[實用新型]中溫反應裝置

有效

• 申請號: 201320797404.9
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN203741280U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 信偉;李永旺;李紅海;張燕;魏兆福;葛志紅;張禮;劉蔭朋
• 申請（專利權）人: 航天長征化學工程股份有限公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C01B3/12
• 代理公司: 北京驥馳知識產權代理有限公司 11422
• 代理人: 唐曉峰

所屬技術領域

本實用新型涉及一種在中溫條件下（600～1100℃）進行碳的氣化反應及任選的一氧化碳向氫氣轉化的變換反應的裝置。

背景技術

隨著現代煤氣化技術的大型化和規模化，對于提高碳轉化率、降低能耗的要求日益提高，如何將原料中的碳充分利用成為氣化技術設計的關鍵問題。長期的試驗研究與理論分析發現，具有一定粒度分布的碳在中溫條件下（600～1100℃）與H2O、CO2具有很高的反應速率。對于氣流床氣化技術，如殼牌技術、德士古技術以及國內的航天粉煤加壓氣化技術，由于采用了高溫、高壓以及粒度很小的煤作為原料，碳轉化率達到了較高的程度，一般為95%～98%，但是仍有一部分煤中的碳，尤其是使用高灰份或高灰熔點煤時，由于流場組織不合理或氣化劑配比失調等原因，反應不完全，出爐的灰分中殘碳含量在5%以上，極端惡劣的情況下可能會達到30～50%。因此提高氣流床的碳轉化率仍然是煤氣化領域的重要問題。

另外，在煤制甲醇、煤制合成氨等工藝中，氣化產物中H2的比例不夠，需要經過變換工段通過變換反應提高氫碳比（即H2和CO的比例），變換反應即CO+H2O→CO2+H2的反應。在氣化爐氣化室的出口，合成氣溫度很高，變換反應具有很高的反應速度，但在一般氣化工藝中，由于高溫合成氣經快速激冷溫度下降到約200～300℃，這部分化學反應能力就被浪費了。本實用新型充分利用高溫合成氣的變換反應能力，使合成氣的氫碳比提高，有利于減少變換工段的投入。

在高溫的合成氣和熔渣中注入冷卻劑或氣化劑時，最容易引起的問題是在噴嘴附近形成灰渣聚集，影響裝置運行效果，甚至導致裝置不能正常運行。本裝置針對這一問題提出相應的結構設計。

實用新型內容

本實用新型的一個目的是提供一種中溫反應裝置，其可用于煤氣化反應爐中，使未燃盡碳發生氣化反應，提高碳轉化率；同時還可以促進CO向H2轉化的變換反應，提高合成氣中的氫碳比，進而提高氣化裝置的整體效率。該裝置也是實現合成氣冷卻的裝置，可以達到合成氣及熔渣降溫的目的，通過結構設計達到減少或避免壁面結渣的效果。

本實用新型的另一目的是提供一種中溫反應方案，使煤氣化反應爐中未燃盡碳發生氣化反應，提高碳轉化率；同時還可以促進CO向H2轉化的變換反應，提高合成氣中的氫碳比，進而提高氣化裝置的整體效率。該方法同時也是實現合成氣冷卻的裝置，可以達到合成氣及熔渣降溫的目的，并達到減少或避免壁面結渣的效果。

本實用新型的技術方案是：

本實用新型提供了一種中溫反應裝置，包括初步冷卻器、中溫反應室和可選擇的再冷卻器，所述的初步冷卻器、中溫反應室、再冷卻器沿氣流的方向依次排布。可根據上行流程氣化裝置或下行流程的氣化裝置調節所述的初步冷卻器、中溫反應室、再冷卻器的上下順序。

對于合成氣上行流程的中溫反應裝置，本實用新型的中溫反應裝置位于氣化爐氣化室的上部；對于合成氣下行流程的中溫反應裝置，本實用新型的中溫反應裝置位于氣化爐氣化室的下部；對于合成氣上行和下行流程的中溫反應裝置，本實用新型的中溫反應裝置位于氣化爐氣化室的上部和下部。

含有熔渣及未燃盡碳的高溫粗合成氣，主要成分為CO和H2，并含有少量H2O和CO2，首先經過初步冷卻器冷卻至600～1100℃，隨后進入中溫反應室，大部分未燃盡碳與氣化劑充分接觸完成二次氣化反應，提高碳轉化率，同時發生變換反應，使CO向H2轉化，提高氫碳比。反應后的粗合成氣可選擇性地經過再冷卻器進一步降溫至600℃以下后進入后續流程，也可直接排出進入后續流程。

按照本實用新型的一種具體實施方案，其特征在于，所述的中溫反應室具有兩端縮口形式。所述的中溫反應室為帶有兩端縮口的筒形結構，為殘碳氣化反應及變換反應提供足夠的反應空間，提高氣化爐碳轉化效率并提高合成氣中的氫碳比。氣流主要從筒形反應器的中心通過以減少筒形壁面上的結渣。中溫反應室兩端采用縮口形式的另一個作用是，使合成氣的流通面積減小、流速增加，有利于達到均勻的冷卻效果，減少壁面結渣的風險，優選地，縮口的最小直徑1m～2m。

按照本實用新型的一種具體實施方案，其特征在于，所述的中溫反應室的下錐盤設有吹灰裝置，即采用高壓氣體對錐盤進行吹掃，清除該處的積灰。優選地，采用環形切壁吹灰噴嘴。

按照本實用新型的一種具體實施方案，其特征在于，所述的初步冷卻器上下開口均采用縮口結構，使氣流主要從初步冷卻器的中心通過，以減少氣流的徑向遷移，減少筒形壁面上的結渣。