TWI494422B - 煤炭氣化反應器之熔渣排出裝置 - Google Patents

Description

煤炭氣化反應器之熔渣排出裝置

本發明係關於用於移除藉由煤炭氣化或合成氣體生產獲得之熔渣的方法及裝置。該裝置經設計以使得熔渣首先收集於一配置於壓力容器內之熔渣水浴中。經由一閘型轉移容器傳送來自該熔渣水浴之熔渣且使之因此減壓至較低壓力位準。隨後藉助於適當裝置跨越一液體流引導該熔渣以便避免處理流程之任何干擾。本發明亦係關於一種適於合成氣體之生產且適於對來自各別製程之熔渣的無故障移除的方法。

在自含碳燃料生產合成氣體時，通常必須自製程移除所獲得之固體。該等固體為(例如)灰渣及熔渣，其通常以塊狀形式遺留且因此造成管道、閥門或閘型設施的堵塞。文獻DE 3144266 A1描述由氣化系統獲得之灰渣及熔渣收集於水浴中的此種方法；水浴亦被稱作熔渣水浴。藉助於一裝配於該氣化系統下之閘型轉移容器藉由重力流將灰渣及熔渣微粒自該氣化系統分批地移除。在此種情況下，在閘型轉移容器之上游及下游安裝關閘裝置，以使得該容器在流體側上與該氣化系統分離。在該閘型轉移容器填充有熔渣時，其亦處於高壓下，因為其連接至氣化器。為了排除上方切斷裝置之任何阻塞，產生一含有微粒之向下水流且使之流過該等切斷裝置。此係藉由自該閘型轉移容器之上方區段抽汲水來實現，較佳使用偏轉片以按照使得僅小部分微粒由待排出之流夾帶的方式分離待排出之流。

文獻DE 60031875 T2論述一種用於熔渣移除之方法，該熔渣係藉由合成氣體之生產獲得。在此種情況下，在氣化裝置與閘型轉移容器之間配置另一中間容器。在自該閘型轉移容器抽汲具有低微粒含量之部分水流時，產生湧浪，以使得該等固體自該中間容器移除且進入該閘型轉移容器，因此避免熔渣微粒之跨接叢集(bridging cluster)的任何形成。因此必須對該閘型轉移容器定大小，以使得該等固體可自由地沈降。在該中間容器之一理想組態下，裝置經安裝以便亦提供具有低熔渣含量之部分水流，此亦改良來自該氣化系統之熔渣微粒在該中間容器中的沈降。

文獻EP 0290087 A2描述一種適於移除配置於閘型轉移容器上的切斷裝置上之熔渣沈積物及堵塞的解決方案，亦即，在閘型轉移容器內產生一氣體體積且使之經受比該氣化系統之壓力低的壓力。在藉由打開上方切斷裝置使該閘型轉移容器連接至該氣化系統時，壓力差最初產生水及熔渣之向下湧浪衝擊，以使得該等上方切斷裝置上或上方之任何阻塞得以移除。在此種情況下，該氣體體積配置於該閘型轉移容器之上方區段之圓形腔室中，該腔室係藉由容器外殼及伸進該容器中之管形成。

文獻DE 102008005704.5論述一種用於在合成氣體生產期間移除熔渣的方法。將熔渣自煤炭氣化反應器排出並將其傳送至一具有液體之熔渣容器，該液體通常為水。該熔渣容器由壓力容器封入。在重力方向上將一閘型轉移容器安裝於該熔渣容器下且藉助於閥門使之與該熔渣容器分離。此種方法允許流進一收集容器中之熔渣的壓力減小。將一液體流傳送至由內部構件形成之圓形腔室。因此，來自該熔渣容器且含有某熔渣的向下之部分冷卻水流在與向下熔渣移動相逆之流中流進該閘型轉移容器之下方部分中。為了增強冷卻效應，藉由各別內部構件形成一收縮型通道，以使得有可能將冷卻調整至完全在100℃下之值並避免在該閘型轉移容器之減壓期間形成蒸氣。此外，將一氣體體積配置於該圓形腔室中使之處於一高於該壓力容器之壓力的壓力下，以使得該閘型轉移容器與該壓力容器之連接產生移除跨接熔渣叢集之任何形成所需的向後湧浪衝擊。

