一种煤气化装置及控制煤气化反应的方法与流程

石油,煤气及炼焦工业设备的制造及其应用技术1.本发明属于煤气化技术领域，特别涉及一种煤气化装置。背景技术：2.我国的煤炭资源丰富，煤炭是重要的能源来源，大量的化学品均来自于煤炭转化而来的产物，使得煤炭的清洁利用成为国内的重点研究方向之一。煤气化是固体化石燃料煤在高温下转化为气态可燃物的一种工艺，是煤炭高效清洁利用的重要途径。在近些年的发展中，气流床气化技术以其反应速度快、能量利用率高及环境污染小的优势获得了大规模的推广应用。该技术的煤炭转化率能达到99％，有效气含量在85-95％，单位产品的煤耗、氧耗较低，经济效益较好。同时，在化工生产过程往往伴随着废液、废气的产生，这些废液与废气排放受限、处理成本高。因此，在全球范围内环保节能的大趋势下，开发一种解决化工过程中废液/废气排放污染环境、浪费能源问题的设备和方法，成为亟待优化解决的重要问题。3.另外，煤气化技术是利用固体化石等燃料在高温高压下生成气态可燃物，是高效的煤炭清洁利用途径。气流床气化炉可以实现产生高温合成气，有效气成分85-95％，同时产生大量工业废液/废气。在全球范围内环保节能的大趋势下，在同一设备中实现高效回收热量、提高碳转化率、改善有效气成分、处理工业废液/废气是未来的发展方向。技术实现要素：4.鉴于现有技术中存在的上述问题，本公开提供了一种提高碳转化率、有效处理工业废水、回收co2及环境友好的煤气化装置。5.为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：6.一方面，一种煤气化装置，包括炉壳，所述煤气化装置还包括设于所述炉壳内自上而下连通的煤气化室和中温反应室；其中，所述煤气化室，用于将粉煤或水煤浆气化，以形成高温粗合成气；所述高温粗合成气通过所述煤气化室的高温粗合成气出口进入所述中温反应室；所述中温反应室，用于所述高温粗合成气与工业废水或废气混合反应，用于处理上述工业废水或废气，并形成中温合成气；所述中温合成气通过所述中温反应室的中温合成气出口排出。7.在本公开的一些实施例中，所述中温反应室包括多个雾化喷嘴；所述雾化喷嘴贯穿所述炉壳，并沿所述炉壳的周向均匀分布。8.在本公开的一些实施例中，所述雾化喷嘴的中心轴线设置为：所述雾化喷嘴设置为朝向所述高温粗合成气出口。9.在本公开的一些实施例中，所述雾化喷嘴设置为4-80个。10.在本公开的一些实施例中，所述中温反应室设置为水冷壁或者耐火砖结构；其中，所述水冷壁为盘管式、列管式或其组合形式。11.在本公开的一些实施例中，所述煤气化装置还包括激冷室和废锅段；所述激冷室通过所述中温合成气出口与所述中温反应室连通；所述废锅段通过所述激冷室的激冷室出口与所述激冷室连通。12.在本公开的一些实施例中，所述煤气化装置还包括激冷室或废锅段，通过所述中温合成气出口与所述中温反应室连通。13.在本公开的一些实施例中，所述煤气化装置还包括排渣室；所述排渣室与所述激冷室或所述废锅段连通，用于将废渣通过排渣口排出。14.另一方面，一种控制煤气化反应的方法，其用于煤气化装置，所述方法包括如下步骤：15.第一步骤：粉煤或水煤浆进入煤气化室，燃烧或气化反应，产生高温粗合成气，所述高温粗合成气通过高温粗合成气出口进入中温反应室；16.第二步骤：工业废水/废气引入中温反应室，工业废水/废气进入中温反应室，与所述高温粗合成气混合及换热，并形成中温合成气；如果处理废水，高温粗合成气利用自身热能将废水中的有机物分解，达到废水处理的目的；如果处理废气，高温粗合成气与废气组分在中温下发生反应，达到废气处理的目的；17.第三步骤：所述中温合成气进入激冷室或废锅段，所述中温合成气的温度降低，散热由激冷室带走或废锅段回收利用，灰渣由排渣口排出。18.在本公开的一些实施例中，所述高温粗合成气包括熔融态灰渣颗粒和含碳灰渣；其中，所述熔融态灰渣颗粒在惯性力作用下甩向气化室的水冷壁，并形成液态渣膜。19.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：20.本发明实施例的煤气化装置，在现有气流床煤气化工艺流程的基础上，引入中温反应段，通过利用中温合成气的热量，并使废气/废液和残炭进行在所述中温反应段二次反应，由此提高碳转化率，改善有效气组分，同时对工业废水进行处理及对二氧化碳进行回收。