專利名稱：一種射流管及帶有該射流管的流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤催化氣化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種射流管及帶有該射流管的流化床反應(yīng)器。本實(shí)用新型不僅適用于煤催化氣化工藝，同樣適用于低灰熔點(diǎn)、易結(jié)渣煤的通氧氣化工藝及煤和生物質(zhì)共氣化工藝。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及環(huán)保規(guī)定的日益嚴(yán)格，在未來十幾年，我國對(duì)天然氣這一清潔能源的需求量將呈爆炸式增長(zhǎng)，而天然氣產(chǎn)量雖有增加但卻遠(yuǎn)低于需求，供需矛盾日益突出，供應(yīng)缺口逐年加大。鑒于我國能源資源狀況“富煤、少油、缺氣”的特點(diǎn)，長(zhǎng)期維持以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)短期內(nèi)不會(huì)改變，根據(jù)潔凈煤技術(shù)的發(fā)展走向和世界低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，把煤轉(zhuǎn)化成化石能源中最優(yōu)質(zhì)的燃料一天然氣，是適合我國國情、化解能源危機(jī)并保證能源安全的一條捷徑。通常的煤氣化技術(shù)，即煤在高溫下與氧氣(或空氣)和/或水蒸汽(H2O)組成的氣化劑進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成含有少量甲烷(CH4)的合成氣(主要是氫氣、一氧化碳和二氧化碳)，之后進(jìn)行水氣變換及甲烷化工序，采用兩步法制備甲烷。該煤氣化技術(shù)具有氣化反應(yīng)所需的溫度高、能耗大、對(duì)設(shè)備要求高，且需三個(gè)反應(yīng)裝置、工藝較復(fù)雜等缺點(diǎn)。煤催化氣化技術(shù)是煤潔凈高效利用的一種重要方式。采用煤催化氣化技術(shù)，煤在相對(duì)較低的溫度下與水蒸汽(H20)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)組成的氣化劑在催化劑的催化作用下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成高濃度的甲烷(CH4)。煤催化氣化技術(shù)與其他煤氣化技術(shù)相比，具有甲烷含量高、氣化反應(yīng)所需的溫度低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有催化氣化工藝均采用外供熱方式，美國EXXON、GPE公司公開了該催化氣化技術(shù)，見專利US4318712、US2009246120A1、US2009165376A1，均需要用大量過熱蒸汽及循環(huán)部分產(chǎn)品氣一氧化碳、氫氣進(jìn)入氣化爐發(fā)生甲烷化反應(yīng)放熱來提供系統(tǒng)所需熱量，采用深冷分離、產(chǎn)品氣部分氧化或增設(shè)燃氧氣化爐來提供過熱蒸汽及CO、H2，工藝的能耗均較大，設(shè)備投資高，工藝流程復(fù)雜，蒸汽過熱系統(tǒng)及熱交換系統(tǒng)負(fù)荷較高，綜上致使工藝整體經(jīng)濟(jì)性不佳，總效率較低。小規(guī)模研發(fā)階段采用外供熱來滿足氣化所需熱的方式尚可，而產(chǎn)業(yè)化采用外供熱來滿足氣化所需熱的方式投資巨大，且工程上難以實(shí)現(xiàn)，需要采用燃煤自供熱方式為催化氣化反應(yīng)提供所需熱量，維持爐溫在一定的反應(yīng)溫度，無需追加其他設(shè)備，工藝流程簡(jiǎn)單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較佳。催化劑的加入可催化燃燒反應(yīng)，提高碳質(zhì)材料燃燒放熱量，同時(shí)添加的堿金屬催化劑在一定的工藝條件、反應(yīng)氣氛下可能同煤中礦物質(zhì)形成低溫共融物，降低煤的灰熔點(diǎn)；且催化氣化工藝要求較長(zhǎng)的氣固接觸時(shí)間，床層相對(duì)較高，全床區(qū)域均勻快速傳熱相對(duì)困難，床內(nèi)局部溫度過高可導(dǎo)致煤灰顆粒相互粘結(jié)結(jié)渣，造成流化狀態(tài)不好，嚴(yán)重時(shí)排渣困難、甚至失流化等，致使反應(yīng)器難以連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。