CN1319125A - 由烃生产洁净煤气的方法 - Google Patents

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Abstract

在由烃生产洁净煤气的方法中,在反应区中使热空气和蒸汽与碳质残渣混合,由此在放热下碳与氧反应生成CO2和CO。加入烃以释放水分并挥发从而使挥发分与碳反应生成CO和H2,烃中的硫主要转化为H2S。加入硫吸着剂并转化为CaO,这样CaO与H2S和COS反应生成CaS。在反应区的出口将碳质残渣从所述流体分离出来并返回反应区。将所述气体加入气体冷却器,在那里它被冷固体冷却。所述固体一方面含有被空气冷却的灰分(在空气进入反应区之前),另一方面含有从气体冷却器下游的还原气体过滤出来的灰分和碳质残渣,后者的固体在进入气体冷却器前就已经增大了粒径。

Description

由烃生产洁净煤气的方法
                      发明领域
本发明涉及一种生产洁净煤气的方法，该方法是在反应区将热空气和蒸汽与碳质残渣混合，加入烃以释放水汽和挥发分，并使挥发分与碳反应产生CO和H2。
                      背景讨论
现行的从烃(如煤)生产可燃气体的方法是往气化器内注入冷的反应剂和/或蒸气，将气化产物中大量的显热转移到水/蒸汽的混合物。这就有必要保证下游气体净化装置的可靠操作。因此就能量的含量而言从煤到产品气体的转化不是最大的。
                      发明综述
因此，本发明的目的之一是提供一种新型的方法和装置，使进料的烃产生最大量的纯“还原”气体，且转移到相关系统外的热量最少。
按照本发明，通过专利权利要求1和10的特征，可以达到上述目的。
尤其可以看到：本发明的优点是因为非常高的热值转化率和消除了间接接触换热器从而极大地降低了装置和操作成本。
                      发明简述
一个对本发明更完全的评价和它自身带有的许多优点都将会在以后获得，同时在参考了联系附图的以下详尽的描述下，会更好地理解以上的优点，附图以图表形式以煤作为烃展示了本发明的一个示范实施方案。只有对理解本发明必要的要素才显示，箭头表示工作介质的流向。
                优选实施方案的描述
现在请参阅附图，气体生产的必要设备主要包括三块，即气化装置3，气/固换热器4和组合灰分冷却器/氧化器1,2。
环境空气由风扇16引入灰分冷却器1。为了增加氧原子的含量同时减少空气的量，水也由供水线10引入冷却器的冷端。水在通过冷却装置的过程中蒸发到气流中。这个冷却装置可以是一个栅格型或流化床型的气/固换热器。将空气加热到大约500-900℃。如果打算对下游气体进行催化反应，可以选择较低的温度值。从冷却器1的热端进入冷却器的固体，主要包括惰性的灰分、碳和CaS、CaO。它们的入口温度大约是600℃，离开冷却器时的温度大约是100℃。固体尺寸应至少为大约500微米才能避免被从冷却器热端离开的空气带走。进入装置1时，在氧化单元2中，未燃烧的碳和CaS粒子首先由热的空气/蒸汽混合物氧化成CO2和CaSO4。热原料中的其它组分，即未氧化的气体如CO,H2S和COS以及硫化物吸着剂如CaS,FeS也在这里氧化。热空气/蒸汽混合物可能会将未燃烧的碳和CaS颗粒氧化成CaO和SO2。为了避免大量的SO2渗入下面的反应器，适宜的做法是设定换热器表面并使空气/水蒸汽混合物在2区中循环，以便在氧化器的最终工序得到的通常是CaSO4。
从氧化区2(灰分冷却器1的热端)出来的空气/蒸汽混合物由热空气供应管线21进入反应器3。根据装置类型，混合物可由不同的水平进入反应器。在图中所示的实例中，反应器是一个竖直的气化器，气流是由下到上流动，混合物从底部引入。反应器还有另外两个入口，一个是碳质残渣供应线20，另一个是煤7和硫吸着剂8的共同入口。
本例中碳质残渣是部分气化了的碳。它进入温度大约为700℃的反应器3。它和空气/蒸汽混合物的氧发生反应，生成CO2/CO，并放出热量。
在碳入口的下游，待气化的碳进入反应器3。这种碳可以是压碎的，也可以是磨成粉末的。和空气一样，煤也可以由反应器的不同水平引入。此进口优选用来引入硫吸着剂，它可以是磨成粉的石灰石或白云石。煤和吸着剂可以以任何合适的方式(即蒸汽)进行输送。在一个优选的实施方案中，生产的还原气体本身输送固体粒子。如果煤是以压碎的粒径约为6毫米的原料形式存在，它可以因重力而加入。把煤加到反应器中导致水汽和挥发分的释放。碳和挥发分与蒸汽、CO2和剩余的O2(如果有的话)反应生成CO和H2。
因此在反应器3的出口处，可以发现主要有CO和H2，还有来自空气的N2、痕量的CO2和以蒸汽形式存在的H2O。也有碳和灰分。反应器出口处的温度在400-700℃之间(再次取决于由可能的下游催化处理而决定的空气的进口温度)。
如果在反应器里用石灰石作为硫吸着剂，CaCO3就将转化成CaO。煤中的硫主要转变为H2S和痕量的COS。大部分的H2S和COS与CaO反应生成固态CaS。因此在反应器的出口处，钙吸着剂以CaS和CaO存在。
反应器下游有一个粒子分离装置11。这种分离器可以是一种旋风分离器，用来将主导的碳从剩余组分分离出来。由于灰分的粒径通常小于30微米，因此会从分离器逃脱，而粒径大于100微米的碳，就留在分离器里了。这些分离出的碳由供应管线20返回到反应器中，而剩下的组分，特别是还原气体则往前送到了气体冷却器4中。
