用于燃料氣體的生產(chǎn)和進一步處理的方法和設備的制作方法
【專利摘要】為了生產(chǎn)燃料氣體和進行冶金過程，使碳質(zhì)材料，例如煤或生物質(zhì)與含氧氣體在第一過程階段中反應，以獲得含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的燃料氣體，其中將所獲得的燃料氣體冷卻至300-600℃，優(yōu)選350-450℃的溫度下，且隨后使其進行固體分離，且其中在第二過程階段中將該燃料氣體送料入冶金過程的至少一個燃燒器。將該來自固體分離的燃料氣體直接提供應到第二過程階段的至少一個燃燒器，其中冷卻之后通過將熱量損失最小化和/或熱量提供將燃料氣體的溫度保持在300-600℃，優(yōu)選350-450℃內(nèi)。
【專利說明】用于燃料氣體的生產(chǎn)和進一步處理的方法和設備
[0001]本發(fā)明涉及用于燃料氣體的生產(chǎn)和用于進行冶金過程的方法，其中在第一過程階段中碳質(zhì)材料，優(yōu)選煤或生物質(zhì)與含氧氣體反應以獲得含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的燃料氣體，其中將所獲得的燃料氣體冷卻至300-600°C，優(yōu)選350-450°C的溫度下，且隨后將其提供給過濾設施，且其中在第二過程階段中將經(jīng)過濾的燃料氣體送料到冶金過程的至少一個燃燒器和用于進行該過程的設備。
[0002]為了能夠使用用于生鐵或直接還原鐵(DRI)的生產(chǎn)的粉鐵礦，將其與水混合且團聚為球團。通過天然氣或油的燃燒提供用于將該球團干燥和固化所必要的熱能。盡管在許多領域設計了新的球團設備，而其與天然氣網(wǎng)絡不相連，但經(jīng)常出現(xiàn)的是碳質(zhì)材料，例如煤或生物質(zhì)。
[0003]可在其它冶金過程，例如鋁土的煅燒的地點也發(fā)現(xiàn)地區(qū)基礎設施的相似條件，特別是碳質(zhì)材料例如煤或生物質(zhì)作為唯一的能量來源的可獲得性。
[0004]因此，將現(xiàn)有的碳質(zhì)材料(例如煤或生物質(zhì))轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂蠚怏w，使得其對于隨后的冶金過程是能量可利用，這是經(jīng)濟上合宜的。
[0005]DE 102 60 734 Al描述了用于在流化床反應器中的炭化焦炭和燃料氣體的生產(chǎn)的方法，其中該流化床為環(huán)形流化床。以相互間的某一比例調(diào)整環(huán)形流化床的第一氣體和流化氣體的氣體速度， 使得在顆粒落回到環(huán)形流化床中之前，將來自該固定環(huán)形流化床的固體引入上方區(qū)域、混合室區(qū)域，且在那里劇烈混合。
[0006]EP O 062 363 Al描述了用于燃料氣體的生產(chǎn)的方法，其中可將所獲得的副產(chǎn)物還原。首先，在蒸汽的存在下在流化床中進行氣化，然后將所形成的氣體從硫化合物分離、冷卻和除塵，且然后燃燒來自氣化的殘余。
[0007]碳質(zhì)材料特別是煤至燃料氣體(其基本上由一氧化碳、氫、二氧化碳和蒸汽組成)的氣化，導致了焦油的形成。在熱氣體中含有的焦油涉及它們在設備部分中沉積和在該處硬化的風險。首先，這會導致管道橫截面的減少，且因此改變了流動條件，這致使設備的管理和控制困難得多。進一步的沉積可導致設備部分的完全阻塞，這代表了相當大的安全風險。
[0008]因此WO 2009/074170 Al描述了將在煤的氣化中所產(chǎn)生的燃料氣體供應給固體分離且隨后傳遞到進一步的清洗，可由此移除該焦油。
[0009]US 4，461，629也教導了在煤的氣化之后必須立即將存在的焦油從燃料氣體移除，因為否則的話將出現(xiàn)焦油沉積和所涉及的風險。由于該目的，將該燃料氣體引入流化床反應器中，且在那里冷卻。存在的雜質(zhì)特別是焦油，沉積在流化床的顆粒上，同時可將燃料氣體清潔，且冷卻之后將其供應給下一個過程步驟。
[0010]US 4，563，195 一方面描述了通過采用冷水清洗的焦油移除的可能性，但這包括其產(chǎn)生了大量的廢水的缺點。另一方面，作為生態(tài)上更合宜的焦油移除的變體，因此描述了采用相當小量的水的清洗，因為該燃料氣體通過水噴射而進行。以此方式移除的焦油具有明顯較低的水分含量的優(yōu)點，這允許了焦油的燃燒。
