CN108085067A - 一种流化床气体分布器、流化床反应器及其气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流化床气体分布器、流化床反应器及其气化方法，涉及煤气化技术领域，能够增加床层的流化效果，减小气化剂在上部床层的流动死区。该流化床气体分布器，包括呈筒形且上端开口、下端封口的第一壳体，第一壳体内设有气体分布板，气体分布板与第一壳体之间围成气室，气室包括相互隔离的第一气室和第二气室，气体分布板包括第一气体分布板和第二气体分布板，第二气体分布板位于第一分布板的上方，第二气体分布板呈筒状且竖直设置，第一气体分布板与第二气体分布板的下端相连接，第一气体分布板与第一气室相对应，第二气体分布板与第二气室相对应。本发明可用于煤气的生产。

Description

一种流化床气体分布器、流化床反应器及其气化方法

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床气体分布器、流化床反应器及其气化方法。

背景技术

煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，是煤制天然气的最高效的气化技术之一。煤催化气化通常是在流化床反应器(比如常见的流化床气化炉)中进行的，在流化床反应器中原料煤在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断的沸腾和悬浮状态运动，迅速进行混合与热交换，原料煤与气化剂反应生成的煤气从位于流化床反应器顶部的排气管线中排出，反应生成的料渣则从位于流化床反应器底部的排渣管线中排出。

在流化床反应器中，气体分布器是最重要的部件之一，其起着均匀布气和支撑固相颗粒的重要作用，其结构设计的合理与否极大地影响着流化床反应器中流态化的质量，进而影响流化床反应器中煤气的生成，因此，气体分布器的设计十分重要。

现有的流化床反应器中所使用的气体分布器，包括壳体，壳体内部设有一个气体分布板，气体分布板与壳体之间围成一个气室，气体分布板为多孔板结构，板上布满小孔，气化剂可以通过气体分布板进入到反应腔室中与床层接触，该气体分布器设置在流化床反应器的底部。对于灰融聚、U-Gas等常低压煤气化工艺，其固相床层较低，采用现有的这种流化床气体分布器，可使气化剂通过床层底部时具有相对较高的气速，从而能够实现床层密相区域颗粒良好流化，气固充分接触，热量传递及时；

然而，对于中高压煤气化工艺，尤其是煤催化气化工艺，流化床反应器内固相床层较高，同时其操作压力高，气体压缩严重，而现有的这种气体分布器是位于流化床反应器的底部，气化剂通过气体分布器进入到反应腔室之后只是与底部的一小部分区域的床层相接触，气化剂与位于上部区域的床层接触较少，这样导致气化剂与整个床层的接触不均匀，从而使床层的流化不均匀，气化剂在位于上部的床层流动的死区面积较大，从而不利于气化剂与床层的反应；而床层的流化不佳、气化剂在床层上部流动死区面积大，则容易导致气化剂中氧气燃烧放出的热量分散不均匀，造成局部高温，从而导致气体分布器周边的床层区域颗粒烧结、结渣，对流化床反应器的稳定性造成不良影响，最终导致流化床反应器无法稳定运行而被迫停车。

发明内容

本发明的实施例提供一种流化床气体分布器、流化床反应器及其气化方法，能够增加床层的流化效果，减小气化剂在上部床层的流动死区。

为达到上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种流化床气体分布器，包括呈筒形且上端开口、下端封口的第一壳体，所述第一壳体内设有气体分布板，所述气体分布板与所述第一壳体之间围成气室，所述气室包括相互隔离的第一气室和第二气室，所述气体分布板包括第一气体分布板和第二气体分布板，所述第二气体分布板位于所述第一分布板的上方，所述第二气体分布板呈筒形且竖直设置，所述第一气体分布板与所述第二气体分布板的下端相连接，所述第一气体分布板与所述第一气室相对应，所述第二气体分布板与所述第二气室相对应

