CN105247018B - 灰分冷却方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于分步冷却含碳材料气化的气化炉所排高压高温灰分的系统和方法，其中高压冷却器冷却气化炉工作压力下的灰分，其可以后接将冷却后的灰分降为安全处理温度的减压器。也可以任选使用低温灰分冷却器。同时提供一系统，采用湿式洗涤器清洗气化炉的合成气，从洗涤器流出的废水用于在高温灰分冷却器或者低温灰分冷却器中冷却热灰分。灰分冷却器里产生的蒸汽返回到气化炉以降低蒸汽消耗。

Description

灰分冷却方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请61/786,614的全部权利，其在此被全文引用参考。

技术领域

本发明涉及使用流化床反应器的煤气化技术。更具体地，本发明涉及冷却和处理流化床气化反应器排出的高温高压灰分的方法和装置。本发明还涉及在冷却气化炉所排热灰分中使用来自合成气洗涤塔的废水的方法和装置。

背景技术

含碳物或碳质材料的气化用于生产合成气，一种一氧化碳、氢气、二氧化碳、及其他成分的混合物。已知和使用了多种类型的气化炉，包括移动床气化炉，气流床气化炉，以及流化床气化炉。

碳质供给材料常常含有可观的灰分含量，例如高于5wt％。用于转化这些供给材料的非熔渣气化炉一般工作温度稍低于灰分熔点，气化炉所排灰分的温度在500℃到1200℃范围，并有较高压力(最高达6bar)。这些灰分必须冷却到常温，或者至少不高于300℃，以便储存和后续处理及处置。

此类高压热灰分的冷却在技术上一直存在挑战，因为能够处理高压热固体的现有装置非常昂贵，并难于建造和使用，可靠度低，且需要经常维护。例如，传统的阀门在高温、高压流动固体处理中不可靠。

此外，热灰分的热能没有被有效利用或者根本未曾利用，造成系统的净能量损耗。经常地，灰分直接排进低压或者常压水中产生蒸汽，蒸汽不被收集或者因其低压和杂质而仅具有十分有限的用途和价值；或者热灰分的热能一定程度转移到冷却水中，或者采用相对昂贵的热交换装置来生成同样低价值的低温/低压蒸汽。

因此对改进的热灰分冷却方法和装置仍然有需要。

美国专利申请13/532,769提出了一种以可靠和简单的方式捕获和再循环高温高压流化床反应器或气化炉的微小颗粒的装置和方法。然而，即使经过这样专门的(deliberate)固体去除步骤，粗合成气仍然包含大量的固体并且必须经过进一步的清洗程序，以去除残留固体和不需要的气相杂质，例如含硫化合物，才能用于发电或化学品生产。湿式洗涤器或者水洗涤器通常用于该目的，生成包含盐分、溶解的气体和水蒸气、以及悬浮固体的废水蒸汽。在美国专利申请13/532,769中描述的SES工序(“SES工序”)中，固体先由旋风分离器从气化炉移除和循环，然后由过滤器进一步去除固体，最后用湿洗涤器去除一些气相杂质，例如卤化物以及任何由于粒径小或过滤器元件问题而漏过的固体。为了防止洗涤器水中盐分和酸或者碱的堆积并为了限制洗涤器中的固体浓度，洗涤液体，一般为水，会持续加到和排出洗涤器，下文称为“加注(makeup)”和“排放(blowdown)”。

目前，洗涤器排放产生的废水蒸汽经过处理再排放。废水处理费用较高，并且排放的废水成为气化工序的总体耗水量的一个显著部分。因此需要更加充分地利用来自洗涤器的废水蒸汽中的碳含量，并降低耗水量。

发明内容

如上讨论的，处理高温、高压流动固体不但昂贵而且不可靠。已有一些尝试改进，但是结果并不令人满意。另外，这些改进的冷却方案还会引起热能和水资源的浪费。本发明的方法和装置可以解决上述技术问题并且可以提升气化工序的总效率。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种气化系统，其包含流化床气化炉，其接收碳质供给材料，并排出产物气流和可流动灰分，其中气化炉工作的温度稍低于灰分熔点，并且压力不小于6bar表压力(gauge)；以及高温灰分冷却器，其连接于气化炉并接收排出压力下的热灰分，其中该高温灰分冷却器包含供水装置，其提供水以冷却可流动灰分，其中可流动灰分冷却至适于灰分由传统碳钢设备处理的温度。

