CN102300963A - 用于从储存容器向气流床气化反应器供应燃料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供向压力气化设备供应燃料的方法，该方法以经济的方式确保来自洗选及输送的有害物质的排放最少化或完全避免。这通过如下实现，使用含有至少10ppm的CO用于洗选和/或输送，向气体中混入含氧气体，并将该混合气体加热到将气体中包含的有害物质的至少10％氧化的温度。

Description

用于从储存容器向气流床气化反应器供应燃料的方法

技术领域

本发明涉及用于从储存容器向气流床气化反应器供应燃料的方法，其中在储存容器及气流床气化反应器之间连接至少一个洗选容器

及至少一个接受容器

其中在气流床气化反应器中产生一种含CO、H₂及粉煤灰的气体。

背景技术

在将含二氧化碳、一氧化碳及氧的气体的细颗粒至粉尘状燃料洗选并输入处于压力下的气流床气化反应器时，其中在低微粒负载(＜50kg/m3)的情况下细散的或粉尘状(＜0.5mm)的燃料，例如煤、石油焦、生物质废料或是悬浮燃料在气流床气化反应器中与含氧的气化剂在高压(最高达10MPa)及高于炉渣熔点的温度下反应，其中该含氧气体以低于化学计量比输入，从而产生含一氧化碳的反应气体。

由于燃料首先是处于环境压力中，因此必须经由输送系统首先将燃料提高到高于反应器压力的压力水平，以便然后将燃料计量添加地输送到高压气化反应器的燃烧器。

一种有利的方法设计为，将燃料从储存容器输送到洗选容器。接着将洗选容器加压到高于反应器压力的压力水平，以便然后经由输送管路以密流输送的方式将燃料输送到气化反应器的燃烧器的始终处于压力下的接受容器中。从该接受容器连续地分别向燃烧器供以计量添加的燃料物流。对于密流输送所需的运输气体是在洗选容器的出口处或附近输入，或是被输入输送管路。随后将清空的洗选容器卸压，以便可以在接近大气压力的情况下接受下一批燃料进料。将卸压气体除尘后排放到大气中。

对于洗选通常采用二氧化碳或来自空气分离设备的氮气。如果要产生贫氮的合成气或氢和/或CO，则使用二氧化碳。

可以在气化后进行的气体处理过程中获得二氧化碳。通常将从气化器流出的气体除尘并净化，然后进行CO转化，以便通过合成步骤所要求的H₂/CO比例进行调整，或是产生纯氢。由此将CO及水蒸气转换成CO₂及氢。然后将气体冷却，水分冷凝，随后在洗涤器中以循环的溶剂(例如MDEa、Genosorb、甲醇)将CO₂洗出。在解吸器中通过降压或提高温度将CO₂从溶液中驱出。以这种方式获得的气体除了CO₂外还含有其他成分，例如H₂、CO、N₂、甲烷、硫化氢、氩、所使用的溶剂(例如甲醇)的蒸气。CO含量为例如0.1％。虽然在技术上可以进一步降低洗涤器中的有害物质含量，但是耗费(投资成本及运行成本，例如用于蒸气消耗及电力消耗)会随着净化度要求的提高而迅速升高(例如在DE 102007008690A1中描述了从粗合成气产生气体产物)。尤其困难的是从CO₂流中将CO残余物去除。

DE 10 2007 020 333 A1提出操作煤尘高压气化器的粉尘进料系统的方法，该粉尘进料系统是由储存器、粉尘进料闸、以及配料容器所构成。这种方法是将加热的氮气作为惰性化剂及松散化剂(Auflockerungsmittel)输送到储存器，而用纯CO₂为洗选容器加压并输送粉尘。将来自洗选容器的卸压气体卸压，然后在过滤器中滤出固体物质。借助重力流进行配料容器中的加压的洗选容器的清空。

DE 36 90 569 C2描述了一种去除来自残余气体的含硫化合物的方法。

已知的技术方案的缺点尤其在于，洗选及流体化所使用的气体只能含有很低浓度的环境危害物质(CO、H₂S、甲醇等)，因为它们将被排放到大气中。以重力流为基础的具有容器重叠构造的洗选，由于高构建高度而非常耗费并且松散物料的压实而被证实操作稳定性不足。另外一个缺点是尽管有多种不同的方式，但是结果表明容器加压工艺要经济地进行，以致使松散物料的内应力保持足够低仍然是十分困难。