本发明实施例提供的流化床气体分布器，由于气室包括相互隔离的第一气室和第二气室，第二气体分布板位于第一分布板的上方，并且第一气体分布板与第一气室相对应，第二气体分布板与第二气室相对应，也就是第一气室与第二气室也是上下布置，这样在流化床反应器工作时，气化剂就可以从第一气室与第二气室，经气体分布板进入到反应腔室中与床层相接触，由于第一气室、第二气室也是上下布置，这样由第一气室进入到反应腔室内的气化剂可以与位于底部的床层相接触，由第二气室进入到反应腔室内的气化剂可以与较高的床层相接触，气化剂就与反应腔室内床层的接触区域大大增加，提高了气化剂在不同高度床层内分布的均匀程度，从而可以增加床层的流化效果，大大减小气化剂在上部床层的流动死区，进而有利于气化剂与床层之间的反应；同时，床层的流化效果的增强，气化剂在上部床层的流动死区的减小，可以使气化剂中氧气燃烧放出的热量分散均匀，避免造成气体分布器周边区域局部高温所导致该区域内床层的颗粒烧结、结渣，从而保证了对流化床反应器的工作的稳定性。

第二方面，本发明实施例还提供了一种流化床反应器，包括呈筒形且上端封口、下端开口的第二壳体以及第一方面中所述的流化床气体分布器，所述第二壳体的下端与所述流化床气体分布器的第一壳体的上端密封连接，以使所述第二壳体与所述流化床气体分布器的气体分布板之间形成反应腔室。

由于本发明实施例提供的流化床反应器中所包括的流化床气体分布器与第一方面中所述的流化床气体分布器相同，所以也解决了同样的技术问题，达到了同样的技术效果。

第三方面，本发明实施例还提供了一种如第二方面中所述的流化床反应器的气化方法，包括以下步骤：将具有一定催化剂负载量的碳质材料送入到反应腔室内，并在同时将气化剂分别送入到第一气室和第二气室，送入到所述第一气室内的所述气化剂经第一气体分布板进入到所述反应腔室内，送入到所述第二气室内的所述气化剂经第二气体分布板进入到所述反应腔室内，以使所述碳质材料与气化剂发生气化反应；将气化反应生成的气体产物导出所述反应腔室，并将气化反应生成的固定产物排出所述反应腔室。

本发明实施例提供的气化方法其解决的技术问题以及达到的技术效果均与第一方面中所提供的流化床气体分布器相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的流化床反应器的结构示意图(第二气体分布板为锥形筒结构)；

图2为本发明实施例的流化床反应器的结构示意图(第二气体分布板为圆柱筒结构)；

图3为本发明实施例的流化床气体分布器的结构示意图；

图4为本发明实施例的流化床气体分布器中第二气体分布板上通孔的布置示意图；

图5为本发明实施例的流化床气体分布器的旋流管在第一平面内布置的示意图；

图6为本发明实施例的流化床气体分布器的旋流管在竖直平面内布置的示意图；

图7为本发明实施例的流化床反应器的气化方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图3所示，本发明实施例提供了一种流化床气体分布器，包括呈筒形且上端开口、下端封口的第一壳体1，第一壳体1内设有气体分布板2，气体分布板2与第一壳体1之间围成气室3，气室3包括相互隔离的第一气室31和第二气室32，气体分布板2包括第一气体分布板21和第二气体分布板22，第二气体分布板22位于第一分布板21的上方，第二气体分布板22呈筒形且竖直设置，第一气体分布板21与第二气体分布板22的下端相连接，第一气体分布板21与第一气室31相对应，第二气体分布板22与第二气室32相对应。

其中，气体分布板2可以通过与第一壳体1固定连接，以使两者之间围成气室3，例如图3所示，第二气体分布板22的上端是与第一壳体1之间固定连接(比如焊接)在一起的；如图3所示，第一气室31和第二气室32之间可以通过隔热板4隔开，隔热板4可以是由隔热材料制成的板子，也可以是在金属板上覆有隔热材料层制成的板子，在此不做具体限定。当隔热板4是由金属板上覆有隔热材料层制成时，金属板上应设有膨胀节，以抵消金属材料及隔热材料之间因材质不同所产生的热应力。

