[发明专利]流化床气化炉、煤催化气化系统及气化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉、利用此流化床气化炉的煤催化气化系统及气化工艺。

背景技术

我国的能源结构特点是“缺油、少气、富煤”，发展煤基清洁能源是解决能源供应问题的有效途径。煤催化气化技术是煤洁净高效利用的一种重要方式，是指煤在相对较低的温度下在气化剂和催化剂的共同作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷。煤催化气化工艺通常采用流化床气化炉，炉内原料煤在自下而上的气化剂的作用下保持着连续不断的沸腾和悬浮运动状态，从而迅速进行混合与热交换。

现有技术中的煤气化反应器的气化炉结构一般分为两层，由内至外为：耐火材料衬里和不锈钢炉壁，例如灰融聚、U-Gas，运行过程中通常控制气化炉外壁温度在200℃以下以减少气化炉的热量损失。煤的催化气化需要较高的气化压力、较低的气化温度，催化剂可使得碳水气化、水煤气变换、甲烷化反应同时进行，在此反应过程中，甲烷化的强放热反应为水蒸汽的吸热反应提供热量，整体反应接近热中性状态，从而需要提供额外的热量用于弥补气化炉炉体散热损失的热量以及用来预热入炉冷物料的热量，因此降低气化炉本体散热量对维持气化炉内温度稳定甚为关键。但是，现有技术中的气化炉，要么通过降低外壁温度减少热损，要么通过在气化炉外壁设置余热回收或降温系统来控制或降低气化炉内的热量，对于亏热需要补充热源的催化气化工艺并不适用。当气化炉外壁温度低于炉内蒸汽分压对应的露点温度时，炉内蒸汽会在气化炉炉壁附近冷凝，从而造成耐火材料的损坏、脱落及金属外壳的腐蚀等，影响气化炉的长期稳定性，甚至引发安全事故。

发明内容

本发明的实施例提供一种流化床气化炉、煤催化气化系统及气化工艺，能够解决由于气化炉壁面温度低，而造成气化炉炉壁出现蒸汽冷凝现象，进而使耐火材料损坏、脱离及金属外壳腐蚀的技术问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种流化床气化炉，由外至内依次包括炉壁、耐火衬里、炉腔和分布板，所述炉壁设有通向气化炉炉腔的煤粉进料口、气化剂入口、煤气出口和排渣口，所述气化剂入口和所述排渣口均位于所述分布板的下方，所述煤气出口位于所述炉腔的上方，所述炉壁包括外壳和内壳，所述耐火衬里固定在所述内壳的内壁上，所述内壳与所述外壳之间的间隙为夹套层，所述夹套层内流通有流体介质，所述流体介质将气化炉炉壁温度维持在高于所述炉腔内水蒸汽分压对应的露点温度。

进一步的，所述流体介质为压力和温度高于所述炉腔内水蒸汽分压的蒸汽，且所述蒸汽为饱和水蒸汽或低温过热水蒸汽。

进一步的，所述夹套层内的蒸汽压力高出所述炉腔内水蒸汽分压的压力范围为0～1MPa。优选的，所述夹套层内的蒸汽压力高出所述炉腔内水蒸汽分压的压力范围为0～0.5MPa。

进一步的，所述夹套层的蒸汽入口开在所述外壳的上方部位，所述夹套层的蒸汽出口开在所述外壳的下方部位；所述蒸汽入口设有蒸汽入口阀门，所述蒸汽出口设有蒸汽出口阀门。

进一步的，所述夹套层和所述炉腔间设置用来控制两者之间压差的自控压差连锁装置，当所述压差高于或低于指定差值时，通过所述自控压差连锁装置来调节蒸汽入口阀门或/和蒸汽出口阀门的流量来对所述压差进行调节。

进一步的，所述夹套层的上端部位设有紧急蒸汽出口，所述紧急蒸汽出口设有紧急蒸汽出口阀门。

进一步的，所述外壳外壁包覆有保温层或设有真空隔热层。

本发明实施例提供的流化床气化炉，夹套层的设置及夹套层内通入的温度高于炉内水蒸汽分压的流体介质，能够保证气化炉炉壁温度始终高于炉内水蒸汽分压对应的露点温度，避免气化炉内水蒸汽在炉壁及耐火衬里冷凝现象的发生，避免耐火材料的损坏、脱离及金属外壳的腐蚀，同时，还可以避免气化炉外壁直接暴露于低温环境产生的较大热量损失，以降低炉体的热损，从而维持炉内温度的恒定，增强气化炉的长期稳定性及安全性。

一种煤催化气化系统，包括上述流化床气化炉；

所述煤粉进料口通过进料管线由近至远依次连接供料系统和催化剂配置系统；所述煤气出口通过煤气出气管线由近至远依次连接气固分离系统、换热系统和煤气净化系统；所述气化剂入口通过气化剂进气管线依次连接所述换热系统和气化剂供给系统；所述排渣口连接排渣系统；所述夹套层连接蒸汽供给系统。

进一步的，所述蒸汽供给系统包括锅炉，所述锅炉的第一蒸汽管线与换热升温前的气化剂进气管线相连通，所述锅炉的第二蒸汽管线直接与所述蒸汽入口连通，所述蒸汽出口通过蒸汽出气管线与所述第一蒸汽管线连通。