在该气化系统的一实施方式中，供水装置提供冷却水至高温灰分冷却器以直接接触可流动灰分，其中该系统进一步包含控制器以控制供水装置从而水在直接接触灰分后汽化产生蒸汽，并且灰分的流动性得以保持，可流动灰分冷却至不低于预设阈值温度的温度。

在该气化系统的一实施方式中，冷却水被提供至高温灰分冷却器并且通过间接热传递来冷却灰分。

在该气化系统的一实施方式中，高温灰分冷却器包含冷却套管(jacket)，或者冷却线圈(coil)，或者冷却板(panel)，冷却水流经其中并间接吸收热灰分的热量。

在该气化系统的一实施方式中，一部分冷却水提供至高温灰分冷却器直接接触可流动的灰分，其中该系统进一步包含控制供水装置的控制器，从而水与灰分直接接触后汽化产生蒸汽，灰分的流动性得以保持；而一部分冷却水提供至高温灰分冷却器，其中这些冷却水经由间接热传递来冷却灰分；并且其中可流动灰分被冷却至不低于预设阈值温度的温度。

在该气化系统的一实施方式中，该系统进一步包含高温灰分冷却器和气化炉之间的连接机构(connection)，其中由供给高温灰分冷却器的水产生的蒸汽被供给至气化炉。

在该气化系统的一实施方式中，该系统进一步包含减压设备，其连接于高温灰分冷却器以从高温灰分冷却器接收冷却了的高压灰分，并且该减压设备能够将灰分压力降低到环境压力。

在该气化系统的一实施方式中，减压设备包含双密封的闭锁料斗(double sealedlock hopper)。

在该气化系统的一实施方式中，该系统进一步包含第二灰分冷却器设备，其连接于高温灰分冷却器以从高温灰分冷却器接收冷却了的高压灰分，并且其能够进一步将灰分温度降低到环境温度。

在该气化系统的一实施方式中，该系统进一步包含第二灰分冷却器设备，其连接于减压设备以接收高温灰分冷却器冷却了的灰分，并且其可以进一步将灰分温度降低到环境温度。

在该气化系统的一实施方式中，该系统进一步包含减压设备，其连接于第二灰分冷却器以从第二灰分冷却器接收灰分，并且能够将灰分压力降低到环境压力。

在该气化系统的一实施方式中，高温灰分冷却器包含流化床或者移动床，其中高压灰分与来自供水装置的水直接接触。

在该气化系统的一实施方式中，供水装置包含用以将液体散布到灰分的部件，例如喷头，雾化喷头，多微孔管。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种气化系统，其包含流化床气化炉，该气化炉接收碳质供给材料并排出产物气流和可流动灰分，其中气化炉工作的温度稍低于灰分熔点，工作压力不少于6bar表压力，并且其中产物气流包含气态和颗粒的杂质，用于去除产物气流的杂质并产生废水流的湿式洗涤器，连接于气化炉以接收气化炉的热灰分的灰分冷却器；以及连接机构，其将至少一部分废水流递送至灰分冷却器，其中该废水流将转变为蒸汽。

在该气化系统的一实施方式中，灰分冷却器包含与气化炉直接连接的高温灰分冷却器。

在该气化系统的一实施方式中，灰分冷却器进一步包含低温灰分冷却器，其中废水递送至该低温灰分冷却器。

在该气化系统的一实施方式中，废水与灰分直接接触，通过该接触而产生的蒸汽被递送到气化炉。

根据本发明的另一方面，一实施方式提供一种用于冷却流化床气化炉所排灰分的方法，其中流化床气化炉接收碳质供给材料，并排出产物气流和可流动灰分，其中该气化炉工作的温度稍低于灰分熔点，工作压力不少于6bar表压力，该方法包括，在高温灰分冷却器中冷却可流动灰分至适于灰分被传统的碳钢设备处理的温度，所述高温灰分冷却器连接于该气化炉并接收压力下的热灰分，其中该高温灰分冷却器包含供水装置，所述供水装置提供水以冷却可流动灰分。

在该方法的一实施方式中，其中供水装置将冷却水供给至高温灰分冷却器以与可流动灰分直接接触，该方法进一步包含控制所述供水装置从而水在直接接触灰分后汽化产生蒸汽，并且灰分的流动性得以保持，可流动灰分冷却至不低于预设阈值温度的温度。

