CN102041106B - 一种含碳固态原料的气化方法及所用反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种含碳固态原料的气化方法及所用反应器，其特征在于包括下述步骤：含碳固态原料与含氧气在反应器单元生成合成气，其中灰以炉渣的形式受重力作用向下流动至气化反应器下端的渣池中；夹带熔融态灰渣的高温合成气上升至气化反应器内的激冷区，通过激冷设备向激冷区中注入水蒸汽或/和水，对高温合成气进行激冷，以使高温合成气中夹带的熔融态灰渣凝固成固态粉尘；激冷后夹带有固态粉尘的合成气进入除尘单元，除去合成气中夹带的粉尘；然后进入废锅单元，利用合成气的工艺余热产生蒸汽。本发明所提供的反应器将气化炉和废锅单元通过各自的壳体独立开来，且在两者之间设置了除尘单元。本发明设备磨损率低，能够长周期运行。

Description

一种含碳固态原料的气化方法及所用反应器
技术领域
本发明涉及到一种含碳固态原料的气化方法及所用反应器。
背景技术
现有的含碳固态原料的气化通常是在一个延长的气化反应器容器中实施，所述的气化反应器包括气化器单元，渣池和气化器单元下游的费锅单元；所述的气化器单元内同轴设置有冷却通道，通过该通道气化器单元的负尘热气体产品即合成气从反应器中排出；气化器单元的下游设有为负尘热气体现有气化炉(以Shell气化炉为例，其它技术类似于Shell气化炉的结构)的结构见附图。它采用的是整体气化炉结构，反应器单元、渣池和反应器单元下游的废锅单元组合在一个压力容器壳体内，呈流程化布置。气化炉的外部是一个整体的压力容器壳体，反应器单元-膜式水冷壁放置在压力容器的壳体内，围成了气化反应室，压力容器壳体与水冷壁之间形成了环形空间，用于设备内的布管和检修。原料与气化剂在反应室内发生反应生成合成气，合成气向上经过干净的合成气激冷至900℃，将熔融的飞灰变成固态后，进入下游的废锅单元。下游的废锅均采用水冷盘管结构，利用合成气的高温余热产生蒸汽，废锅悬挂在压力容器壳体内，与水冷壁之间构成了环形空间，废锅均采用水管式结构，即锅炉给水/蒸汽混合物走管内，合成气走管外。经过废锅回收了高温余热的合成气最终排出气化炉，送往下游装置。
现有装置中：
1.采用干净的合成气激冷，需要设置循环合成气压缩机，将下游处理干净的合成气压缩循环至气化炉作为激冷气。压缩机属动设备，容易发生机械故障，该压缩机一旦发生故障，气化炉就必须停车，以保证气化炉的安全。因此，该方案不利于保证气化炉的长周期运行。而采用水蒸汽或/和水激冷，完全可以利用整个装置内的公用工程管网，充分保证供汽或/和水的稳定性与连续性，达到保证气化炉长周期运行的目的。
2.原设计中采用激冷合成气将气化炉产生的合成气激冷至900℃，熔融的飞灰变成固态后，进入下游的废锅单元。但在生产实践中发现，激冷至900℃不能保证所有的熔融态飞灰均变成固态。
3.激冷后的合成气夹带有大量的固态飞灰，对下游设备的运行带来如下不利影响：第一，对下游设备的磨蚀严重，容易损坏废锅；第二，容易在废锅的受热面上积灰，影响合成气的工艺余热回收效果，造成蒸汽产量下降或温度达不到设计值，排出气化炉的合成气温度偏高，给下游装置和设备的运行带来不安全因素；第三，为防止废锅盘管内结构、堵塞，废锅只能采用水管式结构，即水/蒸汽走管内，造成了废锅尺寸和相应的压力外壳偏大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能够长周期运行的含碳固态原料的气化方法。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种设备磨损率低的含碳固态原料的气化反应器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该含碳固态原料的气化方法，其特征在于包括下述步骤：
