CN210065682U - 石油焦气流床气化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种石油焦气流床气化炉，在炉体的顶部设有进料烧嘴，在炉体中段设有能够向炉体内喷入降温用冷水的激冷水喷头，在炉体内的下部设有锥形隔板，锥形隔板向下收口的中心向下连接有导流管，导流管上端侧面连接有连通至炉体外的第一循环洗涤水进口，在炉体的内壁与所述导流管的外壁之间设有多层洗涤挡板，在多层洗涤挡板与锥形隔板之间部分的炉体上设有第二循环洗涤水进口与气体出口，导流管的下端伸入至炉体底部的渣池中，渣池底部有黑水出口和排污口。本实用新型可实现高硫劣质石油焦高效气化，具有气化效率高、热效率高、污染物排放少的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种劣质石油焦非熔渣气化制富氢合成气的方法及其设备，尤其适用于石化领域的石油焦气化制氢和合成气的生产过程，也可用于煤、生物质、有机废弃物等含碳物质气化制合成气或燃料气。
背景技术
随着世界原油重质化、劣质化和原油深度加工的发展，石油焦产量不断上升。优质石油焦可制备炼铝、炼钢用的电极，但大量高硫劣质石油焦只能作为燃料低价值使用，实现劣质石油焦的高效、高价值利用是我国炼油企业面临的共同难题。石油焦气化生产合成气(CO+H2)可经变换工艺制氢满足炼厂对氢源的需求，替代重油制氢用于加氢裂化、重整等工艺，也可生产化学品或经FT合成生产液体燃料。
国内外商业化应用的成熟气化技术主要是针对煤炭开发的，而专门针对石油焦开发的气化技术还没有产业化应用先例。煤炭气化技术按照气固接触的方式可分为固定床、流化床和气流床气化炉。其中，气流床气化炉具有生产能力大、碳转化率高、环境污染小的优点，是目前大规模煤化工过程的首选气化工艺。气流床煤气化工艺普遍采用熔渣气化的方法，主要的炉型包括：K-T炉、Shell炉、Prenflo炉和GSP炉等，国内的航天炉、TPRI以及东方炉等。
专利ZL01131780.9公开一种两段式干煤粉气化炉，气化炉下段操作温度约1500℃，气化炉上段操作温度约1000℃，可实现较高的气化热效率。专利ZL02131307.5公开一种固体排渣的气流床气化装置，结合气流床和流化床气化炉特点，利用高温煤气和灰渣的显热，提高气化效率。
尽管干煤粉气流床气化技术已工业化成熟应用，但石油焦的物化性质、组成和结构与煤炭差别显著，具有气化活性低、挥发份低、灰熔点高、低灰含量的特点。高硫石油焦灰渣中钒、镍含量高，在还原气氛中灰熔点达1500℃以上，实现熔渣气化非常困难，工业实践中一般采用配煤、添加助溶剂的方法，进行石油焦气化，但装置运行过程中存在碳转化率低、氧耗高、运行稳定性差等问题。因此，当前的气化技术难以实现劣质石油焦的高效气化和装置长周期稳定运行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种碳转化率高、产品气中氢含量高、系统热效率高的石油焦气流床气化炉。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种石油焦气流床气化炉，其特征在于：在炉体的顶部设有进料烧嘴，在炉体中段设有能够向炉体内喷入降温用冷水的激冷水喷头，在炉体内的下部设有锥形隔板，锥形隔板向下收口的中心向下连接有导流管，导流管上端侧面连接有连通至炉体外的第一循环洗涤水进口，在炉体的内壁与所述导流管的外壁之间设有多层洗涤挡板，在多层洗涤挡板与锥形隔板之间部分的炉体上设有第二循环洗涤水进口与气体出口，导流管的下端伸入至炉体底部的渣池中，渣池底部有黑水出口和排污口。
所述的石油焦气流床气化炉，其中：所述激冷水喷头与炉壁垂直。
所述的石油焦气流床气化炉，其中：所述激冷水喷头沿周向均布4-40个。
