CN1038847C - 一种从油页岩或其类似物这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的方法 - Google Patents

Abstract

一种从油页岩或其类似物这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的方法：热解热解炉中的劣质固体燃料产生可燃气体和含碳物质，和将该碳素物质在炉中燃烧以便产生包括热烟道气体和颗粒物质的热产物。该热产物被分离成几股流体，其中包含较粗的灰烬的一股被导入热解炉以实现燃料的热解。一股反应气流被加入到热解炉中，其方法是使反应气流沸腾通过热解炉中的含碳物质但不使该物质流化。反应气体使热解炉的空隙部分有效发挥了作用从而减少了物质在热解炉中的滞留时间。

Description

一种从油页岩或其类似物这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的方法

本发明涉及一种从如油质页岩或其类似物这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的方法和装置。

油页岩遍及全世界，如果能用快速、兼价方法将油页岩加工成可燃气体，则它将成为一种丰富并且相对便宜的燃料。一种将油页岩加工成可燃气体的方法揭示在美国专利NO,4,211,606中(其公开内容在此列入了参考文献)。在此专利中，油页岩在一个干燥器中使用清洁、热的烟道气体加热，产生出的热的油页岩加入到热解炉中。在热解炉中加热的油页岩与来自热烟道气体中的灰烬相接触并进一步加热，以便产生出燃烧产物和加到气化器中的含碳物质。热气、灰烬和蒸气都加入到气化器中，这样含碳物质就进一步产生可燃气体。将气化器中的残渣排出并加入到该专利所谓的空气喷射炉中。其详情揭示在美国专利NO,4,110,064中，该专利也列入了参考文献。

空气喷射炉生产出的产物是热的烟道气体，其主要成份是二氧化碳和被加入到分离器中灰烬颗粒，分离器将产物分离成一股由热气体和较粗的灰烬组成的流体。以及一股由热气体和较细的灰烬组成的流体。一部分相对细小的灰烬被加入到生气化中，而由热气和细灰烬组成的流体被加入到另一个分离器中，产生出用于加热干燥器中油页岩的干净的烟道气体。

在1990和1991年，苏联的两个工厂明显地使用了上述设备的一个变型。正如目前已知的那样其实际的设计省去了气化器。油页岩被加入热解炉，油页岩在热解炉中经过一段预先确定的滞留时间之后发生热解反应，产生被排出的可燃产物和含碳物质。该物质被加入到空气喷射炉中，炉内发生燃烧产出热烟道气体和颗粒，该流体被送入分离器中分成两股气流，一股包含相对粗的灰烬而另一股包含烟道气体和相对细的灰烬。相对粗的灰烬被送入热解炉中在温度超过400℃下产生热解气体。该气体包括可燃产物、蒸气和碳的化合物。包含相对细的灰烬和烟道气体的气流被送到另一个分离器，产生出相对干净但仍含有较多灰烬的烟道气体。这样生产出来的气体和热解气体一道被送进是锅炉燃烧室一部分的燃烧器内并在此燃烧，锅炉产生的蒸气可用于发电。

甚至当将热解炉制造成为一个旋转的筒体时，油页岩在热解中完全热解所需的滞留时间还是比较长的，这样就使设备的实际尺寸过大，设备很复杂并且费用也高。因此本发明的目的之一就是对于从劣质固体燃料中生产可燃气体提供一种新的，改进的设计，通过减少劣质燃料在热解炉中的滞留时间来减小热解炉的尺寸。

本发明通过在热解炉中热解燃料从该固体燃料中生产出可燃气体以产生可燃气体和含碳素物质。含碳素物质在炉内燃烧产生出包括热烟道气体和颗粒物质的燃烧产物。该燃烧产物被分成多股气流，其中包含较粗的灰烬的一股被导入热解炉中。反应气流被送入热解炉中，其送入的方式是使反应气体流在热解炉中沸腾地经过含碳物质而不使物质流化。另一种方法是用反应气体使含碳物质流化。然而，最好是沸腾状态，因为包含在离开热解炉的可燃气体中的颗粒数量相对较少。在这两者中任何一种情况下，反应气体使热解炉中的空闲部分发挥了作用从而减少了物质在热解炉中的滞留时间。

