專利名稱：頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器及其工業(yè)應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣化漿態(tài)和干粉態(tài)的含碳化合物的氣流床式反應(yīng)器及其工業(yè)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
氣流床加壓氣化漿態(tài)和干粉態(tài)的含碳化合物，是目前國際上最先進(jìn)的氣化技術(shù)之一。該技術(shù)具有可處理化合物種類多、氣化效率高、原料消耗低、設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，所以其應(yīng)用前景十分廣泛。人們在該領(lǐng)域中進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，形成了諸多專利，有代表性的是Shell(ZL90103807.5)，Texaco(ZL 94193847.6)和華東理工大學(xué)(ZL 98110616.1)。但從提高煤中碳的轉(zhuǎn)化率以及耐火襯里的使用壽命角度看，這些氣化技術(shù)大型化后還不能滿足工業(yè)要求。
中國專利申請?zhí)?00410089404.9公開了一種頂部設(shè)有噴嘴的氣化反應(yīng)器，中國專利ZL01210097.8公開了一種頂部設(shè)有噴嘴的多噴嘴對(duì)置式水煤漿或煤粉氣化爐，由于只設(shè)置一個(gè)頂部噴嘴，出頂部噴嘴的物料速度大，部分含碳化合物會(huì)在瞬時(shí)離開氣化爐使碳的轉(zhuǎn)化率不夠高，同時(shí)由于噴嘴直徑大和噴嘴速度大使火焰的長度和直徑范圍大，使氣化爐內(nèi)的耐火襯里使用壽命不夠高，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器及其工業(yè)應(yīng)用，以克服上述不足。
本發(fā)明提出的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，包括內(nèi)有耐火襯里的豎直式容器；設(shè)置在豎直式容器頂部的穹頂；
設(shè)置在所說的穹頂上的N個(gè)氣化噴嘴的連接口，N為大于1的整數(shù)；設(shè)置在氣化噴嘴的連接口中的多通道氣化噴嘴，多通道氣化噴嘴的作用是使固態(tài)含碳化合物與氣態(tài)氣化劑進(jìn)入反應(yīng)器，并使之良好混合，進(jìn)行氣化反應(yīng)；所說的耐火襯里可以是水冷壁型式，也可以是耐火磚型式；設(shè)置在豎直式容器底部的氣化產(chǎn)物出口，氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口，高溫氣體對(duì)高粘度融渣的流動(dòng)具有良好的攜帶作用；本發(fā)明的氣化反應(yīng)器，可用于氣化漿態(tài)和干粉態(tài)的含碳化合物，含碳化合物優(yōu)選煤、石油焦、生物質(zhì)、垃圾以及其它含碳固體廢棄物。
將粒徑為＜200μm的漿態(tài)或干粉態(tài)的含碳化合物(例如煤)輸送到工藝噴嘴，漿態(tài)的含碳化合物用高壓泵輸送，干粉態(tài)的含碳化合物用載氣輸送如氮?dú)?、CO2；氣化介質(zhì)和也同時(shí)進(jìn)入工藝噴嘴混合，以50～140米/秒的流速，噴出工藝噴嘴，將含碳化合物霧化或者彌散后進(jìn)入氣化室氣化為煤氣。
氣化溫度為1100～1700℃，氣化壓力為1.0～10.0MPa；含碳含灰化合物重量1份，氣化介質(zhì)重量0.4～1.2份，工藝蒸汽重量0～0.5份；所說的氣化介質(zhì)包括氧化劑、水蒸汽和二氧化碳；氧化劑選自氧氣、空氣或氧含量為60％～100％的富氧空氣；載氣與含碳化合物的重量份數(shù)比例為載氣1份，含碳化合物0.02～0.8份；該反應(yīng)器與目前公開的氣化爐相比，具有氣化效率高、煤種適應(yīng)性廣、耐火襯里使用壽命長等特點(diǎn)。采用該反應(yīng)器氣化漿態(tài)或干粉態(tài)的含碳化合物，其碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99％，氣化爐內(nèi)溫度分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)局部溫度過高燒蝕耐火襯里，生產(chǎn)的合成氣可用作化工原料氣、燃料氣、制氫、合成液體燃料、直接還原煉鐵等，用途極為廣泛。


