加压气化反应器及其工业应用.pdf

本发明公开了一种加压气化反应器及其工业应用。所述加压气化反应器包括：竖直式容器，设置在所述竖直式容器顶部的且与竖直式容器同轴的气化喷嘴的入口，设置在气化喷嘴的入口中的多通道气化喷嘴，设置在竖直式容器底部的气化产物出口，气化生成的高温合成气与融熔态灰渣以并流方式通过出口，高温气体对高粘度融渣的流动具有良好的携带作用。本发明的加压气化反应器，可用于气化固态含碳化合物，本发明的反应器具有气化效率高、结构简单、制作与维护方便、操作运行容易、设备造价低等特点。采用该反应器气化固体含碳化合物，其碳转化率可达99％，生产的合成气可用作化工原料气、燃料气、制氢、合成液体燃料等，用途极为广泛。

1.  一种加压气化反应器，其特征在于，包括：
竖直式容器；
设置在所述竖直式容器顶部的且与竖直式容器同轴的多通道气化喷嘴的连接口(1)；
设置在气化喷嘴的连接口(1)中的多通道气化喷嘴(6)；
设置在竖直式容器底部的气化产物出口(3)；
所述竖直式容器包括外层金属壳体(4)和内衬耐高温材料(5)。

2.  根据权利要求1所述的加压气化反应器，其特征在于，反应器的高度与直径的比例为：
高度∶直径＝3～8∶1。

3.  根据权利要求1或2所述的加压气化反应器，其特征在于，多通道气化喷嘴(6)外设有冷却装置。

4.  根据权利要求1～3任一项所述的加压气化反应器的应用，其特征在于，用于气化固态含碳化合物。

5.  根据权利要求4所述的加压气化反应器的应用，其特征在于，固态含碳化合物选自煤、石油焦、生物质、垃圾以及其它含碳固体废弃物。

6.  根据权利要求4或5所述的加压气化反应器的应用，其特征在于，气化方法如下：
将固态含碳化合物及其载气、气化剂和水蒸汽同时或分别单独通过多通道气化喷嘴，或部分预先混合后进入多通道气化喷嘴不同的通道，进入反应器，高温合成气与融熔态灰渣以并流方式从反应器底部出口排出，操作压力为1.0～8.0MPa，操作温度为1200～1500℃，生成含有H₂、CO、CO₂、N₂、H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN、NH₃组分的合成气；
所说的气化剂包括氧化剂、水蒸汽和二氧化碳；

7.  根据权利要求6所述的加压气化反应器的应用，其特征在于，氧化剂选自氧气、空气或氧含量为60％～80％的富氧空气。

8.  根据权利要求7所述的加压气化反应器的应用，其特征在于，固态含碳化合物与氧化剂的比例为：
1公斤固态含碳化合物∶0.4～4Nm³氧化剂；
固态含碳化合物与水蒸汽的比例为：
1公斤固态含碳化合物∶0.1～0.5公斤水蒸汽。