在本发明的一个实施方案中，由热解炉产生出的可燃气体在锅炉的燃烧室内燃烧，例如，产生出组成反应气体的锅炉烟道气送入热解炉中。在另一个实施方案中，至少有一部分包含烟道气体和较细灰烬的气流由炉中产出的燃烧产物中分离出来构成反应气体。

根据本发明，如果使用，可以控制沸腾或流化的速度，以便使得从热解炉到达锅炉燃烧室的颗粒数量足以吸收存在于热解炉的燃烧气体中的硫的氧化物和/或其它的硫的化合物。上这吸收是充分的，因为锅炉燃烧室中的温度最适合于进行像如下这样的反应：

本发明的实施方案用附图表示作为实施例；图1是方框图，它以示意的方式描述了从如油页岩这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的现有发电厂

图2是本发明的第一个实施方案的方框图。

图3是本发明的第二个实施方案的方框图。

图4是本发明的除掉磷酸盐中的有机物质的第三个实施方案的方框图。

图5是第三个实施方案的改进型的方框图。

图6是一个本发明的油页岩和磷酸盐的综合工厂的方框图。

图7是一个示意图，它表示了本发明中可以使用的各种类型燃料和应用产生的气体的各种方法。

那末标记10的图1表示一个用于从如油页岩这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的设备。碾碎的油页岩通常都送入油页岩料斗12，料斗12有一个螺旋供料设备(没显示出来)以便从料斗12向热解炉14提供油页岩，在热灰烬和送入热解炉的燃料的作用下，热解炉中发生热解反应。通常热解炉在400-600℃的范围内工作。因此热解炉在400℃以上产生出的热解气体是的蒸气和可燃气体。

在热解炉14中形成的含碳物质通过一个螺旋输送器(没有显示出)送入空气喷射炉16中并在存在送入炉内的外界空气的情况下在炉内燃烧。该炉输出的是由送入分离器18的烟道气体和颗粒物质所组成的燃烧产物。分离器18能有效地把物流至少分成两股气流，一般包含较粗的热灰烬，而另一股则包含热烟道气体和相对细的灰烬。

来自第一股流体的灰烬被送入热解炉并为热解反应的发生提供热量。另一股包含热烟道气体和较细灰烬的流体被送入另一个分离器以便在将烟道气体送入燃烧器20之前除去多余的灰烬。尽管如此，还是有较多的灰烬留在气体中。

燃烧器是用示意图表示的单体，它是用来完成产自热解炉14的热解气体与送入燃烧器的包含有二氧化碳的烟道气体的燃烧。其结果是在锅炉22的燃烧室内发生燃烧，该锅炉通常是用来产生用于发电蒸汽的蒸气锅炉。由锅炉的燃烧室产生的烟道气体被送入一个细灰烬分离器以分离出较细的灰烬，而离开分离器的干净的烟道气体则送向排气管。

标记为30的图2中表示的本发明的实施方案是目前认为实施本发明的最好方式，其中一些在锅炉的细灰烬分离器出口处的相对干净的烟道气体被送入热解炉14A(本实施方案的其它部分基本上与实施方案10的相应部分相同)。这些气体“沸腾”通过热解炉中的含碳物质而不使该物质流化。换句话说，送入热解炉14A的烟道气体没有足够的体积和压力将热解炉转变成一个流体化床。相反送入热解炉的烟道气体使热解炉的空闲部分发挥了作用并加速了其中的热解反应。其结果是减少了在实质的热解炉中的滞留时间。一般认为，与图1所示的热解炉相比，滞留时间可以减至原量的1/5。在该实施方案中，阀19用来变换离开分离器17的气体的方向以便将转向的气体用于其它的目的，例如，用分离出来的气体中的灰烬另作它用。

在图3显示的本发明的实施方案40中，一些由分离器18产生出的燃烧产物不到燃烧器20而转向进入热解炉14B。如前面所示，这些燃烧产物沸腾地通过热解炉中的含碳素物质而不将该物质流化。如上所述，燃烧产物使热解炉的空闲部分发挥了作用从而导致物质的滞留时间减少。同样在本实施方案中，阀19可以像上面指出的那样用来转换离开分离器17的气体的方向以便将其另作它用。

