專利名稱：通過部分氧化由含灰分的燃料制備的淤漿以及完全驟冷粗制氣而生產(chǎn)合成氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相應(yīng)于權(quán)利要求1前序部分的氣化方法以及一種實(shí)施該方法的設(shè)備。該方法由以下方法步驟組成淤漿制備、淤漿輸送、氣化反應(yīng)、完全驟冷、氣體洗滌和部分冷凝，其中氣體洗滌和部分冷凝可由機(jī)械粉塵分離代替，該方法用于通過在高溫和升高的壓力下用含游離氧的氣化劑進(jìn)行部分氧化而制備含CO和H2的氣體。
為了實(shí)現(xiàn)長的運(yùn)行時(shí)間，必須可靠地保護(hù)氣化反應(yīng)器的壓力護(hù)套免受粗制氣的影響，并且避免達(dá)到1200-1900℃的高氣化溫度。這通過由一個(gè)掛入壓力護(hù)套中的冷卻管式罩來限定反應(yīng)區(qū)或氣化區(qū)而實(shí)現(xiàn)。沖洗管式罩和壓力護(hù)套之間的環(huán)形縫隙。
使作為淤漿形式的燃料通過泵抽輸送而達(dá)到氣化壓力，并使其經(jīng)由燃燒器輸送到反應(yīng)器的頂部?？赏瑫r(shí)氣化作為淤漿形式的一種或多種燃料或者煤類型。粗制氣與反應(yīng)器底部的液態(tài)廢料一起離開氣化區(qū)，接著通過水的噴淋入而部分冷卻至依賴于工藝壓力的飽和溫度，180-260℃，經(jīng)濕式或干式粉塵分離后被送入其他處理級(jí)，如粗制氣轉(zhuǎn)化或脫硫級(jí)。
在氣體產(chǎn)生技術(shù)中，對(duì)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料進(jìn)行自熱飛流氣化(Flugstromvergasung)是多年來就已知的。在此，對(duì)燃料與含氧氣化劑的比例的選擇使得從合成氣的質(zhì)量考慮，將較高級(jí)碳化合物完全裂解為合成氣組分如CO和H2，而無機(jī)成分則作為熔融液態(tài)廢料被排出，參見J.Carl，P.Fritz，NOELLKONVERSIONSVERFAHREN(NOELL轉(zhuǎn)化方法)，能源與環(huán)境技術(shù)EF-出版有限公司，1996，第33和73頁。
根據(jù)輸入該工藝技術(shù)中的不同體系，可將氣化氣體和熔融液態(tài)廢料分離開，或者將它們一起從氣化設(shè)備的反應(yīng)區(qū)排出，如DE 197131 A1所示。對(duì)于氣化體系的反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部界限，既可以設(shè)置耐火襯里，也可以引入冷卻體系，參見DE 4446803A1。
EP 0677567B1和WO 96/17904描述了一種方法，其中通過耐火襯壁來限定氣化區(qū)。該方法有一個(gè)缺點(diǎn)，即氣化中形成的液態(tài)廢料會(huì)使耐火墻體脫落，這導(dǎo)致快速損耗并且修理費(fèi)用高昂。隨著灰分含量增長，該損耗過程也增強(qiáng)。由此，這種氣化體系的運(yùn)行時(shí)間有限，直到更新襯里。另外，限制了氣化溫度和燃料的灰分含量。將燃料以煤-水淤漿形式的輸送會(huì)引起顯著的效率損失，參見C.Higman和M.van der Burgt，“Gasification(氣化)”，ELSEVIER出版社，美國，2003，其可通過加入油作為載體介質(zhì)或通過預(yù)熱煤-水淤漿而減少或避免。輸送體系的簡(jiǎn)易性是有利的。還描述了一種驟冷體系或冷卻體系，其中熱的氣化氣體和液態(tài)廢料一起經(jīng)過在反應(yīng)區(qū)底部開始的導(dǎo)管排出，并且導(dǎo)入水浴中。氣化氣體和廢料一起排出可能導(dǎo)致導(dǎo)管堵塞，并且由此導(dǎo)致限制了可利用性。
DE 3534015 A1描述了一種方法，其中使氣化介質(zhì)細(xì)煤和含氧的氧化劑經(jīng)過多個(gè)燃燒器這樣輸入到反應(yīng)區(qū)中，使得火焰相互偏轉(zhuǎn)。在此，載有細(xì)小粉塵的氣化氣體向上流動(dòng)，而廢料向下流入廢料冷卻體系中。在一般情況下，在氣化區(qū)上部設(shè)置一設(shè)備，用以利用廢熱進(jìn)行間接冷卻。然而，由于夾帶的液態(tài)廢料顆粒，存在在換熱器表面上沉積和覆蓋的危險(xiǎn)，這妨礙了傳熱并可能導(dǎo)致堵塞管道體系或者導(dǎo)致侵蝕。通過使熱的粗制氣與循環(huán)輸送的冷卻氣一起輸出，克服了堵塞的危險(xiǎn)。
