一种径向固定床气化炉、其应用及含碳物质的气化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种径向固定床气化炉、其应用及含碳物质的气化方法。
【背景技术】
[0002] 固定床气化炉在我国已经存在和使用已经几十年，是一种传统的气化装置，作为 工业燃料煤气的制备设备，广泛应用于冶金、陶瓷、玻璃、化工、有色金属等行业。该类型的 气化炉结构简单，投资少，运行可靠，操作比较容易。据不完全统计，全国目前正在使用的常 压固定床气化炉有近3万套，每年消耗煤炭资源近5亿吨，为我国工业的发展做出了不可磨 灭的贡献。
[0003] 在现有的固定床气化炉中，燃料与气化剂沿气化炉的轴向运动。所W，为了保持固 定床气化炉内气体的流动，要求燃料为块状，一般要求粒度大于6毫米，大部分粒径集中在 范围为10~50毫米的区间。通常煤从气化炉顶部加入，向下移动，依次经历干燥、热解、气 化、燃烧和灰渣层，反应后的灰渣由底部排出。由于气流自下而上流动，会挟带煤层在低温 热解时的复杂产物，所W产物粗煤气中含酪类、焦油等污染物较多，使净化流程加长，增加 了投资和成本。随着现代新型煤化工气化技术的飞速发展，原有固定床气化技术的缺点也 愈发显著。2006年国家发改委因环保方面的考虑而提出；煤化工企业禁止核准或备案采用 固定床间歇气化和直流冷却技术的煤气化项目。
[0004] 综上所述，目前我国迫切需要对固定床气化炉进行升级和改造，并研发新型高效 环保的固定床气化技术；但由于轴向固定床气化炉历史悠久，本领域技术人员已产生了 "固 定床气化炉是轴向的，其结构简单，使用方便，并且气流轴向流动，使反应十分充分，极其适 合煤气化反应"的惯性思维，对其的优化改进一直W现有的轴向固定床气化炉为基础。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的问题是为了克服现有的轴向固定床气化炉所用含碳物质颗粒 较大、污染严重、生产能力低、气化效率低等缺陷而提供了一种径向固定床气化炉、其应用 及含碳物质的气化方法，该径向固定床气化炉所用含碳物质颗粒较小且床层压降与径向固 定床气化炉相当、洁净环保、生产能力高、气化效率高，且该气化方法洁净环保、生产能力 高、气化效率高。
[0006] 本发明提供了一种径向固定床气化炉，包括一炉体和至少一通气管道；
[0007] 所述炉体包括一内层套筒，W及一与所述内层套筒密封套设、形成一夹层腔体的 外层套筒；所述内层套筒的顶部设有一入口，所述内层套筒的底部设有一出口，所述内层套 筒的下部设有至少一个进气口；位于所述夹层腔体中的所述内层套筒的侧壁设有至少一个 通孔；所述外层套筒的侧壁设有一通气端口；
[000引所述通气管道包括通气段和传输气段；所述通气段和所述传输气段均具有一首端 和一尾端，所述通气段的首端封闭，所述通气段的尾端与所述传输气段的首端连通，所述传 输气段的尾端贯穿所述炉体；所述通气段设于内层套筒内且轴向设置，所述通气段的侧壁 设有至少一个通孔。
[0009] 在所述径向固定床气化炉中，当所述内层套筒的直径小于等于1米时，所述通气 管道可W只有一个；当所述内层套筒的直径大于1米时，所述通气管道的数量较佳地为多 个，其数量与所述内层套筒直径的平方呈正比例相关（NOC妒，N为通气管道的数量，D为内 层套筒的直径），本领域技术人员均知根据实际情况调整设置。
[0010] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述通气段的首端在上，所述通气段的尾端 在下。
[0011] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述通气端口设于所述外层套筒的侧壁的 上部。
[0012] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含锁斗，所述锁 斗设于所述入口。
[0013] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含分布器，所述 分布器设于所述入口下方。
[0014] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含锁渣斗，所述 锁渣斗设于所述出口。