圖1為反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為反應(yīng)器的A-A向俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明提出的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，包括內(nèi)有耐火襯里5的上粗下細(xì)的豎直式容器，豎直式容器的上段直徑D1與下段直徑D2的比值，D1∶D2＝1～2，豎直式容器的上段長度H1與下段長度H2的比值H1∶H2＝0.5～2，豎直式容器的上段與下段連接處的傾角為β為0～60°；設(shè)置在豎直式容器頂部的穹頂7；設(shè)置在所說的穹頂7上的N個(gè)氣化噴嘴的連接口1，N為大于1的整數(shù)，優(yōu)選的N為2～20；按照本發(fā)明優(yōu)選的方案，所說的穹頂?shù)男螤顬闄E圓形、梨形或傘形；設(shè)置在氣化噴嘴的連接口1中的多通道氣化噴嘴6，氣化噴嘴的軸線與聯(lián)接口的共軸線，氣化噴嘴6的作用是使?jié){態(tài)或干粉態(tài)的固態(tài)含碳化合物與氣態(tài)氣化劑進(jìn)入反應(yīng)器2，并使之良好混合，進(jìn)行氣化反應(yīng)；所說的耐火襯里5可以是水冷壁型式，也可以是耐火磚形式；設(shè)置在豎直式容器底部的氣化產(chǎn)物出口3，出口錐角γ為30～60°，氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口3，高溫氣體對(duì)高粘度融渣的流動(dòng)具有良好的攜帶作用；按照本發(fā)明進(jìn)一步的方案，所說的穹頂7上的N個(gè)多通道氣化噴嘴6的軸線可與豎直式容器的軸線之間有夾角α，優(yōu)選的角度為0～30°；參見圖2，比較好的是，在穹頂?shù)闹胁吭O(shè)有一個(gè)氣化噴嘴的連接口1以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴6，其他在氣化噴嘴的連接口1以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴6設(shè)置在其四周，最好均勻布置；參見圖1，按照本發(fā)明更優(yōu)選的方案，在豎直式容器的上部四周還設(shè)有氣化噴嘴的連接口1以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴6，一般對(duì)稱設(shè)置，可以上下兩層，數(shù)量為4～8個(gè)；所說的多通道氣化噴嘴6指的是具有多個(gè)通道的噴嘴，如采用漿態(tài)含碳化合物為原料時(shí)，可采用ZL95111750.5專利公開的技術(shù)，如采用干粉態(tài)含碳化合物為原料時(shí)，可采用ZL200420114032.6專利公開的技術(shù)；而采用其他的噴嘴，也能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。
實(shí)施例1(粉煤)采用如圖1所示的氣化反應(yīng)器，氣化原料為干粉態(tài)的粉煤，粉煤處理量為100噸/小時(shí)，氣化壓力為4.0MPa，采用水冷壁耐火襯里，氣化溫度為1600℃，氣化爐總高度為10.0米，上直段長度為4.0米，下直段長度為4.0米；上直段直徑2.5米，下直段直徑2.0米；上段與下段連接處的傾角為β為45°；穹頂?shù)男螤顬闄E圓形，頂部設(shè)有5個(gè)2通道噴嘴，中間1個(gè)，周遍均勻設(shè)置4個(gè)，中間的噴嘴的軸線與氣化反應(yīng)器的軸線平行，周遍的噴嘴與的軸線氣化反應(yīng)器的軸線之間的夾角α為10°。
將20噸/小時(shí)平均顆粒直徑為30～100微米的粉煤、12000Nm3/小時(shí)的氧含量為99％的純氧、14噸/小時(shí)的溫度為430的過熱水蒸汽通過ZL200420114032.6所公開的兩通道噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器，在操作壓力為4.0MPa，操作溫度為1600的條件下在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，生成200000Nm3/小時(shí)的合成氣。氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口3排出反應(yīng)器。
其組分如下
H230％、CO 58％、CO26％、N26％，其它為少量H2S、Ar、COS、CH4、HCN和NH3。該合成氣可用于生產(chǎn)化肥、甲醇、制氫、液體燃料、燃料氣、直接還原煉鐵、發(fā)電等，或用于先進(jìn)的IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
實(shí)施例2采用如圖1所示的氣化反應(yīng)器，氣化原料為干粉態(tài)的粉煤，粉煤處理量為100噸/小時(shí)，氣化壓力為4.0MPa，采用水冷壁耐火襯里，氣化溫度為1600℃，氣化爐總高度為10.0米，上直段長度為4.0米，下直段長度為4.0米；上直段直徑2.5米，下直段直徑2.0米；上段與下段連接處的傾角為β為45°；穹頂?shù)男螤顬闄E圓形，頂部設(shè)有4個(gè)2通道噴嘴，中間1個(gè)，周遍均勻設(shè)置3個(gè)，中間的噴嘴的軸線與氣化反應(yīng)器的軸線平行，周遍的噴嘴與的軸線氣化反應(yīng)器的軸線之間的夾角α為15°。