流化床反應(yīng)器因?yàn)槠錃夤袒旌铣浞趾蛡鬟f效率高等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于煤氣化領(lǐng)域。目前已工業(yè)化的U -gas氣化爐、KRW及灰融聚氣化爐均采用單一射流噴口，即單射流流化床，氣固接觸效率低，易形成局部高溫區(qū)導(dǎo)致結(jié)渣。CN 1974733A公開了一種煤和生物質(zhì)多射流復(fù)合式流化床氣化裝置。雖然其相對(duì)于單射流流化床能提供更高的氣固接觸效率，但是對(duì)于床層較高的射流流化床，因固體顆粒返混湍動(dòng)程度較緩，多個(gè)射流噴口分布在同一水平面上形成的局部高溫難以快速傳遞至全床，也較容易結(jié)渣。目前已有的單射流流化床及多射流流化床氣化裝置，均存在氣固接觸效率低，易形成局部高溫區(qū)導(dǎo)致結(jié)渣的問題，尤其對(duì)于床層較高的射流流化床，因固體顆粒返混湍動(dòng)程度較緩，多個(gè)射流噴口分布在同一水平面上形成的局部高溫難以快速傳遞至全床，也較容易結(jié)渣。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有射流流化床應(yīng)用于煤氣化領(lǐng)域的不足，提出一種射流管及帶有該射流管的流化床反應(yīng)器。本實(shí)用新型采用分散給氧提供反應(yīng)所需熱量，氧氣通過床層多個(gè)射流管進(jìn)入反應(yīng)器，保證氧氣均勻分布，通過調(diào)節(jié)水蒸氣、氧氣配比控制氧濃度在一定范圍，避免出現(xiàn)床層局部高溫區(qū)，減小結(jié)渣機(jī)率。為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:本實(shí)用新型 的目的之一在于提供一種射流管，所述射流管為套管式，包括中心管和環(huán)繞中心管的外管；所述中心管和外管之間形成環(huán)隙。本實(shí)用新型所述的射流管由中心管和外管套裝而成，應(yīng)用時(shí)，在中心管內(nèi)通入氧氣和過熱蒸汽的混合氣，所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱反應(yīng)，為流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣化反應(yīng)提供熱量，實(shí)現(xiàn)燃煤自供熱；由于高熱量容易造成碳質(zhì)材料顆粒熔融結(jié)渣，因此向環(huán)隙中通入過熱蒸汽，強(qiáng)化了射流管的中心管區(qū)域的湍動(dòng)程度，從而強(qiáng)化了中心管區(qū)域高溫介質(zhì)的換熱程度，同時(shí)環(huán)隙中的過熱蒸汽與來自中心管的混合氣進(jìn)行熱量交換，及時(shí)將射流管的中心管出口區(qū)域發(fā)生催化燃燒放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量及時(shí)換走疏散，降低射流區(qū)結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，環(huán)隙中的過熱蒸汽經(jīng)換熱提高溫度后可以加速C和H2O的吸熱反應(yīng)的速率，進(jìn)一步將熱量導(dǎo)走，更加降低射流區(qū)結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)。所述射流管由水平段和豎直段連接而成；優(yōu)選地，所述外管的出口端為射流噴嘴形狀。將外管的出口端設(shè)計(jì)為射流噴嘴形狀，能夠更有效地強(qiáng)化環(huán)隙內(nèi)介質(zhì)同射流區(qū)高溫氣體的換熱，加強(qiáng)碳質(zhì)材料顆粒內(nèi)循環(huán)，避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)，更好地解決結(jié)渣問題。本實(shí)用新型的目的之二在于提供一種多射流流化床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器采用至少一個(gè)如上所述的射流管作為床層布?xì)庋b置。將上述射流管作為床層布?xì)庋b置，不僅可以實(shí)現(xiàn)流化床反應(yīng)器內(nèi)燃煤自供熱，而且能夠避免結(jié)渣問題。本實(shí)用新型所述床層布?xì)庋b置由多個(gè)射流管構(gòu)成。所述多個(gè)射流管在流化床內(nèi)的分布形式并無特殊方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行等間距或非等間距分布。