Ch.Higman和M.van der Burgt在“Gasification”，第124頁，Elsevier出版社，2003中介紹了一種方法，在該方法中，熱的氣化氣體與液態(tài)的廢料一起離開氣化器并直接進(jìn)入其下方垂直布置的廢熱釜中，在該廢熱釜中冷卻粗制氣和廢料，利用廢熱產(chǎn)生蒸汽。廢料在水浴中聚集，冷卻了的粗制氣從旁路離開廢熱釜。與按照該體系回收廢熱的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)，存在一系列的缺點(diǎn)。這里要特別提到的是在換熱管道上形成沉積物，這妨礙了傳熱并造成腐蝕和侵蝕，而且由此導(dǎo)致差的可利用性。
CN 20042002007.1描述了一種“固體粉化燃料氣化器”，其中將煤粉以氣動(dòng)方式輸入，而將氣化氣體和液態(tài)的廢料通過中央管道引入水浴中以進(jìn)一步冷卻。在所述中央管道中的這種中央引離容易引起堵塞，其干擾了整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且降低整個(gè)設(shè)備的可利用性。
從這些現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種可能的方案，其在可靠的運(yùn)行方式下適用于不同灰分含量的燃料并且具有高可利用性。
通過按照權(quán)利要求1的特征的氣化方法和按照權(quán)利要求13的設(shè)備解決了該任務(wù)。從屬權(quán)利要求進(jìn)一步描述了本發(fā)明的有利實(shí)施方案。
本發(fā)明提供一種在作為飛流反應(yīng)器形式構(gòu)成的氣化區(qū)中，在環(huán)境壓力至100巴之間的壓力下，用含氧的氧化劑氣化固體含灰分燃料的氣化方法，其中反應(yīng)區(qū)外圍(Kontur)由冷卻體系限定，在此冷卻體系中的壓力總是保持高于反應(yīng)區(qū)中的壓力，其具有如下特征將燃料例如石煤、石煤焦炭、褐煤焦炭、生物質(zhì)焦炭和/或石油焦炭或其混合物粉碎至粒度＜500μm，優(yōu)選＜200μm，并在加入液體如水或油的條件下混合得到燃料-水懸浮液或燃料-油懸浮液，即所謂的淤漿。在使用水作為載體介質(zhì)時(shí)，添加表面活性劑下獲得穩(wěn)定的直至70質(zhì)量％的固體濃度。借助于合適的泵使其達(dá)到所希望的氣化壓力，直至最高100巴，并經(jīng)由安裝在氣化反應(yīng)器頂部的合適燃燒器輸入氣化反應(yīng)。通過測(cè)量、調(diào)節(jié)和監(jiān)控設(shè)備來監(jiān)控、測(cè)量并調(diào)節(jié)淤漿中的燃料濃度以及流動(dòng)的淤漿量。同時(shí)將含游離氧的氧化劑輸入燃燒器，并且通過部分氧化將燃料淤漿轉(zhuǎn)變?yōu)榇种坪铣蓺?。?200-1900℃的溫度下，在直至100巴的壓力下進(jìn)行氣化。反應(yīng)器配備有冷卻罩，其由氣密性焊接的且水冷卻的管道構(gòu)成。
熱的粗制合成氣與由燃料灰分形成的液態(tài)廢料一起離開氣化反應(yīng)器并到達(dá)其下方垂直布置的驟冷區(qū)中，在此通過噴淋入水而冷卻氣體直至露點(diǎn)，即達(dá)到用水蒸汽飽和。該飽和溫度取決于壓力地為180-260℃。同時(shí)，廢料轉(zhuǎn)變?yōu)榱；癄顟B(tài)。驟冷區(qū)建造為敞開區(qū)，不設(shè)任何內(nèi)部配件，以避免廢料或由粗制氣夾帶的粉塵發(fā)生沉積。將驟冷水通過噴嘴引入驟冷區(qū)，噴嘴的位置緊靠所述護(hù)套處。粒化的廢料與過量的水一起經(jīng)過一個(gè)廢料排出管道從驟冷區(qū)排出并卸壓。在此，可布置一個(gè)或多個(gè)廢料引離管線。水蒸汽飽和的粗制氣，其以溫度為180-260℃從側(cè)面離開驟冷區(qū)，接著被除去夾帶的粉塵?？膳渲靡粋€(gè)或多個(gè)氣體出口。為此，粗制氣首先到達(dá)在工藝壓力下運(yùn)行的粗制氣洗滌中，該洗滌適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)成文丘里洗滌形式。在此，除去夾帶的粉塵，直至顆粒大小約為20μm。該純度還不足以進(jìn)行接下來的催化工藝，例如粗制氣轉(zhuǎn)化。在此還要考慮，粗制氣中夾帶有額外的鹽霧，其在氣化過程中從粉塵狀燃料中除去并且與粗制氣一起引離。為了既要除去＜20μm的細(xì)小粉塵又要除去鹽霧，將洗滌后的粗制氣輸入冷凝段，在此將粗制氣間接冷卻5-10℃。在此，水從水蒸汽飽和的粗制氣中冷凝出來，其吸收所述細(xì)小的粉塵顆粒和鹽顆粒。在一個(gè)隨后的分離器中將含粉塵顆粒和鹽顆粒的冷凝水分離出來。之后，可將這種純化過的粗制氣直接輸入例如粗制氣轉(zhuǎn)化裝置或脫硫設(shè)備中。
