[发明专利]一种用于煤加氢的气流床气化炉

说明书

技术领域

本发明属于一种气化炉，具体涉及一种用于煤加氢的气流床气化炉。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和环保要求的提高，对天然气的需求逐年增加。2010年我国天然气消费量为1000亿m³，缺口达100亿m³。预计2020年我国天然气缺口将达1000亿m³。根据我国的能源状况，由煤生产SNG技术是弥补天然气资源短缺的有效手段。

常规煤制天然气技术（也称两步法）是在高温（800-1500℃）、高压（2-4MPa）下，以水蒸气为气化剂将煤转化为合成气（CO+H₂），合成气再经甲烷化后得到SNG。此工艺过程较成熟，已于十九世纪八十年代在美国大平原厂实现了工业化，但其流程长，投资大，过程热效率较低（61%）。煤直接加氢气化制SNG技术是在（850-1000℃）和7MPa的条件下，将粉煤和氢气同时加入气化炉内，依靠氢气对煤热解阶段释放自由基的稳定作用和气化阶段与半焦中活性的碳的反应得到富含甲烷的气体，同时副产高附加值的轻质焦油。与两步法相比，此工艺流程简单、投资成本低且过程的热效率较高（79.6%）。

由于煤直接加氢气化具有以上优势，许多科研单位在此方面开展了大量的研究工作，研究的核心是加氢气化反应炉的开发。美国气体工艺研究所（IGT)在1972-1980年采用流化床气化炉开发了煤加氢气化Hygas工艺，进行了75t/d的中试规模试验。流化床气化存在的主要问题是加氢气化反应较慢、煤粉在炉内易发生粘聚而失流态化及细粉的带出。因而在70年代后期，加氢气化工艺向快速加氢气化发展。气流床因具有可操作温度高、气化反应瞬间完成、单炉生产能力大和易放大等特优点而成为煤加氢气化过程研发的主要炉型。目前用于煤加氢气流床气化的炉型主要分为单筒式和带内循环的双筒式。

美国洛克威尔（Rockwell）公司于1978-1986年建立了0.25t/h的PDU装置和1t/h的中试气流床加氢气化装置，气化炉采用单筒式炉型，主要由预热室和气化室两部分组成，预热室的作用是将反应所需氢气的温度提高到800-850℃，保证加氢气化反应的顺利进行。该炉型结构相对简单，便于放大而实现工业化，但其需要在入口气体中加入一定量的氧气，消耗部分氢气来提高混合物料的温度，保证加氢气化的发生，故氢耗量较大。

1986 年日本大阪煤气公司与英国煤气公司联合开发了 BG-OG气流床煤加氢气化工艺，该反应器是带内循环的双筒式气流床气化炉，通过气流的快速循环，煤和氢气反应所释放的热量可充分利用于进一步预热煤和氢气，因而仅需在起炉阶段通入少量氧气，过程中不需氧气即可维持反应温度，并且可以通过改变氢气预热温度容易地调节反应温度，进而改变产物分布。但是此气化炉中大量气体的循环需要耗能较大，工业规模下依靠气体喷入的动量能否实现所需循环比尚需要试验验证，此外，气体在炉内循环的气速较高，因而大量半焦颗粒被气体夹带，出口气体中粉尘量较大，后续处理系统的除尘负荷较重。

发明内容

本发明旨在解决上述煤加氢气流床中存在的问题，提供了一种耗能低、氢耗量小，除尘负荷轻的用于煤加氢的气流床气化炉。

本发明采用结构简单且易于放大的单筒炉型，通过在气化炉内设置氢气预热盘管，提高了进入进料喷嘴的氢气的温度，减少了系统的氢耗量；在气化炉中部设置扩大段，降低了气体的速度，减少了气体中携带的细粉量，减轻了后续产品气中颗粒物与气体分离的负荷。

本发明的技术方案为：一种用于煤加氢的气流床气化炉，该气化炉由炉体、气化室、进料喷嘴、半焦收集池组成，其特征在于炉体分为上、中、下三部分，炉体上部分为垂直段，炉体中部分为扩大段，炉体下部分为V字形半焦收集池，炉体的内壁装有耐火材料，炉体的上部为气化室，进料喷嘴位于气化室的顶端，在气化室和炉体上部分之间设置有对原料气预热的盘管换热器，炉体扩大段的下部设有高压气喷吹管，半焦收集池的底部设有排料口。

如上所述的炉体的内壁装有耐火材料。