本發(fā)明涉及煤基能源化工領(lǐng)域，特別涉及一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐。

背景技術(shù)：

1、

2、現(xiàn)行的煤制油和煤制天然氣，無論是煤氣化后再合成油、氣的兩步法，還是煤直接加氫生產(chǎn)油、氣的一步法，均因工藝路線復(fù)雜、工藝過程能源轉(zhuǎn)化效率低下，煤制油僅43％，耗標(biāo)煤3.4噸/噸油；煤制天然氣僅50％，耗標(biāo)煤2.5噸/km3；設(shè)備投資高，煤制油1600億元/1000萬噸，煤制天然氣280億元/40億m3；水資源消耗高，煤制油耗水6噸/噸油，煤制天然氣6噸/km3；環(huán)境污染重，污水處理成本高，co2排放多。

3、現(xiàn)行煤直接加氫的一步法制油效率低的原因，一是工藝壓力高達20mpa，設(shè)備投資大；二是碳元素轉(zhuǎn)化率低，其殘渣含碳高達40％，需在專門的氣化爐內(nèi)重新加熱才能再次生成co；三是采用氣流床煤氣化制氫，由于氣流床氣化過程中，煤中氫元素是以碳氫化合物形式，700℃以下就首先熱解為氣態(tài)烴，隨即與氣流中的o2氣反應(yīng)生成co2和h2o放出熱量，使?fàn)t溫達到1300～1700℃之高，所以氣流床的高爐溫有相當(dāng)大一部分是氫元素燃燒貢獻的，從而導(dǎo)致煤氣中氫氣摩爾分率低，co成分特別高，而co必須經(jīng)過變換才能轉(zhuǎn)化為氫氣，即這種制氫工藝實質(zhì)上是首先燒掉煤中的h2，然后再用煤中的c元素制取co，co再經(jīng)變換才能轉(zhuǎn)化為h2，所以現(xiàn)行的煤直接加氫一步法制cnh2n+2也存在前述的諸多缺點。

4、cn110358579b公開了一種能夠同時獲得油煤氣與水煤氣的生產(chǎn)方法，雖然在水煤氣段與油煤氣段之間設(shè)置殘焦下移通道，以便將油煤氣段的殘焦卸入水煤氣段，但由于殘焦下移通道中沒有殘焦下移量的控制裝置，進而使殘焦的下移量無法根據(jù)生產(chǎn)需要實現(xiàn)控制；由于該發(fā)明要求采用甲烷≥15％、氫氣30～80％的氣化劑，由于甲烷的起始濃度太高，為了獲得原煤熱解生產(chǎn)油煤氣需要的熱量，必需將壓力提高到6－12mpa。才能提高c+2h2＝ch4的產(chǎn)率而增加熱量，這無疑會大大增加裝置投資，或?qū)⑷霠t氫氣氣化劑的溫度提高到300℃以上，這顯然也是不經(jīng)濟的；在油煤氣段分別設(shè)置了破除原煤粘結(jié)的攪拌器和篩板，由于靜止篩板與旋轉(zhuǎn)攪拌器的相互作用，產(chǎn)生了大量的煤沫，既增加床層阻力、又增加同平面阻力差，進而導(dǎo)致氣體偏流。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對上述不足之處提供一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，通過本方案可以大幅減少油煤氣段的產(chǎn)生煤沫，同時能夠使由油煤氣段下泄進入水煤氣段在的殘焦能夠得到控制；進而使水煤氣段的料層高度得到控制；入爐氫氣氣化劑的溫度可以采用常溫和甲烷濃度低于5％的進氣，不僅減少生產(chǎn)油煤氣的熱能消耗、還可有效降低工藝壓力進而降低裝置的投資。