发明内容

本发明的目的是提供向高压气化装置提供燃料的方法，这种方法要能够以经济的方式确保使得来自煤洗选以及来自其输送的有害物质排放最少化或完全避免。

用开篇提及类型的方法，如下实现本发明的目的，使用含少10ppm(优选100ppm至1000ppm)CO的气体用于洗选和/或输送，其中向该气体中混入含氧气体，并将混合气体加热到将混合气体中的有害物质的至少10％氧化的温度。

结果表明，虽然气体处理时含有高浓度的气体CO、H₂S、溶剂的蒸气(例如甲醇等)，通过本发明，即使未完全避免来自煤洗选及输送的有害物质排放，也能使排放量大幅降低。

在本发明的实施方式中设计为，洗选用的含氧气体是用来使储存容器内的燃料松散化、和/或使洗选容器的内容物松散化及流体化、和/或用于从洗选容器(3)进一步输送、和/或用于在接受容器中松散化及流体化，以在各设备部件之间输送燃料、和将燃料从接受容器输出和/或输送至气流床气化反应器。

本发明的一个特别的优点是，所有用于燃料洗选及将燃料输送至气流床气化反应器的气体都能够具有要求的标准。

符合目的的是，使含有害物质及氧的混合气体通过至少一个催化器，以加速有害物质的氧化。

根据本发明，可以视使用目的及相应的设备的构造设计为，使用于提高洗选容器中的压力的气体被催化氧化，而输送燃料用的气体则不被催化氧化。

在本发明的其它实施方式中设计为，使用具有小于5％氧含量的气体作为洗选气体，其中在其它实施方式中还可以设计为，将来自接受容器的卸压气体输送到压缩机的压力级和/或经由压缩装置输送到一个或多个洗选容器。

附图说明

以下配合附图及实施例对本发明的其它优点、细节及特征做进一步的说明。其中：

图1：将燃料供应至气化反应器的设备示意图，

图2：具有多个接受容器的燃料供应设备，以及

图3：基本根据图1、但所使用及所产生的气流的引导方式变化的设备。

首先要注意，在附图中，在不同流程图中所有具有相同作用的元件及流线均以相同的标记标示，尤其是当在单个设备中相应的功能相同或近似时。

[实施方式]

图1的设备流程图显示，用1表示的燃料输送入储存容器2，其中较粗的线标示的燃料路径从储存容器2输入洗选容器3，从洗选容器经由管路4b输入接受容器5，从这里经由管路6a输送到气化反应器7的燃烧器6。

在洗选容器填满时流出的气体经由管路3e输入过滤器10，其中在过滤后将气体经由管路10e被排放到周围环境中或输出到进一步的用途。过滤出的粉尘则被回输到储存容器2。在储存容器2填满时排出的气体同样在管路2e被输入过滤器10。

将炉渣及含固体物质的水从气流床气化反应器在7b中输出，气体则经由管路7a输出到气体处理8，其中合成气经由管路8a从气体处理8排出。

如图1所示，所获得的二氧化碳可以分成两股气流，一股是输入压缩中的气流8b，一股是输入气体输出的管线8c。根据本发明，将含氧气体(例如空气)在压缩机18之前混入16气流8b，或是将含氧气体(例如空气)在压缩机18之后混入16a气流8b，在热交换器19内冷却，并经由管路18b或环路中的3a回输到洗选容器3内进行加载。

图1的设备的作用方式如下：

将粉尘状燃料1暂时储存在储存容器2中，并从这里经由连接管路供给到洗选容器3。为了能够接收来自储存容器2的燃料，洗选容器3必须首先卸压。将从洗选容器流出的气体3e在过滤器10中除尘，并排放到大气中。然后用燃料填充洗选，并用气体3a和3b加压。然后用3c冲洗洗选的输出管路，并将粉尘状燃料从洗选容器3经由管路4b输送到接受容器5。在此加入松散化及流体化气体3b及运输气体4a。

接受容器5永久处于工作压力之下，并连续地经由多条管路6a供料到给气化器7。通过添加松散化及流体化气体5b进行从接受容器到容器出口区域的输送，并且由其它运输气体5c输送到燃烧器管路6a中。燃料流6a连续地通过密流输送调节地经由燃烧器6运输到气化7中。

