本技術(shù)涉及一種合成氣的制備系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)和城市垃圾是重要的含碳資源，可以作為原料，通過氣化、熱解等工藝生產(chǎn)合成氣，進一步加工轉(zhuǎn)化為氨、甲醇、烯烴、液體燃料等大宗化學(xué)品，或轉(zhuǎn)化為氫氣等清潔二次能源。但由于生物質(zhì)、垃圾等廢棄物的體積能量密度較低，一般認(rèn)為經(jīng)過一定預(yù)處理的生物質(zhì)、垃圾等采用固定床或流化床氣化技術(shù)生產(chǎn)合成氣在技術(shù)上比較可行、經(jīng)濟上比較合理。但采用固定床或氣流床氣化時，產(chǎn)生的粗合成氣中通常含有甲烷、焦油和飛灰，既影響高溫粗合成氣顯熱的充分回收利用，焦油和飛灰處理不當(dāng)，還會造成下游裝置堵塞。

2、傳統(tǒng)的焦油和飛灰處理方式缺點在于：(1)無法解決甲烷的進一步轉(zhuǎn)化；(2)分離出來焦油進一步加工利用復(fù)雜；(3)產(chǎn)生大量難處理的含酚廢水，造成環(huán)境污染。

3、工業(yè)上，一般含甲烷的烴類氣體可以用蒸汽轉(zhuǎn)化法、非催化部分氧化法和催化部分氧化法。但固定床或流化床氣化、熱解產(chǎn)生的粗合成氣，既有甲烷，又有焦油、飛灰，還有硫和cl等有害雜質(zhì)，對蒸汽轉(zhuǎn)化和催化部分氧化催化劑造成危害，無法直接采用蒸汽轉(zhuǎn)化法和催化部分氧化法。非催化部分氧化法是處理含甲烷、焦油和飛灰的比較適合的方法。

4、非催化部分氧化過程是含甲烷、焦油和飛灰的氣體與氧氣通過噴嘴實現(xiàn)化學(xué)計量比下的充分混合，在一個設(shè)有耐火襯里的設(shè)備空腔內(nèi)通過部分氧化反應(yīng)，制得合成氣，具體而言，有如下反應(yīng)：

5、

6、

7、飛灰中碳將發(fā)生如下反應(yīng)：

8、

9、進爐高溫氣體中的各種有機硫則主要轉(zhuǎn)化為h2s和少量cos。

10、該過程的反應(yīng)溫度主要取決于氧和甲烷、焦油和飛灰中碳的比例，為了使甲烷、焦油和飛灰充分轉(zhuǎn)化，一般溫度維持在1200-1400℃。

11、在非催化部分氧化法領(lǐng)域，中國專利cn94193847.6公開了一種用來發(fā)電的部分氧化法，原料涉及液態(tài)烴和氣態(tài)烴，實踐表明在不更換核心設(shè)備的條件下，并不能實現(xiàn)原料的互換。某廠將渣油原料改為天然氣原料，就造成轉(zhuǎn)化爐拱頂超溫，拱頂溫度最高達(dá)400℃，超過安全聯(lián)鎖報警值，裝置無法正常運行。中國專利cn03115819.6公開了一種氣態(tài)烴類原料部分氧化法生產(chǎn)合成氣的裝置與方法，但該專利未涉及含甲烷、焦油和飛灰的高溫氣體，不能用于這類氣體的非催化部分氧化反應(yīng)。且該專利的裝置上部設(shè)置了夾套冷卻段，操作復(fù)雜，在工業(yè)實踐中容易出現(xiàn)安全事故。中國專利cn201210462084.1公開了一種氣態(tài)烴非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐及其應(yīng)用，但該專利在轉(zhuǎn)化爐頂部設(shè)有多個噴嘴，工業(yè)實踐證明，這一爐型無法用于富含焦油、飛灰的高溫氣體的非催化轉(zhuǎn)化。中國專利cn201610017699.1公開了一種高溫含烴類氣體制備合成氣的方法，在烴類氣體通道設(shè)置了氣體分布孔，實踐證明，會造成焦油堵塞，影響穩(wěn)定進料，因此該方法并不能適用于含甲烷、焦油和飛灰的高溫氣體的非催化轉(zhuǎn)化。中國專利cn201210462283.2公開了一種激冷式氣態(tài)或液態(tài)烴非催化部分氧化制合成氣的方法，但未涉及含甲烷、焦油和飛灰的高溫氣體，不在裝備結(jié)構(gòu)上作重大變化，亦不能應(yīng)用于該類氣體的非催化部分氧化制備合成氣的過程。