2、本發(fā)明是通過下述方案來實現(xiàn)的：

3、一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，由氧氣水蒸汽氣化劑進口、爐篦、原料煤氣化床層、攪拌器、布煤器和煤鎖、承壓水夾套殼體、粗煤氣出口和富烴煤氣出口組成，其中原料煤氣化床層自下而上又分為灰渣層、氧氣燃燒層、水煤氣生成層、甲烷生成層、原料煤干燥層，氧氣水蒸汽自下而上與原料煤反應(yīng)生成水煤氣；

4、將加壓移動床煤氣爐設(shè)計為通過其內(nèi)部設(shè)置了隔離區(qū)(8b)和環(huán)向驅(qū)動的螺旋推料器(8a)的殘焦下移通道承壓筒體(8)連接的上下兩段結(jié)構(gòu)；

5、其下段設(shè)計為，采用氧氣和水蒸汽混合氣化劑，以來自油煤氣段的殘焦為原料，生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的水煤氣段；

6、其上段設(shè)計為，采用甲烷≤5％，氫氣80～95％，co+co2+h2o+n2≤5％，h2s≤2％，即以氫氣為主要成分的常溫氫氣氣化劑，用原料煤直接生產(chǎn)以油為主要產(chǎn)品的油煤氣段，其氣化原料煤床層高徑比為3～6；

7、油煤氣段又從下向上依次設(shè)計為：

8、高溫焦炭加氫氣化層(13)，并在其下部設(shè)計有氫氣氣化劑底部進口(11)、環(huán)形通道(10a)、圓錐形布氣構(gòu)件(10)和中心底部進氣管(11a)、中心底部布氣構(gòu)件(12)；

9、低溫焦炭加氫氣化層(13a)，并在其下部設(shè)計有氫氣氣化劑中部進口(11b)、環(huán)管(11d)、中部環(huán)形布氣構(gòu)件(11f)、中心中部進氣套管(11c)、中心中部布氣構(gòu)件(11e)；

10、半焦加氫快速氣化層(14)；

11、加氫熱解干餾層(17)，并在其中設(shè)計有低溫攪拌葉(16)、破粘構(gòu)件(15)、轉(zhuǎn)盤(15d)、托輪、筋板、支座、傳動軸(15e)；通過傳動軸(15e)驅(qū)動低溫攪拌葉(16)、破粘構(gòu)件(15)和其連接的轉(zhuǎn)盤(15d)的旋轉(zhuǎn)運動，既可破除煤熱解干餾形成的粘結(jié)；其原料煤的重量，又可通過破粘構(gòu)件(15)和其連接的轉(zhuǎn)盤(15d)及可轉(zhuǎn)動的托輪和靜止的筋板、支座，最終承載于油煤氣段的承壓殼體(20)上；驅(qū)動低溫攪拌葉(16)、破粘構(gòu)件(15)、轉(zhuǎn)盤(15d)轉(zhuǎn)動的傳動軸(15e)為管狀，以便插入靜置的中心底部進氣管(11a)和氫中心中部進氣套管(11c)；