文獻DE 102006040077 A1亦描述一種用於移除在合成氣體生產期間形成之熔渣的方法。將熔渣自煤炭氣化反應器排出並將其傳送至一填充有液體之熔渣容器。在重力方向上將一閘型轉移容器配置於該熔渣容器下且藉助於閥門使之與該熔渣容器分離以排出熔渣。自該閘型轉移容器抽汲部分液體流並將其傳送至該壓力容器以便將任何沈積物或阻塞自此區域移除。文獻DE 102006040077 A1之附圖展示該液體流係在該容器之具有低熔渣濃度之某點處抽汲以排除對較大熔渣微粒之任何夾帶。饋送至收集容器之下方區段的冷卻水使冷卻水之一部分跨越收集容器升高，以使得蓬鬆熔渣鬆散且在膨脹容器之前達成所需冷卻。為避免在減壓期間形成蒸氣，對在容器中之熔渣及水存量的冷卻為必需的。此任務所需之時段尤其取決於閘型轉移容器中之熔渣及水的體積。

上文所述之方法展現實質缺點。針對在熔渣排出期間避免操作麻煩及針對鬆散阻塞所作之規定需要在充水容器中有大的無用存量，其因此不可用於熔渣膨化。在所述方法中獲得之無用體積可與總存量之50%一樣多。所涉及容器所需之過大的大小導致用於製造該等閘型轉移容器之額外成本及用於將其整合至工廠設備中的大空間要求。此外，與熔渣之量相關的大的水存量事實上構成下游機組之有效負載。另外，設備之操作靈活性受限，因為必須同樣地冷卻飽含水之無用體積。此需要額外時間且造成閘型轉移容器之延長的循環間隔。事實上，上文所述之方法僅達成在液體流自閘型轉移容器排出期間對粗微粒與細微粒之不確定分離。由所排出液體流無意中夾帶之較粗微粒可使下游設備(諸如，管道及泵)蒙受增加之侵蝕性負載，且在最壞之情況下，此可造成整個設備之停機。此外，不希望對仍含有碳之一部分之較小微粒及較粗熔渣微粒執行同時排出。相反，慣例係在獨立過濾或分離步驟中將細微粒自液體流移除且使其再循環至製程中(若存在)。

因此，本發明之目標為提供一種方法及裝置，其適於無干擾地移除藉由合成氣體生產獲得之熔渣及最小化無用熔渣體積在閘型轉移容器中積聚且達成將細微粒與粗微粒分離的高準確性。

藉由特徵為申請專利範圍第13項中所述之標準及特徵的方法及裝置來達成本發明之目標。

本發明之附屬項申請專利範圍描述專利申請專利範圍之有利實施例。

該任務之技術解決方案為一種用於移除尤其來源於煤炭氣化及合成氣體生產之熱熔渣的方法，亦即，自一容納於一壓力容器中之熔渣水浴移除至針對該熔渣提供且在重力方向上配置於該熔渣水浴下的一或若干個閘型轉移容器、一粉碎單元及/或裝配在該熔渣浴下的用於該熔渣之蓬鬆儲存的裝置，該方法之特徵為：

‧一熔渣及液體流維持自該熔渣浴至該閘型轉移容器；且

‧一熔渣/液體懸浮液之向下流動在該閘型轉移容器中反向；且

‧該反向流較佳部分或整體地在一圓形腔室中向上流動，該圓形腔室在此種情況下為較佳的且藉由外殼壁及一反向裝置形成；且

‧該反向流在中間腔室之橫截表面之一部分或整個橫截表面上均質化；且

‧該熔渣/液體懸浮液之該反向及在該中間腔室中均質化之流准許根據顆粒大小或密度對微粒進行一部分或完全分離，較粗之微粒沈降在該閘型轉移容器中且較細之微粒被該反向流夾帶且自該容器排出。

較佳藉助於一泵在該容器頂部處抽汲待排出之液體流及使此流直接或間接地返回至該氣化器為有益方法。作為一選項，該待排出之液體流及一來自該氣化器之排出流可一起排出且因此減壓至一較低壓力位準。