本发明实施例提供的流化床气体分布器，如图3所示，由于气室3包括相互隔离的第一气室31和第二气室32，第二气体分布板22位于第一气体分布板21的上方，并且第一气体分布板21与第一气室31相对应，第二气体分布板22与第二气室32相对应，也就是第一气室31与第二气室32也是上下布置，这样在流化床反应器工作时，气化剂就可以从第一气室31与第二气室32，经气体分布板2进入到反应腔室300中与床层相接触，由于第一气室31、第二气室32也是上下布置，这样由第一气室31进入到反应腔室300内的气化剂可以与位于底部的床层相接触，由第二气室32进入到反应腔室300内的气化剂可以与较高的床层相接触，气化剂就与反应腔室300内床层的接触区域大大增加，提高了气化剂在不同高度床层内分布的均匀程度，从而可以增加床层的流化效果，大大减小气化剂在上部床层的流动死区，进而有利于气化剂与床层之间的反应；同时，床层的流化效果的增强，气化剂在上部床层的流动死区的减小，可以使气化剂中氧气燃烧放出的热量分散均匀，避免造成气体分布器周边区域局部高温所导致该区域内床层的颗粒烧结、结渣，从而保证了对流化床反应器的工作的稳定性。

在反应腔室300中，位于不同高度处床层的压力是不同的，床层的压力随着高度的增加而递减，如果第二气体分布板22上所具有的通孔221的直径均相等，那么，从位于第二气体分布板22较下部位的通孔221经过的气化剂受到的阻力较大，从而进入的气体较少；从位于第二气体分布板22较上部位的通孔221经过的气化剂受到的阻力较小，从而进入的气体较多，这样容易使气化剂在第二气体分布板22的高度方向上通过的不均匀，从而使进入到反应腔室300中的气体在高度方向上分布不均匀。为了使气化剂经第二气体分布板22均匀地进入到反应腔室300中与床层相接触，如图4所示，多个通孔221由下至上直径逐渐减小。位于第二气体分布板22下部的通孔221直径较大，过孔压降较小，气化剂通过时流速较低，这样能够抵消下部床层较高的压力，使气化剂均匀通过第二气体分布板22，从而可以使气化剂在不同高度的床层内分布更加均匀，进一步提高了反应腔室300内的流化效果。

其中，通孔221开设方式有多种，通孔221可以垂直于第二气体分布板22的筒壁开设，也可以与第二气体分布板22的筒壁呈一定角度开设，也可以将上述两种方式相结合，确保气化剂可以沿不同的方向进入到反应腔室300内与床层充分接触。

多个通孔221的直径的范围优选在1～10mm内，通过控制通孔221直径的大小以及气化剂等的其它参数，从而使气化剂通过通孔221时的速度范围在15～40m/s之内，最好是在20～30m/s之内，从而确保气化剂经第二气体分布板22进入到反应腔室300中可以分散的更均匀，从而可以优化反应腔室300内的流场，增加床层的流化效果。

在本发明实施例提供的流化床气体分布器中，如图3所示，第二气体分布板22与第一壳体1之间的间隙值m(第二气室32在第二气体分布板22径向上的宽度)是一个非常重要的参数。m不宜过大，也不宜过小，如果m过大，这样减小了第二气体分布板22在径向上的尺寸，从而减小了第二气体分布板22内的布料区域；如果m过小，气化剂进入到第二气室32内之后还没有来得及缓冲就直接经第二气体分布板22进入到反应腔室300内，这样对气化剂与床层的充分接触非常不利。经仿真和实验，该m的大小为通孔221直径n的3～10倍时，既不使第二气体分布板22内的布料区域过小，又不影响气化剂与床层的充分接触。

经过进一步的仿真和实验，m的大小为通孔221直径n的4～6倍时，可以使第二气体分布板22内的布料区域大小与气化剂与床层的接触状态处于最优。

其中，当第二气体分布板22与第一壳体1之间的间隙值不恒定时，例如第一壳体1为圆柱筒结构，第二气体分布板22为锥形筒结构的情形，此时m的值为第二气体分布板22与第一壳体1之间间隙在竖直方向上的平均值，比如在竖直方向上第二气体分布板22与第一壳体1之间间隙的最大值为m₁，最小值为m₂，那么m＝(m₁+m₂)/2；当第二气体分布板22上的多个通孔221的直径不相同时，例如图4所示多个通孔221由下至上直径逐渐减小的情形，此时n应取多个通孔221的直径的最大值。