所述的石油焦气流床气化炉，其中：所述锥形隔板与炉体内壁面的夹角为15-45°。
所述的石油焦气流床气化炉，其中：所述洗涤挡板为百叶窗形式的多层挡板，百叶窗叶片水平夹角30-60度。
本实用新型针对石油焦的特点，提出了一种石油焦气流床气化炉，其特点在于石油焦气化炉的上段实现石油焦细粉的高温气化，气化炉中下部喷入激冷水降低气体温度和冷却熔渣至750-950℃，激冷水蒸发产生高温水蒸气，可与气体中的一氧化碳进行高温水煤气变换反应，提高气体中的氢含量至30-45％。由于石油焦中的灰分未熔融成大的渣块，气体和灰渣在气化炉下部的渣池中分离后，灰渣直接被循环水携带排出，并经沉降、过滤后进一步处理。本实用新型具有碳转化率高、气化热效率高、工艺流程简单的优点，并且产品气中氢含量高，尤其适用于石油焦气化制氢或合成气的生产过程。
本实用新型可实现高硫劣质石油焦高效气化，具有气化效率高、热效率高、污染物排放少的优点，可用于石油焦气化生产合成气制氢和化学品合成过程。
附图说明
图1是本实用新型一种石油焦非熔渣气化生产富氢合成气的方法的工艺流程示意图；
图2是本实用新型石油焦气化炉的结构示意图。
附图标记说明：1-制粉机；2-石油焦输送罐；3-气化炉；4-文丘里洗涤器；5-水洗塔；6-低压闪蒸塔；7-真空闪蒸塔；8-低压闪蒸气换热器；9-真空闪蒸气换热器；10-沉降过滤机；11-进料烧嘴；12-气化炉的炉体；13-激冷水喷头；14-锥形隔板；15-气体出口；16-连接导流管的循环洗涤水进口；17-导流管；18-渣池的循环洗涤水进口；19-渣池；20-洗涤挡板；21-黑水出口；22-排污口。
具体实施方式
本实用新型提供一种石油焦非熔渣气化生产富氢合成气的方法，如图1、图2所示，是包括以下步骤：
(1)石油焦经烘干、破碎、筛分制成粒径小于200μm的石油焦细粉；
(2)石油焦细粉采用气体浓相输送方法，利用高压氮气或二氧化碳气体输送至位于气化炉3顶部的进料烧嘴11而喷入气化炉3；同时，由氧气、水蒸气、二氧化碳、氮气组成的气化剂也从该进料烧嘴11喷入气化炉3；
(3)调节气化剂组成和流量，控制气化反应温度1200～1800℃，反应压力0.1～8.0MPa，气固接触时间5-20s，石油焦与气化剂反应生成富含一氧化碳和氢气的高温气体；
(4)高温气体携带未反应的灰渣向下流动过程中，降温激冷水从位于气化炉3中下部的激冷水喷头13喷入，气体降温至750～950℃；
(5)气体携带灰渣经导流管17进入气化炉3底部的渣池19中，循环洗涤水从位于渣池上部的第一循环进水口16、第二循环进水口18进入渣池19；
(6)气体与灰渣在渣池19中水洗分离，气体降温至150～350℃而从渣池19上部的气体出口15排出；灰渣则由洗涤黑水携带从渣池19下部的黑水出口21排出；
(7)气化炉3产生的粗合成气经文丘里洗涤器4和水洗塔5脱除微细粉尘后送后系统净化工段处理；
(8)携带灰渣的黑水依次进入低压闪蒸塔6和真空闪蒸塔7，闪蒸气体分别经过换热器8、9回收热量后，送气体净化回收系统处理，含渣黑水送沉降过滤机10；
(9)含渣黑水经沉降、过滤脱除灰渣，送入循环洗涤水槽，补水后从位于渣池19上部的第一循环进水口16、第二循环进水口18进入渣池19而形成循环利用；过滤所得的灰渣滤饼送入固废处理工段。
如上所述步骤(2)的石油焦细粉采用气体浓相输送方法，高压氮气或二氧化碳气体的输送比为5-20kg石油焦/kg气体。
如上所述步骤(2)的气化剂由氧气、水蒸气、二氧化碳和氮气组成，氧气的体积百分含量60-90％，水蒸气的体积百分含量0-40％，二氧化碳的体积百分含量0-40％，氮气的体积百分含量0-10％。
如上所述步骤(2)的气化剂的氧气与石油焦细粉之间的消耗比例为0.5-1.0Nm3氧气/kg石油焦细粉。
如上所述步骤(2)的气化剂的水蒸气与石油焦细粉之间的消耗比例为0-0.5kg水蒸气/kg石油焦细粉。