还原气体离开气体冷却器4时的温度应该在200℃左右。气体冷却器下游是一个存在于管线14中的固体粒子过滤器5，作用是去除气体中的细灰和碳，还有在气体冷却器4中还未分离的CaS和CaO。这个过滤器用来将所有的剩余固体粒子从气体中分离。
还有一个风扇17安装在煤气管线14上，最好在过滤器5的干净的一边。它的目的是控制系统的压力以接近大气条件。
根据气体的用途，如果上流所用过滤元件不是湿的静电参与器(participator)的话，气体管线14中在风扇17的下游可能还有一个气体冷却器18。为了使气体冷却到30℃，推荐使用水喷淋冷却器。
过滤器5可以是一个纤维过滤器，一个静电参与器或一个湿的静电参与器，使用后者具有以下优点：除了去除粒子外，还能进一步冷却气体，去除可能在反应器3中产生的氨、焦油和氰化氢。
从过滤器5中去除的固体粒子的再处理是本发明的一个主要特点。
气体冷却器4是一个气/固换热器，可以包含一系列的旋风分离器。这里固体和气体以占主导的逆流方式流动。送入气体冷却器的冷固体的较少部分是由进料管线22从过滤器5的出口得到的。由于从过滤器排出的固体的尺寸小于50微米，为了能使它们保留在旋风分离器中，必须加大其粒径。这种聚结发生在造粒机6中，在这里可制造出粒径大约为1-5毫米的小丸。这些固体粒子进入气体冷却器4，在里面加热到高达大约600℃。在气体冷却器的出口，它们由加热固体管线15a送入灰分冷却器1中。
在一个优选的实施方案中，进入气体冷却器的冷固体大部分是那些从灰分冷却器1排出来，未经改变即由13循环进入气体冷却器4中的固体。这就是说，只有从过滤器5排出的固体才须粒化。这是基于这样一个事实：在灰分冷却器1中冷却的固体粒子的粒径足够大以至于它们在通过一系列旋风分离器时仍能在气体冷却器4中保留下来。如附图所示，因此来自过滤器5和灰分冷却器1的固体粒子分别引入气体冷却器中，而且它们各自经过不同的路径通过冷却器，在那里它们都被加热到大约600℃。在这种固体的其它流动中独立的路径都以热固体管线15,15a保持。
因为在操作过程中一直不断地加入煤和含硫溶剂，须从系统中去除等量的固体粒子。这个操作优先发生在与灰分冷却器1的出口相连的处理管线19中。
象下述实例所描述的那样，从过滤器5出来，流过管线15a的固体的数量大约相当于待处理物质的数量。因此，较好的方式是当这些固体粒子流经灰分冷却器1时，用挡板将它与管线15中主要的固体流分开，并由管线19进行处理。
当参考数字实例时，可更详细地阐述本发明。勿庸置疑，在确定所涉及设备(尤其是反应器和气体冷却器)的尺寸方面，不能用涉及的所述数值来确定绝对值，因为绝对值依赖于太多的参数，因而在任意情况下没有足够的意义。设计的唯一确定因素是实现向所涉及的系统外最少量的热转移。
由管线7注入的煤的量为19.5千克/秒，煤本身含有一个低的热值(大约25兆焦/千克)，并含有大约2.5千克水。注入的硫吸着剂，即经过管线8进入的石灰石的量为3千克/秒。由风扇16吸入系统内的空气的量大约为45千克/秒。由供水管线10加入到灰分冷却器冷端的水的量为5千克/秒。所有这些组分的引入都是在环境条件下进行的。
由线路13,15循环于气体冷却器4和灰分冷却器1的惰性固体的量大约为75千克/秒。在过滤器5的出口处捕获的、粒化并沿着自身路径15a运送到气体冷却器和灰分冷却器并且由管线19处理的固体的量大约为5.5千克/秒。据估计0.5千克/秒上述固体在灰分冷却器的氧化过程中燃烧并以气体的形式流进反应器3，从而保留在循环中。
结果，还原的产品气体大约以67.5千克/秒的数量下流经过风扇17。这种气体的热值是6.7兆焦/千克。少量的产品气体仍留在系统中作为已磨成粉状的煤和吸着剂的运输工具。
本发明的第一个变化是不用将全部的烃加入反应器，而是将少量的烃(即煤)注入安装在灰分冷却器内的燃烧器中，这个特征使得灰分冷却器中的温度可以控制。
第二个变化是，吸着剂(即石灰石和白云石)，可注入到灰分冷却器中而不是加入反应器3中。如果这种吸着剂已磨成粉状，其粒径必须足够小以便让空气流夹带。CaCO3又转变为CaO，少部分未反应的CaO与SO2在灰分冷却器中反应生成CaSO4。这个特征使吸着剂得以煅烧，延长了CaO在下游反应器3中的保留时间，这样增强了捕获硫的能力。
再一个的变化是，空气/蒸汽混合物和煤可以从几个不同的位置加入反应器，这样使得反应器内达到较好的温度控制和更高的转化效率。
当然，本发明并不局限于前面展示和描述的装置。不管什么类型和设计方式的反应器，都可应用本发明。如果使用的是磨成粉状的燃料，反应器可以是一个带有夹带流的装置；如果使用的是碾碎的燃料，反应器也可以是一个带有流化床的装置。带有移动床的分离装置也可以代替旋风分离器使用。
显然，根据以上所述，可以对本发明作许多改变和变动。因此要知道，在所附的权利要求书的范围内，此发明还可以非本文中特别的描述的方式来实践。
标记符号列表
1空气加热器(气/固换热器)
2氧化器
3气化器
4还原气体冷却器
5固体过滤器
6造粒机
7煤进料管线
8硫吸着剂管线
9空气供料
10水供料
11粒子分离装置，旋风分离器
12热气管线
13冷固体管线
14冷气管线
15加热固体管线
16排风扇
17牵引风扇
18气体冷却器
19灰分去除
20碳质残渣供应管线
213的热空气供料
22从5到4的进料管线