同一水平面氣體通入口個(gè)數(shù)可為一個(gè)或徑向多個(gè)，也可在床層中設(shè)置軸向布?xì)庋b置，保證整體床層氧氣分散均勻即可。例如可采用如下兩種形式對(duì)射流管進(jìn)行布置:(I)所述反應(yīng)器內(nèi)同一水平面上對(duì)稱分布兩個(gè)或多個(gè)射流管，同時(shí)沿軸向設(shè)置多層對(duì)稱排布的射流管；即所述床層布?xì)庋b置由多層沿軸向?qū)ΨQ分布的多個(gè)射流管組成。[0019](2)多個(gè)射流管以非對(duì)稱的形式沿軸向分布在反應(yīng)器內(nèi)，即所述床層布?xì)庋b置由沿軸向非對(duì)稱分布的多個(gè)射流管組成。本實(shí)用新型所述反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)如下:所述反應(yīng)器包括:反應(yīng)器主體，其內(nèi)部形成腔室；錐形分布板，位于所述反應(yīng)器主體底部，與反應(yīng)器主體底部器壁間形成氣室；進(jìn)料管線，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體上部，與所述腔室流體連通，以供原料碳質(zhì)材料進(jìn)入所述腔室內(nèi)；氣化劑管線，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體底部，開口于氣室，以供氣化劑通過錐形分布板進(jìn)入所述腔室內(nèi)；床層布?xì)庋b置，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體的側(cè)壁，與所述腔室流體連通；出料管線，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體頂部，與所述腔室流體連通，以供氣體產(chǎn)物排出反應(yīng)器。本實(shí)用新型所述反應(yīng)器主體具有承壓能力，能夠耐受并維持相應(yīng)內(nèi)部空間的溫度和壓力，由耐壓材料制成。所述進(jìn)料管線和氣化劑管線用于將所述物質(zhì)在一定壓力下引入反應(yīng)器內(nèi)部腔室，混合后進(jìn)行氣化反應(yīng)。所述出料管線用于氣化反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物排出反應(yīng)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，能夠確定上述相應(yīng)管線所需的個(gè)數(shù)，以更好的實(shí)現(xiàn)各自的功能，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。
在本實(shí)用新型中，氣化劑管線設(shè)置于反應(yīng)器主體的底部，氣固兩相在反應(yīng)器腔室內(nèi)充分接觸，利于達(dá)到流化狀態(tài)。另外，氣化劑同時(shí)作為流化介質(zhì)，反應(yīng)器內(nèi)氣化溫度均勻。氣化劑從氣化劑管線進(jìn)入后，由氣室經(jīng)錐形分布板均勻分布，再進(jìn)入反應(yīng)器腔室內(nèi)與碳質(zhì)材料進(jìn)行氣化反應(yīng)，可以使反應(yīng)在整個(gè)腔室內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，對(duì)原料進(jìn)行充分利用。本實(shí)用新型所述反應(yīng)器還包括排渣管線，貫穿所述反應(yīng)器主體和錐形分布板，開口于所述腔室，以供氣化后的殘余半焦排出反應(yīng)器。在本實(shí)用新型中，碳質(zhì)材料和氣化劑在反應(yīng)器腔室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)后，氣體產(chǎn)物從出料管線排出反應(yīng)器，氣化后產(chǎn)生的半焦產(chǎn)物從排渣管線排出反應(yīng)器。一種利用如上所述的流化床反應(yīng)器進(jìn)行煤催化氣化的方法: 使碳質(zhì)材料和氣化劑進(jìn)入反應(yīng)器腔室內(nèi)，氣化劑與碳質(zhì)材料發(fā)生氣化反應(yīng)；使碳質(zhì)材料和氣化劑進(jìn)入反應(yīng)器腔室內(nèi)，氣化劑與碳質(zhì)材料發(fā)生氣化反應(yīng)；向作為床層布?xì)庋b置的射流管的中心管中通入氧氣與過熱蒸汽的混合氣；所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱反應(yīng)，為氣化反應(yīng)提供熱量；向環(huán)隙中通入過熱蒸汽；以將催化燃燒放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量疏散；將氣化反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物從出料管線排出反應(yīng)器；將殘余半焦經(jīng)排渣管線排出反應(yīng)器。