在氣化反應(yīng)器上部直段周邊對(duì)稱設(shè)置4個(gè)噴嘴。
將12.5噸/小時(shí)平均顆粒直徑為30～100微米的粉煤、7500Nm3/小時(shí)的氧含量為99％的純氧、9噸/小時(shí)的溫度為430的過熱水蒸汽通過ZL200420114032.6所公開的兩通道噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器，在操作壓力為4.0MPa，操作溫度為1600℃的條件下在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，生成200000Nm3/小時(shí)的合成氣。氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口3排出反應(yīng)器。
其組分如下H230％、CO 58％、CO26％、N26％，其它為少量H2S、Ar、COS、CH4、HCN和NH3。該合成氣可用于生產(chǎn)化肥、甲醇、制氫、液體燃料、燃料氣、直接還原煉鐵、發(fā)電等，或用于先進(jìn)的IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
實(shí)施例3(水煤漿)采用如圖1所示的氣化反應(yīng)器，氣化原料為漿態(tài)的水煤漿，煤處理量為125噸/小時(shí)，氣化壓力為4.0MPa，采用耐火磚耐火襯里，氣化溫度為1350℃，氣化爐總高度為11.5米，上直段長度為4.5米，下直段長度為4.5米；上直段直徑2.8米，下直段直徑2.3米；上段與下段連接處的傾角為β為30°；穹頂?shù)男螤顬闄E圓形，頂部設(shè)有5個(gè)2通道噴嘴，中間1個(gè)，周遍均勻設(shè)置4個(gè)，中間的噴嘴的軸線與氣化反應(yīng)器的軸線平行，周遍的噴嘴與的軸線氣化反應(yīng)器的軸線之間的夾角α為10°。
將42噸/小時(shí)平均固體顆粒直徑為30～100微米、固體濃度為60％的煤漿、19500Nm3/小時(shí)的氧含量為99％的純氧通過ZL95111750.5所公開的三通道噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器，在操作壓力為4.0MPa，操作溫度為1350的條件下在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，生成320000Nm3/小時(shí)的合成氣。氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口3排出反應(yīng)器。
其組分如下H237％、CO 47％、CO214％、N20.6％，其它為少量H2S、Ar、COS、CH4、HCN和NH3。該合成氣可用于生產(chǎn)化肥、甲醇、制氫、液體燃料、燃料氣、直接還原煉鐵、發(fā)電等，或用于先進(jìn)的IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
實(shí)施例4(在實(shí)施例3上增加周邊對(duì)置噴嘴)采用如圖1所示的氣化反應(yīng)器，氣化原料為漿態(tài)的水煤漿，煤處理量為125噸/小時(shí)，氣化壓力為4.0MPa，采用耐火磚耐火襯里，氣化溫度為1350℃，氣化爐總高度為11.5米，上直段長度為4.5米，下直段長度為4.5米；上直段直徑2.8米，下直段直徑2.3米；上段與下段連接處的傾角為β為30°；
穹頂?shù)男螤顬闄E圓形，頂部設(shè)有4個(gè)2通道噴嘴，中間1個(gè)，周遍均勻設(shè)置3個(gè)，中間的噴嘴的軸線與氣化反應(yīng)器的軸線平行，周遍的噴嘴與的軸線氣化反應(yīng)器的軸線之間的夾角α為15°。
在氣化反應(yīng)器上部直段周邊對(duì)稱設(shè)置4個(gè)噴嘴。
將26噸/小時(shí)平均固體顆粒直徑為30～100微米、固體濃度為60％的煤漿、12000Nm3/小時(shí)的氧含量為99％的純氧通過ZL95111750.5所公開的三通道噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器，在操作壓力為4.0MPa，操作溫度為1350的條件下在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行燃燒與氣化反應(yīng)，生成320000Nm3/小時(shí)的合成氣。氣化生成的高溫合成氣與融熔態(tài)灰渣以并流方式通過出口3排出反應(yīng)器。
