CN104449848B - 气化设备和用于对其灰锁加压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气化设备和用于对其灰锁加压的方法。气化设备用于通过气化固态的含碳的给料例如煤或焦炭来生产合成气体，该气化设备包括固定床压力气化反应器，该固定床压力气化反应器与用于排灰的压力锁直接相连，其中，可以用蒸汽对该压力锁加压，并且其中，该设备包括用于向反应器供应气化蒸汽并且向压力锁供应加压蒸汽的蒸汽发生系统，其中，蒸汽系统被设计成使得它能够提供具有不同压力、温度和过热程度的蒸汽，每一种蒸汽用作气化蒸汽或加压蒸汽。

Description

气化设备和用于对其灰锁加压的方法
技术领域
本发明涉及一种气化设备，该气化设备通过利用大体由蒸汽和氧气组成的气化气体通过形成固态或部分固态且不可流动的灰来气化含碳的固态给料例如煤或焦炭，来生产包含一氧化碳和氢气的合成气体，该气化设备包含固定床压力气化反应器，该固定床压力气化反应器与用于排灰的压力锁直接相连，其中，可以用蒸汽对该压力锁加压，并且其中，气化设备包括蒸汽发生系统，该蒸汽发生系统用于提供蒸汽作为用于生产工艺气体的气化蒸汽并且作为对压力锁进行加压的加压蒸汽。
背景技术
在现有技术中，已经对用于煤的固定床气化的设备进行了详细的描述。在许多情况中的中心元件是由一个或更多个鲁奇固定床压力气化反应器形成的，如在第六版Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，15卷，369页，图24和在未经审查的德国专利申请DE 10 2007 048 673 A1中所描述的。
在这样的反应器中，含碳燃料例如煤或焦炭在固定床中在高压和高温下通过添加氧气和蒸汽而被气化，以获得包含一氧化碳和氢气的产品气体。作为气化介质提供的蒸汽的温度通常是400℃。气化器的工作压力通常高达40bar。未处理的合成气体通常以400到600℃的温度在化器的上部区域中离开该气化器。在气化过程中，得到一种固态或主要为固态且不可流动的灰作为副产品，由于该反应器处于例如40bar的高工作压力下，所以该副产品经由回转炉并经由压力锁而被从气化反应器排出。下文中，用于排出灰的压力锁被称为灰锁。在将灰锁压力降低到环境压力后，实施灰锁的排空。
为了再一次填充灰锁，灰锁最初必须再次被引导至固定床压力气化反应器的工作压力。为了再一次对灰锁加压，使用了蒸汽中的部分蒸汽，其被供给到气化反应器中作为用于气化加工的气化蒸汽。关于依据压力和温度的蒸汽品质，有必要在对气化加工和灰锁操作的需求之间找到平衡点。
为了获得高的产品气体产量地操作气化加工，该蒸汽应以尽可能高的温度为目标。气化蒸汽的蒸汽温度越高，用于实现气化反应所需的加工温度的煤消耗量就越低。
另一方面，对于灰锁，高的蒸汽温度是不利的，因为它将致使锁的制造在技术上更昂贵，且因此，比用于锁的实际任务即收集和排出灰所必要的成本更高。继而，必须使用耐高温且昂贵的材料。
发明内容
因此，提供用于对固定床压力气化反应器的灰锁加压的一种设备和方法已经成为目标，一方面其允许通过使用不昂贵的材料来构造灰锁。另一方面，应确保上游的气化反应器的高能效的操作。
根据本发明，所述目标已经被一种设备解决，该设备通过利用大体由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气构成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不可流动的灰来气化固态的含碳的给料例如煤或焦炭，来生产主要包含一氧化碳和氢气的合成气体，该设备包括固定床压力气化反应器，该固定床压力气化反应器与用于排灰的压力锁直接相连，其中，能够用蒸汽对压力锁加压，并且其中，该设备包括用于向反应器供应气化蒸汽并且用于向压力锁供应加压蒸汽的蒸汽发生系统，所述设备的特征在于，蒸汽发生设备被设计成使得它可以提供具有至少两种不同的压力、温度和过热程度的蒸汽，每一种作为气化蒸汽或加压蒸汽使用。