本實(shí)用新型所述的煤催化氣化方法具體如下:浸潰催化劑的碳質(zhì)材料經(jīng)進(jìn)料管線進(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑經(jīng)氣化劑管線由氣室經(jīng)錐形分布板布?xì)夂筮M(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑與原料碳質(zhì)材料在催化劑的作用下發(fā)生氣化反應(yīng);作為床層布?xì)庋b置的射流管的中心管通入氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙中通入過熱蒸汽；所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱，為氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙中的過熱蒸汽強(qiáng)化射流管湍動(dòng)換熱，同時(shí)與中心管區(qū)域的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)；氣化反應(yīng)后生成的氣體產(chǎn)物從出料管線排出反應(yīng)器，殘余半焦經(jīng)排渣管線排出反應(yīng)器。本實(shí)用新型所述氣化劑為過熱蒸汽，或02、CO或H2中的一種或至少兩種與過熱蒸汽的混合氣體。典型但非限制性的例子包括過熱蒸汽，過熱蒸汽與O2的組合，過熱蒸汽與CO的組合,過熱蒸汽與H2的組合,過熱蒸汽、CO與H2的組合,過熱蒸汽、02、CO與H2的組合等，皆可用于實(shí)施本實(shí)用新型。優(yōu)選地，所述氣化劑中的氧氣濃度為O 20mol%，例如0.2 18.9mol%，3 16mol%, 5.5 14.6mol%, 7 12mol%, 9mol% 等,進(jìn)一步優(yōu)選為 O 10mol%。優(yōu)選地，所述過熱蒸汽由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與氣體產(chǎn)物進(jìn)行熱量交換得到，換熱后溫度為300 500°C ;優(yōu)選地，所述氣化劑與碳質(zhì)材料的水碳摩爾比為0.5 3:1，例如
0.52 2.95:1，0.7 2.45:1，1.1 2.06:1，1.5 2:1，1.8:1 等，優(yōu)選 I 2:1。所述中心管通入的混合氣中，氧氣濃度通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽的量控制。氧氣濃度^ 30mol%,例如 0.1 29.6mol%, 0.75 26mol%, 1.2 24.3mol%, 4 21.7mol%, 8.6 18mol%，10 16mol%，13.4mol%等，進(jìn)一步優(yōu)選為5 20mol%。在本實(shí)用新型中，只需控制蒸汽與氧氣比例調(diào)節(jié)氧氣濃度，至于需要通多少氧氣和水蒸氣由流化床虧熱情況決定，虧熱多需要燃燒較多氧氣才能補(bǔ)充熱量，則需要通入較多氧氣，設(shè)置多些射流管，但總體通入的水蒸氣量相對(duì)于氣化 劑管線通入的氣化劑的水蒸氣很少。優(yōu)選地，所述環(huán)隙中通入的過熱蒸汽溫度為300 500°C，例如300.2 486°C，316 47(TC，330 453°C，356 435°C，370 413 ，386 等。優(yōu)選地，氣化反應(yīng)的操作溫度為600 800 V，例如600.3 789.6 V，625 770°C,645 748°C，680 720°C，695 703°C等，進(jìn)一步優(yōu)選750°C。操作壓力為O 5MPa,例如 0.1 4.99MPa, 0.2 4.5MPa, 0.5 3.5MPa 等，進(jìn)一步優(yōu)選 0.3 4MPa。所述氣體產(chǎn)物的成分為CH4、CO、H2, CO2、少量的H2S和NH3及部分夾帶細(xì)粉。排洛管線中通入氣化劑，通過控制氣量大小來控制排渣量。在一定的溫度、壓力條件下，碳質(zhì)材料在催化劑的作用下同氣化劑發(fā)生氣化、變換、甲烷化等反應(yīng)，生成CH4、CO、H2等有效氣體成分及CO2、少量的H2S和NH3等及部分夾帶細(xì)粉從反應(yīng)器上部出口經(jīng)出料管線排出。