專利名稱：一種含碳固態(tài)原料的氣化方法及所用反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種含碳固態(tài)原料的氣化方法及所用反應器。
背景技術：
現(xiàn)有的含碳固態(tài)原料的氣化通常是在一個延長的氣化反應器容器中實施，所述的 氣化反應器包括氣化器單元，渣池和氣化器單元下游的費鍋單元；所述的氣化器單元內同 軸設置有冷卻通道，通過該通道氣化器單元的負塵熱氣體產品即合成氣從反應器中排出； 氣化器單元的下游設有為負塵熱氣體現(xiàn)有氣化爐(以Shell氣化爐為例，其它技術類似于 Siell氣化爐的結構)的結構見附圖。它采用的是整體氣化爐結構，反應器單元、渣池和反 應器單元下游的廢鍋單元組合在一個壓力容器殼體內，呈流程化布置。氣化爐的外部是一 個整體的壓力容器殼體，反應器單元-膜式水冷壁放置在壓力容器的殼體內，圍成了氣化 反應室，壓力容器殼體與水冷壁之間形成了環(huán)形空間，用于設備內的布管和檢修。原料與氣 化劑在反應室內發(fā)生反應生成合成氣，合成氣向上經過干凈的合成氣激冷至900 V，將熔融 的飛灰變成固態(tài)后，進入下游的廢鍋單元。下游的廢鍋均采用水冷盤管結構，利用合成氣的 高溫余熱產生蒸汽，廢鍋懸掛在壓力容器殼體內，與水冷壁之間構成了環(huán)形空間，廢鍋均采 用水管式結構，即鍋爐給水/蒸汽混合物走管內，合成氣走管外。經過廢鍋回收了高溫余熱 的合成氣最終排出氣化爐，送往下游裝置?，F(xiàn)有裝置中1.采用干凈的合成氣激冷，需要設置循環(huán)合成氣壓縮機，將下游處理干凈的合成 氣壓縮循環(huán)至氣化爐作為激冷氣。壓縮機屬動設備，容易發(fā)生機械故障，該壓縮機一旦發(fā)生 故障，氣化爐就必須停車，以保證氣化爐的安全。因此，該方案不利于保證氣化爐的長周期 運行。而采用水蒸汽或/和水激冷，完全可以利用整個裝置內的公用工程管網，充分保證供 汽或/和水的穩(wěn)定性與連續(xù)性，達到保證氣化爐長周期運行的目的。2.原設計中采用激冷合成氣將氣化爐產生的合成氣激冷至900°C，熔融的飛灰變 成固態(tài)后，進入下游的廢鍋單元。但在生產實踐中發(fā)現(xiàn)，激冷至900°C不能保證所有的熔融 態(tài)飛灰均變成固態(tài)。3.激冷后的合成氣夾帶有大量的固態(tài)飛灰，對下游設備的運行帶來如下不利影 響第一，對下游設備的磨蝕嚴重，容易損壞廢鍋；第二，容易在廢鍋的受熱面上積灰，影響 合成氣的工藝余熱回收效果，造成蒸汽產量下降或溫度達不到設計值，排出氣化爐的合成 氣溫度偏高，給下游裝置和設備的運行帶來不安全因素；第三，為防止廢鍋盤管內結構、堵 塞，廢鍋只能采用水管式結構，即水/蒸汽走管內，造成了廢鍋尺寸和相應的壓力外殼偏 大。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀提供一種能夠長周期運行的 含碳固態(tài)原料的氣化方法。