下面參照2幅附圖和實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。附圖表示的是

圖1所提出的方法的方框圖。
圖2具有驟冷器的氣化反應(yīng)器。
石煤量為320t/h，其組成為C 71.5質(zhì)量％H 4.2質(zhì)量％O 9.1質(zhì)量％N 0.7質(zhì)量％S 1.5質(zhì)量％Cl0.03質(zhì)量％灰分含量為11.5質(zhì)量％，濕度為7.8質(zhì)量％，所述石煤在40巴的壓力下進(jìn)行氣化。煤的熱值為25600kJ/Kg。在1450℃下進(jìn)行氣化。為進(jìn)行氣化所需的氧氣量為245000m3i.N./h。首先將煤輸入與現(xiàn)有技術(shù)相應(yīng)的研磨設(shè)備，在此設(shè)備中進(jìn)行粉碎至0-200μm的粒度范圍，以隨后在一個(gè)專門的方法步驟中(圖1)通過加入表面活性劑而與水混合得到穩(wěn)定的煤粉-水懸浮液，即所謂的淤漿。該淤漿中的固體濃度為63質(zhì)量％，淤漿量為465t/h。借助于適用于輸送固-液懸浮液的泵使該淤漿達(dá)到所希望的氣化壓力，直至100巴，并將其經(jīng)由輸送管道1.1輸入氣化反應(yīng)器2的燃燒器，在此監(jiān)控、測(cè)量并調(diào)節(jié)數(shù)量。為了節(jié)省氧氣，可將淤漿在輸入氣化反應(yīng)器2之前進(jìn)行預(yù)熱，取決于氣化壓力而預(yù)熱直至400℃。圖2示出了氣化反應(yīng)器。經(jīng)由輸送管道1.1流入氣化反應(yīng)器2的465t/h的淤漿與經(jīng)由管道2.1流入的245000m3i.N./h的氧量一起在氣化區(qū)2.3中進(jìn)行在1450℃下的部分氧化，在此565000m3i.N./h的粗制氣由如下組成構(gòu)成H218.5體積％CO70.5體積％CO26.1體積％N22.3體積％NH30.003體積％HCN 0.002體積％
H2S 0.5體積％COS 0.07體積％。
氣化區(qū)2.3由冷卻罩2.4限定，該冷卻罩由氣密性焊接的、水冷卻的管道體系構(gòu)成。粗制氣和液態(tài)廢料一起經(jīng)由出口2.5流入驟冷器3。圖2中示出了與氣化反應(yīng)器2牢固結(jié)合的驟冷器3。它由一個(gè)未設(shè)內(nèi)部配件而設(shè)計(jì)成敞開區(qū)形式的驟冷區(qū)3.1構(gòu)成，向該區(qū)中經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)噴嘴系列3.2和3.3噴入水，以冷卻熱的粗制氣。為了節(jié)省新鮮水，為此大多數(shù)使用冷凝物，它是在冷卻粗制氣時(shí)在下游的設(shè)備部件中產(chǎn)生的。驟冷水的量為約500m3/h。在217℃下飽和的粗制氣在驟冷區(qū)的出口3.4處具有水蒸汽含量為57體積％。廢料聚集在驟冷容器下部?jī)?nèi)的水浴3.5中，并且經(jīng)由流出口3.6定期排放。為了保護(hù)壓力護(hù)套不受侵蝕和腐蝕，設(shè)置了磨損護(hù)套3.7。
經(jīng)由出口3.4離開驟冷區(qū)3.1的粗制氣隨后到達(dá)粗制氣洗滌4，該洗滌以可調(diào)節(jié)的文丘里洗滌形式構(gòu)成，并且使用約100m3/h的洗滌水進(jìn)汽沖擊。通常將洗滌水除去容納的固體，并且再次輸入文丘里洗滌。為了除去＜20μm的細(xì)小粉塵以及在文丘里洗滌中沒有分離出的鹽霧，對(duì)水洗過的粗制氣進(jìn)行部分冷凝5，在此將粗制氣從217℃間接冷卻至211℃。通過冷卻時(shí)冷凝的水蒸汽，接收最細(xì)小的粉塵顆粒和鹽顆粒，并由此從粗制氣中除去。用于去除粉塵的粗制氣洗滌4以及部分冷凝5可用一個(gè)濕式或干式操作的分離級(jí)來替代，其方式是將離開驟冷區(qū)3.1的粗制氣輸入一個(gè)機(jī)械方式的純化級(jí)中，例如離心分離器。之后，去除了固體的純化粗制氣具有以下組成H29.5體積％CO31.2體積％CO22.6體積％N21.1體積％NH30.001體積％HCN 0.001體積％H2S 0.200體積％COS 0.03體積％H2O 54.60體積％純化的濕粗制氣的量為1320000Nm3/h。它可直接被輸入粗制氣轉(zhuǎn)化或其他處理級(jí)。