流化床反應(yīng)器內(nèi)主要反應(yīng)如下:2C+2H20 — 2H2+2C0 (I)C0+H20 — C02+H2 (2)3H2+C0 — CH4+H20 (3)C+2H2 —CH4 (4)2C+02 —2C0 (5)C+02 —CO2 (6)氣化后的殘余半焦經(jīng)排渣管線排出反應(yīng)器，向排渣管線中通入過熱蒸汽、一氧化碳、氫氣等氣化劑，并且通過控制氣化劑的量來控制排渣量。與已有技術(shù)方案相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型采用床層分散的多個(gè)射流管進(jìn)氧，射流管結(jié)構(gòu)為套管式，中心管通氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙中通過熱蒸汽，調(diào)節(jié)氧氣與過熱蒸汽配比控制氧濃度在一定范圍；所述氧氣與碳質(zhì)材料在射流區(qū)中主要發(fā)生燃燒強(qiáng)放熱反應(yīng)，釋放的熱量為反應(yīng)器內(nèi)的氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙中通入的過熱蒸汽，可以強(qiáng)化碳質(zhì)材料顆粒的內(nèi)循環(huán)，并且與中心管區(qū)域的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，同時(shí)為環(huán)隙中氣化吸熱反應(yīng)提供熱量，經(jīng)快速換熱及氣化吸熱反應(yīng)避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)，降低射流管區(qū)域結(jié)渣的發(fā)生機(jī)率。本實(shí)用新型采用的燃煤自供熱方式為催化氣化反應(yīng)提供所需熱量，無需追加其他設(shè)備，工藝流程簡(jiǎn)單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較佳，單爐實(shí)現(xiàn)熱量物料耦合，總效率較高；且本實(shí)用新型提供的工藝在工程上容易實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化放大簡(jiǎn)單易行，前景巨大。

圖1是本實(shí)用新型所述多射流流化床反應(yīng)器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述多射流流化床反應(yīng)器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型所述射流管的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型所述射流管的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖1與圖2的區(qū)別在于多個(gè)射流管的排布形式不同；圖3和圖4的區(qū)別在于射流管的外管出口端形狀不同。圖中:1-中心管；2-外管；3-環(huán)隙；41_床層布?xì)庋b置；42_錐形分布板；43_進(jìn)料管線；44_氣室；45_排渣管線；46_氣化劑管線；47_出料管線。下面對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本實(shí)用新型的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施方式
為更好地說明本實(shí)用新型，便于理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型的典型但非限制性的實(shí)施例如下:實(shí)施例1如圖1和圖2所示，一種多射流流化床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括:反應(yīng)器主體，其內(nèi)部形成腔室；錐形分布板42，位于所述反應(yīng)器主體底部，與反應(yīng)器主體底部器壁間形成氣室44 ；進(jìn)料管線43，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體上部，與所述腔室流體連通，以供原料碳質(zhì)材料進(jìn)入所述腔室內(nèi)；氣化劑管線46，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體底部，開口于氣室44，以供氣化劑通過錐形分布板42進(jìn)入所述腔室內(nèi)；床層布?xì)庋b置41，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體的側(cè)壁，與所述腔室流體連通；出料管線47，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體頂部，與所述腔室流體連通，以供氣體產(chǎn)物排出反應(yīng)器；排渣管線45，貫穿所述反應(yīng)器主體和錐形分布板42，開口于所述腔室，以供氣化后的殘余半焦排出反應(yīng)器。