CN1014421B - 生产合成气的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用含氧气体在反应器中部分燃烧含碳燃料以生产含有氢气和一氧化碳的气体混合物的方法和所用设备。在该方法中，产物经急冷，气体产品与灰分和残渣分离后通过废热锅炉，废热锅炉垂直直接位于反应器的下方。灰分和残渣经垂直排放器进入灰渣槽，该排放装置在废热锅炉内部延伸或与之并排。

Description

本发明涉及用含氧气体部分燃烧含碳燃料以生产含有氢气和一氧化碳的气体混合物的方法和设备。

当所用的含氧气体是空气或富氧空气时，所生成的含有氢气和一氧化碳的气体混合物还含有数量可观的氮气。所说的含碳燃料通常指煤油或其它固体燃料，如褐煤、泥煤、木材、焦炭和烟垢等，但液体燃料如油砂或者页岩油、液体和/或颗粒固体燃料的混合物和烃气也是可用的。

有时还将一种调节剂引入反应器或气化器使之对气化器的温度产生调节作用，这是由于在调节剂和反应物和/或含有氢气和一氧化碳的气体混合物产品之间存在吸热反应。适用的调节剂是蒸汽和二氧化碳。

气化过程宜在温度范围为1200～1700℃和压力范围为1～200巴下进行。

生产含有氢气和一氧化碳气体混合物所用的气化器可为球形、圆锥形或圆柱形，其中尤以圆柱形气化器最为可取。

由德国专利申请24e，3/06，s20692（F.Sabel    27-10-1950申请，25-10-1951公开）可知一种工艺方法。其中，气化器中生成的灰分和残渣最初通过产物通道中的急弯所产生的离心力与气态产物分离。这样灰分和残渣基本上是以液体形式分离出的，一经冷却便可形成固体材料的附聚。清除这些附聚物是困难的。通过冷却实现进一步分离，冷却是在一个单独的容器中进行的。

本发明的一个目的是提供一种解决附聚物形成问题的方法，在该方法中，气化过程后立即继之以急冷处理，同时除去大部分的灰分和残渣。

本发明的另一个目的是提供一种实施该方法的紧凑设备。

因此，本发明提供了一种用含氧气体部分燃烧含碳燃料以生产含有氢气和一氧化碳的气体混合物的方法，所述方法包括下列步骤：

（1）在适于导致部分燃烧的温度和压力下，将所述燃料和含氧气体送入气化器;

（2）在气化器出口附近的急冷段急冷步骤（1）所得产物;

（3）从上所得气体混合物中分离出灰分和残渣;

（4）将灰分和残渣排入灰渣槽;

（5）使所得气体混合物通过废热锅炉;

其特征在于废热锅炉基本上垂直直接位于气化器和急冷段的下方，灰分和残渣经基本上垂直在废热锅炉内部延伸或与之并排的排放器卸出。

本发明还提供了一种用含氧气体部分燃烧含碳燃料以生产含有氢气和一氧化碳的气体混合物所用的设备，包括：

（1）设有含碳燃料和含氧气体入口以及产品气出口的气化器;

（2）放置在气化器出口附近的急冷段;

（3）从气化器排出灰分和残渣的排放器;

（4）废热锅炉;

其特征在于废热锅炉基本上垂直直接位于气化器的下方，灰分和残渣经基本上垂直在废热锅炉内部延伸或与之并排的排放器卸出。

有利的是，本发明的方法采用下流式气化器，将含碳燃料和含氧气体同时注入其上部。可以采用一个喷头或多个喷头将各组分注入，喷头的方向为水平的或垂直向下的或倾斜向下的。

所形成的燃烧产物进入位于气化器下方的急冷段，经一股或多股冷却介质冷却，使燃烧产物的温度降低到这样的水平，既可使灰分和残渣固体化，但又要保持足够高，以便能在下游回收燃烧产物大部分的热量。

下面参照附图通过实施例对本发明作进一步描述。附图表示本发明的用含氧气体部分燃烧含碳燃料以生产含有氢气和一氧化碳的气体混合物所 用设备的纵剖面示意图。附图中介绍了气化器1。含碳燃料、含氧气体和任选的调节剂经气化器1顶部的供料口2被注入气化器。在适当条件下部分燃烧，产生含有氢气和一氧化碳以及灰分和残渣的气体混合物，气体混合物经气化器底部的出口3离开气化器。在出口3处产品气体被冷却介质急冷，冷却介质是经入口4进入急冷段的。大部分的灰分和残渣冷却后落入灰渣排放器5，排放器5最好是由废热锅炉6的外壳环绕，灰渣排入灰渣槽7。该灰渣槽可以是一水槽。废热锅炉内装有冷却设施如盘管或栅板，由于清晰度的关系，此部分未示出。灰渣从槽7排入适当的排卸装置，如密封式灰渣料斗（未示出）。所获得的气体混合物可能还含有一些灰分和残渣污染物，在废热锅炉6中冷却后经出口8导出，必要时做进一步处理，例如脱除其中的污染物。

