CN86106146A

CN86106146A - 一种净化由固态碳素物在两级煤气发生炉中产生的煤气之方法

Info

Publication number: CN86106146A
Application number: CN86106146.2A
Authority: CN
Inventors: 马里莉娜·阿尔布菜斯库; 约瑟夫·弗郎西斯·麦克马洪
Original assignee: Foster Wheeler USA Corp
Current assignee: Amec Foster Wheeler USA Corp
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1986-09-08
Publication date: 1987-05-13
Also published as: ES2002619A6; EP0220795A3; CA1249441A; CN1006898B; JPS6297621A; US4696679A; ZA864841B; AU6213286A; EP0220795A2

Abstract

本发明涉及净化在两级煤气发生炉中，由碳素物生产的煤气。将该炉中的第二级煤气通过第一沉淀器驱除其中的油雾和粒子。将该炉的第一级煤气通过一旋风分离器驱除其中的粒子。冷却来自旋风分离器的第一级煤气，再与第一沉淀器的第二级煤气混合并至少保持煤气混合物的温度在第二级煤气的温度。冷却煤气混合物至25到125，且高于煤气混合物的水露点。随后将冷却的煤气混合物通过第二沉淀器，除去其中的油雾和粒子，从而得到一种工业用的煤气。

Description

本发明大体上是关于在一个两级煤气发生炉中生产工业上能使用的煤气，更确切地说，是关于一种净化由在一个两级煤气发生炉中生产煤气之方法，以便提供一种纯净的工业上能应用的煤气。

在一个两级煤气发生炉的工艺中，生产第二级煤气，即皆知的顶部煤气和第一级煤气，也称底部煤气。虽然从煤气发生炉中收集和应用第一级和第二级的煤气是很需要的，但收集祗能按一种方式进行，即不仅要能生产出一种纯净的工业上能使用的煤气，又要能确实达到保护环境和经济上起到节俭的作用。

第二级煤含有小颗粒的油滴烟雾和固体颗粒，即原来的煤末，它们不是被输入煤的进料口，便是在煤气发生炉中产生。第一级煤气并不含有油雾，但它确含有精细分散的固体颗粒。这些颗粒，由于固体的运动而引起炭的分裂，产生于煤气发生器的下段部。因此，油雾和颗粒必须从第一级和第二级的煤气中驱除掉，以便生产出一种纯净的、工业上能应用的煤气。

人们曾采用过多种方法，从两级煤气发生炉中生成的煤气里来驱除油雾和固体颗粒。用一种热炽粗制煤气技术，让第一级和第二级的煤气通过各个旋风分离器来驱除油雾和颗粒。经过旋风分离处理后，将二股煤气物流合并形成煤气产品。然而，用这种方法以驱除直径小于50微米的粒子其效率本来就是极低。其结果，仅仅部份油雾和粒子的混杂物从煤气产品中被驱除，而得到的煤气并不是纯净的、工业上能使用的煤气。

在公知热炽脱焦油的煤气的处理过程中，让第二级煤气经过一个静电沉淀器来驱除油雾和粒子。让第一级的煤气另外经过一个旋风分离器来驱除粒子。于是将所得到的各煤气物流合并生成一种煤气产品。遗憾地是合并的煤气仍含有大量的颗粒混杂物，因为用旋风分离器驱除第一级煤气中的粒子，其效率很低。这种颗粒混杂物导致这种煤气不能在工业上使用，而需要一种纯净的煤气。

另一种方法，即皆知的冷却净化煤气法，让第二级的煤气通过一个静电沉淀器，而让第一级煤气另外通过一个旋风分离器和一个热交换器，以将第一级煤气降温到大约250°F。于是，将第一级煤气与第二级煤气混合，该煤气混合物随后，在一个间接冷却的洗气塔中，用含水液洗涤。在该塔中，煤气混合物的温度降到大约100°F。自洗气塔中的煤气经过一个静电沉淀器以得到一种煤气产品。

然而，该方法的主要缺点是在洗气塔中生成的水溶液含有可溶性的有机化合物，如二酚、吡啶、还有氨和硫化氢。这种混杂物的液体，在它从煤气发生炉装置中排出之前，必须彻底地处理，或者把它烧弃掉，以免对周围环境造成不利影响。另外，在冷却净化煤气处理法中，第一级和第二级煤气的大量热气被损失了，因为需要把煤气混合物冷却到一个相当低的温度，以达到在洗气塔中用水溶液进行有效的洗涤。其结果，该方法的整个效率和经济便大大降低了。