在该方法的一实施方式中，该方法进一步包括从高温灰分冷却器接收冷却了的高压灰分，并且利用连接于高温灰分冷却器的减压设备将灰分压力降低到环境压力。

在该方法的一实施方式中，该方法进一步包括从减压设备接收冷却了的环境压力灰分，并且利用连接于减压设备的第二灰分冷却器设备进一步将灰分温度降低到环境温度。

此外，某些实施方式提供一种用于冷却流化床气化炉所排灰分的方法，其中流化床气化炉接收碳质供给材料，并排出产物气流和可流动灰分，其中该气化炉的工作温度稍低于灰分熔点，工作压力不少于6bar表压力，其中该产物气流包含气态和颗粒杂质，该方法包括利用湿式洗涤器从产物气流中去除杂质并产生废水流，并递送来自湿式洗涤器的至少一部分废水流到连接于气化炉的灰分冷却器，该灰分冷却器接收来自气化炉的热灰分，其中废水流被转换为蒸汽。

在该方法的一实施方式中，灰分冷却器包括与气化炉直接连接的高温灰分冷却器。

在该方法的一实施方式中，灰分冷却器进一步包括低温灰分冷却器，其中至少一部分废水递送至该低温灰分冷却器。

在该方法的一实施方式中，废水与灰分直接接触，该接触产生的蒸汽被递送到气化炉。

附图说明

为了本发明易于理解和实施，下文将参考附图详细描述本发明，但仅为示例性目的而非限定。

图1大略示出本发明的合成气生产系统的示例性总体架构，其包含气化炉1，高温灰分冷却器6，以及低温灰分冷却器7。设有一或多个旋风分离器2用以从粗合成气中回收和再循环夹带的颗粒，在合成气冷却器3中设有或者不设热量回收，锅炉给水引入合成气冷却器3中并产出生产用蒸汽(process steam)，设有或者不设过滤器4以进一步清洁合成气。湿式洗涤器5设置在气化炉下游，用以清洁合成气。从洗涤器5来的废水可以输送到高温灰分冷却器6或者低温灰分冷却器7，或两者。当使用直接接触冷却时，经过与热灰分的接触，可能在高温灰分冷却器6也可能在低温灰分冷却器7中产生蒸汽。蒸汽可以返回输入到气化炉1(例如高温灰分冷却器6所示)，或者经过滤器8过滤然后输出用于其他目的(例如低温灰分冷却器7所示)。

图2是一个框图，说明根据本发明一个实施方式的连续步骤设置，用以将气化炉灰分从气化炉条件冷却和减压至适于安全和经济灰分处理的条件。

图3示出根据本发明的一个实施方式的流化床气化炉的基本结构。

发明详述

流化床气化炉，如图3所示，包含容器，其罩着(housing)正被气化的固体物料的流化床1之上的顶部空间2，和在床下方的锥形穿孔配气格网7，气化媒质以足够的速度通过该配气格网7流入以流化气化炉中的固体供给材料。气化媒质(蒸汽和/或氧)从增压空间(plenum space)4穿过格网7进入气化炉以流化和部分氧化固体进料。

格网锥体底部的中心区域设有通道例如管6("中心射流管")引导氧化剂与稀薄气体到所述床。中心射流管6的气体速度一般大于流化床1中的气体平均表观速度。包含环形通道的出灰设备5围绕着该中心射流管6，用于去除结块的煤灰并提供额外的气体，例如蒸汽，其可以用来冷却和保护中心射流管6。出灰设备5通常设为包含文氏管设备3(venture3device)，用于在通道的上部对灰分颗粒进行分选。分选器8可以集成在出灰设备5上。向上流动穿过分选器的气流，例如蒸汽，一般用于分离灰分颗粒，再夹带那些较轻和/或较小且碳含量仍没有耗尽的颗粒并将它们返回至反应区中。

如上所示，处理来自出灰设备5的高温高压热灰分已经成为煤气化领域的技术难题。本发明提供了方法和相关系统，藉由这些方法和系统将灰分冷却工艺分成各个步骤，第一步是高压高温下的第一冷却步骤。如图1所示，高压下的第一冷却步骤可以通过使用间接冷却媒质的灰分间接热交换或者通过使用直接蒸发的冷却液体的直接接触。在高温灰分冷却器(也称为高压灰分冷却器)执行的第一冷却步骤之后，灰分温度低到足以使用常规设备。因此，后续步骤例如减压步骤可以在低或中温用较低成本的设备进行，因此设备投资得以减少而所有其余的灰分处理装置的可靠性得以提升。