为了使经过第二气体分布板22的气化剂与反应腔室300内的床层接触的更加充分，如图3所示，第二气体分布板22的筒壁上设有多个旋流管5，多个旋流管5均贯穿第二气体分布板22的筒壁设置，并且旋流管5远离第二气体分布板22的一端位于第二气室32内。通过在第二气体分布板22的筒壁上设置多个旋流管5，气化剂经过旋流管5进入到反应腔室300内可以形成切向气流，切向气流可以将反应腔室300内由下部上升的大气泡剪碎成多个小气泡，这样多个小泡中的气化剂就可以充分与床层颗粒相接触，从而优化了反应腔室300内床层区域的流场，增加了床层的流化效果。

旋流管5在第二气体分布板22的筒壁上的设置方式并不唯一，比如，旋流管5的一端可以伸入到反应腔室300内部。另外，如图3所示，旋流管5的入射口也可以与第二气体分布板22的筒内壁相平齐。相比旋流管5的一端可以伸入到反应腔室300内部，当旋流管5的入射口与第二气体分布板22的筒内壁相平齐时，可以避免反应腔室300内处于流化状态的床层颗粒与旋流管5相接触，从而就可以避免伸入到反应腔室300内部的旋流管5受到床层颗粒的磨损。

其中，旋流管5内径范围可以在1～10mm之间，通过控制旋流管5内径的大小以及气化剂等的其它参数，从而使气化剂在通过旋流管5时的速度在20～50m/s内，最好是在25～40m/s内，从而使旋流管5射出的气流对大气泡具有较好的剪切效果，进而保证气化剂经第二气室32进入反应腔室300之后可以分散的更均匀，使气化剂与床层颗粒接触得更充分，最终达到优化反应腔室300内流场分布的目的。

旋流管5均贯穿第二气体分布板22的筒壁可以通过以下方式来实现：旋流管5可以穿设于通孔221内，然后旋流管5再与通孔221的内壁相焊接。

为了提高旋流管5入射气流对反应腔室300内大气泡的剪切效果，就需要合理控制旋流管5与第二气体分布板22的筒壁之间的夹角，而旋流管5与第二气体分布板22的筒壁之间的夹角主要由α和β的大小来衡量，其中，如图5和图6所示，α为旋流管5与第一平面6的夹角，β为在第一平面6内，旋流管5的入射方向与第一直线9之间的夹角；其中，第一平面6为垂直于第二气体分布板22的中心轴，并且通过入射点q的平面；第一直线9为第二气体分布板22的筒中心点O与旋流管5的入射点q(也就是旋流管5的中心轴与第二气体分布板22筒内壁的交点)之间的连线。

如图5所示，β不宜过大，也不宜过小。如果β过大，那么旋流管5的入射气流则较多地分布在第二气体分布板22的筒内壁附近，导致第二气体分布板22靠近筒中心的区域的气体过少，从而不利于对靠近筒中心的区域气泡的剪切；如果β过小，那么旋流管5的入射气流则较多地分布在第二气体分布板22的筒中心区域，导致第二气体分布板22靠近筒内壁的区域的气体过少，同样不利于对靠近筒内壁的区域气泡的剪切。经过仿真和实验，当β在20°～60°之内时，旋流管5对气泡的剪切效果最好。

同样，如图6所示，α也不宜过大，如果α过大，那么旋流管5的入射气流则较多地分布在第二气体分布板22的筒内壁附近，导致第二气体分布板22靠近筒中心的区域的气体过少，则不利于对靠近筒中心的区域气泡的剪切。经过仿真和实验，当α在0°～20°之内时，旋流管5对气泡的剪切效果最好；图6中所示为旋流管5仰射的情形，当旋流管5俯射时，也就是旋流管5朝斜下方俯射时，α同样也不宜过大，如果α过大，则同样不利于对靠近筒中心的区域气泡的剪切。经过仿真和实验，当旋流管5俯射时，α在0°～45°之内时，旋流管5对气泡的剪切效果最好；由此，当α在-45°～20°时，旋流管5对气泡的剪切效果最佳，其中，当α大于零时旋流管5仰射，当α小于零时旋流管5俯射。