如上所述步骤(2)的气化剂的二氧化碳与石油焦细粉之间的消耗比例为0-0.5Nm3二氧化碳/kg石油焦细粉。
如上所述步骤(4)的喷入气化炉的激冷水是20-60℃的工业废水、自来水、工业软化水或100-200℃的锅炉饱和水，用量为0.10-0.50kg水/kg石油焦细粉。
如上所述步骤(7)的粗合成气的干组成为：H2的体积百分含量30-50％，CO的体积百分含量35-60％，CO2的体积百分含量5-20％，N2及其它杂质气体的体积百分含量1-10％。
如图1、图2所示，本实用新型还提供一种石油焦气流床气化炉3，具有圆柱形炉体12，在炉体12的顶部设有进料烧嘴11，在炉体12中段设有能够向炉体12内喷入降温冷水的激冷水喷头13，在炉体12内的下部设有锥形隔板14，锥形隔板14向下收口的中心向下连接有导流管17，导流管17上端侧面连接有连通至炉体12外的第一循环洗涤水进口16，在炉体12的内壁与所述导流管17的外壁之间设有多层洗涤挡板20(所述洗涤挡板20为百叶窗形式的多层挡板，百叶窗叶片水平夹角30-60度)，在多层洗涤挡板20与锥形隔板14之间部分的炉体12上设有第二循环洗涤水进口18与气体出口15，导流管17的下端伸入至炉体12底部的渣池19中，渣池19底部有黑水出口21和排污口22。
其中，所述激冷水喷头13与炉壁垂直；较佳情况下沿圆周均布4-40个。
所述锥形隔板14与炉体12内壁面的夹角为15-45°。
本实用新型具有以下技术特点和优点：
1石油焦细粉与气化剂在气化炉上部高温气化段生成以CO为主的合成气，碳转化率可达99％；
2气化炉中下部喷入激冷水降低气体温度，气体显热蒸发激冷水，产生的水蒸气可与CO进行变换反应生成H2，可提高产品气中的氢含量，降低后系统变换负荷，降低投资和操作成本，同时实现高温显热利用，提高系统热效率；
3激冷水可以采用化工有机污水，利用高温气化分解作用实现净化处理；
4石油焦灰渣为非熔融的细灰，可直接被循环水携带排出，排渣流程简单，可降低设备投资。
以下结合具体实施例来详细介绍本实用新型。
实施例1
石油焦气化炉炉体总高12500mm。其中，高温气化段高度8500mm，内径500mm，外径1550mm；渣池高度4500mm，外径1550mm。气化炉中部均布激冷水雾化喷头4个，两两相对水平布置，激冷水雾化喷头与气化炉顶距离6000mm。锥形隔板与气化炉壁面夹角45°，导流管直径350mm，长度2500mm，渣池内布置挡板5层，挡板间距300mm。
石油焦细粉性质、处理量和气化剂用量如下表所示。按照本实用新型所述的气化方法，石油焦首先经制粉机1研磨、筛分成粒径小于200μm的石油焦细粉；焦粉经输送罐2，由高压氮气输送至气化炉3顶部烧嘴11喷入气化炉，输送比为12kg石油焦细粉/kg氮气；气化剂(氧气和水蒸汽)同时从气化炉顶部中心的烧嘴11高速喷入气化炉，控制气化温度1400-1450℃，气化压力4.0MPa，反应生成的高温气体和未反应的灰渣并流向下流动；30-50℃的工业有机废水从位于气化炉的炉体12中下部的4个雾化喷头13喷入气化炉中，调节水量控制温度850-900℃；气体携带灰渣经导流管17进入气化炉底部的渣池19，循环洗涤水从位于渣池上部的第一循环水进水口16和第二循环水进水口18和进入渣池19；气体与灰渣在渣池19中水洗分离，气体降温至230-250℃从渣池上部的气体出口15排出，灰渣则由洗涤黑水携带从渣池下部的黑水出口21排出；从气化炉排出的粗合成气经文丘里洗涤器4和水洗塔5脱除微细粉尘后送后系统净化工段处理；从渣池19排出的携带灰渣的黑水依次进入低压闪蒸塔6和真空闪蒸塔7，分别控制闪蒸压力0.5MPa和-0.05MPa，闪蒸气体分别经过低压闪蒸气换热器8和真空闪蒸气换热器9回收热量后，送气体净化回收系统处理，含渣黑水送沉降过滤系统10；闪蒸后的含渣黑水经沉降、过滤脱除灰渣，送入循环洗涤水槽循环利用，过滤所得的灰渣滤饼送入固废处理工段。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