由于气化加工和灰锁加压的蒸汽供应的分离，可以选择更有利的也就是更高的蒸汽温度以用于气化加工。例如，通过将蒸汽温度从400℃增加到470℃，生煤的气化所需要的氧气被降低了5％。同时，用于达到气化反应所需的加工温度的煤消耗量也减小了。
在本发明特别适合的方面，该蒸汽发生系统包括两个可独立操作的蒸汽发生器，其中，一个蒸汽发生器用于产生用于气化反应的气化蒸汽，另一个蒸汽发生器用于产生用于对灰锁进行加压的加压蒸汽。该方面具有的优点是，可以使用为了各自的任务而被优化的蒸汽发生器，而且可以相互独立地操作蒸汽发生器。产生用于灰锁的加压蒸汽的蒸汽发生器可以被设计成比用于生产加工蒸汽的蒸汽发生器小很多，这是因为此处所需的蒸汽体积流量较小。另外，在气化设备的大部分运行阶段中，可以不运行用于产生用于灰锁的加压蒸汽的蒸汽发生器，这是因为只在灰锁的加压过程中需要该蒸汽发生器。
如在很多例子中，空气和/或氧气被供给到气化蒸汽管道中作为附加的氧化剂和气化介质，依据本发明的另一方面，用于气化蒸汽的蒸汽发生器配备有用于使蒸汽过热的蒸汽加热器。这样，可以避免蒸汽在通往气化反应器的管道路径上凝结。此外，这还提供了一种可能性即将气化蒸汽的温度调整到特别有利于完成气化反应的温度值。
在本发明的低成本的且在构造方面特别简单的方面，蒸汽发生系统仅配备有一个蒸汽发生器，从该发生器延伸出的蒸汽管路分支成气化蒸汽管路和加压蒸汽管路，并且其中，沿着加压蒸汽管路布置蒸汽冷却器。由于对于蒸汽发生器的投资和操作成本通常要比蒸汽冷却器高得多，因此这样可以实现显著地节约成本。
在特别有利的方面，该蒸汽冷却器包括供水系统和空间，例如喷洒室或骤冷室，在其中例如通过喷洒使得水和蒸汽彼此接触，而且蒸汽因此被冷却到适于用作加压蒸汽的温度。
在另一方面，本发明涉及一种方法，该方法用于操作气化设备中的灰锁，该气化设备利用大体由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气组成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不可流动的灰来气化固态的含碳的给料，其中，该气化设备包括固定床压力气化反应器和灰锁，该方法包含如下方法步骤：
(a)在打开灰入口并关闭灰出口的情况下，借助于回转炉将灰从固定床压力气化反应器排出到灰锁中，
(b)关闭灰入口，将灰锁压力降低到环境压力，
(c)打开灰出口，将灰从灰锁排出，
(d)关闭灰出口，用加压蒸汽对灰锁加压，
(e)打开灰入口，
其中，该方法的特征在于，加压蒸汽的温度比气化蒸汽的温度低。
优选地，执行依据本发明的方法使得加压蒸汽的温度比气化蒸汽的温度低至少50℃，优选低至少70℃。
当加压蒸汽的温度不大于400℃且气化蒸汽的温度大于400℃时，执行该方法是特别有利的。这允许在兼具高的气化能力的同时对便宜的灰锁材料的选择和固定床压力气化反应器的高效能运转。例如，通过将蒸汽温度从400℃增加到470℃，生煤气化需要的氧气被减少了5％。同时，为了达到气化反应所需的加工温度而消耗的煤也减少了。
总之，本发明提供了一种气化设备，所述气化设备通过利用由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气组成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不能流动的灰来气化固态的含碳给料，来生产主要由一氧化碳和氢气组成的合成气体，所述气化设备包括固定床压力气化反应器，所述固定床压力气化反应器与用于排出所述灰的压力锁直接相连，其中，能够用蒸汽对所述压力锁加压，并且其中，所述气化设备包括用于向所述固定床压力气化反应器供应气化蒸汽并且向所述压力锁供应加压蒸汽的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生系统被设计成使得它能提供具有至少两种不同的压力、温度和过热程度的蒸汽，每一种蒸汽用作气化蒸汽或加压蒸汽，其中，所述蒸汽发生系统包括蒸汽发生器，蒸汽管道从所述蒸汽发生器延伸，所述蒸汽管道分支成气化蒸汽管道和加压蒸汽管道，并且其中，沿着所述加压蒸汽管道布置蒸汽冷却器。