为了进一步提高旋流管5对气泡的剪切效果，如图3所示，沿第二气体分布板22的高度方向，多个旋流管5分布在多个水平面内，如图5所示，在每个水平面内设有多对旋流管5，每对中的两个旋流管5关于第二气体分布板22的筒中心O中心对称。通过这样设置每对中的两个旋流管5可以朝相反方向射出的气流，这样可以形成较好的剪切效果，从而有利于气化剂与床层颗粒更加充分的接触。

如图1所示，第一壳体1包括第一壳体本体11，第一壳体本体11的内表面覆有第一隔热耐火材料层12(隔热耐火材料衬里)，通过在第一壳体本体11的内表面覆有第一隔热耐火材料层12，这样可以阻止第一气室31和第二气室32内的热量传递到外部，避免第一壳体本体11的温度过高；气体分布板2包括分布板本体，分布板本体的内表面覆有第一耐磨耐火材料层23(耐磨耐火材料衬里)，也就是第一气体分布板21包括第一分布板本体211，第二气体分布板22包括第二分布板本体222，第一分布板本体211、第二分布板本体222的内表面均覆有第一耐磨耐火材料层23；通过在分布板本体的内表面覆有第一耐磨耐火材料层23，这样可以对气体分布板2本体进行保护，避免被反应腔室300内的床层颗粒所磨损；同时，也可以阻止反应腔室300内的热量通过气体分布板2本体传递给第一气室31和第二气室32内的气化剂，从而保证第一气室31和第二气室32内气化剂的温度处于要求范围内。

在本发明实施例提供的流化床气体分布器中，第一气体分布板21的形状并不唯一，比如，如图3所示，第一气体分布板21可以为锥形筒结构，并且第一气体分布板21的大口端与第二气体分布板22的下端相连接。将第一气体分布板21设计成锥形筒结构，这样可以方便反应腔室300内反应所产生的料渣进入到第一气体分布板21下端的排渣管线7中。这种形状的第一气体分布板21适用于煤气化等带化学反应的流化床工艺。另外，第一气体分布板21也可以为平板结构。由于平板结构的第一气体分布板21不利于料渣的排出，因此，这种形状的第一气体分布板21适用于流化床干燥等无化学反应的工艺，或者低温带化学反应的工艺。

如图3所示，在锥形筒结构的第一气体分布板21中，第一气体分布板21的锥角θ是其重要的一个参数，其锥角θ不宜过大，也不宜过小，如果锥角θ过大，那么不利于反应生成的料渣从排渣管线7中排出；如果锥角θ过小，那么第一气体分布板21的筒内空间较小，减小了流化床床料的布料区域。经仿真和实验，当第一气体分布板21的锥角θ为60°～120°时，既不影响料渣的排放，又不使流化床床料的布料区域过小。其中，当第一气体分布板21的锥角θ为90°时，达到了利于料渣的排放与布料区域大小的最优点。

第一气体分布板21上也具有多个第一通孔，与第二气体分布板22上的通孔221开设方式相类似，第一通孔可以垂直于第一气体分布板21开设，也可以与第一气体分布板21呈一定角度开设，也可以将上述两种方式相结合，确保气化剂可以沿不同的方向进入到反应腔室300内与床层充分接触。

多个第一通孔的直径的范围优选在0.5～5mm内，通过控制第一通孔的直径大小以及气化剂等的其它参数，从而使气化剂通过通孔221时的速度范围在25～50m/s之内，最好是在30～40m/s之内，从而确保气化剂经第一气体分布板21进入到反应腔室300中可以分散的更均匀，从而可以优化反应腔室300内的流场，增加床层的流化效果。