虽然对本发明的描述是与对像油页岩这样的劣质固体燃料的利用有关的，本发明也适应于其它类型的劣质燃料，比如说泥煤。

另外，虽然在实施方案30和40中的气体成“沸腾”通过热解炉中的含碳物质，碳素物质也可以由气体来将其流化。沸腾通常优选，因为离开热解炉的可燃气体中的颗粒数量相对来说较少。然而，根据本发明，沸腾或流化的速度可以控制，这样如果在使用情况下，从热解炉到达锅炉燃烧室的颗粒数量足以吸收来自热解炉的在气体燃烧期间存在的硫氧化物和/或其它的硫化合物。这种吸收是充分的，因为锅炉22的燃烧室内的温度最适合进行像以下这样的反应：。此外，如果优选，可控制从热解炉到达燃烧室的颗粒数量，以便利于吸收与热解炉气体在同一个燃烧室同时燃烧的含硫丰富的其他燃料燃烧所产生的硫的化合物。

另外，当说明书本中提及的油页岩或其它劣质燃料进入热解炉中进行热解时，如果优选，油页岩或其它劣质燃料还可以与另一种富硫燃料混合或一同输入热解炉。在这种情况下，与气体一道离开热解炉的颗粒对在热解气体燃烧期间的硫氧化物和/或其它的硫化合物的吸收将会是有效的。此外，如果优选，除了将以上提及的富硫燃料以混合物的形式或与油页岩或其它劣质燃料一起输入热解炉之外，还可以将其输入炉或空气喷射炉中。此外，如果优选，还可以将富硫燃料输入炉子或空气喷射炉中而不输入热解炉中。以上提到的其它的含硫丰富的燃料可以是固体、液体或气体。不过，当这种燃料要与沿页岩混合或要与油页岩一起直接输入热解炉中时，只能使用固体或液体燃料。

如果油页岩的质量不足以提供空气喷射炉内所需的温度(现在，大约700℃被认为是最适合的)，则可以将煤或其它燃料加入到空气喷射炉中以确保它在所需的温度下工作。要不然或另外，还可以用离开空气炉的废灰来预热进入空气喷射炉的空气或气体。

本发明还提供了一种通过基本上除去所有的有机物质以精炼粗磷酸盐(即在世界上很多地方发现的含有机质多于总重1-1.5％的磷酸盐)的方法和装置。根据本发明，可以使用本申请中揭示的装置或美国专利4,211，606号揭示的装置。此外，还可以使用美国专利4,700,639号所揭示的装置，该专利已列为本文的参考文献。目前，本发明的精炼粗磷酸盐的最佳方式是本申请所揭示的装置，其中热解炉将包含在磷酸盐中的大部分的有机物转化成气体。

普通的精炼磷酸盐的方法所能处理的磷酸盐的有机物含量仅达1-1.5％(重量)。通过将磷酸盐在大约900℃的温度下烘焙可以获得较好的结果。这样消耗大部分的有机物。不过，这样的烘焙不足以处理有较高有机物含量的磷酸盐。

根据本发明，精炼具有高有机物含量的粗磷酸盐的最佳方法是采用至少一个2级工艺过程(1)热解和(2)烘焙。根据本发明，首先对粗磷酸盐进行热解以便将含在磷酸盐中的有机物质转化成可燃烧的气体，该可燃烧的气体从热解炉中排出并进行如图4和图5所示的燃烧。此外，可燃气体还可以用于其它如图7所示的目的。热解完成后，留在热解炉中的磷酸盐取出并在一个气体喷别炉内烘焙，该炉最好是在较高的温度、大约为900℃下运行，这样任何留在磷酸盐中的有机物质烧掉，和/或者在精炼粗磷酸盐的工艺过程中可能出现任何其它要求上述高温的工艺过程。所以，离开空气喷射炉的磷酸盐仅含有较少量的有机物从而使它得到了精炼。

一部分离开空气炉的精炼的磷酸盐作为工艺过程中的产物排出，而另一部分则被送入热解炉以便在热解过程中加热磷酸盐。换句话说，一部分离开空气炉的精炼的磷酸盐颗粒送入热解炉，送入方式类似于本发明前面的实施方案中将排出空气炉的灰烬送入热解炉的方式，或者以美国专利NO,4,211,606所揭示的设备为热解过程提供热量的方式。