含碳固态原料与含氧气体进入反应器单元发生非催化部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的合成气，灰以炉渣的形式受重力作用向下流动至气化反应器下端的渣池中，并最终排出气化反应器；夹带熔融态灰渣的高温合成气上升至气化反应器内的激冷区，通过激冷设备向激冷区中注入水蒸汽或/和水，对高温合成气进行激冷，以使高温合成气中夹带的熔融态灰渣凝固成固态粉尘；
激冷后夹带有固态粉尘的合成气进入至少包含一个旋风分离器的除尘单元，除去合成气中夹带的粉尘；
除尘单元分离出的粉尘排出，或循环回气化反应器内，并最终以炉渣的形式进入反应器单元下端的渣池中，然后排出气化反应器单元；
除去粉尘的合成气离开除尘单元，进入废锅单元，利用合成气的工艺余热产生蒸汽。
所述的旋风分离器可以为2～3个且相互串联。
所述除尘单元内的旋风分离器和管道内衬有耐火衬里，以避免高温合成气损坏旋风分离器的压力壳体和管道。
所述的废热锅炉为水/蒸汽走换热管内的水管式废热锅炉或合成气走换热管内的火管式废热锅炉。
通过所述的激冷设备向激冷区中注入水蒸汽或/和水的温度为200～400℃，所述合成气激冷后的温度为700～900℃，优选700～750℃。
所述的反应器单元、渣池和激冷区设置在第一压力容器壳体内，所述废锅单元设置在第二压力容器壳体内，所述的除尘单元位于第一压力容器壳体的下游且位于第二压力容器壳体的上游。
与现有技术相比，本发明：
1、激冷气采用的不是干净的合成气，而是蒸汽或/和水。采用干净的合成气激冷，需要设置循环合成气压缩机，将下游处理干净的合成气压缩循环至气化炉作为激冷气。压缩机属机动设备，容易发生机械故障，该压缩机一旦发生故障，气化炉就必须停车，以保证气化炉的安全。因此，现有的采用合成气激冷的含碳固态原料的气化方法不利于保证气化炉的长周期运行。而本发明中采用水蒸汽或/和水激冷，完全可以利用整个装置内的公用工程管网，充分保证供汽或/和水的稳定性与连续性，从而达到保证气化炉长周期运行的目的。
2、根据合成气中的灰含量，废锅可以设计成水管式或火管式，有效降低了压力容器壳体的体积。
3、已有的气化炉结构，外部是一个整体的压力容器壳体，反应器单元、渣池、合成气的激冷设备以及废锅均根据流程顺序依次布置在该压力容器壳体内。现有的含碳固态原料的气化方法中由于收到反应器结构的局限，采用合成气激冷的方法将气化炉产生的合成气激冷至900℃，熔融的飞灰变成固态后，进入下游的废锅单元。但在生产实践中发现，激冷至900℃不能保证所有的熔融态飞灰均变成固态。而本发明由于将合成气激冷改为水蒸汽或/和水激冷，可以将合成气的温度激冷至700～900℃。
4、已有技术中由于没有特别设置除尘单元，因此激冷后的合成气中夹带有大量的固态飞灰，对下游设备的运行带来如下不利影响：第一，对下游设备的磨蚀严重，容易损坏废锅；第二，容易在废锅的受热面上积灰，影响合成气的工艺余热回收效果，造成蒸汽产量下降或温度达不到设计值，排出气化炉的合成气温度偏高，给下游装置和设备的运行带来不安全因素；第三，为防止废锅盘管内结构、堵塞，废锅只能采用水管式结构，即水/蒸汽走管内，造成了废锅尺寸和相应的压力外壳偏大。而本发明将气化炉和废锅相对独立开来，分为了两段，并分别设置了压力容器外壳；反应器单元、渣池和合成气的激冷设备共用一个压力容器壳体，并成流程化布置；废锅则放置在一个单独的压力容器壳体内；同时，在两段之间即气化反应器单元的下游、废锅的上游设置了除尘单元，除尘单元采用多级旋风分离器串联的方式除去含尘产品气体中的粉尘。含固量大大降低后，可以减少合成气对下游设备-废锅的磨蚀，延长废锅的操作周期和使用寿命；并可以改善废锅受热面的积灰情况，保证工艺运行参数。尤其是在除灰效果理想，合成气中灰含量较低的情况下，可以将废锅设计成火管式废锅，采用火管式废锅可以提高合成气的流速，强化换热效果，从而减小废锅和压力容器壳体的尺寸，降低投资。
附图说明
图1为本发明实施例中的反应器结构及流程示意图(采用水管式废锅)
图2为本发明实施例中的反应器结构及流程示意图(采用火管式废锅)