另一益處為經由一伸進該閘型轉移容器中之管將含熔渣之液體流傳送至該收集容器中。該伸進該容器中之管同時用於該液體流之反向。

另一種有益方法為將一液體流饋送至該容器之下方區段中，在此種情況下，該液體流較佳為冷卻劑。若以使得該冷卻劑在該容器內執行一向上流動且該熔渣同時在一逆流中向下流動的方式調整該含熔渣之液體流、該冷卻劑及該待排出之流的各別部分，則可達成一特定優點。此改良熔渣冷卻及粗微粒與細微粒之分離。

若該閘型轉移容器中之液體與一由一獨立收集容器容納之氣體體積接觸，則可達成另一益處，該獨立收集容器經受一高於該氣化系統之壓力的壓力且藉助於一特定管道連接至該閘型轉移容器。可使用該氣體體積來在該閘型轉移容器與該氣化系統連接時產生一向後湧浪衝擊，以便移除任何阻塞或堵塞。此外，可利用該氣體體積來替換在由冷水之湧浪填充後留在該閘型轉移容器之上方區段中的熱水。一種尤其有益之方法為藉助於適當切斷裝置將該獨立容器與該閘型轉移容器隔開，以使得減壓所需之時段可顯著縮短，因為該氣體體積無需膨脹。

一特定申請專利範圍係關於一種用於移除來源於煤炭氣化或合成氣體生產之熱熔渣的裝置，亦即，自一由一壓力容器容納之熔渣水浴移除至針對該熔渣提供且在重力方向上配置於該熔渣水浴下的一或若干個閘型轉移容器、一粉碎單元及/或裝配在該熔渣浴下的用於熔渣膨化的裝置，一含熔渣液體流維持自該熔渣浴至該閘型轉移容器且該液體流之至少一部分係自該閘型轉移容器之上方區段抽汲，該裝置之特徵為：

‧　該閘型轉移容器由一上方圓柱形區段及一下方圓柱形區段組成；

‧　該上方圓柱形區段具有一小於該下方圓柱形區段之直徑的直徑，較佳在0.15m至該下方圓柱形區段之0.8倍之值之範圍中；

‧　該上方圓柱形區段與該下方圓柱形區段係經由一一頭漸縮區段連接；

‧　該一頭漸縮區段較佳為圓錐形，其具有一約等於該熔渣之靜止角之角度，因此該角度相對於水平線在30°至60°之範圍中，較佳為45°。

若該待排出之液體流在該閘型轉移容器之上方區段中反向、由內部構件均質化且最後排出，則可達成一特定優點。此種方法准許一用於熔渣收集之區與一用於熔渣微粒之冷卻及分離以及液體流之移除的區之間存在差別。熔渣收集之體積因此可增加達>85%。因此，可將該閘型轉移容器製得較小且有可能降低用於製造該容器之成本。

可藉由(例如)煤炭氣化製程來生產合成氣體。該煤炭氣化反應發生於一壓力容器中，該壓力容器包含一煤炭氣化反應器、用於進料之饋送裝置及用於所獲得之合成氣體及固體的排出裝置。慣例係藉由來自該反應器之重力流來移除該等固體，此要求用於將該等固體與該合成氣體分離、冷卻及排出該合成氣體的裝置以及用於收集及移除熱熔渣及灰渣微粒的裝置配置於該氣化器下游。此通常為一熔渣水浴，其在重力流之方向上連接至一閘型轉移容器。在該閘型轉移容器之下游，存在用於淨化、乾燥及排出熔渣之裝置。為了達成對熔渣之無故障排出，藉助於來自該經連接之閘型轉移容器的分支線使一含有熔渣之連續水流維持自該熔渣水浴至該閘型轉移容器。為達成此目的，使該含熔渣之向下水流在該閘型轉移容器內部分或完全地反向且接著其較佳在向上方向上進入一由外殼之各別區段及反向內部構件形成的中間腔室。在藉助於適當內部構件(較佳諸如孔板)自該閘型轉移容器(亦即，在該中間腔室之上端處)排出水流之前，使該流在該中間腔室之橫截表面之一部分或整個橫截表面上均質化。與此類型之其他方法相比，該流之均質化准許該中間腔室之橫截表面及高度實質減少以及較細微粒與較粗微粒之分離的準確性增強。