其組分如下H237％、CO 47％、CO214％、N20.6％，其它為少量H2S、Ar、COS、CH4、HCN和NH3。該合成氣可用于生產(chǎn)化肥、甲醇、制氫、液體燃料、燃料氣、直接還原煉鐵、發(fā)電等，或用于先進(jìn)的IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，包括豎直式容器和設(shè)置在豎直式容器頂部的穹頂(7)，其特征在于，還包括設(shè)置在所說的穹頂(7)上的N個(gè)氣化噴嘴的連接口(1)，N為大于1的整數(shù)；設(shè)置在氣化噴嘴的連接口(1)中的多通道氣化噴嘴(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，所說的穹頂?shù)男螤顬闄E圓形、梨形或傘形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，所說的多通道氣化噴嘴(6)的軸線與豎直式容器的軸線平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，多通道氣化噴嘴(6)的軸線與豎直式容器的軸線之間有夾角α。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，夾角α角度為0～30°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，在穹頂?shù)闹胁吭O(shè)有一個(gè)氣化噴嘴的連接口(1)以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴(6)，其他在氣化噴嘴的連接口(1)以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴(6)設(shè)置在其四周。
7根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，耐火襯里5為水冷壁耐火襯里或者耐火磚襯里。
8根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，氣化反應(yīng)器的上直段長度H1與下直段長度H2的比值，H1∶H2＝0.5～2。
9根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，氣化反應(yīng)器的上直段直徑D1與下直段直徑D2的比值，D1∶D2＝1～2。
10根據(jù)權(quán)利要求1所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，豎直式容器的上段與下段連接處的傾角為β為0～60°。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，在豎直式容器的上部四周還設(shè)有氣化噴嘴的連接口(1)以及設(shè)置其中的多通道氣化噴嘴(6)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，在豎直式容器的上部四周設(shè)有氣化噴嘴的連接口(1)對(duì)稱設(shè)置，上下兩層，數(shù)量為4～8個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12任一項(xiàng)所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器，其特征在于，N為2～20。
14根據(jù)權(quán)利要求1～13任一項(xiàng)所述的頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器的應(yīng)用，其特征在于，用于氣化漿態(tài)或者干粉態(tài)的含碳化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頂部設(shè)有多個(gè)噴嘴的氣化反應(yīng)器及其工業(yè)應(yīng)用。氣化反應(yīng)器包括豎直式容器和設(shè)置在豎直式容器頂部的穹頂(7)，其特征在于，還包括設(shè)置在所說的穹頂(7)上的N個(gè)氣化噴嘴的連接口(1)，N為大于1的整數(shù)，設(shè)置在氣化噴嘴的連接口(1)中的多通道氣化噴嘴(6)。本發(fā)明的反應(yīng)器與目前公開的氣化爐相比，具有氣化效率高、煤種適應(yīng)性廣、耐火襯里使用壽命長等特點(diǎn)。采用該反應(yīng)器氣化漿態(tài)或干粉態(tài)的含碳化合物，其碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99％，氣化爐內(nèi)溫度分布均勻，不會(huì)出現(xiàn)局部溫度過高燒蝕耐火襯里，生產(chǎn)的合成氣可用作化工原料氣、燃料氣、制氫、合成液體燃料、直接還原煉鐵等，用途極為廣泛。
文檔編號(hào)C10J3/56GK1944594SQ20061011672
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者于廣鎖, 于遵宏, 龔欣, 代正華, 周志杰, 王輔臣, 劉海峰, 王亦飛, 梁欽鋒, 陳雪莉, 李偉鋒, 郭曉鐳 申請人:華東理工大學(xué)