本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀提供一種設備磨損率 低的含碳固態(tài)原料的氣化反應器。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為該含碳固態(tài)原料的氣化方法，其 特征在于包括下述步驟含碳固態(tài)原料與含氧氣體進入反應器單元發(fā)生非催化部分氧化反應，生成以一氧 化碳和氫氣為主的合成氣，灰以爐渣的形式受重力作用向下流動至氣化反應器下端的渣池 中，并最終排出氣化反應器；夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣上升至氣化反應器內的激冷區(qū)， 通過激冷設備向激冷區(qū)中注入水蒸汽或/和水，對高溫合成氣進行激冷，以使高溫合成氣 中夾帶的熔融態(tài)灰渣凝固成固態(tài)粉塵；激冷后夾帶有固態(tài)粉塵的合成氣進入至少包含一個旋風分離器的除塵單元，除去 合成氣中夾帶的粉塵；除塵單元分離出的粉塵排出，或循環(huán)回氣化反應器內，并最終以爐渣的形式進入 反應器單元下端的渣池中，然后排出氣化反應器單元；除去粉塵的合成氣離開除塵單元，進入廢鍋單元，利用合成氣的工藝余熱產生蒸汽。所述的旋風分離器可以為2 3個且相互串聯(lián)。所述除塵單元內的旋風分離器和管道內襯有耐火襯里，以避免高溫合成氣損壞旋 風分離器的壓力殼體和管道。所述的廢熱鍋爐為水/蒸汽走換熱管內的水管式廢熱鍋爐或合成氣走換熱管內 的火管式廢熱鍋爐。通過所述的激冷設備向激冷區(qū)中注入水蒸汽或/和水的溫度為200 400°C，所述 合成氣激冷后的溫度為700 900°C，優(yōu)選700 750°C。所述的反應器單元、渣池和激冷區(qū)設置在第一壓力容器殼體內，所述廢鍋單元設 置在第二壓力容器殼體內，所述的除塵單元位于第一壓力容器殼體的下游且位于第二壓力 容器殼體的上游。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明1、激冷氣采用的不是干凈的合成氣，而是蒸汽或/和水。采用干凈的合成氣激冷， 需要設置循環(huán)合成氣壓縮機，將下游處理干凈的合成氣壓縮循環(huán)至氣化爐作為激冷氣。壓 縮機屬機動設備，容易發(fā)生機械故障，該壓縮機一旦發(fā)生故障，氣化爐就必須停車，以保證 氣化爐的安全。因此，現(xiàn)有的采用合成氣激冷的含碳固態(tài)原料的氣化方法不利于保證氣化 爐的長周期運行。而本發(fā)明中采用水蒸汽或/和水激冷，完全可以利用整個裝置內的公用 工程管網，充分保證供汽或/和水的穩(wěn)定性與連續(xù)性，從而達到保證氣化爐長周期運行的 目的。2、根據合成氣中的灰含量，廢鍋可以設計成水管式或火管式，有效降低了壓力容 器殼體的體積。3、已有的氣化爐結構，外部是一個整體的壓力容器殼體，反應器單元、渣池、合成 氣的激冷設備以及廢鍋均根據流程順序依次布置在該壓力容器殼體內?，F(xiàn)有的含碳固態(tài)原 料的氣化方法中由于收到反應器結構的局限，采用合成氣激冷的方法將氣化爐產生的合成 氣激冷至900°C，熔融的飛灰變成固態(tài)后，進入下游的廢鍋單元。但在生產實踐中發(fā)現(xiàn)，激冷4至900°C不能保證所有的熔融態(tài)飛灰均變成固態(tài)。而本發(fā)明由于將合成氣激冷改為水蒸汽 或/和水激冷，可以將合成氣的溫度激冷至700 900°C。4、已有技術中由于沒有特別設置除塵單元，因此激冷后的合成氣中夾帶有大量的 固態(tài)飛灰，對下游設備的運行帶來如下不利影響第一，對下游設備的磨蝕嚴重，容易損壞 廢鍋；第二，容易在廢鍋的受熱面上積灰，影響合成氣的工藝余熱回收效果，造成蒸汽產量 下降或溫度達不到設計值，排出氣化爐的合成氣溫度偏高，給下游裝置和設備的運行帶來 不安全因素；第三，為防止廢鍋盤管內結構、堵塞，廢鍋只能采用水管式結構，即水/蒸汽走 管內，造成了廢鍋尺寸和相應的壓力外殼偏大。