灰渣排放器5可直接位于气化器出口的下方，其上端在急冷段中。有利的是，也可使灰渣排放器5与废热锅炉并列延伸。

气化器、废热锅炉和灰渣排放装置中的压力应能防止从气化器排出的产品气体进入灰分渣排放器5，并使之几乎全部进入废热锅炉。这些工艺特征以及结构特征不是本发明的部分，这里将不再描述，同时由于清晰度的关系也未在附图中示出。

本发明的方法和设备的操作如下所述：

离开气化器的产物在急冷段中迅速冷却，下降至大约700～900℃。因此，所使用的冷却介质可以是气体（如冷的循环产品气体）和/或通过注入由液体水原地产生的蒸汽。但是更为经济的方法是，至少部分冷却介质可以由在加工中施行各种冷却处理时所产生的蒸汽组成。例如，下面所述的水槽冷却灰分和残渣时所生成的蒸汽可用于此目的。后面将要讨论的，是在本发明的一特殊实施方案中的另一个适用的蒸汽来源。

反应产物从气化器向急冷段转移是经气化器底部的出口实现的。该出口最好为锥形，这样有利于收集灰分和残渣。该出口伸入灰渣排放器。灰 渣排放器最好是一垂直管，其顶部开口，灰分和残渣向下排入水槽，在此作进一步冷却。

灰渣排放器最好放置在废热锅炉内部，这样可以回收灰分和残渣的较大部分的热，以提高本方法的效率。

除其它因素外，气化器内的温度会影响所生成的气体混合物的组成。该温度可以用各种方法控制，其中的一种方法是，使反应物在注入气化器前预加热到一定程度。

在本发明的一个特殊实施方案中，气化器用一水套包围。如果水套内产生蒸汽，可用做为急冷的冷却介质或至少做为所需要的部分冷却介质。

进入废热锅炉的含有氢气和一氧化碳的气体混合物的温度为700～900℃。在废热锅炉中，发生间接传递，热量从气体传递到例如冷却栅板，使气体的温度降至大约200～250℃。水通常被用做冷却介质，部分或全部转化为蒸汽，可将其用于本工艺或另做它用。

灰渣排放器和废热锅炉之间的壁可以根据需要选用任何适当的结构，例如圆筒型冷却栅板（焊接于金属板上的排管），为避免堵塞，该栅板可以敲击。所用管子的直径可为1～4厘米。

气体混合物夹带呈微粒形的部分灰分和残渣是不可避免的。因此在气体混合物离开废热锅炉后，应将这些污染物从气体混合物中除去。为此，夹带了污染物的气体混合物要经过旋风分离器或其它适宜的设备。

在此处理阶段，气体混合物的温度仍然有200～250℃。进一步将其冷却的适宜方法是向气体混合物中注入水或蒸汽。这会使气体的水含量增加，如果将气体混合物用做CO转化的原材料，这是有利的。此外，当气体混合物燃烧时水的存在对控制NOx的排放量也是有用的。

参照下列实施例的数据，可进一步说明本发明的规模和设备尺寸。

装置容量：1000吨/天（伊利诺斯州6号煤）;

气化器操作条件：5.4立方米/秒，25巴，1450℃;

用做急冷介质的循环气体的操作条件：1.75立方米/秒，26巴，200℃

气化器直径：2.5～3.0米;

气化器长度：5～8米;

气化器出口直径：0.8～1.2米;

灰渣排放装置直径：0.8～1.2米;

废热锅炉直径：1.5～1.8米;

废热锅炉长度：15～25米。

通过以上说明和附图，很明显，本专业领域的技术人员可以对本发明进行各种改型或变更。这些改型或变更预计会包括在本发明权利要求的范围之内。

Claims (2)

1、一种用含氧气体在反应器中部分燃烧含碳燃料生产合成气的方法，其中得到的合成气经反应器下面的出口排出并被送入垂直位于反应器下方的废热锅炉，残渣经反应器的下部出口排出，靠重力垂直下落，送入急冷介质使其与离开反应器的残渣接触，所述方法的特征在于残渣与大部分灰分垂直通过残渣排放装置落入位于废热锅炉下面的水槽，反应器的排出口伸入残渣排放装置，所述残渣排放装置顶部开口，在废热锅炉内向下延伸至水槽，灰分和残渣在水槽中进一步冷却。

2、一种用含氧气体部分燃烧含碳燃料生产合成气所用的设备，包括下部设有气体出口的反应器，与反应器相连，基本上垂直位于反应器下方的废热锅炉和急冷段，和供给急冷介质使之与离开反应器的残渣接触的供给装置，所述设备的特征在于残渣排放装置在反应器出口下面的废热锅炉内垂直延伸，其布置使得反应器的出口伸入顶部开口、下端排入位于废热锅炉下面的水槽的残渣排放装置，灰分和残渣在水槽中进一步冷却。

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