[发明专利]含碳物料气化—重整变换转化炉及制备富氢合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含碳物料气化—重整变换转化炉及制备富氢合成气的方法。

背景技术

煤、生物质、石油焦等含碳物料气化技术是发展煤化学品、液态燃料、联合循环发电、多联产、制氢等过程工业的基础，是这些行业的关键技术、共性技术和先导技术。

含碳物料气化工艺按反应室中物料的运动状态可分为移动床、流化床和气流床三种。而其中气流床相比其他两种工艺，具有单炉气化反应室处理能力大、煤种适应性广、碳转化率高等优点。目前气流床煤气化技术有干法进料和湿法进料两种工艺。

然而，目前的气化技术都存在气化产生的合成气中一氧化碳/氢气比值较大，一氧化碳含量高的特点，典型的有shell气化炉，GSP气化炉，专利号为200810246578.x中国专利中提到的航天炉，以及申请号为200810047879.x和申请号为200810047878.5中国专利中提到的五环炉。对于生产化工产品工艺来说，合成气中CO/H2组分比例偏大，一氧化碳含量高，后续变换工艺系统需要加入大量蒸汽，能耗较高。

因此，现有的粉煤气化工艺很难满足特定的工艺要求，尤其是对于合成气生产化工产品的流程，如何从工艺和装置上进一步减少设备投资、缩短工艺流程、减少能耗，是急待解决的问题。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的上述问题而提供的一种含碳物料气化—重整变换转化炉及制备富氢合成气的方法，本发明能有效的提高含碳物料气化得到的合成气中一氧化碳的变换转化率，从而提高氢气的含量，并提高含碳物料的碳转化率，大大减少后续工序的能耗，更加适合应用于化工产品生产领域。

本发明采取的技术方案是：含碳物料气化—重整变换转化炉，其特点是，包括气化反应室、重整设备、变换反应室、以及合成气输出管道；

所述的气化反应室设有至少一个烧嘴；

所述的重整设备设置在所述气化反应室的输出端；

所述的变换反应室设置在所述重整设备的输出端；

所述的合成气输出管道连接在所述变换反应室的输出端。

上述含碳物料气化—重整变换转化炉，其中，还包括一输出处理部件，与所述的合成气输出管的输出端连接。

上述含碳物料气化—重整变换转化炉，其中，所述气化反应室的烧嘴数量为4～6个，成切圆对称布置，并与气化反应室断面中心线成4～6°夹角。

一种含碳物料气化—重整变换转化炉制备富氢合成气的方法，其特点是，包括：

步骤一、含碳物料与氧化剂发生反应生成合成气的步骤：在气化反应室中，含碳物料与氧化剂发生反应，在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢的合成气；

步骤二、对生成的合成气进行组分重组的步骤：在所述的气化反应室的合成气出口布置合成气组分重整设备，通过喷入重整剂对从气化反应室合成气出口排出的高温高压合成气进行组分重整，并将合成气从1200～1700℃降低到900～1100℃；

步骤三、对重组的合成气进行变换反应的步骤：经重整后的合成气进入后续的变换反应室，在其中发生高温环境下的一氧化碳变换反应，提高氢气含量，制备富氢合成气,同时合成气中携带的残碳也可进一步参加反应，提高碳转化率；

步骤四、输出合成气的步骤：反应后的富氢合成气通过合成气输出管道输出。

上述制备富氢合成气的方法，其中，还包括一输出处理部件，与所述的合成气输出管的输出端连接。

本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：

1、当含碳物料（例如干粉或水煤浆）与氧化剂（例如氧气，水蒸汽）在气化反应室中发生气化反应（第一反应），在高温高压环境下生成主要成份为一氧化碳和氢的合成气。将气化后的合成气经重整剂重整到适当的温度和组分后，进入变换反应室发生变换反应（第二反应），在其中充分发生一氧化碳变换反应，提高一氧化碳的变换率，从而大大增加合成气中氢气的含量；

2、在由耐火浇铸料或水冷壁组成的反应室内，在其反应室侧部布置4～6个烧嘴，烧嘴水平布置，同时在烧咀布置平面与气化反应室断面中心线成4～6°夹角，从四（或六）个烧嘴喷出的气流发生碰撞，在反应室中产生旋流，气流旋流可使反应室内火焰的充满度较好温度场也较为均匀；煤粉中的灰在高温环境中主要以熔融渣的形态靠惯性作用被气化反应室壁捕捉下来，再沿气化反应室壁面流淌汇集到气化反应室膛底部的流渣口，排到位于气化反应室底部的渣池中淬冷。其余的飞灰被合成气夹带从气化反应室合成气出口排出；