[0075]所述床層布?xì)庋b置41由多個(gè)射流管構(gòu)成；所述多個(gè)射流管在反應(yīng)器內(nèi)等間距或不等間距分布。圖1中，所述反應(yīng)器內(nèi)同一水平面上對(duì)稱分布兩個(gè)或多個(gè)射流管，同時(shí)沿軸向設(shè)置多層對(duì)稱排布的多個(gè)射流管，圖2中，多個(gè)射流管以非對(duì)稱的形式沿軸向分布在反應(yīng)器內(nèi)。如圖3和圖4所示，所述射流管為套管式，包括中心管I和環(huán)繞中心管I的外管2 ；所述中心管I和外管2之間形成環(huán)隙3。所述射流管由水平段和豎直段連接而成。圖3中，所述外管2的出口端為直管形狀。圖4中 ，所述外管2的出口端為射流噴嘴形狀。實(shí)施例2—種利用多射流流化床反應(yīng)器進(jìn)行煤催化氣化的方法，將浸潰催化劑的碳質(zhì)材料經(jīng)進(jìn)料管線43進(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑經(jīng)氣化劑管線46由氣室44經(jīng)錐形分布板42均勻布?xì)夂筮M(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑與碳質(zhì)材料在催化劑的作用下發(fā)生氣化反應(yīng)；所述氣化劑為過熱蒸汽和O2的混合氣體,其中的氧氣濃度為5mol%,氣化劑與碳質(zhì)材料的水碳摩爾比為3。作為床層布?xì)庋b置41的射流管的中心管I通入氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙3中通入過熱蒸汽；所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱，為氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙3中的過熱蒸汽強(qiáng)化射流管湍動(dòng)換熱，同時(shí)與中心管I區(qū)域的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)。所述反應(yīng)器內(nèi)同一水平面上對(duì)稱分布兩個(gè)射流管，同時(shí)沿軸向設(shè)置三層對(duì)稱排布的射流管，氧氣可以從床層多個(gè)部位通過床層布?xì)庋b置41進(jìn)入反應(yīng)器，保證整體床層氧氣分散均勻。氧氣濃度通過調(diào)節(jié)蒸汽量控制，氧氣濃度為25mol%，氧氣總流量根據(jù)氣化設(shè)備溫度要求調(diào)節(jié)，為催化氣化提供所需的熱量，控制操作溫度在750°C，操作壓力在2.5MPa。碳質(zhì)材料在催化劑的作用下同氣化劑發(fā)生氣化、變換、甲烷化等反應(yīng)，生成CH4、C0、H2等有效氣體成分及CO2、少量的H2S和NH3等及部分夾帶細(xì)粉從反應(yīng)器上部出口經(jīng)出料管線47排出。氣化后的殘余半焦經(jīng)排渣管線45排出反應(yīng)器，排渣管線45可通入氣化劑，通過控制氣量大小來控制排渣量。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與出料管線排出的氣體產(chǎn)物在換熱設(shè)備中進(jìn)行熱量交換后作為本實(shí)施例中的過熱蒸汽使用，換熱后溫度為400°C。實(shí)施例3一種利用多射流流化床反應(yīng)器進(jìn)行煤催化氣化的方法，將浸潰催化劑的碳質(zhì)材料經(jīng)進(jìn)料管線43進(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑經(jīng)氣化劑管線46由氣室44經(jīng)錐形分布板42布?xì)夂筮M(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑與碳質(zhì)材料在催化劑的作用下發(fā)生氣化反應(yīng)；所述氣化劑為過熱蒸汽；作為床層布?xì)庋b置41的射流管的中心管I通入氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙3中通入過熱蒸汽；所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱，為氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙3中的過熱蒸汽強(qiáng)化射流管湍動(dòng)換熱，同時(shí)與中心管I區(qū)域的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)；所述反應(yīng)器內(nèi)三個(gè)射流管以非對(duì)稱的形式沿軸向分布在反應(yīng)器內(nèi)，氧氣可以從床層多個(gè)部位通過床層布?xì)庋b置41進(jìn)入反應(yīng)器，保證整體床層氧氣分散均勻。