一种煤气化生产系统的制作方法

本申请属于化工生产技术领域，尤其涉及一种煤气化生产系统。

背景技术：

煤气化是化工和冶金等基础工业中不可或缺的部分。煤气化是一个热化学过程，以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料或下游原料的过程。普通的煤气化技术存在生产成本较高和排污较多等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种煤气化生产系统，以解决目前煤气化生产中存在的生产成本较高和排污较多的问题。

本申请实施例提供了一种煤气化生产系统，包括：立式固定气化炉、煤粉仓、氧气换热器、渣冷却器、煤粉布料器、co换热器、第一除尘器、第一引风机、蓄热炉、第二除尘器、第二引风机、液氧站和第三引风机。立式固定气化炉设有燃烧室、煤气室、炉膛和熔渣收集室，炉膛设有钨管和烟气出口。燃烧室设有燃气烧嘴。熔渣收集室设有出渣口，出渣口连接到渣冷却器。煤粉仓通过煤粉布料器连接到钨管。钨管的上部与煤气室连通，下部与熔渣收集室连接。煤气室的出口经co换热器的管程，依次与第一除尘器和第一引风机连接。第一引风机的出口分为两路，一路直接连接煤气化生产系统的产品出口，另一路与蓄热炉的放热进口连接。烟气出口与蓄热炉的吸热进口连接，蓄热炉的吸热出口经第二除尘器和第二引风机后分为三路，第一路与co换热器的管程入口连接。第二路与煤粉布料器连接，作为煤粉的输送气体及气化剂。第三路与蓄热炉的放热进口连接。蓄热炉的放热出口与燃气烧嘴连接。液氧站的氧出口经氧气换热器的壳程也与燃气烧嘴连接。氧气换热器的管程出口经第三引风机与co换热器的壳程连接，co换热器的壳程出口与氧气换热器的管程入口连接。

蓄热炉设置有两个蓄热炉，可交替进行升温过程和降温过程，以保证系统连续运行。煤气化生产系统中的各个除尘器在除尘功能基础上，还具有去除水蒸气、氢气、硫化物等物质的功能，从而保护钨管，延长钨管的使用寿命。

具体的，立式固定气化炉的炉膛由上到下分为低温气化段、中温气化段和高温气化段。低温气化段、中温气化段和高温气化段的通道折返相连。燃烧室设置在高温气化段的入口。低温气化段的出口即为烟气出口。

具体的，钨管中设有中间管，中间管与煤粉布料器连接。

具体的，钨管的制备方法为：⑴石墨层两侧打印金属钨，或者⑵采用纯金属钨制备。钨管的直径包括但不限于80-150mm，管长包括但不限于300-800mm。

具体的，立式固定气化炉中钨管的下部为熔池，熔池高度为包括但不限于钨管高度1/3的高度，熔池是由气化灰渣融化所形成的。钨管的上部为固体原料层，固体原料层高度为包括但不限于钨管高度2/3的高度。允许在钨管中全部填充固体原料层，或者在钨管中全部填充熔池。

具体的，在原料中加入氧化钾、氧化钠、氧化钙等助熔剂以降低灰渣的灰熔点。

具体的，允许使用其他任意形式的可以实现熔池加热进行煤气化的设备代替立式固定气化炉。煤气化生产系统的加料方式为多频次少进给。进入煤气化生产系统的煤均需预先干燥脱水。可以根据需要利用煤气化生产系统的各种余热进行煤的干燥脱水处理。钨管可以被替换为包括但不限于钨铁、其他高温金属材料或者合金。也可以使用包括但不限于石墨化碳作为基底的高温材料，在石墨化碳表层镀或喷涂或3d打印钨、铼等高温金属材料或合金。钨管可采用除钨以外的其他材料所代替。也可以使用不同材质的材料并采用合适的工艺分层组合为一体代替钨管，使组合材料的寿命和导热性等特性更优。