[0011]從普通的科技文獻，例如來自Jorg Schmalfeld, “Die Veredelung undUm-wandlung von Kohle-Technologien und Projekte 1970 bis2000 in Deutschland，，，Urbanverlag, Hamburg 2008,也可知清洗的不同的可能性,例如Rectisol⑩清洗。
[0012]只有當使燃料氣體經(jīng)受昂貴的且生態(tài)上沒有問題的焦油移除時，用于下游冶金過程的所產(chǎn)生的熱燃料氣體的使用才是可能的，所有的方法在這方面相同。
[0013]因此，本發(fā)明的目的是允許燃料氣體生產(chǎn)與冶金過程的配合，而不必首先從燃料氣體移除該焦油。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，采用權利要求1的特征解決了該目的。在第一過程階段中，使碳質(zhì)材料，特別是煤或生物質(zhì)與含氧氣體反應，以獲得含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的燃料氣體，所述含氧氣體特別可為氧、空氣、壓縮空氣或工業(yè)空氣(80體積％的氮、20體積％的氧)。隨后將如此獲得的燃料氣體冷 卻至300-600°C，優(yōu)選350-450°C，更優(yōu)選380_420°C，且特別是400±5°C的溫度，且將其供應給固體移除。該固體移除特別可為至少一個旋風分離器或過濾裝置，其中此處燭式過濾器的使用是特別有用的，因為陶瓷的燭式過濾器對于熱氣體過濾是特別有用的，因為盡管氣體和顆粒相對高的溫度，但它們幾乎不顯示磨損現(xiàn)象。
[0015]就本說明書的意義而言，術語“碳質(zhì)材料”代表其碳含量優(yōu)選對應于其干物質(zhì)的至少25重量％，更優(yōu)選其干物質(zhì)的至少30重量％，甚至更優(yōu)選其干物質(zhì)的至少35重量％，最優(yōu)選其干物質(zhì)的至少40重量％，且特別優(yōu)選其干物質(zhì)的至少45重量％的材料。在進一步優(yōu)選的實施方案中，碳質(zhì)材料中的碳含量對應于其干物質(zhì)的至少一半。
[0016]在特別優(yōu)選的實施方案中，該碳質(zhì)材料為煤或生物質(zhì)(優(yōu)選固體生物質(zhì))或其任何混合物。
[0017]就本說明書的意義而言，術語“生物質(zhì)”代表可被稱為“可更新原料”的有機物質(zhì)。該生物質(zhì)(優(yōu)選固體生物質(zhì))的碳含量優(yōu)選對應于其干物質(zhì)的至少25重量％，更優(yōu)選其干物質(zhì)的至少30重量％，且甚至更優(yōu)選其干物質(zhì)的至少35重量％，最優(yōu)選其干物質(zhì)的40重量％，且特別是其干物質(zhì)的至少45重量％。在特別優(yōu)選的實施方案中，在生物質(zhì)(優(yōu)選固體生物質(zhì))中的碳含量對應于其干物質(zhì)的至少一半。
[0018]在第二個過程階段中，然后將經(jīng)過濾的燃料氣體送料到冶金過程的至少一個燃燒器，且用作該燃燒器的燃料。直接進行從過濾到進入至少一個燃燒器的燃料氣體的注入，即特別是沒有進一步過程/清潔步驟的互相結(jié)合，其中在過濾和燃燒器入口之間保持燃料氣體的溫度為300-600°C，優(yōu)選350-450°C。
[0019]通過將熱量損失和/或熱量供應最小化來進行溫度損失的調(diào)整。一方面，管道設計為用于將熱量損失最小化的合適方法。根據(jù)本發(fā)明，因此隔離了過濾和燃燒器之間的連接線路。另一方面，因為該管道具有相當小的熱交換表面(其可通過管道的合適引導和通過管道橫截面的降低來進行)，因此可降低熱量損失。
[0020]通過管道的直接或間接的加熱，熱量供應是可能的。這兩種措施的組合也是可以設想的。
[0021 ] 通過將該燃料氣體的溫度調(diào)整至300-600 °C，優(yōu)選380-420 °C，且特別優(yōu)選至400±5°C的值，使溫度位于高于焦油的冷凝溫度。由此可以可信賴地防止對穩(wěn)定且安全地操作的過程有害的焦油冷凝。