氧氣濃度通過調(diào)節(jié)蒸汽量控制，氧氣濃度為20mol%，氧氣總流量根據(jù)氣化設(shè)備溫度要求調(diào)節(jié)，為催化氣化提供所需的熱量，控制操作溫度在700°C，操作壓力在3.5MPa。碳質(zhì)材料在催化劑的作用下同氣化劑發(fā)生氣化、變換、甲烷化等反應(yīng)，生成CH4、C0、H2等有效氣體成分及CO2、少量的H2S和NH3等及部分夾帶細(xì)粉從反應(yīng)器上部出口經(jīng)出料管線47排出。氣化后的殘余半焦經(jīng)排渣管線45排出反應(yīng)器，排渣管線45可通氣化劑，通過控制氣量大小來控制排渣量。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與出料管線排出的氣體產(chǎn)物在換熱設(shè)備中進(jìn)行熱量交換后作為本實(shí)施例的過熱蒸汽使用，換熱后溫度為450°C，控制水碳摩爾比為2.5。實(shí)施例4一種利用多射流流化床反應(yīng)器進(jìn)行煤催化氣化的方法，將浸潰催化劑的碳質(zhì)材料經(jīng)進(jìn)料管線43進(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑經(jīng)氣化劑管線46由氣室44經(jīng)錐形分布板42布?xì)夂筮M(jìn)入反應(yīng)器腔室，氣化劑與碳質(zhì)材料在催化劑的作用下發(fā)生氣化反應(yīng)；所述氣化劑為過熱蒸汽、CO、H2的混合氣體，其中的CO、H2摩爾比為1:3，兩者占?xì)饣瘎┛偭康?0mol% ；作為床層布?xì)庋b置41的射流管的中心管I通入氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙3中通入過熱蒸汽；所述氧氣與碳質(zhì)材料發(fā)生催化燃燒放熱，為氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙3中的過熱蒸汽強(qiáng)化射流管湍動(dòng)換熱，同時(shí)與中心管I中的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)；所述反應(yīng)器內(nèi)同一水平面上對(duì)稱分布兩個(gè)射流管，同時(shí)沿軸向設(shè)置三層對(duì)稱排布的射流管，氧氣可以從床層多個(gè)部位通過床層布?xì)庋b置41進(jìn)入反應(yīng)器，保證整體床層氧氣分散均勻。氧氣濃度通過調(diào)節(jié)蒸汽量控制，氧氣濃度為15mol%，氧氣總流量根據(jù)氣化設(shè)備溫度要求調(diào)節(jié)，為催化氣化提供所需的熱量，控制操作溫度在700°C，操作壓力在3.5MPa。碳質(zhì)材料在催化劑的作用下同氣化劑發(fā)生氣化、變換、甲烷化等反應(yīng)，生成CH4、CO、H2等有效氣體成分及CO2、少量的H2S和NH3等及部分夾帶細(xì)粉從反應(yīng)器上部出口經(jīng)出料管線47排出。氣化后的殘余半焦經(jīng)排渣管線45排出反應(yīng)器，排渣管線可通氣化劑，通過控制氣量大小來控制排渣量。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與出料管線排出的氣體產(chǎn)物在換熱設(shè)備中進(jìn)行熱量交換后作為本實(shí)施例的過熱蒸汽使用，換熱后溫度為500°C，控制水碳摩爾比為2。申請(qǐng)人:聲明，本實(shí)用新型通過上述實(shí)施例來說明本實(shí)用新型的詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及催化氣化方法，但本實(shí)用新型并不局限于上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及催化氣化方法，即不意味著本實(shí)用新型必須依賴上述詳細(xì)結(jié)構(gòu)特征以及催化氣化方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本實(shí)用新型的任何改進(jìn)，對(duì)本實(shí)用新型所選用部件的等效替換以及輔助部件的增加、具體方式的選擇等，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型采用的試驗(yàn)原料為不連溝煙煤(粒徑為20 80目)，其工業(yè)分析及元素分析見表I所示:表I不連溝煙煤 的工業(yè)分析及元素分析