在一实施方式中，如图2所示，如果进一步执行减压步骤，在减压之后，经冷却和减压的灰分可以在低温灰分冷却器7中进一步冷却并采用传统方法处理。本发明的分步系统用这样的方式从所述灰分回收热量以提升气化过程的总效率。

本发明工艺的一个特点是首先在气化炉压力下的高温冷却器6中冷却气化炉排出的灰分。经过该高压灰分冷却步骤的灰分温度可基于两个标准来确定。一是温度足够高从而由高温灰分冷却而产生的任何蒸汽具有足够的压力并能用来替换气化炉所需的部分流化和反应蒸汽。二是灰分温度足够低以允许使用传统碳钢设备，例如容器、阀、管、和递送装置，来进行后续灰分处理。这将降低成本并增加所有其余的灰分处理装置的可靠性，特别是用于将灰分从高压环境消减到环境压力的设备的可靠性。

尽管提供了上面两个标准，但可以理解只要两个标准中的至少一个在该高压灰分冷却步骤后得以实现，气化系统的总效率或者可靠性就能提高。此外本领域技术人员可以理解，利用现有技术，如阀，以及其他调节设备等，控制灰分冷却器的操作条件，例如引入冷却液或者媒质，以控制高压灰分冷却步骤后的灰分温度。

气化过程需要大量蒸汽，称为生产用蒸汽，在现有技术中，其独立地生成，或者通过冷却气化炉例如图1所示合成气冷却器3中产生的合成气而生成，属于系统的净能量损耗。比较而言，在本发明的一实施方式中，高温灰分冷却器产生的蒸汽可以作为部分生产用蒸汽，从而使得气化过程输出更多蒸汽，或者减少对独立的蒸汽生产的需要。因此，气化炉系统的至少部分能量损耗得以减轻。

在一实施方式中，参见图2，在高温灰分冷却之后，较低温度的灰分然后使用更低成本更高可靠性的设备减压，例如碳钢闭锁料斗。低温灰分冷却系统随后，如图2中的低温灰分冷却器7所示，进一步冷却灰分用于普通的固体颗粒处理和处置。本发明的分步工艺降低了资本成本，提升可靠性，并提升气化过程的总效率。

在本发明的一个方面，气化含碳物质的系统包含：1)气化炉，含碳物质和气体供料被加入该气化炉中并气化产生从顶部离开气化炉的粗合成气产品，同时产生气化炉工作压力下的高温灰分，该高温灰分从气化炉底部排出，2)灰分冷却器，例如高温灰分冷却器，连接于气化炉，其中灰分冷却器包含i)在冷却期间容纳灰分的容器，和ii)经由间接热交换或者直接接触冷却而冷却灰分的装置，以及iii)将步骤ii)产生的蒸汽("蒸气")递送回气化炉的连接机构。

在一个实施方式中，本发明用于冷却气化炉所排高温高压灰分的分步工艺包括第一步骤，其中自由流动灰分在气化炉工作温度从气化炉排出(例如在流化床的情况中通过重力)至隔室(compartment)或者容器中，在此处灰分被冷却。气化炉工作温度通常稍低于灰分熔点温度，例如1200℃。高温灰分冷却隔室本身可以设置为流化床或者移动床。

在一个实施方式中高温灰分冷却器可以是"直接接触"冷却器，其中水或者其他直接蒸发冷却液体直接与热灰分接触并转变为蒸汽，蒸汽通过连接气化炉和高温灰分冷却器的通道逆着灰分排放而流入气化炉。以这种方式，灰分所含热能用于产生可以直接用于气化反应器中的蒸汽。

直接接触可以采用本领域技术人员公知的多种方法实现。例如，可将水，优选经雾化，注入到热灰分中，只要灰分的可流动性得以保持。这可以由供水装置完成，该供水装置包含将水散布到灰分的部件，例如喷头、雾化喷头、多微孔管，这些部件例如可以由烧结的金属粉末或者纤维、管或者其他具有钻孔的流动通道制成。该直接接触冷却步骤可以在移动床或者流化床灰分冷却器中完成。