第一气体分布板21上第一通孔的数量可以根据第一气室31所进入的气化剂量以及第一通孔的直径、气化剂通过第一通孔的速度来综合确定，保证气化剂经过第一气体分布板21所产生的压降为通过反应腔室300内密相床层(例如图1中所示，a区域为密相区，b区域为稀相区)时所产生压降的30～100％之内，最好是在50～70％之内，从而保证反应腔室300内床层的流化效果更佳。

当第一气体分布板21为锥形筒结构时，在第一气体分布板21的筒壁上，多个第一通孔由下至上直径逐渐减小，这样可使气化剂均匀通过第一气体分布板21，从而可以使气化剂在不同高度的床层内分布更加均匀，进一步提高了反应腔室300内的流化效果。

当第一气体分布板21为锥形筒结构时，第一气体分布板21的筒壁上同样也可以设置多个旋流管5，多个旋流管5的设置方式均与第二气体分布板22上旋流管5的设置方式相同，其达到的效果也与第二气体分布板22上旋流管5所达到的效果相同，在此不再赘述。

在本发明实施例提供的流化床气体分布器中，第二气体分布板22的形状也不唯一，比如，如图2所示，第二气体分布板22可以为圆柱筒结构；另外，如图1所示，第二气体分布板22也可以为锥形筒结构，并且第二气体分布板22的小口端与第一气体分布板21相连接。将第二气体分布板22设计成锥形筒结构，并且呈倒锥设置，这样第二气体分布板22靠近下端的截面积较小，位于下方的气化剂通过其时的速度较快，速度较快的气化剂可以将位于下部较大的床层颗粒带起，从而保证位于下部的床层流化充分。

在锥形筒结构的第二气体分布板22中，第二气体分布板22的锥角是其重要的一个参数，其锥角不宜过大，如果锥角过大，反应生成的料渣则容易在第二气体分布板22上堆积，从而不利于向下排渣。经仿真和实验，当第二气体分布板22的锥角小于20°时，这样料渣不容易在第二气体分布板22上堆积，能保证排渣的顺利进行。

经过进一步地仿真和实验，当第二气体分布板22的锥角小于14°时，这样料渣更不容易在第二气体分布板22上堆积，能使排渣更顺利地进行。

在本发明实施例提供的流化床气体分布器中，气体分布板2的高度(第一气体分布板21与第二气体分布板22的高度之和)可以根据工艺整体所需的氧气量来确定，也就是要保证该气体分布板2所围成的区域内的床料中碳的摩尔数为气化剂中氧气摩尔数总和的2倍以上。

如图1所示，第一气体分布板21的下端连接有排渣管线7，排渣管线7内同轴穿设有射流管71，排渣管线7与射流管71之间具有间隙通道72，间隙通道72用于排渣。在排渣的同时，在间隙通道72内由下而上通入450～600℃的过热蒸汽，从而通过控制通入的蒸汽量来调节排渣量的大小；射流管71由下而上通入过热蒸汽和氧气(氧气的浓度控制在15～30％)的混合气，从而可以强化床层中心区域气固湍动程度，从而保证床层中心区域的流化更加充分。

其中，排渣管线7的管内壁、射流管71的内壁均覆有耐磨耐火材料层，从而对其进行保护，防止排渣管线7、射流管71被磨损或者被高温损坏。

如图1所示，第一气室31、第二气室32的底部分别设有排灰管线8，排灰管线8可将落入到第一气室31和第二气室32中的灰渣排出，例如在流化床反应器停止工作时可将第一气室31和第二气室32中的中灰渣由排渣管线7排出，以保证气化剂顺利从第一气室31和第二气室32中进入到反应腔室300中。

实施例2

如图1所示，本发明实施例提供了一种流化床反应器，包括呈筒形且上端封口、下端开口的第二壳体200以及实施例1中所述的流化床气体分布器100，第二壳体200的下端与流化床气体分布器100的第一壳体1的上端密封连接，以使第二壳体200与流化床气体分布器100的气体分布板2之间形成反应腔室300。

其中，第一壳体1与第二壳体200之间可以一体成型(例如图1所示)，也可以第二壳体200的下端与第一壳体1的上端通过连接结构实现密封连接，在此不做具体限定。

由于本发明实施例提供的流化床反应器中所包括的流化床气体分布器100与实施例1中所述的流化床气体分布器100相同，所以也解决了同样的技术问题，达到了同样的技术效果。关于流化床反应器的其它结构已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