[0015] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含夹套，所述夹 套套设于所述通气管道；所述夹套上设有夹套出入口。
[0016] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉不包含炉算。
[0017] 在所述径向固定床气化炉中，所述内层套筒的下部设有的至少一个进气口用于加 入氧化剂参加反应放热，从而提高此处的温度，使得固态灰渣变为液体，实现液态排渣；所 述氧化剂为本领域常规的氧化剂，优选氧气的体积含量为21%~100%的气体，进一步优 选纯氧、富氧或空气，更进一步优选纯氧。
[0018] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述内层套筒的侧壁上的通孔与所述通气 段的侧壁上的通孔错开；该样的设置使得径向固定床气化炉床层顶部造成一段由颗粒状固 体含碳物质自封式的轴径向二维流动，该种颗粒自封可W预防气体短路，又不致形成反应 死角；较佳地，所述通孔错开的距离为大于1米。
[0019] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述内层套筒的侧壁上的通孔的直径小于 使用所述径向固定床气化炉进行气化反应时的颗粒状固体含碳物质的直径。
[0020] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述通气段的侧壁上的通孔的直径小于使 用所述径向固定床气化炉进行气化反应时的颗粒状固体含碳物质的直径。
[0021] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述内层套筒的侧壁上的通孔和/或所述 通气段的侧壁上的通孔的设置方式为变开孔率设置方式，即在不同的开孔位置，开孔直径 与数量不同，较佳地为：
[0022] 所述内层套筒的侧壁上部优选采用较大的开孔直径和较多的开孔数量（该样的 设置可W迅速加入氧化剂提高反应速率），和/或所述内层套筒的侧壁下部采用较小的开 孔直径和较少的开孔数量（该样的设置可W降低反应速率，该样设计可W提高气化炉上 部的温度，降低下部的温度，从而使气化炉温度分布均匀，避免焦油等的产生，并保护反应 器），从而避免超温损坏反应器，同时，也可W避免物料反应过程中破碎产生的大量小颗粒 进入所述通气段。
[0023] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含第一遮挡部 件；所述第一遮挡部件设于所述内层套筒的侧壁上的通孔处（W使得通孔向下开），该样的 设置可W防止固体颗粒进入所述夹层腔体。
[0024] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含第二遮挡部 件，所述第二遮挡部件设于所述通气段的侧壁上的通孔处（W使得通孔向下开），该样的设 置可W防止固体颗粒进入所述通气段。
[0025] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述径向固定床气化炉还包含耐火砖或水 冷壁，所述耐火砖或所述水冷壁设于内层套筒；该样的设置可W应对气化炉内的高温。
[0026] 在所述径向固定床气化炉中，较佳地，所述内层套筒为变直径的内层套筒；所述变 直径的内层套筒为本领域常规的变直径的内层套筒，即由于某些特殊煤种在气化反应后体 积会发生程度较大的膨胀，所W需要气化炉底部直径略大于顶部，本领域技术人员均知具 体尺寸需由反应物的膨胀率等参数合理计算得到。
[0027] 本发明还提供了一种含碳物质的气化方法，采用上述径向固定床气化炉进行，其 包括W下步骤：
[002引 （1)将颗粒状固体含碳物质填充于气化腔体，所述气化腔体为由所述通气管道、所 述出口和所述内层套筒围成的腔体；
[0029] (2)将所述颗粒状固体含碳物质与气化剂进行气化反应，即可；所述气化剂为水 蒸气和氧化剂。
[0030] 在所述气化方法中，所述颗粒状固体含碳物质为本领域常规的颗粒状固体含碳物 质，优选为煤、石油焦、渣油、渐青、生物质和污泥中的一种或多种，进一步优选为煤。
[0031] 在所述气化方法中，所述氧化剂为本领域常规的氧化剂，优选氧气的体