加压气化反应器及其工业应用
技术领域
本发明涉及一种用于气化固态含碳化合物的加压气流床式反应器及其工业应用。
背景技术
气流床加压气化固体含碳化合物，是目前国际上最先进的气化技术之一。该技术具有可处理化合物种类多、气化效率高、原料消耗低、设备生产强度大等特点，所以其应用前景十分广泛。
由于反应器内进行的气化反应发生在高温高压条件下，这种极为苛刻的工作环境要求反应器在能够获得先进工艺指标的前提下，还应具有操作使用简捷，维护维修便利的特点。但是已有的专利技术如专利号98110616.1采用设置多个喷嘴的反应器结构、专利号01131780.9为两段组合式结构，一段为耐火材料器壁，另一段为冷却列管器壁，灰渣以固态方式排出。专利号01134311.7也为两段式组合结构，全部采用冷却盘管结构，反应产物逆向而行，气体出口设于反应器上部，液体融渣出口设于反应器下部，反应器上段还设有燃料的二次进口。由此可见，上述这些气化反应器结构复杂，加工制造难度大且成本高，维护维修不便，操作运行不易控制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种新的加压气化反应器，以克服上述不足。
本发明提出的加压气化反应器，包括：
竖直式容器；
设置在所述竖直式容器顶部的且与竖直式容器同轴的气化喷嘴的连接口；
设置在气化喷嘴的连接口中的多通道气化喷嘴，多通道气化喷嘴的作用是使固态含碳化合物与气态气化剂进入反应器，并使之良好混合，进行气化反应；
设置在竖直式容器底部的气化产物出口，气化生成的高温合成气与融熔态灰渣以并流方式通过出口，高温气体对高粘度融渣的流动具有良好的携带作用；
所述竖直式容器包括外层金属壳体和内衬耐高温材料。
本发明的加压气化反应器，可用于气化固态含碳化合物，优选煤、石油焦、生物质、垃圾以及其它含碳固体废弃物，气化方法如下：
将固态含碳化合物及其载气、气化剂和水蒸汽同时或分别单独通过多通道气化喷嘴，或部分预先混合后进入多通道气化喷嘴不同的通道，进入反应器，进行气化反应，高温合成气与融熔态灰渣以并流方式从反应器底部出口排出，操作压力为1.0～8.0MPa，操作温度为1200～1500℃，在该反应器内固态含碳化合物与气化剂进行燃烧与气化反应，生成含有H₂、CO、CO₂、N₂、H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN、NH₃等组分的合成气。
所说的气化剂包括氧化剂、水蒸汽和二氧化碳；
氧化剂选自氧气、空气或氧含量为60％～80％的富氧空气；
固态含碳化合物与氧化剂的比例为：
1公斤固态含碳化合物：0.4～4Nm³氧化剂；
固态含碳化合物与水蒸汽的比例为：
1公斤固态含碳化合物：0.1～0.5公斤水蒸汽。
以煤为固态含碳化合物时，采用氧含量为～99％的纯氧和430℃地过热水蒸汽，在1200～1400℃、2.0～4.0Mpa的压力下进行反应，所获得的合成气的组成是：
H₂ 25％～45％、CO 45％～63％、CO₂ 3％～10％、N₂ 3％～8％，其它为少量H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN和NH₃。该合成气可用于生产化肥、甲醇、制氢、液体燃料、燃料气、发电等，或用于先进的IGCC联合循环发电以及多联产系统。
该反应器具有气化效率高、结构简单、制作与维护方便、操作运行容易、设备造价低等特点。采用该反应器气化固体含碳化合物，其碳转化率可达99％，生产的合成气可用作化工原料气、燃料气、制氢、合成液体燃料等，用途极为广泛。
附图说明
图1为反应器结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明提出的加压气化反应器，包括：
竖直式容器；
设置在所述竖直式容器顶部的且与竖直式容器同轴的多通道气化喷嘴的连接口(1)；
设置在气化喷嘴的连接口(1)中的多通道气化喷嘴(6)，多通道气化喷嘴(6)的作用是使固态含碳化合物与气态气化剂进入反应器(2)，并使之良好混合，进行气化反应；
设置在竖直式容器底部的气化产物出口(3)，气化生成的高温合成气与融熔态灰渣以并流方式通过出口(3)，高温气体对高粘度融渣的流动具有良好的携带作用；
所述竖直式容器包括外层金属壳体(4)和内衬耐高温材料(5)。
发明人发现：反应器的高度与直径的比例将直接影响其工作效率和效果，优选采用的高度与直径的比例为：
高度∶直径＝3～8∶1。
由图1可见，气多通道化喷嘴(6)外设有冷却装置，以确保多通道气化喷嘴(6)正常工作。
                       实施例1
采用如图1所示的加压气化反应器，高度为6M，直径为1M。
将3000公斤/小时平均颗粒直径为30～100微米的粉煤、1800NM3/小时的氧含量为99％的纯氧、250公斤/小时的温度为430℃的过热水蒸汽分别通过两通道喷嘴进入反应器，在操作压力为4.0MPa，操作温度为1300℃的条件下在反应器内进行燃烧与气化反应，生成6000NM3/小时的合成气。气化生成的高温合成气与融熔态灰渣以并流方式通过出口(3)排出反应器。
其组分如下：
H₂ 30％、CO 58％、CO₂6％、N₂6％，其它为少量H₂S、Ar、COS、CH₄、HCN和NH₃。该合成气可用于生产化肥、甲醇、制氢、液体燃料、燃料气、发电等，或用于先进的IGCC联合循环发电以及多联产系统。