根據本發明之一實施例，該閘型轉移容器由具有不同直徑之兩個圓柱形區段組成，該下方區段具有一大於該上方區段之直徑的直徑，該兩個預製區段係經由一一頭漸縮圓錐形區段彼此連接。在此種情況下，藉由一管道系統將饋送容器連接至該閘型轉移容器。該饋送容器部分地填充有水且為氣體所覆蓋，以使得氣體經由液面與液體接觸。該饋送容器主要意欲用於水饋送及壓力維持，以使得該閘型轉移容器無需設計有具有用於移除堵塞等等之氣體體積的圓形腔室。在此種情況下，此功能藉由該饋送容器中之氣體體積執行。此設計之優點為不存在對該收集容器產生負載的無用體積。此組態具有額外優點，因為該閘型轉移容器與該饋送容器之間的切斷裝置准許氣體體積與該閘型轉移容器分離。因此，由該饋送容器容納之氣體體積在該閘型轉移容器之膨脹過程期間無需減壓，以使得可更快地執行減壓。此外，該饋送容器中之水存量及氣體體積可不僅用以在轉移操作開始時移除任何阻塞且亦可用以快速且有效地用較冷之水替換在上方區中之熱水。

根據本發明之裝置亦包含操作一煤炭氣化設備、收集容器及熔渣沈澱系統所需之構件單元。此等零部件為(例如)閥門、泵、熱電偶、加熱器及(若存在)冷卻單元。

用於移除來自合成氣體生產製程之熔渣的方法尤其與煤炭氣化有關。然而，上文所提及之方法亦可涉及其他類型之方法，其中將熔渣自製程移除係藉由重力流實現且其中熔渣必須不對閥門或其他處理設備造成堵塞。

基於附圖詳細地解釋本發明，且應注意，本發明中所述之方法不限於本文獻中所描述之實施例。

圖1顯示煤炭氣化反應器(2a)之閘型轉移容器(1)之實施例，該閘型轉移容器(1)在重力流之方向上配置於煤炭氣化反應器(2a)之熔渣水浴(2)下游。自熔渣浴(2)抽汲熔渣(此經由排出線(3)及閥門(4)控制)產生熔渣之較低壓力。收集容器(1)完全填充有水且由兩個預製之圓柱形區段組成，即，一個上方區段(1a)及一個下方區段(1b)。該兩個圓柱形區段係藉助於一預製圓錐形且一頭漸縮之區段(1c)彼此連接。配置於該水浴之上的用於液體之饋送容器(5)裝備有一用於對氣體腔室加壓的壓力線(5a)。藉由重力流經由一閥門(7)將收集容器(1)排空。將熔渣(8)收集於該收集容器(1)中。收集容器(1)之下方區段容納一用於冷卻劑之饋送器(6a)。收集容器(1)之上方區段具有一用於具有低固體濃度之液體的排出線(6b)。收集容器(1)之上方區段具有一用於使該液體流均質化的裝置(9)。代替一具有氣體體積之圓形腔室，此實施例具有一填充有液體之饋送容器(5)及一氣體腔室(5b)。

1．．．收集容器

1a．．．閘型轉移容器之上方圓柱形區段

1b．．．閘型轉移容器之下方圓柱形區段

1c．．．一頭漸縮區段

2．．．煤炭氣化反應器之熔渣(水)浴

2a．．．用於煤炭氣化反應之壓力容器

3．．．用於移除來自煤炭氣化反應器之熔渣的排出線

5．．．冷卻劑饋送容器

5a．．．用於饋送容器加壓的壓力線

5b．．．饋送容器之氣體腔室

6a．．．冷卻劑饋送側

6b．．．排出線

6c．．．液體流在收集容器中之向上流動

7．．．熔渣排出線

8．．．收集容器中之蓬鬆熔渣

9．．．用於使質量流均質化的裝置

圖1顯示煤炭氣化反應器(2a)之閘型轉移容器(1)之一實施例。

1．．．收集容器

1a．．．閘型轉移容器之上方圓柱形區段

1b．．．閘型轉移容器之下方圓柱形區段

1c．．．一頭漸縮區段

2．．．煤炭氣化反應器之熔渣(水)浴

2a．．．用於煤炭氣化反應之壓力容器

3．．．用於移除來自煤炭氣化反應器之熔渣的排出線

5．．．冷卻劑饋送容器

5a．．．用於饋送容器加壓的壓力線

5b．．．饋送容器之氣體腔室

6a．．．冷卻劑饋送側

6b．．．排出線

6c．．．液體流在收集容器中之向上流動

7．．．熔渣排出線

8．．．收集容器中之蓬鬆熔渣

9．．．用於使質量流均質化的裝置

Claims (29)