21.另外，通过发明实施例的煤气化装置，还可以有效防止废锅积灰，达到了环境友好、节能减排、降本增效的目的。附图说明22.图1为本发明实施例的煤气化装置的结构示意图；23.图2为本发明实施例的煤气化装置的局部结构示意图；24.图3为本发明实施例的煤气化装置的中温反应室的俯视图；25.图4为本发明实施例的煤气化装置的中温反应室的俯视图；26.图5为本发明实施例的控制煤气化反应的方法的流程图。27.附图标记说明28.101-煤气化烧嘴；102-炉壳；103-煤气化室；29.104-高温粗合成气出口；105-中温反应室；106-雾化喷嘴；30.107-中温合成气出口；108-激冷室；109-激冷室合成气出口；31.110-激冷室出口；111-排渣室；112-排渣口；32.113-中温反应室水冷壁；具体实施方式33.下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。34.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。35.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。36.目前，由于气流床气化炉实现产生高温合成气的有效气成分通常为85-95％，同时还产生大量工业废液/废气。为此，在全球范围内环保节能的大趋势下，实现高效回收热量、提高碳转化率、改善有效气成分、加强处理工业废液/废气的效率，将成为未来的主要需求，为此，本发明提供如下设计方案。37.一方面，参见图1，一种煤气化装置，包括炉壳102，所述煤气化装置还包括设于炉壳102内自上而下连通的煤气化室103和中温反应室105；其中，煤气化室103，用于将粉煤或水煤浆气化，以形成高温粗合成气；所述高温粗合成气通过煤气化室103的高温粗合成气出口104进入中温反应室105；中温反应室105，用于所述高温粗合成气与工业废水或废气混合反应，用于处理上述工业废水或废气，并形成中温合成气；所述中温合成气通过所述中温反应室105的中温合成气出口107排出。在本实施例中，粉煤或水煤浆通过煤气化烧嘴101进入煤气化室103，并在形成高温粗合成气后，该高温粗合成气进入中温反应室105，并在中温反应室105通过与工业废水或废气混合反应，实现对工业废水进行处理及对二氧化碳进行回收，同时对产生多余的热量进行再利用，解决在工业生产过程中产生的废水及二氧化碳无法有效处理的难题，满足未来环保的要求。38.在一实施例中，结合图2至图4，中温反应室105包括多个雾化喷嘴106；雾化喷嘴106贯穿炉壳102，并沿炉壳102的周向均匀分布。通过该设置方式，提高高温粗合成气在中温反应室105与工业废水或废气充分混合，并进行高效率的二次反应。39.在一实施例中，结合图3和图4，雾化喷嘴106的中心轴线设置为：雾化喷嘴106设置为朝向高温粗合成气出口104。通过该设置方式，使得工业废水或废气通过雾化喷嘴106进入中温反应室105时，直接朝向高温粗合成气出口104，充分与高温粗合成气混合，提高二次反应的效率。特别地，在本实施例中，还可以将雾化喷嘴106的中心轴线与中温反应室105的轴线之间夹角设置为0°～90°，或者将雾化喷嘴106的中心轴线与炉壳102周面的切线方向的夹角设置为0度至90°，具体可根据高温粗合成气进入中温反应室105的状态以及待工业废水或废气的成分做相应的调整，在此具体不做限定。40.在一实施例中，结合图3和图4，雾化喷嘴106设置为4-80个。通过设置不同数量的雾化喷嘴106，主要依据待处理工业废水或废气的量及中温反应室105的结构大小，在此不做限定，可根据实际情况做相应的调整。41.在一实施例中，参见图2，中温反应室105设有水冷壁或耐火砖结构(图中未示出)；其中，所述水冷壁为盘管式、列管式或其组合形式。通过该设置有效改善高温粗合成气对炉壳102的损伤，提高炉壳102的使用寿命，降低或减少维修的周期。在本实施例中，水冷壁为中温反应室水冷壁113。42.在一实施例中，参见图1，所述煤气化装置还包括激冷室108和废锅段(图中未示出)；激冷室108通过中温合成气出口107与中温反应室105连通；所述废锅段通过激冷室108的激冷室出口110与激冷室108连通。