而本發(fā)明將氣化爐和廢鍋相對獨立開來， 分為了兩段，并分別設置了壓力容器外殼；反應器單元、渣池和合成氣的激冷設備共用一個 壓力容器殼體，并成流程化布置；廢鍋則放置在一個單獨的壓力容器殼體內；同時，在兩段 之間即氣化反應器單元的下游、廢鍋的上游設置了除塵單元，除塵單元采用多級旋風分離 器串聯(lián)的方式除去含塵產品氣體中的粉塵。含固量大大降低后，可以減少合成氣對下游設 備-廢鍋的磨蝕，延長廢鍋的操作周期和使用壽命；并可以改善廢鍋受熱面的積灰情況，保 證工藝運行參數(shù)。尤其是在除灰效果理想，合成氣中灰含量較低的情況下，可以將廢鍋設計 成火管式廢鍋，采用火管式廢鍋可以提高合成氣的流速，強化換熱效果，從而減小廢鍋和壓 力容器殼體的尺寸，降低投資。


圖1為本發(fā)明實施例中的反應器結構及流程示意圖(采用水管式廢鍋)圖2為本發(fā)明實施例中的反應器結構及流程示意圖(采用火管式廢鍋)
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖1和圖2所示，該含碳固態(tài)原料用的氣化反應器包括反應器單元4、渣池7和 激冷區(qū)、除塵單元11和廢鍋單元；其中，反應器單元4、渣池7和激冷區(qū)設置在第一壓力容 器殼體15內，廢鍋單元設置在第二壓力容器殼體16內，除塵單元位于第一壓力容器殼體15 的下游且位于第二壓力容器殼體16的上游。如圖1所示，通過燃燒器1，將含碳固態(tài)原料2與含氧氣體3送入反應器單元4。在 反應器單元4中，含碳固態(tài)原料2與含氧氣體3發(fā)生非催化部分氧化反應，生成以一氧化碳 和氫氣為主的氣體產品5，也稱作合成氣。爐渣6受重力作用向下流動至反應器單元4下端 的渣池7中，并最終排出反應器。夾帶熔融態(tài)灰渣10的高溫合成氣5在反應器單元4中上 升至激冷區(qū)，通過激冷設備8向激冷區(qū)中注入200 400°C的水蒸汽或/和水9，對高溫合 成氣5進行激冷，以使高溫合成氣5中夾帶的熔融態(tài)灰渣凝固成固態(tài)粉塵10。高溫合成氣5經過水蒸汽或/和水9激冷后，合成氣5的溫度下降至700 780 V。激冷后，夾帶有固態(tài)粉塵10的合成氣5進入除塵單元11，通過串聯(lián)的旋風分離器， 除去合成氣5中夾帶的粉塵10。本實施例中的旋風分離器采用2級串聯(lián)。另外，除塵單元 11內的旋風分離器和管道內襯耐火襯里，以避免高溫合成氣損壞旋風分離器的壓力殼體和 管道。通過除塵單元11分離下來的粉塵10排出氣化反應器或循環(huán)回反應器單元4中，并最終以爐渣的形式進入反應器單元4下端的渣池7中，然后排出氣化反應器。除去粉塵10的合成氣5離開除塵單元11，進入廢鍋單元12或13，利用合成氣5 的工藝余熱產生中壓蒸汽或高壓蒸汽14。經過除塵后的合成氣5中如果蒸汽中的粉塵含量仍然較高，則應選擇水管式廢熱 鍋爐12產生蒸汽，如圖1所示；如果合成氣5中的粉塵含量較低，則可以選擇火管式廢熱鍋 爐13，如圖2所示。
權利要求