总的来讲，以前所述的一切煤气洗净技术都有很明显的缺点，这些缺点使得这些技术无法在工业上广泛应用。前述的各种净化技术无法提供一种纯净的、工业上能应用的煤气，而又能符合环境上和经济上所需的限制。

因此，本发明的目的是要由固态碳素物在一个两级发生炉中，生成一种纯净的煤气，以便这种纯净的煤气具备各种工业应用。

本发明的另一个目的是在保持周围环境和经济价值良好的条件下，生产这种纯净可用的煤气。

为了达到这些目的和按照本发明的宗旨，本发明提供了一种净化煤气的方法，这种方法是净化由固态碳素物在一个二级煤气发生炉中生产的煤气，其基本步骤如下：

a）从两级煤气发生炉中，把第二级煤气通过第一沉淀器装置，以便从第二级煤气中驱除掉油雾和粒子;

b）从两级煤气发生炉中，把第一级煤气通过一旋风分离器装置，以便从第一级煤气中驱除掉粒子;

c）冷却来自旋风分离器装置，第一级煤气;

d）把来自第一沉淀器装置的冷却了的第一级煤气和第二级煤气相混合，而使煤气混合物的温度至少保持为第二级煤气的温度;

e）冷却煤气混合物至大约25°F至125°F的温度范围，即高于煤气混合物的水露点;以及 f）把冷却了的煤气混合物通过第二个沉淀器装置，以便把煤气混合物中的油雾和粒子驱除掉并得到一种工业上能使用的煤气。本发明解决了以前煤气净化技术上的各种问题并达到了本发明所述的各种目的。尤其，在保持经济上和环境上健全的条件下，本发明提供了一种纯净的、工业上能使用的煤气。用本方法生产的煤气混合物，相对而言，不含油雾和粒子。因此，它能被应用于各种工业需用纯燃料气的设施上，

更确切地说，本方法获得从煤气中驱除油雾和粒子的高效成就，而不产生含水的冷凝物如：在冷却净化煤气处理过程中形成的冷凝物，这种冷凝物要求彻底处理。由于不需要洗气塔和其有关的设备，本方法显著地降低了相应的煤气生产装置的成本，尤其对冷却净化煤气处理法。可以相信，若不受理论的限制，煤气混合物在通过第二个沉淀器装置之前先把它冷却，则从煤气混合物中驱除的粒子就会明显地较提高。

而且，本发明与以前技术相比较，具有较高的热效率。按照本发明制造的产品煤气，其典型的交付使用温度在250°F或较高的温度。煤气的显热高于大约80°F的环境温度表明从煤中回收能量，这是先有技术所无法办到的，如：冷却纯净煤气法能降低供应煤气混合物的温度至100°F左右。

本发明的上述内容、其它目的、特征和优点将更详细具体地叙述如下：

所附的图，作为说明书的一部分，对本发明的各种具体实施方案作了图解说明，以及说明书的内容，就足可对本发明的一些原理作出一番解释。

图1是本发明上所应用的一个两级冷却煤气发生炉的示意图。

图2是本发明方法的原理图。

本发明提供了一种净化煤气的方法，即净化由固态碳素物在一个两级煤气发生炉中生产的煤气。按照本发明，将来自二级煤气发生炉中的第二级煤气经过第一个沉淀器装置来驱除来自第二级煤气中的油雾和粒子。将来自两级煤气发生炉中的第一级煤气另外经过一个旋风分离装置，来驱除掉来自第一级煤气中的粒子。来自旋风分离器的第一级煤气先被冷却，然后再和来自第一沉淀器装置的第二级煤气相混合。煤气混合物的温度至少保持在第二级煤气的温度。然后冷却煤气混合物到温度范围大致在25°F至125°F，即高于该混合物的水露点。随后将冷却了的煤气混合物经过第二个沉淀器装置来驱除掉来自煤气混合物中的油雾和粒子，从而生产出一种工业上能使用的煤气。

具体情况可参照本发明以及附图。

从图1，可见到一个典型的两级煤气发生炉10，碳素物如：煤，其典型的大小为2.5英寸×0.75英寸，由升降装置（如：斗式升降机）输送至一个精制筛12和一个称重送料器14。经过筛选煤和称重后，煤便经过一个锁式给料斗系统18进入煤气发生炉10的上段部17的顶端部16。煤从煤气发生炉的下段部22升起的热煤气逆向。在煤气发生炉10的上段部17，煤段干燥，然后被脱去挥发的组分生成烃蒸气和炭。