Claims (16)

1．从烃生产洁净煤气的方法，其包含以下步骤：
-在反应区将热空气、蒸汽和碳质残渣混合，在那里碳与氧气反应生成CO2和CO，并放出热量，加入烃以释放水汽和挥发分，使挥发分与碳反应生成CO和H2，烃中的硫大部分转化成H2S，加入一种可转化为CaO的硫吸着剂，这样CaO与H2S和COS反应生成固态的CaS，
-在反应区出口，至少要从流体中分离出碳质残渣的主要部分，并将其送回反应区，
-在气体冷却器中引入气体，其中它优选由冷的固体逆流冷却，这些固体一方面包括在空气进入反应区之前由空气冷却的灰分，另一方面包括从气体冷却器下游的还原气体中过滤出的灰分和碳质残渣，后者的固体在进入气体冷却器前就已经增大粒径了。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于将烃和硫吸着剂共同注入反应区。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于烃和硫吸着剂磨成粉状，并通过生产出的还原气体输送。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于蒸气通过以下方法生成：将水引入反应区上游的一个热交换区，在那里水蒸发进入空气流中，空气流由从气体冷却器中出来的热固体进行加热，空气/蒸汽混合物氧化未燃烧的碳、硫吸着剂及未氧化的气体。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于将一些烃注入热交换区中的燃烧器中。
6．根据权利要求4的方法，其特征在于将硫吸着剂加入热交换区。
7．根据权利要求1的方法，其特征在于空气/蒸汽混合物以及烃是从反应区的至少一个位置上加入。
8．根据权利要求1的方法，其特征在于空气的加热/固体的冷却、与烃和硫吸着剂的反应、固体的分离、煤气的冷却/固体的加热和过滤过程是在至少近似大气压下进行的。
9．根据权利要求1的方法，其特征在于从流过气体冷却器的还原气体中过滤出的灰分在气体冷却器加热和在反应区上游的热交换区冷却后才送去处理。
10．用于实施根据权利要求1的方法的装置，其包括：-烃类进料管线(7)，硫吸着剂进料管线(8)，热空气供料(21)和碳质残渣进料管线(20)，所有这些都与反应器(3)相连，反应器(3)的出口与粒子分离装置(11)相连，
-煤气冷却器(4)在入口处由热煤气管线(12)与粒子分离装置(11)的出口相连，并由冷固体管线(13,22)与固体供料相连，而且在其出口处由冷气管线(14)与固体过滤器(5)相连，由加热固体管线(15,15a)与气/固换热器(1)相连，
过滤器(5)和气/固换热器的固体出口形成气体冷却器的固体供料。
11．根据权利要求10的装置，其特征在于在气/固换热器(1)的热端包含氧化器(2)。
12．根据权利要求10的装置，其特征在于气/固换热器(1)包括从其入口到出口的两个以隔板隔开的固体粒子流通道，它们分别由单独的加热固体管线(15,15a)加入固体。
13．根据权利要求10的装置，其特征在于气体冷却器(4)包括一系列的旋风分离器。
14．根据权利要求10的装置，其特征在于在过滤器(5)出口和气体冷却器(14)入口之间的进料管线(22)之上提供一个固体粒径增大装置(7)。
15．根据权利要求10的装置，其特征在于通过安装在过滤器(5)的下游的冷气管线(14)上的风扇(17)来实施对所述系统的压力控制。
16．根据权利要求10的装置，其特征在于过滤器(5)是一个湿的静电参与器(participator)。
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