在本实施例中，激冷室108用于所述中温合成气洗涤及降温，并对洗涤后的所述中温合成气进行分离。经过分离的中温合成气为后续反应做准备，例如，一部分进入废锅段做进一步洗涤分离，或者一部分直接通过激冷室合成气出口109排出。43.在一实施例中，参见图1，所述煤气化装置还包括激冷室108或废锅段，通过中温合成气出口107与中温反应室105连通。在本实施例中，根据后续反应的需要，对激冷室108或废锅段进行相应的选择，减小多余的反应过程。例如，合成气温度从高温(1300～1700℃)下降至中温(800～1200℃)后，灰渣逐渐凝固，失去粘性。使得可根据中温当前的状态在仅设置激冷室108的情况下，直接进行分离，并将分离后的中温合成气及灰渣输送到下一工序流程，并进一步进行固液分离。该设置方式主要根据具体的应用场景做相应的选择，例如，对中温合成气进行洗涤、进一步降温。44.在一实施例中，参见图1，所述煤气化装置还包括排渣室111；排渣室111与激冷室108或所述废锅段连通，用于将废渣通过排渣口112排出。通过该设置方式，使得在排渣过程中，能够防止污染环境。45.另一方面，一种控制煤气化反应的方法，参见图5，其用于煤气化装置，所述方法包括如下步骤：46.第一步骤：粉煤或水煤浆进入煤气化室103，燃烧或气化反应，产生高温粗合成气，所述高温粗合成气通过高温粗合成气出口104进入中温反应室105；在该步骤中，固体燃料煤与氧化剂混合经高温高压反应后生成高温气化产物，主要成分是高温粗合成气、熔融态灰渣和含碳煤灰颗粒，而含碳煤灰颗粒碳含量一般在5～50％，而在后续步骤中，有效地将高温气化产物进行分离。47.第二步骤：工业废水/废气引入中温反应室105，工业废水/废气进入中温反应室105，与所述高温粗合成气混合及换热，并形成中温合成气；如果处理废水，高温粗合成气利用自身热能将废水中的有机物分解，达到废水处理的目的；如果处理废气，高温粗合成气与废气组分在中温下发生反应，达到废气处理的目的；在该步骤中，工业废水中通常包含有机物，通过与高温粗合成气混合及反应，将有机物进行分解，由此实现降解工业废水/废气中含有的有机物(例如，苯酚类的有毒有害的有机物等)，达到净化的目的，使得反应所得到的物质符合环境友好的要求。48.在该步骤中，废气/工业废水由中温反应室105侧面的雾化喷嘴106室进入，并与从煤气化室103的高温粗合成气出口104进入的高温含尘的高温粗合成气混合，对废气/工业废水进行有机物完全分解的无害化处理，对于工业废气(co2等)可继续与合成气携带的煤灰中的残炭进行反应，进一步提高碳转化率，同时进行变换反应，优化合成气组分。49.第三步骤：所述中温合成气进入激冷室108或废锅段，所述中温合成气的温度降低，散热由激冷室108带走或废锅段回收利用，灰渣由排渣口112排出。由于在前一步骤已经初步完成工业废水/废气的净化，使得在本步骤中可进行余热利用，以及对中温合成气做进一步的气液分离，为后续应用做相应的准备工作。例如，其中的气体部分包含的热量可作为供热源进行供热循环；液体部分可在去除固体杂质的基础上作为工业循环用水，由此节省运营成本。在该步骤中，由于高温粗合成气在中温反应室105降低了合成气温度，一般由1300～1700℃降低至1200℃以下，在进入激冷室108或废锅段后，可以防止或者减轻积灰。50.在一实施例中，所述高温粗合成气可以包括熔融态灰渣颗粒和含碳灰渣；其中，所述熔融态灰渣颗粒在惯性力作用下甩向煤气化室103的水冷壁，并形成液态渣膜。在本实施例中，高温粗合成气出口104进入中温反应室105，以在中温反应室105中进行分离和降温。51.此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本技术的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。52.以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。









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