1.一種含碳固態(tài)原料的氣化方法，其特征在于包括下述步驟含碳固態(tài)原料( 與含氧氣體C3)進入反應器單元(4)發(fā)生非催化部分氧化反應，生 成以一氧化碳和氫氣為主的合成氣(5)，灰以爐渣(6)的形式受重力作用向下流動至氣化 反應器⑷下端的渣池(7)中，并最終排出氣化反應器；夾帶熔融態(tài)灰渣(10)的高溫合成 氣( 上升至氣化反應器內的激冷區(qū)，通過激冷設備(8)向激冷區(qū)中注入水蒸汽或/ 和水(9)，對高溫合成氣( 進行激冷，以使高溫合成氣5中夾帶的熔融態(tài)灰渣凝固成固態(tài) 粉塵(10)；激冷后夾帶有固態(tài)粉塵(10)的合成氣( 進入至少包含一個旋風分離器的除塵單元 (11)，除去合成氣(5)中夾帶的粉塵(10)；除塵單元(11)分離出的粉塵(10)排出，或循環(huán)回氣化反應器內，并最終以爐渣的形式 進入反應器單元(4)下端的渣池(7)中，然后排出氣化反應器單元；除去粉塵(10)的合成氣(5)離開除塵單元(11)，進入廢鍋單元，利用合成氣(5)的工 藝余熱產生蒸汽(14)。
2.根據權利要求1所述的含碳固態(tài)原料氣化方法，其特征在于所述的旋風分離器為 2 3個且相互串聯(lián)。
3.根據權利要求1所述的含碳固態(tài)原料氣化方法，其特征在于所述除塵單元(11)內 的旋風分離器和管道內襯有耐火襯里，以避免高溫合成氣損壞旋風分離器的壓力殼體和管道。
4.根據權利要求1所述的含碳固態(tài)原料氣化方法，其特征在于所述的廢熱鍋爐為水/ 蒸汽走換熱管內的水管式廢熱鍋爐(12)或合成氣走換熱管內的火管式廢熱鍋爐(13)。
5.根據權利要求1所述的含碳固態(tài)原料氣化方法，其特征在于通過所述的激冷設備 (8)向激冷區(qū)中注入水蒸汽或/和水(9)的溫度為200 400°C，所述合成氣激冷后的溫度 為 700 900"C。
6.根據權利要求5所述的含碳固態(tài)原料氣化方法，其特征在于所述的合成氣激冷后的 溫度為700 750°C。
7.一種含碳固態(tài)原料氣化反應器，其特征在于所述的反應器單元、渣池(7)和激冷 區(qū)設置在第一壓力容器殼體內，所述廢鍋單元設置在第二壓力容器殼體內，所述的除塵單 元位于第一殼體的下游且位于第二殼體的上游。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種含碳固態(tài)原料的氣化方法及所用反應器，其特征在于包括下述步驟含碳固態(tài)原料與含氧氣在反應器單元生成合成氣，其中灰以爐渣的形式受重力作用向下流動至氣化反應器下端的渣池中；夾帶熔融態(tài)灰渣的高溫合成氣上升至氣化反應器內的激冷區(qū)，通過激冷設備向激冷區(qū)中注入水蒸汽或/和水，對高溫合成氣進行激冷，以使高溫合成氣中夾帶的熔融態(tài)灰渣凝固成固態(tài)粉塵；激冷后夾帶有固態(tài)粉塵的合成氣進入除塵單元，除去合成氣中夾帶的粉塵；然后進入廢鍋單元，利用合成氣的工藝余熱產生蒸汽。本發(fā)明所提供的反應器將氣化爐和廢鍋單元通過各自的殼體獨立開來，且在兩者之間設置了除塵單元。本發(fā)明設備磨損率低，能夠長周期運行。
文檔編號C10J3/84GK102041106SQ200910153360
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權日2009年10月19日
發(fā)明者亢萬忠, 張煒, 李曉黎, 章晨暉, 郭文元 申請人:中國石化集團寧波工程有限公司, 中國石化集團寧波技術研究院, 中國石油化工集團公司