优选地，所述蒸汽冷却器包括供水系统和空间，在所述空间中使得水和蒸汽彼此接触。
优选地，所述固态的含碳给料为煤或焦炭。
本发明还提供了一种用于操作气化设备中的灰锁的方法，所述气化设备用于利用由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气组成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不能流动的灰来气化固态的含碳给料，其中，所述气化设备包括固定床压力气化反应器和灰锁，所述方法包括如下方法步骤：
(a)在打开灰入口并关闭灰出口的情况下，借助于回转炉将所述灰从所述固定床压力气化反应器中排出到所述灰锁中，
(b)关闭所述灰入口，将所述灰锁的压力降低到环境压力，
(c)打开所述灰出口，将所述灰从所述灰锁排出，
(d)关闭所述灰出口，用加压蒸汽对所述灰锁加压，
(e)打开所述灰入口，
其特征在于，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低。
优选地，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低至少50℃。
优选地，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低至少70℃。
优选地，所述加压蒸汽的温度不大于400℃且所述气化蒸汽的温度大于400℃。
附图说明
从下列非限制性的示例性实施例和附图标记实例的描述中，可以获得本发明的进一步的改进、优点以及可能的应用。所有描述的特征本身或其任意组合形成了本发明。
将通过参考附图来说明本发明，其中：
图1示出依据本发明的气化设备的示意图，
图2示出具有两个蒸汽发生器的蒸汽发生系统，
图3示出具有蒸汽发生器和蒸汽冷却器的蒸汽发生系统。
具体实施方式
除非另有说明，否则所有示出的压力都被理解为绝对压力。
图1示出依据本发明的气化设备，其包含固定床压力气化反应器1、灰锁2和蒸汽发生系统3。固定床压力气化反应器1通过灰入口4与灰锁2相连。被从上方加入到反应器1的固态含碳给料5，例如煤或焦炭，在形成于回转炉6上方的固定床7中被气化，以获得产品气体8。在回转炉6下方，气化所需的蒸汽-氧气混合物9被供给到固定床压力气化反应器1中。灰10通过灰锁2的打开的灰入口4离开固定床压力气化反应器1，其中，灰出口11是关闭的。灰锁中的压力与固定床压力气化反应器的工作压力对应，例如40bar。
在灰锁2已经被填充到预定最大填充水平之后，灰锁2必须被排空。为了这个目的，灰入口4开始是关闭的，且灰锁2通过未在图1中示出的降压管路被减压到环境压力。由于减压气体仍然包含大量的合成气体成分如一氧化碳，所以该减压气体被供应到对应的废气处置系统，如火炬系统，或被供应到另外的废气处理系统。这之后可能是用惰性气体，例如氮气，进行冲洗的惰性化步骤，以便从灰锁2清除最后剩余的合成气体成分。
减压之后，灰锁2经由打开的灰出口11被排出到设置在其下方的收集桶中。排空之后，灰锁2的灰出口11被关闭，并且灰入口4仍然关闭，以便进行第一加压步，然后用在蒸汽发生系统3中生产的加压蒸汽12将灰锁2加压到小于或等于固定床压力气化反应器的工作压力的压力。最后，在灰出口11仍然关闭的情况下，打开灰入口4，由此，在灰锁2中又恢复了固定床压力气化反应器的工作压力。现在灰锁2又可以被填灰了。
蒸汽发生系统3产生气化蒸汽13和加压蒸汽12。空气和/或氧气14被供给到气化蒸汽管道13中。锅炉给水15和燃料(例如煤、油或天然气)以及氧化剂(通常是空气)16被供应到蒸汽发生系统3。
图2示出具有两个可独立操作的蒸汽发生器3a和3b的蒸汽发生系统3。对每一个蒸汽发生器均供应锅炉给水15a、15b和燃料/氧化剂16a、16b。蒸汽发生器3a生产气化蒸汽13，在很多例子中该气化蒸汽都是过热蒸汽。该过热蒸汽的温度通常至少是470℃。蒸汽发生器3b生产加压蒸汽12，该加压蒸汽的温度最高是400℃。