12、中國專利cn201210462013.1公開了一種熱量可回收的氣態(tài)烴非催化部分氧化制合成氣的方法，但該專利也僅能處理不含焦油和飛灰的氣態(tài)烴，若用其來處理含焦油和飛灰的高溫氣體，則可能會導(dǎo)致堵塞，影響穩(wěn)定進料，導(dǎo)致裝置無法運行，影響轉(zhuǎn)化率；同時還可能會存在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的氧氣倒流進入前序氣化爐，發(fā)生安全問題。且其回收熱量后只產(chǎn)生飽和蒸汽，無法滿足系統(tǒng)對過熱蒸汽的需求。

13、含甲烷、焦油和飛灰的高溫氣體的清潔高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)化制高品質(zhì)合成氣，一直是困擾工業(yè)界的問題，工業(yè)界亟需一種清潔高效能大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的含甲烷、焦油和飛灰的高溫氣體非催化轉(zhuǎn)化裝置與方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本實用新型提供了一種合成氣的制備系統(tǒng)和制備方法，采用該系統(tǒng)和方法能夠提高甲烷、焦油和飛灰的轉(zhuǎn)化率，同時還能副產(chǎn)高品質(zhì)過熱蒸汽。

2、本實用新型通過下述技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

3、本實用新型還提供了一種合成氣的制備系統(tǒng)，其包括依次連接的止逆混合器、轉(zhuǎn)化爐、廢熱鍋爐和蒸汽過熱器；

4、所述止逆混合器包括t形管和噴入組件，所述t形管包括設(shè)有兩端開口的第一直管段和一端開口的第二直管段，所述第二直管段的開口端與所述第一直管段的中部垂直連通；所述噴入組件包括第一噴管段和垂直于所述第一噴管段的第二噴管段連通形成的l形噴管；所述第一噴管段與所述第二直管段的封閉端固定連接，使所述第二噴管段平行放置于所述第一直管段內(nèi)，并朝向所述轉(zhuǎn)化爐；

5、所述轉(zhuǎn)化爐包括同軸設(shè)置的反應(yīng)室和噴嘴室，所述噴嘴室設(shè)于所述反應(yīng)室的頂部，所述噴嘴室的側(cè)面開設(shè)有一混合氣進口；

6、所述噴嘴室內(nèi)部設(shè)有噴嘴，所述噴嘴的軸線與所述噴嘴室的軸線重合；

7、所述噴嘴包括第一管和第二管，所述第一管和所述第二管的軸線重合，所述第二管的直徑大于所述第一管的直徑且所述第二管的直徑小于所述噴嘴室的直徑；所述第一管用于通入氧氣，所述第二管與所述第一管之間形成的第一環(huán)形流道用于通入氣化劑，所述第二管與所述噴嘴室之間形成的第二環(huán)形流道用于向所述反應(yīng)室通入混合氣；所述第一直管段上設(shè)置所述第二噴管段的一端通過所述混合氣進口與所述第二環(huán)形流道連通。

8、本實用新型設(shè)置的含有上述特殊結(jié)構(gòu)的止逆混合器有利于避免轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的氣體倒流，發(fā)生安全問題，采用本領(lǐng)域常規(guī)的工業(yè)上常用的閥門等具有止逆作用的裝置，易造成堵塞，導(dǎo)致裝置無法穩(wěn)定運行。本實用新型采用的止逆混合器有以下優(yōu)勢：(1)有利于引導(dǎo)氣流方向，(2)處理的氣體壓力較低時，l形噴管更有利于抽引作用，止逆效果更好，(3)有利于阻止氣化劑反向流入前端設(shè)備。

9、本實用新型中，較佳地，所述第二噴管段垂直于所述噴嘴室的軸線。

10、本實用新型中，較佳地，所述第二噴管段與所述第一直管段的軸線重合設(shè)置。

11、本實用新型中，較佳地，所述第一管和第二管的直徑比為(0.5-0.8)：1，例如為0.7：1。

12、本實用新型中，較佳地，所述第一管和噴嘴室的直徑比為(0.3-0.5)：1，例如為0.4：1。

13、本實用新型中，較佳地，所述噴嘴室的高度與直徑的比值為(2-5)：1，例如為3：1。

14、本實用新型中，所述反應(yīng)室的內(nèi)壁較佳地還設(shè)有耐火襯里。

15、其中，所述耐火襯里較佳地包括向軸線方向依次設(shè)置的隔熱磚、背襯磚和火面耐火磚。

16、其中，所述反應(yīng)室的內(nèi)壁例如為金屬材質(zhì)。

17、其中，較佳地，所述反應(yīng)室的內(nèi)壁上沿轉(zhuǎn)化爐的軸向設(shè)有托磚架。本實用新型中不對托磚架的數(shù)量進行限定，根據(jù)實際情況選擇即可。本實用新型中設(shè)置托磚架可以將所述耐火襯里沿轉(zhuǎn)化爐的軸向分為多個部分，有利于消除耐火襯里的膨脹變形。

