一種氣化爐及其應用、含碳物質(zhì)的氣化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣化爐及其應用、含碳物質(zhì)的氣化方法。所述氣化爐包括一豎直爐體，所述豎直爐體上開設有一出渣口、一合成氣出口和至少一工藝燒嘴，所述豎直爐體的中下段的側(cè)壁上還固定設有至少一助熔劑噴嘴室，以及安裝于所述助熔劑噴嘴室內(nèi)的助熔劑噴嘴：所述助熔劑噴嘴室的軸線距離所述豎直爐體的底部的高度小于等于所述豎直爐體的高度的0.4倍。本發(fā)明提供的氣化爐可以將助熔劑從氣化爐的底部加入，有效保障了出渣口的液態(tài)排渣，并提高了氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率，降低了壁面熱量損失，并且避免了助熔劑進入飛灰，提高了助熔劑的利用率。
【專利說明】一種氣化爐及其應用、含碳物質(zhì)的氣化方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣化爐及其應用、含碳物質(zhì)的氣化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤氣化技術(shù)是將煤炭等固態(tài)一次能源轉(zhuǎn)化為氣態(tài)清潔二次能源的主要途徑，該技 術(shù)主要運用于合成氨、合成甲醇、制氫和制備燃氣等領域中。氣流床氣化是利用流體力學中 射流卷吸的原理，將煤漿或煤粉顆粒與氣化介質(zhì)通過噴嘴高速噴入氣化爐內(nèi)，射流引起卷 吸，并高度湍流，從而強化了氣化爐內(nèi)的混合，有利于氣化反應的充分進行。氣流床氣化爐 的高溫、高壓、混合較好的特點決定了它有在單位時間、單位體積內(nèi)提高生產(chǎn)負荷的最大潛 能，符合大型化工裝置單系列、大型化的發(fā)展趨勢，代表了煤氣化技術(shù)發(fā)展的主流方向。
[0003] 液態(tài)排渣指煤等固體燃料產(chǎn)生的灰渣在高溫條件下以液體狀態(tài)從氣化爐渣口排 出，即要求爐溫高于煤等固體燃料的灰熔點。液態(tài)排渣可以大幅提高碳轉(zhuǎn)化率和氣化效率， 所以目前主流的氣流床氣化技術(shù)（SE、OMB、Texaco、Shell和GSP等）均采用液態(tài)排渣。但 由于氣化爐材料和制造工藝的限制，目前灰熔點大于1500°C的高灰熔點煤難以直接采用氣 流床氣化技術(shù)。這一條件的限制了大量高灰熔點煤的氣流床氣化應用。我國能源供應日益 緊張，所以高灰熔融性溫度（灰熔點大于1500°C )劣質(zhì)煤的高效利用備受關注。
[0004] 為此需要添加大量助熔劑（ZL201110226212. 8 ;ZL200610104987. 7)來降低高灰 熔點煤氣化渣的灰熔點。助熔劑的作用機理一般是通過調(diào)節(jié)煤灰中主要氧化物含量變化， 促使體系形成三元或多元的低共熔點礦物。所以針對不同的煤種需要添加不同的助熔劑， 常見的助熔劑有：鈣基助熔劑、鎂基助熔劑、鐵基助熔劑、鈉基助熔劑和復合助熔劑等。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)是將助熔劑與煤混合制粉或漿后通過工藝燒嘴一起送入氣化爐 (ZL98110616. I ;ZL200410073361. 5 ;ZL201110074557. 6 ;ZL201110044695. X)，但是，助熔 劑易跟隨飛灰排出，利用率較低，添加量較大。同時，為了保證液態(tài)排渣，需要維持較高的氧 煤比，以融化灰渣，確保渣口暢通。這樣使得氣化爐壁面熱損失過大，壁面耐火襯里熱負荷 過高，氧耗高，氣化冷煤氣效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有的高灰熔點煤氣化技術(shù)中助熔劑利用 率低、壁面熱損失過大、氧氣消耗過高和氣化冷煤氣效率低的缺陷，而提供一種氣化爐及其 應用、含碳物質(zhì)的氣化方法。本發(fā)明提供的氣化爐可以將助熔劑從氣化爐的底部加入，有效 保障了出渣口的液態(tài)排渣，并提高了氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率，降低了壁面熱量損失，并且避免了 助熔劑進入飛灰，提高了助熔劑的利用率。