權(quán)利要求1.一種射流管，其特征在于，所述射流管為套管式，包括中心管(I)和環(huán)繞中心管(I)的外管(2 );所述中心管(I)和外管(2 )之間形成環(huán)隙(3 )。
2.如權(quán)利要求1所述的射流管，其特征在于，所述射流管由水平段和豎直段連接而成。
3.如權(quán)利要求2所述的射流管，所述外管(2)的出口端為射流噴嘴形狀。
4.一種帶有如權(quán)利要求1-3之一所述射流管的多射流流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器采用至少一個(gè)射流管作為床層布?xì)庋b置(41)。
5.如權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述床層布?xì)庋b置(41)由多個(gè)射流管構(gòu)成；所述多個(gè)射流管在反應(yīng)器內(nèi)呈等間距或非等間距分布。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述床層布?xì)庋b置(41)由多層沿軸向?qū)ΨQ分布的多個(gè)射流管組成； 或，所述床層布?xì)庋b置(41)由沿軸向非對(duì)稱分布的多個(gè)射流管組成。
7.如 權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器包括: 反應(yīng)器主體,其內(nèi)部形成腔室； 錐形分布板(42)，位于所述反應(yīng)器主體底部，與反應(yīng)器主體底部器壁間形成氣室(44)； 進(jìn)料管線(43)，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體上部，與所述腔室流體連通，以供原料進(jìn)入所述腔室內(nèi)； 氣化劑管線(46)，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體底部，開口于氣室(44)，以供氣化劑通過錐形分布板(42)進(jìn)入所述腔室內(nèi)； 床層布?xì)庋b置(41 )，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體的側(cè)壁，與所述腔室流體連通； 出料管線(47)，貫穿設(shè)置于反應(yīng)器主體頂部，與所述腔室流體連通，以供氣體產(chǎn)物排出反應(yīng)器。
8.如權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器還包括排渣管線(45)，貫穿所述反應(yīng)器主體和錐形分布板(42 )，開口于所述腔室，以供氣化后的殘余半焦排出反應(yīng)器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種射流管及帶有該射流管的流化床反應(yīng)器。本實(shí)用新型采用床層分散的多個(gè)射流管進(jìn)氧，射流管結(jié)構(gòu)為套管式，中心管通氧氣及過熱蒸汽的混合氣，環(huán)隙中通過熱蒸汽，調(diào)節(jié)氧氣與過熱蒸汽配比控制氧氣濃度在一定范圍；所述氧氣與碳質(zhì)材料在射流區(qū)中主要發(fā)生燃燒強(qiáng)放熱反應(yīng)，釋放的熱量為反應(yīng)器內(nèi)的氣化反應(yīng)提供熱量；環(huán)隙中通入的過熱蒸汽，可以強(qiáng)化碳質(zhì)材料顆粒的內(nèi)循環(huán)，并且與中心管區(qū)域的高溫氣體進(jìn)行熱量交換，同時(shí)為環(huán)隙中氣化吸熱反應(yīng)提供熱量，經(jīng)快速換熱及氣化吸熱反應(yīng)避免局部高溫區(qū)的出現(xiàn)，降低射流管區(qū)域結(jié)渣的發(fā)生機(jī)率。
文檔編號(hào)C10J3/56GK203144353SQ20132004596
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者畢繼誠, 毛燕東, 李克忠, 康守國, 祖靜茹 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司