间接冷却可以结合或者替代直接接触冷却使用。无论其是容器夹套、冷却圈、或者冷却板部件或者任何其他常见的间接热交换部件，间接冷却媒质在与灰分隔开的流动通道中被加热或者蒸发。蒸汽在流动通道中产生，相对于直接接触产生的蒸汽更为清洁。优选地，蒸汽的压力高于气化炉压力并可以用于气化炉或者其他用途。

在高温冷却器之后，灰分达到可以采用例如普通碳钢材料进行任何进一步处理或加工的温度，普通碳钢材料可以在低于500℃，优选低于350℃的温度良好和可靠地工作。在一个实施方式中，在高温灰分冷却器后，灰分可以减压(例如通过减压器)至环境压力以便进行任何进一步的处理或冷却。这可以通过各种部件完成，例如本领域技术人员熟知的阀和闭锁料斗。这些都是常规设备并可以可靠地工作在300-550℃温度下甚至在气化炉工作压力下。

闭锁料斗是公知的减压设备，通常包含容器，灰分由重力流入和流出其中并在顶部和底部具有密封压力和固体流动的阀，以及给该容器加压和减压的部件，和相应的阀及控制部件以调节气体流动。

冷却和减压的灰分可以任选地使用第二冷却器或者低温灰分冷却器经历进一步的冷却步骤，以使其易于处理或者安全处置，例如至不高于140℃以由带式传送装置处理。任何普通可用的低压固体冷却器，包括直接接触或者间接热交换冷却器，例如螺杆冷却器(screw cooler)，可以用作低温灰分冷却器。

在减压之后的低温灰分冷却步骤中，洗涤器排放(下文详述)可以用于与灰分直接接触以向灰分提供冷却、向灰分交换盐和悬浮的固体，进而回收无盐的水再使用，因此可以降低废水处理并减少总耗水量。

在一实施方式中，本发明的两步冷却工艺(即高压冷却及其后的减压)因此可以降低灰分冷却和减压系统的总成本，增加可靠性，并且灰分中的大部分可用热能，即从气化炉工作温度到高温灰分冷却器出口温度的灰分热能，被直接转变为生产用蒸汽。如上所述，转换所得的生产用蒸汽对于气化炉系统具有最高的可能价值，可用于气化炉而无需任何另外的蒸汽处理。

在一个实施方式中，高温冷却器还可设计为冷却灰分至更低温度从而无需低温灰分冷却器。此类工艺可能在需要高处理效率时是可取的，特别是当气化炉的供料具有高灰分含量。该更低的温度甚至可以采用直接接触冷却得到，只要高温灰分冷却器出口温度的水饱和压力在气化炉工作压力之上。

在一个实施方式中，高温冷却器还可设计为冷却灰分至更低的温度，冷却的灰分由低温灰分冷却器再冷却。在该实施方式中，无需减压器。该工艺可能在需要冷却的灰分的压力时是可取的。

本发明的上述及其他特征以及获得和使用它们的方式可以通过参考下面附图和说明变得更直观更易于理解。

参见图1，热灰分从气化炉1进入灰分冷却装置。根据气化炉1的工作条件，热灰分在气化炉1排放点的温度可以从500℃到1200℃。灰分离开灰分冷却装置的温度取决于气化炉工作压力。只要灰分出口温度下的水饱和压力在气化炉工作压力之上，水就可以直接注射入移动或者流体灰分。

"预设的阈值温度"可由下面两个因素确定。第一，为了保持灰分可流动性，灰分冷却器中应避免液态水。因此，冷却的灰分温度(T₁)应该保持至少高于灰分冷却压力下的水沸点。优选，温度为或者超过水的临界温度(即374℃)。第二，因为产生的蒸汽流入气化炉(下文详述)，蒸汽压力应该高于蒸汽进入气化炉的位置的压力。因此，冷却的灰分温度(T₂)应该足够高。所以，预设的阈值温度不应低于T₁或者T₂。

在本发明的优选实施方式中，控制水量和水速以使其合适地散布并与热固体混合，并且完全蒸发而不影响灰分的可流动性。如此产生的蒸汽上升进入气化炉的反应区域。

冷却水的流动可以用流动控制装置例如控制阀来控制，其中水的流动由灰分冷却器中的温度或者压力测量来控制，以调控所需的冷却量。

以这种方式，热灰分所含热能用于产生气化反应所需的蒸汽，因此替代了气化反应所需并通常由单独的汽锅产生的清洁的高压蒸汽数量。应当注意，由直接接触灰分所产生的蒸汽是包含各种杂质的"脏"蒸汽，因而不适于多数其他用途，但适用于该气化工艺。

