一种耦合高温变换的多段气流床煤气化的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种干煤粉气流床气化技术，尤其设及一种禪合高溫变换的多段气流 床煤气化的方法及其设备。
【背景技术】
[0002] 煤气化技术是煤化工产业的核屯、和龙头技术，也是实现煤炭高效洁净利用的关键 技术之一。煤化工市场的迅速扩张，更促进了煤气化技术的长足进步，加压、大型化、原料适 应性强是先进气化技术的发展方向。
[0003] 气化技术按照气固接触的方式可分为固定床、流化床和气流床气化炉。其中，气流 床气化炉具有生产能力大、碳转化率高、环境污染小的优点，是目前大规模煤化工过程的首 选气化工艺。气流床气化工艺有干煤粉进料和水煤浆进料两种形式。比较而言，干煤粉进料 可降低氧耗约15-20%，粗合成气中有效气（C0+H2)浓度达90-93%，冷煤气效率78-83%， 碳转化率>99%，在煤种适应性、碳转化率、氧耗、气化效率方面更有优势。主要的炉型包括： K-T炉、Shell炉、Prenflo炉和GSP炉等，国内的航天炉、TPRIW及东方炉等。
[0004] 尽管干煤粉气流床气化技术已工业化成熟应用，但仍存在一些缺点：（1)普遍采 用煤气高溫激冷工艺，1200-1500°c的粗煤气激冷降溫至200-250°C，煤气显热损失大；（2) 粗煤气中CO浓度达65 %W上，&含量低，对于需要氨气的化工合成过程，如合成氨、合成甲 醇、合成油，后系统CO变换负荷大；(3)对于煤灰烙点高、黏溫特性高的煤种，易造成排灰口 堵塞，因此一般只适用于灰烙点小于1300°C的煤种。为改善上述缺点，科研技术人员提出 了一些改进的气流床气化工艺。专利化01131780. 9提出了两段式干煤粉气化炉，煤粉和 氧气分两段加入气化炉，一段为高溫气化段气化溫度1300-1500°C，二段低溫气化段气化溫 度900-1200°C，可W利用约500°C溫差的煤气显热，提高了煤的气化效率。但实际操作中因 二段煤粉反应不完全，碳转化率较低。ZL02131307. 5提出了一种固体排渣的气流床气化装 置，该气化炉结合了气流床和流化床气化炉特点，可利用高溫气化的煤气和灰渣的显热，提 高系统热效率，但气化炉的结构非常复杂。公开专利CN103998580A提出一种在压力下对固 体燃料进行气流床气化的方法和装置，气化炉由两段组成，固体燃料和气化剂从顶部和中 部多个喷嘴喷入气化炉，两段的溫度可灵活控制，适应不同的物料。公开专利CN102676228A 和CN102134512A分别提出采用顶部和上部多个烧嘴分级进料的气流床煤气化炉，有利于 扩大气化炉的生产能力。但多喷嘴进料方式也造成控制系统复杂，增加了操作难度，而且不 能解决高溫显热利用的技术难题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种易操作，热效率高，煤气氨含量高，煤种适应性好的一 种禪合高溫变换的多段气流床煤气化的方法及设备。
[0006] 本发明针对目前高溫气流床煤气化炉存在的上述缺点，提出了禪合高溫水煤气变 换反应的气流床煤气化的方法及设备，其特点在于：首先煤与W氧气为主要成分的气化剂 进行高溫气化反应生成1200-1500°C富含CO的高溫煤气；然后喷入水或蒸汽，煤气溫度激 冷降溫至700-900°C，同时CO与高溫水蒸气进行水煤气高溫变换反应生成&和CO2;最后富 氨煤气经激冷降溫排出气化炉。本发明方法可利用煤气显热进行高溫变换反应，煤气中部 分CO经高溫水蒸气变换反应生成&，从而降低后系统的变换工艺的生产负荷15-30 %，减 少水蒸气消耗量，提高系统整体热效率，尤其适用于煤气化制富氨合成气的化学品合成和 燃料生产过程。
[0007] 本发明的方法是包括W下步骤：
[0008] (1)粒径小于200ym的干煤粉和气化剂从多段气流床气化炉顶部中屯、的烧嘴 垂直喷入气化炉上部的高溫气化段进行煤的气化反应，气化反应溫度1200-1800°C，压力 0. 1-6. 5MPa，气固接触时间5-20S;
[0009] (2)高溫气化产生的热煤气和烙渣向下流动经扩口段至气化炉中部的高溫变换 段，变换喷淋水或低溫蒸气从位于扩口段的雾化喷头喷入气化炉，降溫至700-900°C，煤气 中部分CO经高溫水蒸气变换反应生成&，气体停留时间5-20S;
[0010] (3)高溫变换后的煤气和灰渣通过导流管进入激冷段，导流管内通入激冷水，煤气 经冷却洗涂，降溫至100-300°C，同时煤气中的灰渣被循环渣水洗涂捕集；
[0011] (4)降溫除渣后的粗煤气从气化炉激冷段上部的粗煤气出口排出气化炉，送后系 统净化处理；灰渣由气化炉底部的下渣口排出，送灰水系统处理。
[0012] 如上所述步骤（1)的气化剂由氧气、水蒸气、二氧化碳组成，氧气的体积百分含量 70-90 %，水蒸气的体积百分含量0-30 %，二氧化碳的体积百分含量0-30 %。