[0022]因為隨后將燃料氣體供應給燃燒器，通過氣體的燃燒產(chǎn)生在此焦油也被燒著的溫度，使得即使在將來的過程階段中燃料氣體的凈化也不再是必要的。因此，節(jié)省了燃料氣體的至少一個清潔階段，且此外降低了生態(tài)負擔，其在常規(guī)的清洗中發(fā)生，這歸因于所產(chǎn)生的受污染的水。
[0023]對于冶金過程，球團化例如對于鐵或煅燒是特別有用的，因為其用于例如氧化鋁的生產(chǎn)。
[0024]而且，發(fā)現(xiàn)在流化床中將碳質(zhì)材料氣化是有益的，因為以此方式可對于高的氣體產(chǎn)率和低的焦油產(chǎn)量保證在系統(tǒng)中的固體的足夠長的保留時間。循環(huán)流化床的使用是特別有利的，因為其特征在于非常良好的熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移。非常特別有益的是其中固定流化床和循環(huán)流化床的優(yōu)點彼此組合的系統(tǒng)。該方法記載于例如DE 102 60 734 Al中。
[0025]為了能夠以任何程度(at all)向過濾供應燃料氣體，至少部分地冷卻該氣體是必要的?？色@得能量上有吸引力的設計，因為通過冷卻產(chǎn)生燃料氣體蒸汽，且該蒸汽至少部分用作在第一過程階段中的發(fā)電和/或調(diào)節(jié)劑。特別有利地使用在第一過程階段中這樣產(chǎn)生的一部分能量，特別是用于溫度調(diào)節(jié)，和將剩余的殘留量的蒸汽用于發(fā)電。
[0026]在第一預加熱階段中的使用特別可在于將通過冷卻該燃料氣體所產(chǎn)生的蒸汽至少部分用作在第一過程階段的流化床中的流化氣體。這具有可省略用作流化氣體的其它氣體的益處。
[0027]本發(fā)明還包含具有權利要求5的特征的設備，其適用于進行根據(jù)本發(fā)明的方法。該設備包括第一和第二過程階段，其中第一過程階段由用于生產(chǎn)含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的燃料氣體的至少一個反應器，和至少一個供應管道組成，每一所述管道均用于碳質(zhì)材料和含氧氣體。第二過程階段含有用于進行冶金過程，例如球團化或煅燒的至少一個反應器和至少一個燃燒器。而且，在第一和第二過程階段之間提供了至少一個冷卻裝置和連接的固體分離裝置，特別是過濾裝置。通過直接的管道，將固體分離裝置與第二過程階段的至少一個燃燒器相連。通過該直接的管道已經(jīng)可將熱量損失最小化。
[0028]為了進一步能夠保證燃料氣體的溫度不會降低至焦油冷凝出來的值，可將該管道裝備有至少一個用于將熱量損失最小化的設施和/或用于熱量供應的至少一個裝置。用于將該熱量損失最小化的設施包括任何形式的熱交換表面的隔離或變化。可提供任何形式的直接或間接加熱作為熱量供應，特別推薦例如具有加熱介質(zhì)的通道的雙壁管，還或者在其中利用鄰近部件的廢熱的管道設計。
[0029]為了利用在冷卻過程中所釋放的能量，將冷卻裝置設計為蒸汽發(fā)生器，特別是廢熱蒸發(fā)器是合宜的。
[0030]可從蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口處將這樣所產(chǎn)生的蒸汽通過管道供應給發(fā)電和/或第一過程階段。因此，可將在該過程中所釋放的能量自身以熱量載體或能量載體而利用。
[0031]當從蒸汽發(fā)生器引至第一過程階段的管道包括用于調(diào)節(jié)或控制蒸汽的量的閥時，這是特別有用的，因為以此方式可將在第一過程階段中的溫度采用簡單的控制變量，即所提供的蒸汽量來調(diào)整。
[0032]從以下示例性的實施方案和附圖的描述可得到本發(fā)明的進一步的發(fā)展、益處和可能的應用。所描述和/或說明的所有特征的或以任何組合構成了本發(fā)明的主旨，而與其在權利要求書或反向引用中包含無關。