来自接受容器的卸压气体5e回输到压缩机18的适当的压力级中，以便降低所需的气体8b量及压缩功率。气化7包括气化反应器、气体冷却及除尘、以及炉渣7b及含固体物质的水的冷却及洗出。

在气体处理8中一部分一氧化碳及水蒸汽被转化为二氧化碳及氢。此外，用溶剂(例如MDEa或甲醇)净化气体，并将二氧化碳从合成气8a(主要是H₂及CO)中分离出来。气体净化中获得的含二氧化碳的气体具有低压且通常含有少量的有害物质，例如一氧化碳(＜1％)、硫化氢(＜10ppmv)、痕量的碳氢化合物等。

所获得的二氧化碳可以具有一种或多种品质。图1显示两股二氧化碳气流，其中8b送到压缩，8c输出。输出的气流通常可以含有CO、H₂S及甲醇，例如用于将地表下的原油挤出的气体。如图1所示，如果还需要降低气流中的有害物质含量，同样可以经由氧化进行。

将含氧气体16c(优选空气)混入不纯的CO₂气流，并在热交换器22和23中提高混合物的温度，以便在反应器24中将有害物质优选催化氧化。在热交换器22中冷却后，就可以将贫有害物质的气体22a释放，或是进一步使用。

将气流8b在压缩机18内压缩，并用于燃料的洗选、流体化及气动输入气化器。将该气体的一部分排放到环境中，在图1的示例性实施方案中，其是气流10e。

为了减少排放到大气中的有害物质，向含有害物质的气体8b混入含氧气体16，并将混合物以绝热或多变方式在中间冷却程度很小的情况下压缩。

可替代地可以在压缩18之后进行氧气的添加16a。可以任选地用热交换器将被压缩的热气体进一步加热(未示出)，以保持此温度一定时间，以便让有害物质(尤其是CO及甲醇)能够与混合气体中的氧反应。虽然高温的洗选气体及运输气体在热力学上是有意义的，但却会阻碍气体的分布及导致燃料微粒脱气，从而产生其它排放。因此可以将气体在热交换器19(例如蒸发器)内冷却直至希望的温度。

对气化器而言，在压缩机18之前混入氧气16还带来另一个优点。通常气化介质燃料6a及氧通常是经由燃烧器6的分离式同心通道输入气化器，并在气化器内首先形成分离的流束，它们逐渐彼此混合。

氧与热气体在气化器内的反应速度比与原本相对较冷的燃料的反应速度高数个数量级，从而绝大部分的氧与气体反应，由此形成极热的煤气火焰及相当长的冷燃料流束。只有通过混合和辐射，燃料温度才会升高，从而燃料才会发生气化。

反之，如果将一部分的氧与燃料一起输入，则放热的氧气反应就会直接在燃料微粒的周围发生，从而使冷燃料流束

因此还有火焰变短。实际结果是较高的燃料转化率及较高气化器效率，因为气化燃烧器的最大燃料通过量主要是受到火焰长度的限制。

图2更详细地显示降低排放的燃料洗选及输送方式的可替代的实施方式，如上所提及的，功能相同的设备部件具有与图1相同的标记。

粉尘状燃料1被暂时储存在储存容器2中，并从那里经由连接管路被送到3个洗选容器3。在洗选阀打开前用2c冲洗管路。在洗选的充气过程中，将流体化气体2b输入储存容器的出料区(Austragkonen)。洗选容器会被暂时移开，以用于输送燃料，因此形成对接受容器5的半连续式供料。

填充有燃料的洗选容器用3a和3b加压。然后将燃料输送到接受容器5，在其中输入了出料区中的流体化气体3b和运输气体3c和4a。然后经由3e使清空的容器卸压。例如可以将卸压气体3e在热交换器11内加热，以避免在卸压期间及过滤器10中结冰和冷凝。可以将气体部分地收集在缓冲器9中，并进一步使用，例如在储存容器中使用、用于气流2a，2b，2c、以及使研磨设备惰性化。将至少一部分气体在过滤器10中除尘，并排放到大气中。向缓冲器9中另外输入气体9a，例如在启动阶段。一部分与燃料一起输入接受容器5的运输气体同样经由卸压气体5e引出。

