A CN 102191090 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102191087 A 。