图4和图5表示了本发明生产精炼的磷酸盐和用于发电厂燃烧器中的可燃气体的变型。可燃气体的其它应用如图7所示。这些其它的应用包括让该气体在可以驱动发电机发电的燃气轮机或内燃机(如柴油发动机)的燃烧室内燃烧。或者将该气体用作为化工生产线上的原材料。图4和5中所示的分离器17是任选的，其使用取决于可燃气体的最终应用。

如果从热解炉到达空气炉的磷酸盐中的有机物数量不足以使空气喷射炉在要求的高温下运行，则可将煤或者任何其它的燃料加入空气喷射炉以保证空气炉内达到要求的高温。此外，将一部分离开热解炉的气体加入到空气喷射炉中以保证空气炉内达到要求的高温。

以类似于美国专利4,211,606所示的方式使用干燥器来改善离开热解炉的气体的热值并节省整个系统的能耗。此外，可以用离开空气炉的磷酸盐将进入空气喷射炉的空气或气体进行预热。

在本发明的另一个实施方案中，很多设备都可以用来为诸如是发电厂燃烧室的应用设备供气，或者为其它图7所示的其他应用设备供气。当气体用来为发电厂提供燃料时，则一个或多个类似于本发明上述的实施方案中给定的或美国专利NO,4,211,606或NO,4,700,639中所述的那种油页岩加工设备可以与一个或多个上述图6示意图所示的粗磷酸盐加工设备一道使用。在上述方法中，可处理通常具有变化热值的粗磷酸盐，这样使得从粗磷酸盐加工设备排出的可燃气体可以供给燃烧室燃烧，此外，离开油页岩加工设备进入燃烧室的气体通常具有相当稳定热值。如果优选，可将由磷酸盐加工设备生产的气体和油页岩加工设备生产的气体送入各自的燃烧室。

此外，如果一些粗磷酸盐具有相当稳定的热值，这些磷酸盐也可以在一个单独的设备或多个设备中进行加工，那些热值变化的磷酸盐在别的设备进行加工。从这些加工设备生产出来的气体可以送入一个共同的燃烧室中，如果愿意也可以送入各别的燃烧室。

另外，从同一个或相邻的地层开采出来的(油页岩通常在磷酸盐层的上面或下面)粗磷酸盐和油页岩可以用单一的输送机将油页岩和/或磷酸盐运到适当的加工工厂，这样可取消各别的输送机系统。

从上述对本发明的优选实施方案的描述中，可明显看出本发明的方法和设备所提供的优点和改进结果，可以作出各种变化和变型而不脱离附加的权利要求中所述的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种含从油页岩或其类似物这样的劣质固体燃料中生产可燃气体的方法，包括：

(a)在热解炉中热解所说材料以生产可燃气体和含碳物质；

(b)在一个加热炉中燃烧来自所说热解炉的所说含碳物质以产生包括热烟道气体和灰烬颗粒的燃烧产物；

(c)将所说的燃烧产物分离成几股流体，其中一股包含较粗的灰烬，而另一股包含气体；

(d)将所说的较粗的灰烬导入所说的热解炉；

(e)将一股反应气体流送入所说热解炉中，其方法是使所说的反应气流沸腾通过在所说热解炉中的物质但不使该物质流化，以便使热解炉中的空隙部分发挥作用从而减少物质在热解炉中的滞留时间。

2.根据权利要求1的方法，其中所说的可燃气体在锅炉的燃烧室中燃烧，该锅炉产生出的烟道气体组成送入所说热解炉的所说反应气体。

3.根据权利要求1的方法，其中至少有一部分所说的另一股流体组成送入所说热解炉的所说反应气体。

4.根据权利要求3的方法，其中至少一部分所说的另外一股流体可用于加入到所说可燃气体在其中燃烧的燃烧室。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说的应用装置是燃气轮机的燃烧室。

6.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说的应用设备是内燃机。

7.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说的劣质固体燃料是油页岩。

8.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说的劣质固体燃料是废料衍生的燃料(RDF)。

9.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说劣质固体燃料是未分离的废料。

10.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所说劣质固体燃料是泥煤。

11.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中劣质燃料是与另一种富硫燃料混合或一同输入热解炉的。

12.根据权利要求1的方法，其中所说劣质固体燃料是含有机物质的粗磷酸盐。

13.根据权利要求1的方法，包括将富硫燃料加入到所说的加热炉中。

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