在煤气发生炉中上升的煤气温度，在上段部17外降至大约250°F，因为热从上升的煤气中传给了经下降的煤。较高沸点的碳氢化合物蒸气在煤气冷却过程中凝缩，于是在煤气中形成了一种粒状的、油滴的烟雾。油滴的烟雾离开了煤气发生器10的顶端部10便成为第二级煤气的一部分。

由煤热解生成的炭往下至煤气发生炉10的底段部22。在底段部22中，炭与上升的热煤气中所含水蒸气和二氧化碳反应，使之部份地被气化。残余部分的炭流至一个炉火区24，该炉火区恰好在排炭栅26上面。蒸气被鼓风器30输入通过一个蒸汽入口28，吹入炉火区24，以便控制炉火区的温度，从而也避免过量灰份的熔化。

一部分煤气离开煤气发生炉10的底部22流经一个收集管32，再从煤气发生炉10经导管33回收作为第一级煤气。在煤气发生炉10中的残余煤气往上升，通过煤气发生炉10的上段部17。众所皆知，这些上升的气体提供了所需干燥和脱挥发组分煤的热。在煤气发生炉10的上段部17的顶端部16上的煤气是通过导管34从煤气发生炉10上回收，这就是皆知的第二级煤气。

结果，来自两级煤气发生炉10中的粗制煤气包含第一级煤气和第二级煤气。第二级煤气主要是由干燥煤和脱挥发组分过程的水蒸汽和各种轻质和重质碳氢化合物组成。另外，由于炭的气化和部份燃烧所生成的氢、一氧化碳和二氧化碳也在第二级煤气中出现。在一个两级煤气发生炉中由烟煤生成的典型第二级煤气具有如下的成份：

组分摩尔百分比（%）

H₂27

CO 18

CO₂4

N₂32

H₂S 0.4

H₂O 14

CH₄4

油蒸汽 0.6

100

第二级煤气一般含有油雾，其浓度约为15至20粒，按第二级煤气每标准立方尺gr/SCF计算。这是取决于在两级煤气发生炉中燃烧煤的类型。第二级煤气也含有固态状的粒子，主要是煤的细末不是由于进料带入就是在发生炉中生成的。在第二级煤气中的粒子浓度高达约1.0gr/SCF的第二级煤气。这取决于煤气发生炉中煤末的类型。当然，其他粒子浓度也存在，这取决于所用工艺中的固态碳素物。

第二级煤气的碳氢化合物组分含有各种溶于水的有机化合物，如：酚和吡啶，浓度达到碳氢化合物含量的百分之几。冷却第二级煤气的温度低于水露点就会生成一种不需要的、含有这些溶于水的化合物的含水冷凝物，因而，对环境和经济就会带来一系列问题。

由两级煤气发生炉中的煤生成的第一级煤气，一般并不含有油雾，但它确含有精细分散的固态粒子，浓度一般达到5gr/SCF的第一级煤气。由于固体的运动，炭的分裂就在两级煤气发生炉的底段生成这些煤末。现把由烟煤生成的第一级煤气的一种典型成份，列表如下：

组分摩尔百分比

H₂14

CO 29

CO₂6

N₂48

H₂S 痕量

H₂O 3

CH₄0

油蒸汽 0

100

按照本发明，由两级煤气发生炉生成的第二级煤气，让其经过沉淀器装置以驱除来自第二级煤气中的油雾和粒子。正如在此描述的以及图1与图2的说明，第二级煤气是通过一个导管34，从两级煤气发生炉10的顶端部16被排出，再将之通过第一沉淀器装置，如：第一沉淀器38，把来自第二级煤气的油雾和粒子驱除掉。第二级煤气最好保持温度在200°F至大约400°F之间，更理想的温度是在250°F至大约350°F的范围。一种合适的沉淀器是Belco公司出售的一种油洗的管式静电沉淀器。通过改变第一级煤气的流速，使第二级煤气的温度保持在最佳的温度范围内。改变流速的合适装置是管导33上的调节阀。