本申请实施例提供的煤气化生产系统，利用自产煤气加热钨管，从而使钨管内的原料形成熔池，以熔池加热的方式进行煤气化。熔池加热的热利用率更高，并且在向钨管中的熔池添加原料粉时，可以采用少量多频次的加料方式，从而提高煤气化的效率。本申请实施例提供的煤气化生产系统利用自产煤气加热钨管后形成的co2作为煤气化的气化剂，实现了co2的循环利用。此外，本申请实施例提供的煤气化生产系统，还将自产煤气加热钨管后形成的co2添加到产品中，使co2成为产品的一部分，实现了co2的零排放。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的煤气化生产系统的结构示意图；

图2为立式固定气化炉的结构示意图；

其中，1—co换热器、3—第一除尘器、4—第一引风机、5—煤粉仓、6—第二除尘器、7—第二引风机、8—出渣口、9—液氧站、10—第三引风机、11—燃气烧嘴、12—蓄热炉、13—燃烧室、25—烟气出口、27—氧气换热器、30—钨管、66—立式固定气化炉、67—煤气室、68—熔渣收集室、76—中间管、77—低温气化段、78—中温气化段、79—高温气化段、80—煤粉布料器、81—渣冷却器。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本申请实施例提供了一种煤气化生产系统，如图1所示，该系统包括：立式固定气化炉66、煤粉仓5、氧气换热器27、渣冷却器81、煤粉布料器80、co换热器1、第一除尘器3、第一引风机4、蓄热炉12、第二除尘器6、第二引风机7、液氧站9和第三引风机10。

立式固定气化炉66设有燃烧室13、煤气室67、炉膛和熔渣收集室68，炉膛设有钨管30和烟气出口25。燃烧室13设有燃气烧嘴11。熔渣收集室68设有出渣口8，出渣口8连接到渣冷却器81。煤粉仓5通过煤粉布料器80连接到钨管30。钨管30的上部与煤气室67连通，下部与熔渣收集室68连接。

煤气室67的出口经co换热器1的管程，依次与第一除尘器3和第一引风机4连接。第一引风机4的出口分为两路，一路直接连接煤气化生产系统的产品出口，另一路与蓄热炉12的放热进口连接。

烟气出口25与蓄热炉12的吸热进口连接，蓄热炉12的吸热出口经第二除尘器6和第二引风机7后分为三路：第一路与co换热器1的管程入口连接；第二路与煤粉布料器80连接，作为煤粉的输送气体及气化剂；第三路与蓄热炉12的放热进口连接。

蓄热炉12的放热出口与燃气烧嘴11连接。液氧站9的氧出口经氧气换热器27的壳程也与燃气烧嘴11连接。氧气换热器27的管程出口经第三引风机10与co换热器1的壳程连接，co换热器1的壳程出口与氧气换热器27的管程入口连接。

具体的，如图2所示，立式固定气化炉66的炉膛由上到下分为低温气化段77、中温气化段78和高温气化段79。低温气化段77、中温气化段78和高温气化段79的通道折返相连。燃烧室13设置在高温气化段79的入口；低温气化段77的出口即为烟气出口25。

在图2所示的立式固定气化炉66中，钨管30中设有中间管76，中间管76与煤粉布料器80连接，用于将煤粉打入钨管30的熔池上表面，或者将煤粉打入钨管30的熔池内，或者同时向钨管30的熔池上表面及熔池内输送煤粉。

在一具体实施方式中，钨管30的制备方法为：石墨层两侧打印金属钨。或采用纯金属钨制备。钨管30的直径包括但不限于80-150mm，管长300-800mm。

在立式固定气化炉66中钨管30的下部为熔池，熔池高度为包括但不限于钨管高度1/3的高度，熔池是由气化灰渣融化所形成的；钨管30的上部为固体原料层，固体原料层高度为包括但不限于钨管高度2/3的高度。允许在钨管30中全部填充固体原料层，或者在钨管30中全部填充熔池。

