[發明專利]一種高強度的氣化反應器

有效

• 申請號: 201210569221.1
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103232860A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 徐頌;李季偉;張光學
• 申請（專利權）人: 杭州全合科技有限公司;浙江赤道筑養路機械有限公司
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/72
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所 33230
• 代理人: 陳輝

技術領域：

本發明涉及一種煤與生物質等有機燃料的氣化反應裝置，氣化反應是指燃料（煤、石油焦、生物質等含碳有機物的一種或者幾種的混合物）與氣化劑（空氣、富氧、純氧、水蒸汽）在高溫下反應，生成CO、H2的一個過程。

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背景技術：

工業燃氣廣泛使用于冶金、鍛造、陶瓷、玻璃、氧化鋁等行業，業內稱為發生爐煤氣，其煤粉發生爐為一種固定床（或移動床）的氣化爐，其優點是結構簡單、造價低、煤氣出口溫度低、設備熱效率高，當前在工業燃氣制備中廣泛使用。然而固定床的氣化爐存在單爐產量低、煤種要求高、碳轉化率低、使用操控性差、煤氣中存在焦油等諸多問題，尤其當前對環境日益提出更高要求的時候，分散型的小型固定床氣化爐的焦油處置問題，成了環保部門的管理重點，市場迫切需要對固定床氣化爐進行升級換代。

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氣流床氣化爐具備單爐產量大、出口煤氣不含焦油、碳轉化率高、操控性好、對煤種的要求低等優點，成了替代固定床氣化爐的優先方案。然而，氣流床氣化爐技術應用到工業燃氣的制備上來，當前存在著相當多的問題。

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首先，當前氣流床氣化爐的開發理論與實踐經驗都是給予純氧加壓氣化，應用的領域主要在煤化工行業。而在大多數的工業燃氣制備行業一般采用空氣（或者富氧）作為氣化劑，從系統安全簡潔以及能耗角度考慮一般采用常壓操作。同樣是氣流床方式，由于爐內氣相與固液二相占的體積濃度比例相差很大、不同的氣化劑、常壓與高壓等等原因，二者存在很大的區別。

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按照現行的氣流床氣化爐設計理論以及實踐經驗，都是基于典型的氣流床反應器來模擬與設計的，都假設煤粉顆粒與氣化劑在爐內均勻混合，煤粉顆粒在爐內需要停留5s時間才能達到相應的較高的碳轉化率。如果按此要求進行設計，常壓操作的氣流床氣化爐的體積會非常龐大，冷煤氣效率會非常低，直接限制了氣流床氣化爐在工業燃氣制備行業的應用。因此氣流床氣化爐在工業燃氣制備行業的推廣，需要用一種區別于與現行氣化爐設計理念所不同的方法，開發出一種高單位容積氣化強度的氣化爐，以便于在工業燃氣制備行業中應用。

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另外，在很多工業燃氣應用場合，對燃氣中含塵量要求越低越好。按照傳統典型設計的氣流床液態排渣爐，出口的粗煤氣中含塵量也是相當高的，爐內捕渣率約為20～40％，對一些工業爐窯來說，不能直接應用。開發一種高捕渣率的氣化爐，提高燃氣的品質，對氣流床氣化爐應用在工業燃氣制備上，也有著重要的價值。

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發明內容：

本發明旨在解決如何在常壓或高壓、空氣（富氧或者純氧）氣化的情況下提高氣化爐單位容積下的氣化強度，大幅度減小氣化爐的體積，并盡可能提高氣化爐的捕渣率，本發明提供一種高強度的氣化反應器。

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本發明區別于傳統典型設計的純氧高壓下的煤氣化爐流場方式，建立一個新的氣流床氣化爐反應模型，一方面兼顧燃料顆粒在氣化爐中的停留時間，使其有充分的反應時間，保證高的碳轉化率；另一方面，縮短氣相（氣化劑、粗煤氣）反應物在爐內的停留時間，并保證氣化劑與燃料能夠充分接觸、快速反應，以此來提高氣化爐的氣化強度，大幅度縮小氣化爐的體積，便于應用到工業燃氣的制備中。

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本發明的一種全新的氣化爐爐型，所述的氣化爐由直段爐體、上錐、下縮口、燃燒器、氣化劑噴嘴、排渣口、粗煤氣出口幾部分組成，直段爐體的上端設置上錐、下端設置下縮口，氣化劑噴嘴設置在直段爐體的側邊，燃燒器設置在上錐上，下縮口的中部設置粗煤氣出口，下縮口的側邊設置排渣口。

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氣化劑以割向或者切向方向高速噴入爐膛，在爐內形成一個高速的旋轉場，從燃燒器中噴入爐膛的煤粉顆粒隨之被拋到爐膛周邊，并迅速被爐膛壁面上熔融的渣膜所捕捉，被捕捉的煤粉顆粒很難再返回到氣化爐的空間中。在爐內的高溫下，氣化劑與爐壁上的熔渣、煤顆粒進行強烈的氣固液三相的混合氣化反應，然后氣相離開爐壁與熔融的液態渣分離，而熔融的煤渣沿著爐壁上緩慢向下流動，使得煤顆粒在爐內停留相當長的時間，促使煤粉充分反應。更加重要的是：本反應器內部存在三個軸向氣流，除貼壁的強旋轉氣流外，還存在較強的環室回流、中心回流，使得很細的煤粉顆粒以及被拋出的熔渣細粒在環室回流、中心回流中也得到充分反應。

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