由直接或者间接接触产生的蒸汽可以穿过气化炉的不同点引入气化炉。如图3所示，蒸汽可以经由通道流入增压空间4然后穿过格网7进入气化炉，或者作为部分喷射气体引入中心射流管6，或者穿过集成在出灰设备5上的分选器8。因为直接接触产生的蒸汽包含灰分，其可能引起格网7的格网阻塞问题，该直接接触蒸汽优选引入分选器8，例如通过分选器8上的分选器进气口。

例如，在SES气化炉(美国13/532,769)中，如果使用10％重量比的灰分进料，出口灰分温度是1000℃，冷却至400℃。采用本发明每7千克灰分就可以得到几乎1千克蒸汽，占了总的气化蒸汽需求的很大一部分。

参见图2，其示出本工艺的一个实施方式的各步骤的连续设置，灰分在接近气化炉压力的高温灰分冷却器6的容器内首先经过冷却达到通常300到550℃的范围。灰分然后经由例如闭锁料斗的设备减压到环境压力。不管采用何种减压方法，出于安全和维护的考虑，可能需要在高压区域和低压区域之间采用一些形式的隔离阀，这种阀远比规定用于接近气化炉温度(SES气化炉一般为1000℃)的温度(800到900℃)的阀要便宜，并且在高温灰分冷却器出口温度下要更可靠。一旦灰分处于大气压力，它可以在低温灰分冷却器7中进一步冷却到安全处理温度，通常为50到149℃，可以使用易于获得的固体冷却设备以任意多种方式进行。

根据本发明的另一方面，在另一实施方式中，本发明进一步提供一种煤气化的方法和系统，其中至少一部分产生于一个或多个煤气清洁步骤的废水流(例如洗涤器废水)可以再循环并用于气化工艺的热灰分残渣，以这样的方式，废水中的盐和悬浮固体留在灰分中，其中由该工艺产生蒸汽，该蒸汽可以用于若干用途，例如反馈到气化工艺。该系统中被送去废水处理的水量减少了。

在一个实施方式中，本发明提供用于气化含碳物质的系统，参见图1，其中该系统包含：

1)气化炉1，含碳物质例如煤加入该气化炉1并气化以产生包含气态和颗粒杂质的粗合成气；

2)任选地，至少一个设备用来去除粗合成气中的部分颗粒杂质并再循环固体，例如旋风分离器2，冷却粗合成气，例如合成气冷却器3；

3)任选地，另一设备用来从气流中进一步去除固体，例如图1所示的过滤器4；

4)洗涤器5，其中冷却和部分清洁的合成气被进一步清洁以产生废水流；

5)至少一个与气化炉相连的灰分冷却器，以接收气化炉压力下的热灰分，例如高温灰分冷却器6；

6)连接机构，其递送至少一部分废水流至灰分冷却器，其中全部或者部分废水流转变为蒸汽；以及

7)连接机构，其将灰分冷却器产生的蒸汽递送回到气化炉中。

根据本发明的一实施方式，洗涤器的废水流可以递送至高温灰分冷却器或者低温灰分冷却器或两者。因为灰分温度远高于任何一个灰分冷却器中的水的沸点，废水流中的水与其他挥发性成分一起蒸发，以产生一些蒸汽供应，留下颗粒杂质和其他非挥发性成分与灰分颗粒在一起。来自高温灰分冷却器的这一部分蒸汽供应进入气化炉并补充气化工艺所需的蒸汽供应。低温灰分冷却器中使用的废水产生的蒸汽可冷凝用作低温热源或者冷凝物作为生产用水加注。

在一个实施方式中，本发明涉及来自水洗涤器的废水的再循环，所述水洗涤器用于从例如流化床煤气化工艺的产物合成气中去除固体。一般地，水洗涤器在用于去除气体中的固体的旋风分离器和过滤器(例如袋滤室过滤器或者烛形过滤器)之后。该洗涤器捕获大部分或几乎所有的卤化物、氨、氰化物、没有在旋风分离器和过滤器中去除的剩余颗粒物质，以及一些至少部分水溶性的微量气体种类。