[0033]唯一的圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖。[0034]通過管道1，將碳質(zhì)材料，優(yōu)選粉碎的煤或生物質(zhì)，特別是固體生物質(zhì)進料到氣化反應器3中，其以未說明的方式優(yōu)選包括循環(huán)流化床，且在該處以本領域的技術人員所知的方式采用通過管道2所供應的氧或富氧空氣將其氣化。通過管道4從反應器3將在氣化期間所獲得的燃料氣體收回。通過與熱氣體過濾7相連的管道6，例如通過陶瓷燭式過濾器，管道4通入蒸汽發(fā)生器5。通過管道8，隨后將經(jīng)過濾的燃料氣體轉(zhuǎn)移至具有約400°C的球團設備9中。
[0035]通過管道10，給蒸汽發(fā)生器5供應水。通過管道11將因熱量交換而獲得的蒸汽收回。管道11分為管道12和13，其中管道12通入其中將蒸汽優(yōu)選用作流化氣體的氣化反應器3中。管道13為用于發(fā)電的渦輪22的供應管道。
[0036]而且，通過管道14從反應器3，通過管道15從蒸汽發(fā)生器5和通過管道16從熱氣體過濾7收回灰分。通過管道14從反應器3移除的灰分為在反應器3中所獲得的底部產(chǎn)物，而每一個均傳送飛塵的兩個管道15和16通入管道17。
[0037]在冷卻裝置18中冷卻所收集的灰分，且隨后將其通過管道19排出。作為冷卻裝置18的冷卻介質(zhì)，優(yōu)選使用水，該水通過管道20供應且通過管道21排出。
[0038]因為氣化與冶金過程的直接配合，因此可避免昂貴且成本密集的濕氣體清潔和負載焦油的廢水或殘余物質(zhì)的相關處理。
實施例
[0039]為了煤的氣化，送料具有以下組成的13t/h的研磨煤(粒徑> 6mm):
[0040]
【權利要求】
1.用于生產(chǎn)燃料氣體和用于進行冶金過程的方法，其中在第一過程階段中將碳質(zhì)材料，例如煤與含氧氣體反應以獲得含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的燃料氣體，其中將所獲得的燃料氣體冷卻至300-600°C，優(yōu)選350-450°C的溫度下，且隨后使其進行固體分離，且其中在第二過程階段，將該燃料氣體供應給冶金過程的至少一個燃燒器，其特征在于將來自固體分離的燃料氣體直接供應給第二過程階段的至少一個燃燒器，且其中冷卻之后通過將熱量損失最小化和/或熱量供應將該燃料氣體的溫度保持在300-600°C，優(yōu)選350-450 O。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于在流化床中將所述碳質(zhì)材料氣化。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于將在冷卻該燃料氣體時所產(chǎn)生的蒸汽至少部分用于發(fā)電和/或第一過程階段中。
4.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于將在冷卻該燃料氣體時所產(chǎn)生的蒸汽至少部分用作在流化床中的流化氣體。
5.用于生產(chǎn)燃料氣體和用于進行具有第一和第二過程階段的冶金過程的設備，其中第一過程階段含有用于生產(chǎn)含有一氧化碳、氫、二氧化碳和/或蒸汽的至少一個反應器(3)和至少一個每者均用于碳質(zhì)材料(I)和含氧氣體(2)的供應管道，其中第二個過程階段含有用于進行冶金過程的至少一個反應器(9)和至少一個燃燒器，且其中在第一過程階段之后，提供至少一個冷卻裝置(5)和隨后至少一個固體分離裝置(7)，其特征在于直接管道(8)從固體分離裝置(7)引入第二過程階段的至少一個燃燒器。
6.根據(jù)權利要求5的設備，其特征在于管道(8)裝備有用于將熱量損失最小化的至少一個設施和/或用于熱量供應的至少一個裝置。
7.根據(jù)權利要求5或`6的設備，其特征在于冷卻裝置(5)為蒸汽發(fā)生器。
8.根據(jù)權利要求7的設備，其特征在于蒸汽發(fā)生器(5)的蒸汽出口通過管道(11、12、13)與蒸汽發(fā)生(22)和/或第一過程階段聯(lián)系。
9.根據(jù)權利要求8的設備，其特征在于，在從蒸汽發(fā)生器(5)至第一過程階段的管道(12)中提供了用于調(diào)節(jié)或控制蒸汽量的閥。
【文檔編號】C21B13/00GK103534340SQ201280021632
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權日:2011年5月4日
【發(fā)明者】A·奧斯, A·馮加尼爾 申請人:奧圖泰有限公司