所用參考標(biāo)記的列表1.淤漿制備和輸送1.1淤漿輸入2.反應(yīng)器2.1用于氧的管道2.2燃燒器2.3氣化區(qū)2.4冷卻罩2.5出口3.驟冷器或冷卻系統(tǒng)3.1驟冷區(qū)3.2進(jìn)入3的噴嘴3.3進(jìn)入3的噴嘴3.4離開3.1的出口3.5水浴3.6流出口3.7磨損護(hù)套4.粗制氣洗滌5.部分冷凝
權(quán)利要求
1.用含游離氧的氧化劑通過部分氧化將固體燃料如石煤和焦炭，如石煤焦炭、褐煤焦炭、生物質(zhì)焦炭和石油焦炭在飛流中氣化的方法，其中壓力為環(huán)境壓力至100巴，溫度為1200-1900℃，該方法由以下方法步驟組成制備和輸送淤漿，在具有冷卻的反應(yīng)區(qū)外圍的反應(yīng)器中通過部分氧化而進(jìn)行氣化，驟冷，粗制氣洗滌和部分冷凝，在此可用在高于露點(diǎn)下進(jìn)行操作的干式機(jī)械粉塵分離來代替粗制氣洗滌和部分冷凝，其中-和粒子尺寸＜200μm，優(yōu)選100μm的粉塵狀燃料在加入表面活性劑的情況下，用水糊化得到固體濃度為40-70質(zhì)量％的燃料-水淤漿，并且通過泵抽輸送使其達(dá)到環(huán)境壓力至100巴的氣化壓力，-將經(jīng)由輸送管道(1.1)輸入反應(yīng)器(2)的淤漿與含游離氧的氧化劑一起在具有冷卻罩(2.4)的反應(yīng)器(2)的反應(yīng)區(qū)(2.3)中進(jìn)行部分氧化，在此燃料的灰分熔融，并且與熱的氣化氣體一起經(jīng)由排出裝置(2.5)被轉(zhuǎn)送入驟冷器(3)的驟冷區(qū)(3.1)，-通過噴淋入過量的水將粗制氣驟冷直至180-260℃的溫度，-將驟冷過的水蒸汽飽和的粗制氣進(jìn)行粗制氣洗滌(4)，以純化除去夾帶的細(xì)小粉塵，和-將水洗后的粗制氣進(jìn)行部分冷凝(5)，以分離除去細(xì)小粉塵，并間接冷卻5-15℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將粗制氣洗滌器(4)設(shè)計(jì)成一個(gè)一級(jí)或多級(jí)的文丘里洗滌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，向文丘里洗滌中供應(yīng)新鮮水或返回的冷凝物，所述冷凝物是在冷卻氣體時(shí)產(chǎn)生的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的方法，其特征在于，為了分離細(xì)小的粉塵和夾帶的鹽霧，將水洗過的粗制氣隨后用間接冷卻進(jìn)行部分冷凝(5)，其中將粗制氣冷卻5-15℃的小溫差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，將在部分冷凝(5)中排出的小水滴通過離析與粗制氣分離開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，直接用水冷卻液態(tài)的廢料，在驟冷區(qū)(3.5)的下部收集其顆粒，并且經(jīng)由流出口(3.6)排出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的方法，其特征在于，將燃料以燃料-水淤漿或燃料-油淤漿的形式輸入反應(yīng)器(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的方法，其特征在于，將燃料經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)燃燒器輸入氣化反應(yīng)器(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的方法，其特征在于，將?；膹U料經(jīng)由驟冷區(qū)(3.5)的一個(gè)或多個(gè)流出口(3.6)排出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9的方法，其特征在于，驟冷過的粗制氣經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)氣體出口(3.4)離開驟冷區(qū)(3.5)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10的方法，其特征在于，同時(shí)將一種或多種類型的煤氣化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11的方法，其特征在于，測(cè)量、監(jiān)控并調(diào)節(jié)輸送管道(1.1)中的淤漿量。