适用于本发明的洗涤器，或者湿式洗涤器，是利用液体冲洗和去除气流中不需要的颗粒和/或气体杂质的常见和公知的设备。存在不同组此类设备可供使用。洗涤器是控制气态排放物特别是酸性气体的主要设备之一。洗涤器还可以通过烟道气(flue-gas)冷凝从热气体回收热量。湿法洗涤经由目标化合物或者颗粒物质与洗涤溶液(可以简单为水)的接触而进行。水溶性的有毒和/或腐蚀性气体，像HCL、H₂S、SO₂或者氨(NH₃)可由湿式洗涤器较好地去除。喷水还可以冷凝某些可冷凝物，例如焦油和油。杂质去除效率通过增加洗涤器中的停留时间或者利用喷洒增加洗涤液的表面面积而得以提升。

根据本发明的一个实施方式，包含去除的杂质的部分(包含全或无)洗涤器废水流可直接用来接触气化炉工作压力下的热气化炉灰分，所述气化炉工作压力典型地为而不限于10到60bar。或者，废水流可用于与热灰分进行间接热交换，并基本上蒸发掉。任一情况下，冷却产生的蒸汽或者废水流中与蒸汽一起蒸发的热灰分和任何杂质，可以再次进入气化炉用作气化目的所需的部分蒸汽，以减少气化车间的总需水量。

在另一实施方式中，部分或者全部废水流可以在低压灰分冷却步骤中直接应用于灰分。这种情况下，一些水可用于部分地水合灰分以在处理中控制灰尘，例如提升热灰分含水率从基本上为零到5％重量比。一些水蒸发，该蒸汽也可作为低温热源，冷凝物作为生产用水再使用，放出(vented)，送去消防(flare)，或者在任何去除夹带的灰分后冷凝并再使用。

在另一实施方式中，本发明的方法将废水中的盐和悬浮固体置入气化炉的灰分产物中，减少了生产用水消费量，并全部或者部分地消除了气化过程的废水处理。废水直接注入热灰分产生的高压蒸汽可以直接连接到气化炉，不经清洗以去除任何夹带的灰分颗粒，从而减少了对高压清洗蒸汽的需求，并显著提升了热能效率，而资金成本的增加非常小。

可以理解在这里描述的实例和实施方式仅限说明目的，本领域技术人员受此启发可以作出各种改进和变化，这些都包含在本申请的精神和权限及所附权利要求的范围内。该专利引用的所有出版物、专利和专利申请均通过参引结合在此，用于所有目的。

任何实施方式的一或多个特征可与任何其他实施方式的一或多个特征组合，而不超出本发明的范围。上述说明是示意性而非限制性的。本领域技术人员在参阅本发明的基础上容易作出本发明的多种变形。本发明的范围应该，不仅仅参考以上描述确定，而应该参考权利要求及其全部范围或等同来确定。

Claims (18)

1.一种气化系统，包含：

流化床气化炉，其接收含碳供给材料，并排出产物气流和可流动灰分，其中气化炉的工作温度稍低于灰分熔点，压力不低于6bar表压力，

高温灰分冷却器，其连接于气化炉，并且压力下的热灰分向该高温灰分冷却器中排放，其中高温灰分冷却器包含供水装置，该供水装置包含将水雾化成微小液滴的部件，该供水装置向高温灰分冷却器提供雾化的水，使其与可流动灰分直接接触来冷却可流动灰分，以及

控制器，其根据高温灰分冷却器中的温度或压力来控制供水装置，以调控雾化水的量，使得雾化水在直接接触灰分后完全汽化且产生的蒸汽的压力足以替换气化炉所需的流化蒸汽和/或反应蒸汽，且其中可流动灰分冷却至适于采用传统碳钢设备处理的温度。