按照本发明，将来自两级煤气发生炉的第一级煤气通过一旋风分离器装置来驱除第一级煤气中的粒子。见图1和图2，第一级煤气是，通过回收管道32和导管33，从两级煤气发生炉10的底部22移出，然后再经过一旋风分离器装置，如：旋风分离器42，把粒子从第一级煤气中驱除。通过导管44，固态粒子，从旋风分离器42中驱除。第一级煤气的温度最好保持在大约1000°F至1400°F之间，更理想的温度范围是大约1150°F至1200°F之间。合适的旋风分离器是EnvironmentalElements公司出售的旋风分离器。

按照本发明，将来自旋风分离器装置的一阶段煤气冷却。见图2，在第一级煤气经过旋风分离器42之后，第一级煤气就被冷却，因为第一级煤气经过一个导管45被送至一个冷却装置，如：一个热交换器46，来冷却该煤气。在本发明的实施方案之一中，热交换器46是一个蒸汽发生器，其中由冷却第一级煤气过程中移出的热产生蒸汽。产生的蒸汽是一种工业上能应用的能源，它能改善本发明的经济效益。冷却第一级煤气所述的温度是经过选择和保留的，以致第一级和第二级煤气的后混合温度是不低于第二级煤气的温度，该第二级煤气，在与第一级煤气相混合之前，先经过第一沉淀器38。第一级和第二级煤气的后混合物，在立即混合后优选的温度在大约200°F至400°F内。合适的热交换器是标明了TEMA的〔即：管式热交换器制造商协会（Tubular Heat Exchanger Manufacturers Association）〕，AET型。

本发明的第二种实施方案，热交换器46是一种气-气热交换器，其中通过再加热经过沉淀器56的煤气，而使第一级煤气冷却。被再加热的煤气，在400°F或更高温度时，是一种提高了显热量的、工业上有用的纯净煤气，它能改善本发明的经济效率。第一级煤气冷却所至的温度是经过选择和保留的，以致第一级和第二级煤气的后混合温度不低于第二级煤气的温度，该第二级煤气，在与第一级煤气相混合之前，先经过第一沉淀器38。第一级和第二级煤气的后混合物，在立即混合后，在大约200°F至400°F内。合适的热交换器是标明了TEMA的（即：管式热交换器制造商协会），AET型。

按照本发明，将来自沉淀器装置的冷却的第一级煤气和第二级煤气混合，煤气混合物的温度至少为第二级煤气的温度。正如附图2所示的，由导道48从热交换器46供给第一级煤气，再将之通过第一沉淀器38及导管49，在混合器51中与第二级煤气混合。

按照本发明，在第一级煤气和第二级煤气混合后，将该混合物冷却至大约25°F至125°F的温度范围，即高于该煤气混合物的水露点。如图2所示，第一级煤气和第二级的混合物优先供入热交换器52，以冷却该煤气混合物，使其温度在大约25°F至125°F的范围内，即要高于该煤气混合的水露点。合适的热交换器是标准的TEMA的（即：管式热交换器制造商协会），AET型。

本文所应用的术语，水露点是指煤气混合物处于湿度饱和T的温度。举例来讲，按本发明用烟煤生成的煤气混合物的水露点一般温度大约在90°F至130°F之间。对本技术领域内的技术人员来讲，毋需进行过多的实验，便能测试出一种特殊煤气混合物的露点。

按本发明，冷却的煤气混合物于是便经过第二个沉淀器装置来驱除来自煤气混合物中的油雾和粒子，从而得到一种工业上能应用的煤气。见图2，热交换器52所提供的煤气混合物，经过导管54，送至第二个静电沉淀器56中，以驱除掉煤气混合物中的油雾和粒子，并再经导管58，就得到一种工业上应用的煤气。在第二个静电沉淀器56相对于第一个静电沉淀器38中应保持一个较低的温度，就能明显地改善驱除粒子，这是由于在第二个静电沉淀器56中，油的冷凝结果所致。

轻油和固体粒子，经过导管60，从第二个静电沉淀器56排出。该轻油固体粒子，与第一沉淀器38的轻油固体粒子39相混合并送到圆筒61中，于是形成了焦油。合适的静电沉淀器56是Belco公司出售的一种油洗的、管式静电沉淀器。