13.用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-12的方法的設(shè)備，其特征在于依次連接的一個(gè)用于制備和輸送淤漿的設(shè)備(1)、一個(gè)具有冷卻的反應(yīng)區(qū)外圍的氣化反應(yīng)器(2)、一個(gè)用于將粗制氣冷卻至180-260℃的飽和溫度的驟冷器(3)、一個(gè)粗制氣洗滌器(4)和一個(gè)部分冷凝器(5)，其中可用干式粉塵分離用設(shè)備來代替或補(bǔ)充粗制氣洗滌器(4)和部分冷凝器(5)，其中將淤漿經(jīng)由管道(1.1)輸入反應(yīng)器(2)的燃燒器(2.2)，-用含游離氧的氧化劑將輸入的粉塵狀燃料(1)氣化的反應(yīng)器(2)，其由一個(gè)用于燃料淤漿的輸送管道(1.1)和一個(gè)用于氧化劑的管道(2.1)構(gòu)成，所述管道借助燃燒器(2.2)通向反應(yīng)區(qū)(2.3)中，所述反應(yīng)區(qū)由冷卻罩(2.4)和朝向驟冷器(3)的排放裝置(2.5)構(gòu)成，該冷卻罩(2.4)由氣密性焊接的、水冷卻的管道構(gòu)成，-未設(shè)內(nèi)部配件的驟冷器(3)，其中在一個(gè)或多個(gè)噴嘴環(huán)中安裝了噴嘴(3.2)，經(jīng)由這些噴嘴噴入用于驟冷所需的水，其中噴嘴(3.2)以與內(nèi)部護(hù)套齊平的方式布置，-氣體純化裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，驟冷器(3)中布置了用于粗制氣的出口(3.4)和帶有水浴的用于廢料(4.2)的出口(4.3)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13-14的設(shè)備，其特征在于，布置粗制氣洗滌器(5)和部分冷凝(5)作為氣體純化裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其特征在于，布置一個(gè)一級(jí)或多級(jí)的文丘里洗滌器作為粗制氣洗滌器(5)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13和14的設(shè)備，其特征在于，為了純化氣體，布置一個(gè)機(jī)械方式的干式粉塵分離器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于，氣體純化下游連接其他的氣體處理級(jí)，如粗制氣轉(zhuǎn)化或脫硫設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將固體燃料如石煤和焦炭如源自石煤、褐煤和生物質(zhì)的那些以及石油焦炭加以氣化的方法和設(shè)備，所述燃料被研磨細(xì)并且與水或油一起混合得到燃料－液體懸浮液，即所謂的淤漿，并且它們與含游離氧的氧化劑一起通過部分氧化而在飛流反應(yīng)器中進(jìn)行氣化，氣化壓力為環(huán)境壓力至100巴，溫度為1200－1900℃，該方法由以下方法步驟組成制備淤漿并輸送淤漿至反應(yīng)器，在帶有冷卻的反應(yīng)區(qū)外圍的飛流反應(yīng)器中進(jìn)行氣化，將粗制氣完全驟冷直至飽和溫度，該溫度取決于氣化壓力地為180－260℃，以及濕式或干式粉塵分離，其中這樣預(yù)處理粗制氣，使得可將其引導(dǎo)入其他技術(shù)級(jí)，如粗制氣轉(zhuǎn)化，H
文檔編號(hào)C10J3/46GK1928027SQ200510003450
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者曼弗雷德·申格尼茨, 貝恩德·霍勒, 諾貝特·菲舍爾 申請(qǐng)人:未來能源有限公司, 曼弗雷德·申格尼茨