2.权利要求1的气化系统，其中，供水装置还提供另外的水至高温灰分冷却器并经由间接热交换来冷却灰分。

3.权利要求2的气化系统，其中高温灰分冷却器包括冷却套管，或者冷却线圈，或者冷却板，冷却水经由其流动并从热灰分间接吸收热量。

4.权利要求2的气化系统，进一步包含在高温灰分冷却器和气化炉之间的连接机构，其中由间接热交换的水产生的蒸汽被供给至气化炉。

5.权利要求1的气化系统，进一步包含：

减压设备，其连接于高温灰分冷却器以从高温灰分冷却器接收冷却后的高压灰分，并且其能够降低灰分压力至环境压力。

6.权利要求5的气化系统，其中减压设备包含双密封闭锁料斗。

7.权利要求1的气化系统，进一步包含：

第二灰分冷却器设备，其连接于高温灰分冷却器以从高温灰分冷却器接收冷却后的高压灰分，并且其能够进一步降低灰分温度至环境温度。

8.权利要求5的气化系统，进一步包含：

第二灰分冷却器设备，其连接于减压设备以从高温灰分冷却器接收灰分，并且其能够进一步降低灰分温度至环境温度。

9.权利要求7的气化系统，进一步包含：

减压设备，其连接于第二灰分冷却设备以从第二灰分冷却设备接收灰分，并且其能够降低灰分压力至环境压力。

10.权利要求1的气化系统，其中高温灰分冷却器包含流化床或者移动床，其中高压灰分与来自供水装置的雾化水在流化床或移动床中直接接触。

11.权利要求1的气化系统，其中供水装置包含将液体雾化的部件，例如喷头、雾化喷头、多微孔管。

12.一种气化系统，包含：

流化床气化炉，其接收含碳供给材料，并排出产物气体流和可流动灰分，其中气化炉的工作温度稍低于灰分熔点，并且压力不低于6bar表压力，其中产物气体流包含气态和颗粒杂质，

湿式洗涤器，用于从产物气体流中去除杂质并产生废水流，

高温灰分冷却器，连接于气化炉以从气化炉接收热灰分，并包含供水装置；

连接机构，其递送至少一部分废水流到高温灰分冷却器；以及

控制器，其控制供水装置；

其中供水装置包含将水雾化成微小液滴的部件并向高温灰分冷却器提供雾化的废水与可流动灰分直接接触，

其中控制器根据高温灰分冷却器中的温度或压力来控制供水装置，以调控雾化废水的量，使得雾化的废水在直接接触灰分后完全汽化且产生的蒸汽的压力足以替换气化炉所需的流化蒸汽和/或反应蒸汽，且可流动灰分冷却至适于采用传统碳钢设备处理的温度。

13.权利要求12的气化系统，其中，还包含低温灰分冷却器，和将至少一部分废水递送给低温灰分冷却器的连接机构。

14.一种用于冷却流化床气化炉排出的灰的方法，其中流化床气化炉接收含碳供给材料，产物气体流和可流动灰分从气化炉中排出，其中气化炉的工作温度稍低于灰分熔点，压力不低于6bar表压力，该方法包括：

在与气化炉连接并接收所排放的压力下的热灰分的高温灰分冷却器中，根据高温灰分冷却器中的温度或压力，提供适量的雾化水与可流动灰分直接接触，将可流动灰分冷却至适于灰分采用传统碳钢设备处理的温度，且雾化水在与可流动灰分接触后完全汽化，并使用产生的蒸汽替换气化炉所需的流化蒸汽和/或反应蒸汽。

15.根据权利要求14的方法，进一步包括：

利用连接于高温灰分冷却器的减压设备，从高温灰分冷却器接收冷却后的高压灰分，并降低灰分压力至环境压力。

16.根据权利要求15的方法，进一步包括：

利用连接于减压设备的第二灰分冷却器设备，从减压设备接收冷却的环境压力灰分，并进一步降低灰分温度至环境温度。

17.一种用于冷却流化床气化炉排出的灰的方法，其中流化床气化炉接收含碳供给材料，产物气流和可流动灰分从气化炉排出，其中气化炉的工作温度稍低于灰分熔点，压力不少于6bar表压力，其中产物气流包含气态和颗粒杂质，该方法包括：

利用湿式洗涤器从产物气流去除杂质并产生废水流，

将至少一部分废水流从湿式洗涤器递送到连接于气化炉并从气化炉接收热灰分的高温灰分冷却器，以及

根据高温灰分冷却器中的温度或压力，向高温灰分冷却器提供适量的雾化废水流，使雾化的废水在与可流动灰分直接接触后完全汽化，使用产生的蒸汽来替换气化炉所需的流化蒸汽和/或反应蒸汽，并将可流动灰分冷却至适于采用传统碳钢设备处理的温度。

18.根据权利要求17的方法，其中，还包括将至少一部分废水从湿式洗涤器递送给低温灰分冷却器。