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明人在研發(fā)之初就發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有工藝存在"助熔劑易隨煤灰排出，利用率 很低，導致其添加量增大、氣化效率低；同時為了實現(xiàn)液態(tài)排渣，需氧量也大大增加"的缺 陷，基于此，本領域技術(shù)人員普遍認為高灰熔點煤在氣化過程中產(chǎn)生的高灰熔點渣不利于 氣化爐的高效運行，對于氣化爐的高溫區(qū)的壁面的熱量維持尤其不利。而受限于現(xiàn)有的氣 化爐結(jié)構(gòu)的禁錮和束縛，本領域技術(shù)人員一般只會考慮通過助熔劑性質(zhì)的研發(fā)、氣化工藝 的調(diào)整來達到目的。
[0008] 而發(fā)明人卻反其道而行之，打破了助熔劑與煤粉必須從同一燒嘴加入、參與氣化 的慣性思維的束縛，通過在氣化爐底部的特殊位置處設置單獨的助熔劑噴嘴克服了上述缺 陷，并意外地發(fā)現(xiàn)在這種特殊的氣化爐結(jié)構(gòu)下，高灰熔點渣的積累對于氣化爐的高溫區(qū)反 而是有利的，其不僅有助于保護爐壁，降低氣化爐壁面熱損失，而且降低了氧化劑的消耗 量，提高了氣化爐的生產(chǎn)效率。
[0009] 具體地，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：
[0010] 本發(fā)明提供了一種氣化爐，所述氣化爐包括一豎直爐體，所述豎直爐體上開設有 一出渣口、一合成氣出口和至少一工藝燒嘴，所述豎直爐體的中下段的側(cè)壁上還固定設有 至少一助熔劑噴嘴室，以及安裝于所述助熔劑噴嘴室內(nèi)的助熔劑噴嘴；所述助熔劑噴嘴室 的軸線距離所述豎直爐體的底部的高度小于等于所述豎直爐體的高度的0. 4倍。
[0011] 本發(fā)明中，按照本領域常規(guī)，所述出渣口一般設于所述豎直爐體的底部。
[0012] 本發(fā)明中，所述工藝燒嘴用于將氧化劑、蒸汽和含碳物質(zhì)輸入所述氣化爐內(nèi)。所述 工藝燒嘴較佳地設置于所述豎直爐體的頂部或中上段的側(cè)壁上。所述工藝燒嘴的數(shù)量較佳 地為1?5個，更佳地為1?3個。
[0013] 本發(fā)明中，所述助熔劑噴嘴室的數(shù)量較佳地為2-4個。較佳地，該些助熔劑噴嘴室 設置于所述豎直爐體的同一橫截面上且沿該橫截面均勻分布。
[0014] 本發(fā)明中，所述助熔劑噴嘴的軸線在水平面上與所述助熔劑噴嘴室的軸線之間的 夾角較佳地為小于等于30°。該夾角的設置可以使氣化爐內(nèi)產(chǎn)生旋流流場，促使助熔劑在 離心力的作用下高效均勻的分布于爐壁上。
[0015] 本發(fā)明中，所述助熔劑噴嘴室的軸線距離所述豎直爐體的底部的高度較佳地為所 述豎直爐體的高度的0. 3倍。
[0016] 本發(fā)明中，較佳地，還在所述助熔劑噴嘴的易磨損位置處增加噴嘴厚度或者加裝 耐磨材料。
[0017] 本發(fā)明中，所述豎直爐體的中下段的側(cè)壁上還較佳地固設有至少一分級給氧噴嘴 室，以及安裝于所述分級給氧噴嘴室內(nèi)的分級給氧噴嘴，更佳地，所述分級給氧噴嘴室設置 于所述助熔劑噴嘴室的下方的豎直爐體的側(cè)壁上，并設置于所述出渣口的上方的豎直爐體 的側(cè)壁上。所述分級給氧噴嘴室的數(shù)量為本領域常規(guī)，較佳地為1?2個。所述分級給氧 噴嘴室較佳地固定設置于所述豎直爐體的同一橫截面上且沿該橫截面呈均勻分布。所述 分級給氧噴嘴室的軸線距離所述豎直爐體的底部的高度較佳地為所述豎直爐體的高度的 0· 1 ?0· 4 倍。
[0018] 本發(fā)明還提供了上述氣化爐在氣化含碳物質(zhì)上的應用。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種含碳物質(zhì)的氣化方法，其采用上述氣化爐進行，其包括以下 步驟：
[0020] S1、將氧化劑、蒸汽和含碳物質(zhì)通入所述工藝燒嘴中，并進入所述豎直爐體內(nèi)進行 氣化反應；
[0021] S2、在氣化反應過程中通過所述助熔劑噴嘴室的助熔劑噴嘴向豎直爐體內(nèi)通入助 熔劑；
[0022] S3、氣化反應生成的粗煤氣從所述合成氣出口排出，氣化反應生成的液態(tài)渣在所 述氣化爐的底部與助熔劑接觸混合后，從所述出渣口排出。