借助压缩装置(例如用驱动气18d驱动的喷射器)提高卸压气体5e的压力，从而使气体返回到洗选中，或是可以作为运输气体使用。

将在气体处理器8中被分离出的主要含CO₂的冷气体8b压缩，其中使用具有中间级冷却的压缩机，以降低压缩功率。将一部分被压缩的气体(例如参数为60巴及100℃的气体)输入缓冲器17，并用PC(压力控制)控制在恒压，然后用于洗选的出料区及气化器之间的燃料输送。

由于输入燃料输送中的大部分气体流入气化器，只有小部分流入周围环境中，因此气流3b、3c、4a、5a、5b、5c中的有害物质(CO、甲醇等)通常是可以被接受的。反之，则向洗选所使用的气流18b中混入含氧气体16。

为了加快有害物质的氧化，可以将混合物加热，例如在气/气热交换器15及用外热Q加热的加热器14中进一步加热，并与催化器13接触。另外将所述气体通过放热氧化加热，从而在可氧化物质H₂、CO、H₂S等浓度足够高(例如＞1％)时，可以省去热交换器14。将气体例如在热交换器15中加热到190℃，然后在加热器14中加热到220℃。然后在催化反应器13中将CO、甲醇等转化成毒性显著更低的气体。

将由反应器13流出的气体在热交换器15中冷却至约130℃，然后引入缓冲器12。利用流量调节器(FC)调节至近似恒定的平均流量。这样洗选的很大需求变动不会造成反应器13中的流量变动。

回输并被压缩的气体20a可以可替代地例如作为运输气体4a和5c或作为流体化气体使用。

如果不使用催化器，则必须经过经济分析来确定CO、甲醇等的最佳氧化参数，例如温度、氧气浓度、催化剂用量、在高温区的停留时间等。因为随着氧气浓度的升高，所需的停留时间及催化剂用量将降低，因此最好的是氧气过量。但是在洗选气体中高氧气浓度的可能导致混合物与粉尘状燃料发生燃烧和爆炸，尤其是在使用反应性燃料(例如褐煤或生物质燃料)时。因此氧气浓度不应高于5％。

图3显示本发明的减少有害物质排放方法的另一种实施方式，其具有不同压力的3个CO₂级分。此处将氧气流16混入具有最低压力(例如接近大气压)的级分8b，将混合气体绝热压缩到直至第二级分8c的压力(例如在低压压缩机18LP中5巴)，由此将气体加热到约200℃，然后与8c混合。

任选地，可以将混合物在22及23中进一步加热。然后在24中进行有害物质的氧化并在22中回收热。将脱除了大部分有害物质的低压气体22a应用于煤处理的低压部分，被其他的消耗者22b使用、经在高压压缩机18HP中预先压缩后用于洗选及输送22c，而将余下的在膨胀器25中卸压，由此回收机械能或电能。

例如卸压的气体25a可以用于磨煤设备的惰性化处理，或是排放到大气中。此外，从技术及经济方面考虑是否应设置其他的热交换器，例如将气流8c，22d，25a加热，或是将气流18a，18b，22a至22c冷却的热交换器。一部分在气体处理8中产生的主要由CO₂组成的气体8d并不与含氧气体混合。将这些气体任选地在压缩后排出和/或在气化器下游使用，例如应用于气体除尘、粉煤灰处理、作为冲洗气体或密封气体，以避免由于H₂及CO的氧化造成有用气体的损耗。

在洗选3卸压时，气体会因为等熵膨胀或多变膨胀而被明显冷却，因此来自煤的残湿的水蒸气形成冰以及CO₂的冷凝而可能干扰工艺。此外，由于洗选容器会周期性地面对低温，因此容器壁会承受机械负荷，因而在周期性过程中导致材料疲劳。为了避免这样的情况，需要将洗选容器从外部用电或用介质加热。同样的，输送燃料的其他装置2，4，5，9，10及连接管路也应被加热，以避免低于露点。

在附图中示例性描述了本发明的有利实施方式，以说明有害物质被排放到大气中的路径，以及减少排放的方法。本发明的排放限度也可应用于燃料的洗选和输送，气化，以及气体处理的可替代的设计，例如：