作为本方法的结果，所生成的煤气是可供各种工业上应用的，因为相对而言，不含油雾和粒子的混杂物。因此，所生成的纯净煤气可作为工业上的燃料煤气。

本方法同样保持了整个煤气生产装置的热效用，因为本方法输送煤气的温度是在250°F至400°F或更高一些的。其结果，本方法节省了大量的由碳素物进料生成的热量。

另外，相对于冷却纯净煤气处理技术，本发明并没有生成一种不必要的酸性水，该酸性水由各种有机混杂物如：酚和吡啶构成。可以相信，若干受理论的限制，在温度高于露点下，净化来自煤气发生炉的粗制煤气，本方法能避免不必要的水冷凝过程和吡啶。

勘误表

Claims

1、一种净化由碳素物在两级煤气发生炉生产的煤气之方法，其具体步骤包括：

a)把两级煤气发生炉中的第二级煤气，通过第一个沉淀器装置，从第二级煤气中驱除油雾和粒子，

b)把两级煤气发生炉中的第一级煤气，通过一个旋风分离器装置，从第一级煤气中驱除粒子，c)冷却来自旋风分离器装置中的第一级煤气，d)把来自第一沉淀器装置中的冷却了的第一级煤气和第二级煤气相混合，而至少保持煤气混合物的温度在第二级煤气的温度，e)把煤气混合物的温度冷却到约25°F至125°F，且高于煤气混合物的水露点，f)把冷却了的煤气混合物送入第二沉淀器装置，以驱除来自煤气混合物的油雾和粒子，从而生成一种工业上能应用的煤气。

2、按权利要求1的方法，其中来自两级煤气发生炉的第二级煤气具有的温度范围约为200°F至400°F。

3、按权利要求1的方法，其中来自两级煤气发生炉的第二级煤气具有的温度范围约为250°F至350°F。

4、按权利要求1的方法，其中来自两级煤气发生炉的第一级煤气具有的温度范围约为1000°F至1400°F。

5、按权利要求1的方法，其中来自两级煤气发生炉的第一级煤气具有的温度范围约为约为1150°F至1200°F。

6、按权利要求1的方法，其中在冷却工序（c）中，第一级煤气被冷却到一个足够冷的温度，以便在工序（d）中的煤气混合物具有的温度范围约为200°F至400°F。

7、按权利要求1的方法，其中在冷却工序（e）中，煤气混合物被冷却到一个温度，其范围约在75°F至125°F间，且高于煤气混合物的水露点。

8、按权利要求1的方法，其中在工序（e）中，煤气混合物的水露点是在90°F至130°F。

9、按权利要求1的方法，其中第一沉淀器装置是一种静电沉淀器。

10、按权利要求1的方法，其中第二沉淀器装置是一种静电沉淀器。

11、按权利要求1的方法，其中旋风分离器装置是一种旋风分离器。

12、按权利要求1的方法，其中固态碳素物是煤。

13、按权利要求1的方法，其中第一级煤气在工序（c）中，被一热交换器冷却。

14、按权利要求1的方法，其中热交换器是一种蒸汽发生器。

15、按权利要求13的方法，其中热交换器是一种气-气热交换器。

16、一种净化由固态碳素物在两级煤气发生炉中产生的煤气之方法，其具体步骤如下：

（a）把温度约为200°F至400°F的两级煤气发生炉中的第二级煤气，通过第一静电沉淀器，从第二级煤气中驱除油雾和粒子，

（b）把温度约为1000°F至1400°F的两级煤气发生炉中的第一级煤气，通过一个旋风分离器装置，从第一级煤气中驱除粒子，

（c）冷却来自旋风分离器装置中的第一级煤气，

（d）把来自第一静电沉淀器中的冷却了的第一级煤气和第二级煤气相混合，而保持煤气混合物的温度在大约200°F至400 F之间，

（e）把煤气混合物的温度冷却到25°F至125°F，且高于煤气混合物的水露点，

（f）把冷却了的煤气混合物通过第二个静电沉淀器，驱除来自煤气混合物中的油雾和粒子，从而得到一种工业上能应用的煤气。

17、按权利要求16的方法，其中在冷却工序（e）中，把煤气混合物的温度冷却到75°F至125°F，且高于煤气混合物的水露点上。

18、按权利要求16的方法，其中固态碳素物是煤。

19、按权利要求16的方法，其中来自两级煤气发生炉的第二级煤气具有的温度范围约为250°F至350°F。

20、按权利要求16的方法，其中来自两阶段煤气发生炉的第一级煤气具有温度范围约为1150°F1200°F。