气化石油焦的工业分析、元素分析和灰熔点分析数据见下表：
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
高硫石油焦气化主要技术指标如下表所示：
实施例2
石油焦气化炉结构同实施例1。石油焦细粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，石油焦细粉的输送气体为二氧化碳，输送比8kg石油焦细粉/kg气体；气化剂为氧气和水蒸汽，控制气化温度1350-1400℃，气化压力3.0MPa；50-60℃的循环洗涤水喷入气化炉，控制温度750-800℃；气体与灰渣在渣池水洗分离，降温至210-230℃排出气化炉。石油焦细粉的处理量和气化剂用量如下表所示，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
气化实验结果如下表所示：
实施例3
石油焦气化炉结构同实施例1。石油焦细粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，石油焦细粉的输送气体为氮气，输送比15kg石油焦细粉/kg气体；气化剂为氧气和水蒸汽，控制气化温度1400-1450℃，气化压力0.5MPa；20-30℃的工业自来水喷入气化炉，控制温度750-800℃；气体与灰渣在渣池水洗分离，降温至140-160℃排出气化炉。石油焦细粉的处理量和气化剂用量如下表所示，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
气化实验结果如下表所示：
实施例4
石油焦气化炉结构同实施例1。石油焦细粉的工业分析、元素分析和灰熔点性质如实例1所示。按照本实用新型所述的气化方法，石油焦细粉的输送气体为二氧化碳，输送比6kg石油焦细粉/kg气体；气化剂为氧气和二氧化碳，控制气化温度1400-1450℃，气化压力4.0MPa；100-120℃的锅炉饱和水喷入气化炉，控制温度800-850℃；气体与灰渣在渣池水洗分离，降温至230-250℃排出气化炉。石油焦细粉的处理量和气化剂用量如下表所示，其余同实施例1。石油焦气化炉的主要操作参数和气化指标见下表。
石油焦气化炉主要操作条件如下表：
气化实验结果如下表所示：
以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种石油焦气流床气化炉，其特征在于：在炉体的顶部设有进料烧嘴，在炉体中段设有能够向炉体内喷入降温用冷水的激冷水喷头，在炉体内的下部设有锥形隔板，锥形隔板向下收口的中心向下连接有导流管，导流管上端侧面连接有连通至炉体外的第一循环洗涤水进口，在炉体的内壁与所述导流管的外壁之间设有多层洗涤挡板，在多层洗涤挡板与锥形隔板之间部分的炉体上设有第二循环洗涤水进口与气体出口，导流管的下端伸入至炉体底部的渣池中，渣池底部有黑水出口和排污口。
2.根据权利要求1所述的石油焦气流床气化炉，其特征在于：所述激冷水喷头与炉壁垂直。
3.根据权利要求1所述的石油焦气流床气化炉，其特征在于：所述激冷水喷头沿周向均布4-40个。
4.根据权利要求1所述的石油焦气流床气化炉，其特征在于：所述锥形隔板与炉体内壁面的夹角为15-45°。
5.根据权利要求1所述的石油焦气流床气化炉，其特征在于：所述洗涤挡板为百叶窗形式的多层挡板，百叶窗叶片水平夹角30-60度。
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