在实际应用中，允许在原料中加入氧化钾、氧化钠、氧化钙等助熔剂以降低灰渣的灰熔点。

煤气化生产系统的加料方式为多频次少进给。进入煤气化生产系统的煤均需预先干燥脱水。可以根据需要利用煤气化生产系统的各种余热进行煤的干燥脱水处理。

钨管30可以被替换为包括但不限于钨铁、其他高温金属材料或者合金。也可以使用包括但不限于石墨化碳作为基底的高温材料，在石墨化碳表层镀或喷涂或3d打印钨、铼等高温金属材料或合金。钨管30可采用除钨以外的其他材料所代替，也可以使用不同材质的材料并采用合适的工艺分层组合为一体代替钨管30，使组合材料的寿命和导热性等特性更优。

允许使用其他任意形式的可以实现熔池加热进行煤气化的设备代替立式固定气化炉66，实现煤气化。

本申请实施例提供的煤气化生产系统的工作过程如下：从液氧站来的低温氧气经氧气换热器27升温至200℃后，与从蓄热炉12来的500℃的co co2混合气体（co含量35%）一起进入立式固定气化炉66的燃气烧嘴11进行燃烧，燃烧产生1800℃的高温烟气。高温烟气依次经过立式固定气化炉66的高温气化段79、中温气化段78和低温气化段77，间壁加热钨管30和钨管内物料（主要为原料煤和原料co2气体），为钨管内的气化反应提供热量。高温烟气先经过高温气化段79后温度降为1400℃；然后经过中温气化段后温度降为1000℃；最后经过低温气化段温度最终降至800℃。800℃的烟气（主要成分为co2）从立式固定气化炉66排出进入蓄热炉12，为蓄热炉12提供热量。蓄热炉12设置有两个蓄热炉，可交替进行升温过程和降温过程，以保证系统连续运行。从蓄热炉排出的烟气，其温度降为100℃。100℃的烟气经过第二除尘器6除尘和第二引风机7提高压力后，分为三部分。其中一部分作为原料co2气体将煤粉仓5中的原料煤粉以气体输送的方式通过煤粉布料器80和中间管76定量加入到立式固定气化炉66的各个钨管30中，具体加料位置位于钨管30下部形成的气化灰渣熔池的下方。煤粉和co2气体在各个钨管30内，受热升温并发生气化反应产生90%含量的co气体，90%含量的co气体从钨管30上部出口排至立式固定气化炉66上部的煤气室67；煤粉气化后残余的气化灰渣在高温下熔融，并在钨管30内形成气化灰渣熔池，气化灰渣的熔池高度为钨管高度的1/3。气化灰渣熔池内的熔渣可通过立式固定气化炉66底部的熔渣收集室68，以液态排渣的方式排出。从煤气室67出来的90%含量co气体，温度为800℃；它先与另一部分的100℃烟气混合，降低温度至600℃，并同时降低co的浓度至80%含量以保证后续工序的安全。600℃的80%含量co气体经过co换热器1与循环氮气换热，在自身温度降至100℃的同时，将从氧气换热器27出来的15℃的循环氮气升温至500℃。500℃的循环氮气回到氧气换热器27中去加热氧气。100℃的80%含量co气体经过第一除尘器3除尘净化和第一引风机4加压后，一部分作为产品外供；另一部分与第三部分的烟气混合。混合后100℃的co co2混合气体（co含量35%）经过蓄热炉12升温至500℃，然后进入立式固定气化炉66的燃气烧嘴11，作为燃气使用。

需要说明的是，煤气化生产系统中的各个除尘器在除尘功能基础上，还具有去除水蒸气、氢气、硫化物等物质的功能，从而保护钨管30，延长钨管30的使用寿命。为了防止火焰直接喷射造成钨管的损伤或使用寿命缩短，还可以在燃烧室13中设置朝向燃气烧嘴11的防护阵列。防护阵列可以使用废旧钨块、钨板等耐高温材料制作，采用交替排列的方式设置防护阵列，在保证传热的基础上将燃气烧嘴11喷出的火焰与钨管30隔开。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。