12、干燥層(18)；

13、氫氣氣化劑總量的60－70％的經(jīng)油煤氣段底部進口(11)、環(huán)形通道(10a)、圓錐形布氣構(gòu)件(10)和中心底部進氣管(11a)、中心底部布氣構(gòu)件(12)均勻進入高溫焦炭加氫氣化層(13)下部圓截面后，并與下行1050℃的高溫焦炭逆向換熱，將常溫氫氣氣化劑溫度加熱到850℃，使氣化劑中的氫氣與高溫焦炭中的活性碳元素進行c+2h2→ch4的甲烷化放熱反應(yīng)，在使氣相氣化劑中甲烷含量升高的同時，也使高溫焦炭加氫氣化層(13)頂部的溫度升高到1050℃、或煤的灰熔點以下溫度，使其氣相甲烷濃度達到15－20％；氣體上行并與來自中部環(huán)形布氣構(gòu)件(11f)、中心中部布氣構(gòu)件(11e)的、氫氣氣化劑總量的30－40％的常溫氫氣氣化劑相混合后，溫度降至800℃進入低溫焦炭加氫氣化層(13a)，氣相中的氫氣在此繼續(xù)與焦炭中的活性碳元素進行c+2h2→ch4的甲烷化放熱反應(yīng)，在使氣相氣化劑中甲烷含量升高到25－30％的同時，也使低溫焦炭加氫氣化層(13a)頂部的溫度升高到900～950℃；氣相氣體繼續(xù)上行進入半焦加氫快速氣化層(14)，氣相中的氫氣與半焦中含有豐富的活性碳元素的固態(tài)不飽和烴cxhy進行快速加氫反應(yīng)：cxhy+(2x－0.5y)h2→xch4，使氣相甲烷濃度上升到35－45％，將來自加氫熱解干餾層(17)的600℃半焦加熱到800℃；氣相氣體再繼續(xù)上行進入到加氫熱解干餾層(17)，氣相氣體在將來自干燥層(18)的煤粒加熱，并使之熱解干餾，并在析出、氣化煤焦油、實現(xiàn)油煤氣的生產(chǎn)的同時，還會熱解出部分甲烷，使氣相甲烷濃度上升到40－50％；油煤氣繼續(xù)上行進入干燥層(18)，在將熱量帶入干燥層(18)，使干燥層溫度升高，使煤粒攜帶的物理水在干燥層(18)汽化進入氣相，進而使原煤得到干燥；至此富含甲烷、煤焦油氣、氫氣、水蒸氣的油煤氣離開干燥層(18)，先后經(jīng)煤分配器(19)與油煤氣段的水夾套承壓殼體(20)之間的環(huán)形空間、油煤氣出口(21)離開油煤氣段。

14、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，原料煤從爐頂入爐后進入干燥層，在被上升的富烴油煤氣加熱析出水分后，溫度升至300～350℃向下移動進入加氫熱解干餾層，煤中的多碳烴受熱發(fā)生軟化、融合、裂解、氣化，受其相平衡的制約，其甲烷的生成量將相對減少，煤中的氫元素將不會熱解成單質(zhì)h2分子進入氣相，從而增加氣態(tài)多碳烴的生成，進而提高氣態(tài)多碳烴產(chǎn)率；原料煤在600℃變?yōu)楦街罅炕钚蕴荚氐陌虢梗?/p>

15、半焦在破粘構(gòu)件的推動下進入半焦加氫快速氣化層，與自下而上含有甲烷和多碳烴的油煤氣逆流接觸，半焦中附著的含有活性碳元素的芳烴、不飽和烴，與氣相中的氫元素迅速進行加氫飽和反應(yīng)并放出熱量，生成大量飽和烴甲烷進入氣相，使半焦變?yōu)闇囟葹?50－800℃的焦炭；

16、焦炭在重力作用下繼續(xù)緩慢下移中，進入低溫焦炭加氫氣化層，并與自下而上的甲烷氫氣氣化劑逆流接觸，在加熱上行的甲烷氫氣氣化劑的同時，由于氣相甲烷的實際濃度仍然是小于c+2h2＝ch4化學(xué)平衡濃度的，加之高溫提高了焦炭與氫氣的分子活化動能，進而推動c+2h2＝ch4生成甲烷的放熱反應(yīng)進行，并使低溫焦炭加氫氣化層熱點溫度達到900－950℃后；

17、焦炭在重力作用下繼續(xù)緩慢下移中，在將部分熱量交換給混有來自中部環(huán)形布氣構(gòu)件、中心中部布氣構(gòu)件常溫氫氣氣化劑的低甲烷氫氣氣化劑后，進入高溫焦炭加氫氣化層，由于進入在高溫焦炭加氫氣化層的氫氣氣化劑中甲烷含量小于5％，其氣相濃度仍然遠小于其設(shè)計的工藝溫度、壓力下的平衡濃度，因此在高溫焦炭加氫氣化層中，必然會進行c+2h2＝ch4生成甲烷的放熱反應(yīng)，并使高溫焦炭加氫氣化層的熱點溫度達到1050℃、或煤的灰熔點以下溫度；