图3示出具有蒸汽发生器3a的蒸汽发生系统3。为蒸汽发生器供应锅炉给水15和/或氧化剂16。从用于产生的气化蒸汽的管道13，蒸汽13a被分流并被引导通过蒸汽冷却器17，在该冷却器17中蒸汽13a被冷却成加压蒸汽12。为了操作蒸汽冷却器17，从给水管道15分流出蒸汽15c并将其引导到蒸汽冷却器17。蒸汽冷却器被设计成喷洒室，通过给水管道15供应的锅炉给水被喷射进喷洒室，继而实现了蒸汽温度的降低。
下表表示气化设备的工作参数，该气化设备用两种不同的气化蒸汽温度操作。
气化蒸汽温度400℃ 气化蒸汽温度470℃
相对O<sub>2</sub>消耗 100％ 95％
冷气效率 88.8％ 89.8％
产生的蒸汽中的加压蒸汽量 <1％ <1％
可以清晰地看到，从400℃增加到470℃的气化蒸汽温度导致更低的氧气消耗和增大的气化设备的冷气效率。
工业应用
归功于本发明，可以为灰锁的构建应用更低的设计温度，由此，获得了用于灰锁的构建的成本优势。
附图标记列表
1 固定床压力气化反应器
2 灰锁
3 蒸汽发生系统
3a,b 蒸汽发生器
4 灰入口
5 用于气化的给料
6 炉
7 固定床
8 产品气体
9 蒸汽-氧气混合物
10 灰
11 灰出口
12 加压蒸汽
13 气化蒸汽
13a 气化蒸汽的部分蒸汽
14 空气和/或氧气
15 锅炉给水
15a,b,c 锅炉给水
16 用于蒸汽发生器的燃料和氧化剂
16a,b 用于蒸汽发生器的燃料和氧化剂
17 蒸汽冷却器

Claims (7)

1.一种气化设备，所述气化设备通过利用由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气组成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不能流动的灰来气化固态的含碳给料，来生产主要由一氧化碳和氢气组成的合成气体，所述气化设备包括固定床压力气化反应器，所述固定床压力气化反应器与用于排出所述灰的压力锁直接相连，其中，能够用蒸汽对所述压力锁加压，并且其中，所述气化设备包括用于向所述固定床压力气化反应器供应气化蒸汽并且向所述压力锁供应加压蒸汽的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生系统被设计成使得它能提供具有至少两种不同的压力、温度和过热程度的蒸汽，每一种蒸汽用作气化蒸汽或加压蒸汽，
其中，所述蒸汽发生系统包括蒸汽发生器，蒸汽管道从所述蒸汽发生器延伸，所述蒸汽管道分支成气化蒸汽管道和加压蒸汽管道，并且其中，沿着所述加压蒸汽管道布置蒸汽冷却器。
2.根据权利要求1所述的气化设备，其特征在于，所述蒸汽冷却器包括供水系统和空间，在所述空间中使得水和蒸汽彼此接触。
3.根据权利要求1所述的气化设备，其特征在于，所述固态的含碳给料为煤或焦炭。
4.一种用于操作气化设备中的灰锁的方法，所述气化设备用于利用由作为气化蒸汽的蒸汽和氧气组成的工艺气体通过形成固态的或部分固态的不能流动的灰来气化固态的含碳给料，其中，所述气化设备包括固定床压力气化反应器和灰锁，所述方法包括如下方法步骤：
(a)在打开灰入口并关闭灰出口的情况下，借助于回转炉将所述灰从所述固定床压力气化反应器中排出到所述灰锁中，
(b)关闭所述灰入口，将所述灰锁的压力降低到环境压力，
(c)打开所述灰出口，将所述灰从所述灰锁排出，
(d)关闭所述灰出口，用加压蒸汽对所述灰锁加压，
(e)打开所述灰入口，
其特征在于，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低。
5.根据权利要求4的所述方法，其特征在于，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低至少50℃。
6.根据权利要求5的所述方法，其特征在于，所述加压蒸汽的温度比所述气化蒸汽的温度低至少70℃。
7.根据权利要求4的所述方法，其特征在于，所述加压蒸汽的温度不大于400℃且所述气化蒸汽的温度大于400℃。
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