如图1所示，第二壳体200包括第二壳体本体201，第二壳体本体201的内表面覆有第二隔热耐火材料层202(隔热耐火材料衬里)，第二隔热耐火材料层202的内表面覆有第二耐磨耐火材料层203(耐磨耐火材料衬里)。通过在第二壳体本体201的内表面覆有第二隔热耐火材料层202、第二耐磨耐火材料层203，这样可以对第二壳体本体201进行保护，避免被反应腔室300内的床层颗粒所磨损；同时，也可以阻止反应腔室300内的热量通过传递给第二壳体本体201，从而避免第二壳体本体201的温度过高。

其中，第一隔热耐火材料层12、第二隔热耐火材料层202可以均为莫来石隔热耐火材料层；第一耐磨耐火材料层23、第二耐磨耐火材料层203以及排渣管线7的管内壁、射流管71的内壁均覆有耐磨耐火材料层可以均为刚玉质耐磨耐火材料层。

本发明实施例提供的流化床反应器中，第一隔热耐火材料层12、第二隔热耐火材料层202、第一耐磨耐火材料层23、第二耐磨耐火材料层203以及排渣管线7的管内壁、射流管71的内壁均覆有耐磨耐火材料层的厚度以及具体材料的选择，要根据与之相接触的介质的性质来确定，保证第一壳体本体11、第二壳体本体201的外壁的温度高于反应腔室300内水蒸气分压所对应的露点温度的20-50℃。

实施例3

如图7所示，本发明实施例提供了一种如实施例2中所述的流化床反应器的气化方法，包括以下步骤：

S1、将具有一定催化剂负载量的碳质材料(例如煤)送入到反应腔室300内，并在同时将气化剂分别送入到第一气室31和第二气室32，送入到第一气室31内的气化剂经第一气体分布板21进入到反应腔室300内，送入到第二气室32内的气化剂经第二气体分布板22进入到反应腔室300内，以使碳质材料与气化剂发生气化反应；

其中，如图1所示，碳质材料可以通过第二壳体200上所开设的进料口204送入到反应腔室300中；气化剂可以通过第一气室31和第二气室32所设的进气口对应送入到第一气室31和第二气室32中；

S2、将气化反应生成的气体产物导出反应腔室300，并将气化反应生成的固定产物排出反应腔室300；

其中，如图1所示，气化反应生成的气化产物(例如煤气)可以通过第二壳体200顶部所开设的出气口205排出反应腔室300；气化反应生成的固体产物(比如料渣)可以通过排渣管线7排出反应腔室300。

本发明实施例提供的气化方法其解决的技术问题以及达到的技术效果均与实施例1中所提供的流化床气体分布器100相同，在此不再赘述。

在步骤S1中，送入到第一气室31、第二气室32内的气化剂均由水蒸气和氧气混合而成，其中，水蒸气的温度为450～600℃。

为了保证气化剂与床层反应时所产生的热量在床层上下均匀分布，第一气室31内氧气的浓度要低于第二气室32内氧气的浓度。这是因为位于下方的第一气体分布板21所围成的区域内的床料中碳含量相对较低，所需要的氧气较少，通过将第一气室31内氧气的浓度设置得较低，这样是为了避免床料与过量的氧燃烧剧烈所放出的热量不能及时被碳水吸热反应吸收掉，从而导致局部高温；将第二气室32中氧气的浓度设置的较高，是为了保证上部含碳较高的床料能够与充足的氧气发生充分的反应，为该区域碳水吸热反应提供足够的热量，从而保证气化剂与床层反应时所产生的热量在床层上下均匀分布，进而保证床层上下温度分布的均匀性。另外，将第二气室32氧气的浓度设置的较高，过多的氧气可以将上部含碳较高的床料中的碳消耗掉，这样可以提高碳的转化率，减小残碳的排出量。