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，该含碳固态原料用的气化反应器包括反应器单元4、渣池7和激冷区、除尘单元11和废锅单元；其中，反应器单元4、渣池7和激冷区设置在第一压力容器壳体15内，废锅单元设置在第二压力容器壳体16内，除尘单元位于第一压力容器壳体15的下游且位于第二压力容器壳体16的上游。
如图1所示，通过燃烧器1，将含碳固态原料2与含氧气体3送入反应器单元4。在反应器单元4中，含碳固态原料2与含氧气体3发生非催化部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的气体产品5，也称作合成气。炉渣6受重力作用向下流动至反应器单元4下端的渣池7中，并最终排出反应器。夹带熔融态灰渣10的高温合成气5在反应器单元4中上升至激冷区，通过激冷设备8向激冷区中注入200～400℃的水蒸汽或/和水9，对高温合成气5进行激冷，以使高温合成气5中夹带的熔融态灰渣凝固成固态粉尘10。
高温合成气5经过水蒸汽或/和水9激冷后，合成气5的温度下降至700～780℃。
激冷后，夹带有固态粉尘10的合成气5进入除尘单元11，通过串联的旋风分离器，除去合成气5中夹带的粉尘10。本实施例中的旋风分离器采用2级串联。另外，除尘单元11内的旋风分离器和管道内衬耐火衬里，以避免高温合成气损坏旋风分离器的压力壳体和管道。
通过除尘单元11分离下来的粉尘10排出气化反应器或循环回反应器单元4中，并最终以炉渣的形式进入反应器单元4下端的渣池7中，然后排出气化反应器。
除去粉尘10的合成气5离开除尘单元11，进入废锅单元12或13，利用合成气5的工艺余热产生中压蒸汽或高压蒸汽14。
经过除尘后的合成气5中如果蒸汽中的粉尘含量仍然较高，则应选择水管式废热锅炉12产生蒸汽，如图1所示；如果合成气5中的粉尘含量较低，则可以选择火管式废热锅炉13，如图2所示。

Claims (6)

1.一种含碳固态原料的气化方法，其特征在于包括下述步骤： 
含碳固态原料(2)与含氧气体(3)进入气化反应器(4)发生非催化部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的合成气(5)，灰以炉渣(6)的形式受重力作用向下流动至气化反应器(4)下端的渣池(7)中，并最终排出气化反应器；夹带熔融态灰渣的高温合成气(5)上升至气化反应器(4)内的激冷区，通过激冷设备(8)向激冷区中注入水蒸汽或／和水(9)，对高温合成气(5)进行激冷，以使高温合成气（5）中夹带的熔融态灰渣凝固成固态粉尘(10)； 
激冷后夹带有固态粉尘(10)的合成气(5)进入至少包含一个旋风分离器的除尘单元(11)，除去合成气(5)中夹带的固态粉尘(10)； 
除尘单元(11)分离出的固态粉尘(10)排出，或循环回气化反应器内，并最终以炉渣的形式进入反应器单元(4)下端的渣池(7)中，然后排出气化反应器(4)； 
除去固态粉尘(10)的合成气(5)离开除尘单元(11)，进入废锅单元，利用合成气(5)的工艺余热产生蒸汽(14)； 
所述的气化反应器(4)、渣池(7)和激冷区设置在第一压力容器壳体内，所述废锅单元设置在第二压力容器壳体内，所述的除尘单元位于第一壳体的下游且位于第二壳体的上游。 
2.根据权利要求1所述的含碳固态原料气化方法，其特征在于所述的旋风分离器为2～3个且相互串联。 
3.根据权利要求1所述的含碳固态原料气化方法，其特征在于所述除尘单元(11)内的旋风分离器和管道内衬有耐火衬里，以避免高温合成气损坏旋风分离器的压力壳体和管道。 
4.根据权利要求1所述的含碳固态原料气化方法，其特征在于所述的废热锅炉为水／蒸汽走换热管内的水管式废热锅炉(12)或合成气走换热管内的火管式废热锅炉(13)。 
5.根据权利要求1所述的含碳固态原料气化方法，其特征在于通过所述的激冷设备(8)向激冷区中注入水蒸汽或／和水(9)的温度为200～400℃，所述合成气激冷后的温度为700～900℃。 
6.根据权利要求5所述的含碳固态原料气化方法，其特征在于所述的合成气激冷后的温度为700～750℃。 
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