18、本實用新型中，所述反應(yīng)室的高度與直徑的比值較佳地為(3-10)：1，例如為8：1或6：1。

19、本實用新型中，較佳地，所述噴嘴室的直徑與所述反應(yīng)室的直徑比為1：(4-12)，更佳地為1：(4-6)，進一步更佳地為1：(4-5)，例如為1：4.5。

20、在本實用新型一具體實施方案中，所述噴嘴室和所述噴嘴通過法蘭連接。

21、本實用新型中，較佳地，所述噴嘴室的直徑與所述噴嘴室的高度比為1：(2-5)，例如為1：3或1：4。

22、本實用新型中，較佳地，所述第一管靠近所述噴嘴室的一端設(shè)有收縮段，所述收縮段的側(cè)壁與所述第一管的軸線之間形成的夾角為10-18°，例如為15°。

23、本實用新型中，較佳地，所述第二管的外壁的內(nèi)部設(shè)有冷卻水通道。

24、其中，所述冷卻水通道上例如分別設(shè)有冷卻水進口和冷卻水出口。

25、本實用新型中，較佳地，所述第一環(huán)形流道中對稱設(shè)有定位塊。設(shè)置定位塊可維持第二管與第一管之間的同軸。

26、其中，所述定位塊的數(shù)量較佳地為4個。

27、本實用新型中，較佳地，所述第二環(huán)形流道中對稱設(shè)有定位塊。設(shè)置定位塊可維持第二管與噴嘴室之間的同軸。

28、其中，所述定位塊的數(shù)量較佳地為4個。

29、在本實用新型一具體實施方案中，所述固定連接為通過法蘭連接。

30、在本實用新型一具體實施方案中，所述止逆混合器和所述噴嘴室通過法蘭連接。

31、本實用新型中，較佳地，所述廢熱鍋爐的高度和直徑比為(3-8)：1，例如為5：1或6：1。

32、本實用新型中，較佳地，所述廢熱鍋爐的頂部設(shè)有蒸汽出口，所述廢熱鍋爐的底部設(shè)有第一合成氣出口，所述廢熱鍋爐的側(cè)壁設(shè)有第二合成氣出口；所述蒸汽過熱器的蒸汽進口與所述蒸汽出口連接；所述蒸汽過熱器還設(shè)有合成氣進口，所述合成氣進口與所述第二合成氣出口連接，所述蒸汽過熱器用于回收合成氣的熱量。

33、其中，較佳地，所述廢熱鍋爐中設(shè)有螺旋異徑管，用于合成氣的流動傳熱。

34、其中，所述螺旋異徑管的數(shù)量較佳地為2-10個，例如為8個。

35、在本實用新型一具體實施方案中，所述第一合成氣出口通過管板與所述合成氣進口連接。

36、在本實用新型一具體實施方案中，蒸汽過熱器沿合成氣流動方向的兩端分別設(shè)有進口封頭和出口封頭。

37、其中，所述進口封頭和所述出口封頭例如可以設(shè)置隔熱耐火材料。

38、在本實用新型一具體實施方案中，所述轉(zhuǎn)化爐和所述廢熱鍋爐通過法蘭和連接管連接。

39、本實用新型中，較佳地，所述第一直管段的長度和直徑的比值為(6-10)：1，例如為8：1。

40、本實用新型中，較佳地，所述第二直管段的長度和直徑的比值為(4-8)：1，例如為7：1。

41、本實用新型中，較佳地，所述第二噴管段和所述第一噴管段的長度比為(1.5-4)：1，例如為3：1。

42、本實用新型中，較佳地，所述第二噴管段的長度和直徑的比值為(4-8)：1，例如為6：1。

43、本實用新型的積極進步效果在于：

44、本實用新型采用的噴嘴的特殊結(jié)構(gòu)有利于進一步提高氧氣、氣化劑和混合氣的混合效率，提高甲烷、焦油和飛灰的轉(zhuǎn)化率；同時上述噴嘴結(jié)構(gòu)還能夠有利于延長噴嘴壽命。本實用新型將轉(zhuǎn)化爐、廢熱鍋爐和蒸汽過熱器相互結(jié)合，還能夠產(chǎn)生過熱蒸汽，顯著提高蒸汽品質(zhì)，提高系統(tǒng)的能量利用率。

45、本實用新型解決了含甲烷氣體中焦油和飛灰處理的工程難題，在一套裝置中完成了高溫氣體中甲烷、焦油和飛灰的高效轉(zhuǎn)化，并實現(xiàn)了反應(yīng)熱量的充分回收，副產(chǎn)高壓過熱蒸汽。具有設(shè)備緊湊、流程簡單、投資省、操作費用低的優(yōu)勢。