18、殘焦繼續(xù)下移，在與來自圓錐形布氣構(gòu)件、中心底部布氣構(gòu)件上行的氫氣氣化劑，逆流接觸換熱后溫度降低到200－400℃后，經(jīng)隔離區(qū)、螺旋推料器進入水煤氣段；在水蒸汽氣化層，與自下而上的高溫水蒸汽進行c+h2o＝co+h2水煤氣反應(yīng)，使殘焦中的大部分碳元素轉(zhuǎn)化為co；含有少部分碳元素的殘焦繼續(xù)下移，進入氧化燃燒層；由于氧氣的的強烈氧化特性，使殘焦中的殘存的碳元素迅速燃燒，使氧化層的溫度達到1000℃以上灰熔點以下的溫度，既為吸熱的水煤氣反應(yīng)提供巨大熱量，又將殘?zhí)繜M成灰渣。

19、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，氫氣氣化劑的溫度為50～200℃；入爐原料煤在油煤氣段經(jīng)過自上而下的干燥、干餾、半焦加氫快速氣化、低溫焦炭加氫氣化、高溫焦炭加氫氣化后，總質(zhì)量根據(jù)煤種、灰分、水分的不同，減少40～50％，碳元素減少30～50％，成為殘焦。

20、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，原料煤為褐煤、或煙煤，或焦炭、或無煙煤、或粘結(jié)指數(shù)g≤20的各種含碳固體物料。

21、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，在采無粘結(jié)性煤時，煤氣爐內(nèi)不設(shè)低溫攪拌葉(16)。

22、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，油煤氣段氣化床層高徑比與原料煤的氣化活性成反比，高活性煤焦采用的高徑比取小值，低活性煤焦高徑比值取大值，加壓移動床煤氣爐內(nèi)徑1.2～2米，或2.2～4米，或4.2～6米；工作壓力3～5mpa、或5.1～8mpa。

23、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，原料煤、或型煤粒度3～10mm，或11～40mm，或41～80mm。

24、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，進入油煤氣段氫氣氣化劑(11)中加入2～5％的水蒸汽；油煤氣段承壓殼體夾套冷卻水與水煤氣段承壓殼體夾套冷卻水分別循環(huán)。

25、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，高溫焦炭加氫氣化層(13)與低溫焦炭加氫氣化層(13a)之間，設(shè)置中溫焦炭加氫氣化層，增加氫氣與焦炭接觸時間，提高甲烷生成的比率。

26、基于上述一種生產(chǎn)油煤氣與水煤氣的氣化爐，水煤氣段的排渣方式為灰熔點溫度以下的干排渣氣化方式，或灰熔點溫度以上的熔渣氣化方式。

27、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

28、1、由于取消了cn110358579b中的靜止篩板，從而大大降低了油煤氣段產(chǎn)生的煤沫；

29、2、由于將cn110358579b中的焦炭加氫氣化層，設(shè)計為高溫焦炭加氫氣化層和低溫焦炭加氫氣化層，不僅增加甲烷產(chǎn)率，還由于甲烷化反應(yīng)熱的增加，氫氣氣化劑的溫度可由原來的大于300℃降低為常溫和甲烷濃度低于5％的進氣，有效減少生產(chǎn)油煤氣的熱能消耗，有效降低工藝壓力進而降低裝置投資；

30、3、由于將cn110358579b中的殘焦下移通道，設(shè)計為其內(nèi)部設(shè)置了隔離區(qū)和環(huán)向驅(qū)動的螺旋推料器的殘焦下移通道結(jié)構(gòu)，不僅能夠使由油煤氣段下泄進入水煤氣段在的殘焦能夠得到控制，進而使水煤氣段的料層高度得到控制，還大幅降低了油煤氣段與水煤氣段的竄氣幾率。