[0023] 本發(fā)明中，所述的助熔劑的添加量較佳地小于所述含碳物質(zhì)的10 %，但不為零，所 述的百分含量為質(zhì)量百分含量。
[0024] 本發(fā)明中，助熔劑一般在制粉后通過氣力輸送方式或者制漿后通過泵送方式輸入 所述助熔劑噴嘴室。
[0025] 本發(fā)明中，所述的氧化劑為本領域常規(guī)，較佳地為含21% -100%的氧氣的氣體， 所述百分比為體積百分比。
[0026] 本發(fā)明中，所述的含碳物質(zhì)具有本領域常規(guī)含義，較佳地為煤、石油焦、渣油、瀝 青、生物質(zhì)和污泥中的一種或多種，更佳地為灰熔點高于1500°C的高灰熔點煤。所述的含碳 物質(zhì)的形態(tài)較佳地為漿態(tài)或粉狀。
[0027] 在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實 例。
[0028] 本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0029] 本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明的氣化方法將助熔劑從氣化爐底部加入，使 氣化爐上部的氣化灰渣保持在高灰熔點區(qū)，使靠近氣化爐底部的氣化灰渣保持在低灰熔點 區(qū)，實現(xiàn)高效氣化以及液態(tài)排渣，降低氧化劑消耗，降低了氣化爐壁面熱損失，降低助熔劑 使用量（助熔劑用量僅為含碳物質(zhì)的10%以下），提高氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的冷煤氣效率和氣化 爐在線率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為實施例1的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2為實施例1的助熔劑噴嘴的結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0032] 圖3為實施例2的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖4為實施例3的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖5為實施例4、5的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖6為實施例6的氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0036] 下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實 施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商 品說明書選擇。
[0037] 實施例1
[0038] 本實施例中，所采用的氣化爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述氣化爐包括一豎直爐體1， 所述豎直爐體1上開設有一出渣口 2、一合成氣出口 3和兩個工藝燒嘴4,所述豎直爐體1 的中下段的側(cè)壁上還固定設有兩個助熔劑噴嘴室5,以及安裝于所述助熔劑噴嘴室5內(nèi)的 助熔劑噴嘴501，兩個助熔劑噴嘴室5設置于所述豎直爐體1的同一橫截面上且沿該橫截 面均勻分布。出渣口 2與合成氣出口 3為同一出口，均設于豎直爐體1的底部。工藝燒嘴 4設置于豎直爐體1的上段的側(cè)壁上。
[0039] 助熔劑噴嘴室5和助熔劑噴嘴501的結(jié)構(gòu)放大示意圖如圖2所示。其中所述助熔 劑噴嘴室5的軸線距離所述豎直爐體1的底部的高度為所述豎直爐體1的高度的0. 4倍。 所述助熔劑噴嘴501的軸線在水平面上與所述助熔劑噴嘴室5的軸線之間的夾角為5°。
[0040] 一個日處理1500噸煤的氣化爐，以粉煤為原料進行氣化，氣化壓力4. OMPa，氣化 爐的耐火襯里為膜式水冷壁。具體的氣化方法包括以下步驟：
[0041] S1、將氧化劑、蒸汽和含碳物質(zhì)通入所述工藝燒嘴4中，并進入所述豎直爐體1內(nèi) 進行氣化反應；