--来自洗选容器3的燃料的重力流进入接受容器5；

--无低压缓冲器9或具有不同压力的多个缓冲器；

--多个储存容器和/或多个接受容器；

--用废热锅炉气化，干式除尘及使用回收气体作为淬灭气体；

--以水淬灭气化，以及湿式除尘；

--进行来自气化的含H₂S气体中的CO转化，或首先将气体脱硫，然后润湿并进行CO转化：

--在压缩机18之前或之后或在部分压缩之后输入含氧气体；

--无热交换器15，以及在13和12之间具有气体冷却器；例如蒸气发生器，

--仅CO₂气流离开气体处理，将含氧气体混入该气流中，并将该混合物的一部分压缩并在高压下氧化，而另一部分在低压下处理，

--仅CO₂气流8c离开气体处理，将含氧气体16c混入该气流中，将混合物用22和23气加热，并将有害物质催化氧化，然后将一部分冷却后的气体22a引至压缩机18，而将余下的排出。

含氧气体16可以具有与用于气化器的氧气流相同的组成。通常将低温获得的气体输入气化中，该气体含有85％至99.8％的氧及最多3％的氩及氮。也可以使用空气、用氧气富集的空气、或是氧含量为例如2％的氮气。

由于主要由二氧化碳组成的气体8b在气化器中通常是从后置的气体洗涤获得，因此为了启动整套设备需要一种输入气体，例如CO₂或氮，通常优选使用氮，为此目的，可以以液相储存。一旦开始运行到使得在气体净化中将二氧化碳分离的程度，进一步正常运行就切换到含二氧化碳的气体。

气流18c显示经压缩且贫有害物质的气体18也可供其他目的之用，例如在粉煤灰处理中作为洗选气体及冲洗气体。可以从缓冲器9排出具有中压的输出气体，且气流10e于低过压下提供。

图2显示的储存容器2、洗选容器3、后输送管路4b的实施方式是用来说明原则过程的实例。设计为，洗选容器的数量是可以增加的。还设计为，洗选容器经由多条后输送管路输送到接受容器5。

标记清单

1                燃料

2                储存容器

3                洗选容器

4                整合元件

5                接受容器

6                燃烧器

7                气化反应器，气体冷却及除尘

8                气体处理

9                气体缓冲

10               过滤器

11               气体加热器

12，17           高压缓冲容器

13，24           催化反应器

14，23           气体加热器

15，22           气-气热交换器

16，16a          含氧气体

18               压缩机

19               气体冷却器

20               喷射器或压缩机

21               气体混合器

2b，3b，5b       松散化及流体化用的气体

2c，3c，4a，5c   额外的运输气体

2e，3e，5e       卸压气体

3a            洗选气体

5a            维持压力用的气体

8a            主要是H₂和CO，或是只有H₂

8b，8c        不纯的CO₂

18a           流体化气体和运输气体

18b           洗选气体

Claims (7)

1.用于从储存容器(2)向气流床气化反应器(7)供应燃料(1)的方法，其中在储存容器及气流床气化反应器之间连接至少一个洗选容器(3)及至少一个接受容器(5)，

其中气流床气化反应器中产生含CO、H₂及粉煤灰的气体，其特征在于，

使用含至少10ppm体积CO的气体用于洗选和/或输送，向该气体中混入含氧气体，并将混合气体加热到将气体中包含的有害物质的至少10％氧化的温度。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，

其中洗选用的含氧气体是用来使储存容器(2)内的燃料松散化、和/或使洗选容器(3)的内容物松散化及流体化、和/或用于从洗选容器(3)进一步输送、和/或用于在接受容器(5)中松散化及流体化，以在设备部件之间输送燃料、和从接受容器(5)输出和/或输送至气流床气化反应器(7)。

3.如权利要求1的方法，其特征在于，将含有害物质及氧的混合气体引经至少一个催化器，以加速有害物质的氧化。

4.如权利要求3的方法，其特征在于，用于在一个或多个洗选容器(3)中提高压力的气体(3a)被催化氧化，而燃料-输送气体(4a，5c)则不被催化氧化。

5.如前述权利要求任一项的方法，其特征在于，使用具有小于5％氧含量的气体作为洗选气体(3a)。

6.如前述权利要求任一项的方法，其特征在于，将来自接受容器(5)的卸压气体(5e)输入压缩机(18)的压力级和/或经由压缩装置输入一个或多个洗选容器。

7.如前述权利要求任一项的方法，其特征在于，将含氧气体混入绝大部分在气体处理中分离出的含二氧化碳的气体中。

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