[发明专利]高温气体输送的冷却管道保护装置及采用该装置的气化系统

说明书

本发明提出了一种用于输送高温气体压力容器的冷却管道的保护装置。本发明的目的在于为高温气体冷却管道的保护装置提供了改进方案，比如，在下降管激冷器中，可以克服现有技术的不足尤其是在正常操作时在管道中热气体空间与气体管道之间的气体侧分离以及在非正常操作条件下保证气压的平衡。为实现此目的，从高温气体管道回流的上部冷却水与一个冷却水出口相连并在管道较低部位进入高温气体空间，并在冷却水回流和冷却水出口之间高于冷却水回流的外部空间设置了开放缓冲罐。

技术领域

本发明涉及一种用于在压力容器内用于高温气体输送的冷却管的保护装置。本发明还涉及一种气化设备，其包括气流床气化炉和具有这种保护装置的附属激冷装置。

背景技术

在化学工艺技术中，激冷工艺用于快速冷却反应混合物，以进一步抑制不希望产生的副产物。

激冷装置的这一种应用是对含碳材料气化生成的合成气即一氧化碳和氢的混合物进行快速冷却，这种混合物可作为制备多种化学最终产物的中间物。

为反应生成合成气，需要在高温(1200-1900℃)和一定压力下(4-8MPa)进行。若缓慢的冷却会产生不期望的副反应，从而降低所需合成气的产量。

在工业生产中，合成气的生产是以经粉碎的含碳燃料为原料，尤其是煤，添加氧气和水蒸汽作为调整气，在混合烧嘴外的火焰区部分氧化。这个过程称为气化。气化炉可被设计为气流床气化炉，固定床气化炉或者渣浴气化炉。

在大量的气流床气化炉中，气化烧嘴布置在反应炉的顶部区域，通过在火焰区域的燃烧生成部分氧化的一氧化碳和氢气。

反应生成物会在离开火焰区域进入下游激冷装置时产生进一步反应，此粗合成气中的非反应物如熔渣和灰分颗粒必须与合成气分离，以获得化学最终产物。

气流床气化炉通常采用下激冷设计，用于反应物的快速冷却。

为了快速冷却，通常将带有熔融反应残余物的热气通入激冷装置与冷却剂直接接触，冷却剂通常为水。将水雾化通入热气中或将热气通入水浴是特别有效的方式。在煤气化中广泛采用的是下降管激冷。

该名称源自下降管激冷的特征，即采用下降管将热反应气体从气化炉反应室引入水浴中对热气体和炉渣进行强烈冷却。

冷却的热气体在下降管周围的空间上升，并通过侧开口离开激冷装置。下降管的内壁暴露于由反应性高温气流和通过熔渣流动产生的高应力下，使得对下降管的保护成为了使用激冷装置时的主要难题。

为解决此难题目前有许多的方法。

在专利DE 293 5 991 A1中描述了一种采用双层壁下降管的激冷装置，通过底部供水并向上流动形成水膜，对下降管内壁进行保护。

在专利DD 215 326中描述了一种气化炉使用的泄放和冷却装置，具有一个双层壁结构冷却管和一个水夹套，一个底部供水和冷却管顶部四周分布的出口至反应气流方向。

在专利WO 2012/034700 A2中描述了一种用于处理下降管急冷管含有高温带渣气流的装置和方法，其中使热气体与下降管内壁上的水膜接触，第一区域和在第二区域中与下降管横截面中的雾化水接触，热气体流过第三区域中的水浴，并在第四区域再次与雾化水接触。下降管可以任选设计为双壁，内部冷却。

在专利CN 204 097 417 U中描述了一种气化装置，由煤气化炉和附属下降管激冷装置组成，其中在正常结构中，气化炉和激冷装置容纳在同一压力外壳中。

粗合成气自气化炉进入内部冷却的双层壁下降管，合成气和固体颗粒在其中预冷至渣熔点以下。在随后的水浴中，热气再次被冷却。

已知的下降管激冷装置的一个缺点是，当上游气化过程发生扰动时导致反应区降温，造成激冷装置压力变化时，没有方法去补偿这种压力变化，导致合成气的冷却净化效率降低。