[0042] S2、在氣化反應過程中通過所述助熔劑噴嘴室5的助熔劑噴嘴501向豎直爐體1內(nèi) 通入助熔劑；
[0043] S3、氣化反應生成的粗煤氣從所述合成氣出口 3排出，氣化反應生成的液態(tài)渣在所 述氣化爐的底部與助熔劑接觸混合后，從所述出渣口 2排出。
[0044] 該粉煤原料的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)如表1所示。
[0045] 表1煤質(zhì)分析表
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種氣化爐，其包括一豎直爐體，所述豎直爐體上開設有一出渣口、一合成氣出口和 至少一工藝燒嘴，其特征在于，所述豎直爐體的中下段的側(cè)壁上還固定設有至少一助熔劑 噴嘴室，以及安裝于所述助熔劑噴嘴室內(nèi)的助熔劑噴嘴；所述助熔劑噴嘴室的軸線距離所 述豎直爐體的底部的高度小于等于所述豎直爐體的高度的0. 4倍。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣化爐，其特征在于，所述出渣口設于所述豎直爐體的底部；所 述工藝燒嘴設置于所述豎直爐體的頂部或中上段的側(cè)壁上；所述工藝燒嘴的數(shù)量為1?5 個。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的氣化爐，其特征在于，所述助熔劑噴嘴室的數(shù)量為2-4個； 所述助熔劑噴嘴室設置于所述豎直爐體的同一橫截面上且沿該橫截面均勻分布；所述助熔 劑噴嘴的軸線在水平面上與所述助熔劑噴嘴室的軸線之間的夾角小于等于30° ;所述助熔 劑噴嘴室的軸線距離所述豎直爐體的底部的高度為所述豎直爐體的高度的〇. 3倍。
4. 如權(quán)利要求2所述的氣化爐，其特征在于，所述豎直爐體的中下段的側(cè)壁上還固設 有至少一分級給氧噴嘴室，以及安裝于所述分級給氧噴嘴室內(nèi)的分級給氧噴嘴。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣化爐，其特征在于，所述分級給氧噴嘴室設置于所述助熔劑 噴嘴室的下方的豎直爐體的側(cè)壁上，并設置于所述出渣口的上方的豎直爐體的側(cè)壁上；所 述分級給氧噴嘴室的數(shù)量為1?2個。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣化爐，其特征在于，所述分級給氧噴嘴室固定設置于所述豎 直爐體的同一橫截面上且沿該橫截面呈均勻分布；所述分級給氧噴嘴室的軸線距離所述豎 直爐體的底部的高度為所述豎直爐體的高度的〇. 1?〇. 4倍。
7. -種如權(quán)利要求1?6任一項所述的氣化爐在氣化含碳物質(zhì)上的應用。
8. -種含碳物質(zhì)的氣化方法，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1?6任一項所述的氣化 爐進行，其包括以下步驟： 51、 將氧化劑、蒸汽和含碳物質(zhì)通入所述工藝燒嘴中，并進入所述豎直爐體內(nèi)進行氣化 反應； 52、 在氣化反應過程中通過所述助熔劑噴嘴室的助熔劑噴嘴向豎直爐體內(nèi)通入助熔 劑； s3、氣化反應生成的粗煤氣從所述合成氣出口排出，氣化反應生成的液態(tài)渣在所述氣 化爐的底部與助熔劑接觸混合后，從所述出渣口排出。
9. 如權(quán)利要求8所述的氣化方法，其特征在于，所述的氧化劑為含21 % -100%的氧氣 的氣體，所述百分比為體積百分比；所述的含碳物質(zhì)為煤、石油焦、渣油、瀝青、生物質(zhì)和污 泥中的一種或多種。
10. 如權(quán)利要求9所述的氣化方法，其特征在于，所述的含碳物質(zhì)為灰熔點高于1500°C 的煤，其形態(tài)為漿態(tài)或粉狀。
【文檔編號】C10J3/46GK104498100SQ201410804794
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】趙輝, 許建良, 劉海峰, 龔欣, 李偉鋒, 梁欽鋒, 郭曉鐳, 王輔臣, 于廣鎖, 王亦飛, 代正華, 周志杰, 陳雪莉, 郭慶華, 王興軍, 劉霞, 陸海峰, 李超, 龔巖, 王立 申請人:華東理工大學, 上海熠能燃氣科技有限公司