[0013] 如上所述步骤（1)的氧气与干煤粉之间的比例为0.7-1.Okg氧气Ag煤。
[0014] 所述步骤（2)的喷入高溫变换段的变换喷淋水是20-60°C的煤气洗涂水、工业自 来水、工业软化水或100-200°C的锅炉饱和水，用量为0. 10-0. 3kg水Ag煤。
[0015] 所述步骤（2)的喷入高溫变换段的低溫蒸气的溫度100-250°C，用量为0. 8-1.化g 水蒸气Ag煤。
[0016] 如上所述步骤（3)的激冷水是20-60°C的煤气洗涂水，用量为10kg-20kg水Ag 煤。
[0017] 如上所述步骤（4)的排出气化炉的粗煤气的干组成为，&的体积百分含量 30-40%，CO的体积百分含量35-45%，C〇2的体积百分含量15-25%，N2及其它杂质气体的 体积百分含量2-7 %。
[0018] 为了实现本发明的目的，发明人设计了多段气流床气化炉，它包括炉体，高溫气化 段，高溫变换段和激冷段，其特征在于炉体分为高溫气化段，高溫变换段和激冷段，高溫气 化段的内壁为水冷壁，外壁为圆柱形壳体，高溫气化段顶部有煤粉和气化剂进口，高溫气化 段下部通过扩口段与高溫变换段连接，扩口段的锥面均布雾化喷头，高溫变换段下部变为 收缩段，扩口段和高溫变换段的内壁是耐火衬里，外壁为圆柱形壳体，收缩段内壁是耐火衬 里，收缩段出口连接导流管，激冷段由收缩段，圆柱形壳体和导流管组成，导流管上部有激 冷环，位于激冷段的圆柱形壳体上有激冷水进口，激冷水进口与激冷环连接，激冷段内下部 有不少于2层的挡板，激冷段下部有从上到下依次有渣水进口和渣水出口，激冷段上部有 粗煤气出口，底部有排渣口。
[0019] 如上所述的高溫气化段与高溫变换段直径比为1:1. 1-2,高度比1:0. 5-1. 5。
[0020] 如上所述的扩口段的锥顶角a为60-150。。
[0021] 如上所述的雾化喷头沿扩口段的锥面圆周均布4-20个，与水平面的夹角0-90°。
[0022] 如上所述的激冷段内的挡板由多排水平倾斜45-75°的叶片、外圈和内圈组成，外 圈与气化炉壳体连接，内圈形成中屯、孔，导流管穿过中屯、孔，并与内圈连接。
[0023] 如上所述的激冷段内的挡板14的层数为2-20层。
[0024] 本发明具有W下技术特点和优点：（1)高溫气化段采用高溫气化技术，碳转化率 可达99% ;(2)高溫变换段加入变换喷淋水，可利用部分煤气显热产生水蒸气，提高系统热 效率；(3)煤气中的水蒸气与CO进行水蒸气变换反应，生成&，可降低后系统变换负荷，减 小后系统投资和操作成本；(4)高溫气化段与变换段之间的扩口结构有利于烙渣的流动， 可提高气化炉的煤种适应性；（5)煤气激冷段灰渣溫度低，可避免下渣口和激冷环的损毁， 有利于延长设备的运行周期。
【附图说明】
[0025]W下结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步的详细说明。
[00%] 图1是本发明多段气流床气化炉的结构示意图；
[0027] 图2是本发明A-A结构示意图
[0028] 图3是本发明挡板的正视结构示意图。
[0029] 图4是本发明挡板的俯视结构示意图。
[0030] 如图所示，1是气化炉炉体，2是高溫气化段，3是高溫变换段，4是激冷段，5是干煤 粉和气化剂进口，6是水冷壁，7是气化炉外壳体，8是扩口段，9是收缩段，10是雾化喷头，11 是耐火衬里，12是导流管，13是激冷环，14是挡板，15是激冷水进口，16是渣水进口，17是 渣水出口，18是粗煤气出口，19是排渣口，20是挡板的叶片，21是挡板的外圈，22是挡板的 内圈，23是挡板的中屯、孔。
【具体实施方式】 阳0川 实施例1
[0032] 多段气流床气化炉，它包括炉体1，高溫气化段2,高溫变换段3和激冷段4,其特征 在于炉体1分为高溫气化段2,高溫变换段3和激冷段4,高溫气化段2的内壁为水冷壁6， 外壁为圆柱形壳体7,高溫气化段2顶部有煤粉和气化剂进口 5,高溫气化段2下部通过扩 口段8与高溫变换段3连接，扩口段8的锥面均布变换喷淋水或低溫蒸气的雾化喷头10,高 溫变换段3下部变为收缩段9,扩口段8和高溫变换段3的内壁是耐火衬里11，外壁为圆柱 形壳体7,收缩段9壁是耐火衬里11，收缩段9出口通过导流管12连接激冷段4,激冷段4 由收缩段9,圆柱形壳体7和导流管12组成，导流管12上部有激冷环13,位于激冷段4的 圆柱形壳体7上有激冷水进口 15,激冷水进口 15与激冷环13连接，激冷段4内下部有不少 于2层的挡板14,激冷段4下部有从上到下依次有渣水进口 16和渣水出口 17,激冷段4上 部有粗煤气出口 18,底部有排渣口 19,激冷段4内的挡板14由多排水平倾斜叶片20、外圈 21和内圈22组成，挡板14的外圈21与气化炉壳体7连接，挡板14的内圈22形成中屯、孔 23,导流管12穿过中屯、孔23,内圈22与导流管12连接。 阳03引多段气流床煤气化炉炉体总高10600mm。其中，高溫气化