经仿真和实验，当第一气室31内氧气的浓度范围为10～20％，第二气室32内氧气的浓度范围为10～25％时，可以使床层上下温度分布的更加均匀。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种流化床气体分布器，包括呈筒形且上端开口、下端封口的第一壳体，所述第一壳体内设有气体分布板，所述气体分布板与所述第一壳体之间围成气室，其特征在于，所述气室包括相互隔离的第一气室和第二气室，所述气体分布板包括第一气体分布板和第二气体分布板，所述第二气体分布板位于所述第一分布板的上方，所述第二气体分布板呈筒形且竖直设置，所述第一气体分布板与所述第二气体分布板的下端相连接，所述第一气体分布板与所述第一气室相对应，所述第二气体分布板与所述第二气室相对应。

2.根据权利要求1所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第二气体分布板上的筒壁上具有多个通孔，并且多个所述通孔的直径由下至上逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第二气体分布板的筒壁上具有多个通孔，多个所述通孔直径的最大值为n，所述第二气体分布板与所述第一壳体之间的间隙值为m，m与n满足：m＝(3～10)n；其中，所述间隙值为所述第二气体分布板与所述第一壳体之间间隙在竖直方向上的平均值。

4.根据权利要求1所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第二气体分布板的筒壁上设有多个旋流管，多个所述旋流管均贯穿所述第二气体分布板的筒壁设置，并且每个所述旋流管远离所述第二气体分布板的一端均位于所述第二气室内。

5.根据权利要求4所述的流化床气体分布器，其特征在于，在第一平面内，所述旋流管的入射方向与第一直线的夹角为β，β的范围为20°～60°；所述旋流管与所述第一平面的夹角为α，α的范围为-45°～20°；其中，所述第一平面为垂直于所述第二气体分布板的筒中心轴，并且通过所述入射点的平面；所述第一直线为所述第二气体分布板的筒中心点与所述旋流管的入射点之间的连线。

6.根据权利要求1所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第一壳体包括第一壳体本体，所述第一壳体本体的内表面覆有第一隔热耐火材料层；所述气体分布板包括分布板本体，所述分布板本体的内表面覆有第一耐磨耐火材料层。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第一气体分布板为锥形筒结构，并且所述第一气体分布板的大口端与所述第二气体分布板的下端相连接。

8.根据权利要求7所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第一气体分布板的锥角为60°～120°。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的流化床气体分布器，其特征在于，所述第二气体分布板为圆柱筒结构；或者所述第二气体分布板为锥形筒结构，并且所述第二气体分布板的小口端与所述第一气体分布板相连接。

10.根据权利要求9所述的流化床气体分布器，其特征在于，当所述第二气体分布板为锥形筒结构时，所述第二气体分布板的锥角小于20°。

11.一种流化床反应器，其特征在于，包括呈筒形且上端封口、下端开口的第二壳体以及权利要求1～10中任一项所述的流化床气体分布器，所述第二壳体的下端与所述流化床气体分布器的第一壳体的上端密封连接，以使所述第二壳体与所述流化床气体分布器的气体分布板之间形成反应腔室。

12.根据权利要求11所述的流化床反应器，其特征在于，所述第二壳体包括第二壳体本体，所述第二壳体本体的内表面覆有第二隔热耐火材料层，所述第二隔热耐火材料层的内表面覆有第二耐磨耐火材料层。

13.一种如权利要求11所述的流化床反应器的气化方法，其特征在于，包括以下步骤：

将具有一定催化剂负载量的碳质材料送入到反应腔室内，并在同时将气化剂分别送入到第一气室和第二气室，送入到所述第一气室内的所述气化剂经第一气体分布板进入到所述反应腔室内，送入到所述第二气室内的所述气化剂经第二气体分布板进入到所述反应腔室内，以使所述碳质材料与所述气化剂发生气化反应；

将气化反应生成的气体产物导出所述反应腔室，并将气化反应生成的固定产物排出所述反应腔室。

14.根据权利要求13所述的气化方法，其特征在于，送入到所述第一气室、所述第二气室内的所述气化剂均由水蒸气和氧气混合而成，并且所述第一气室内氧气的浓度低于所述第二气室内氧气的浓度。