1. 一種用於移除來源於煤炭氣化或合成氣體生產之熱熔渣之方法，亦即，自一由一壓力容器容納之熔渣水浴移除至針對該熔渣提供且在重力流之方向上配置於該熔渣水浴下的一或若干個閘型轉移容器、一粉碎單元及/或裝配在該熔渣浴下的用於熔渣膨化的裝置，該方法之特徵為：一熔渣及液體流維持自該熔渣浴至該閘型轉移容器；且熔渣/液體懸浮液之向下流動在該閘型轉移容器中反向；且該反向流較佳部分或整體地在一圓形腔室中向上流動，該圓形腔室在此種情況下為較佳的且藉由外殼壁及一反向裝置形成；且該反向流在中間腔室之橫截表面之一部分或整個橫截表面上均質化；且該熔渣/液體懸浮液之該反向及在該中間腔室中均質化之該流准許根據顆粒大小或密度對微粒進行一部分或完全分離，較粗之微粒沈降在該閘型轉移容器中且較細之微粒被該反向流夾帶且自該容器排出。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該完全或部分地流入一個中間室)的反向流係向上游流動。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中：該中間室為一環形室。
4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為該待排出之流係藉助於內部構件或孔板均質化。
5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵為該待排出之液體流係自該容器之上方區段被抽汲，以使得壓力減小至一較低位準，或藉助於一泵排出。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：所要導離的液體流在閘型容器的頭區域中藉減壓到一低壓力位準而導進或利用一泵導離。
7. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為該待排出之液體流被輸送至一屬於該煤炭氣化單元之一壓力容器的環流。
8. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為該熔渣經由一伸進該閘型轉移容器中之管被饋送至該閘型轉移容器。
9. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為一較佳為一冷卻劑之液體流被饋送至該閘型轉移容器之下方區段。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中：該液體為一種冷媒。
11. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為待排出之液體流的量至少等於被饋送至該閘型轉移容器之該下方區段的液體流的量。
12. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為被饋送至該閘型轉移容器之該下方區段的該液體流，及自該 閘型轉移容器之頭部對液體之抽汲，以一使得熔渣微粒之該分離及該冷卻劑與該熱熔渣之間的熱交換得以增強的方式，准許該液體向上流動，且同時准許該熔渣向下流動。
13. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵為該閘型轉移容器中之該液體可與一提供於該閘型轉移容器外之氣體體積接觸。
14. 如申請專利範圍第12項之方法，其特徵為該氣體體積係以一超過氣化器壓力值的值加壓。
15. 如申請專利範圍第12或第13項之方法，其中：該氣體體積位在一獨立的容器中。
16. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵為該氣體體積係提供於一獨立容器中，該獨立容器經由一管道系統連接至該閘型轉移容器。
17. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵為該獨立容器藉助於切斷裝置與該閘型轉移容器隔開。
18. 一種用於移除來源於煤炭氣化或合成氣體生產之熱熔渣之裝置，亦即，自一由一壓力容器容納之熔渣水浴移除至針對該熔渣提供且在重力流之方向上配置於該熔渣水浴下的一或若干個閘型轉移容器、一粉碎單元及/或裝配在該熔渣水浴下的用於熔渣膨化的裝置，一含熔渣液體流維持自該熔渣水浴至該閘型容器且該液體流之至少一部分係自該閘型轉移容器之上方區段抽汲，該裝置之特徵為：該閘型轉移容器由一上方圓柱形區段及一下方圓柱形區段組成； 該上方圓柱形區段具有一小於該下方圓柱形區段之直徑的直徑；該上方圓柱形區段與該下方圓柱形區段係經由一一頭漸縮區段連接；該一頭漸縮區段較佳為圓錐形，其具有一約等於該熔渣之靜止角度之角度，因此該角度相對於水平線在30°至60°之範圍中。
19. 如申請專利範圍第18項之裝置，其中：該下圓柱形部分的直徑在0.15米到下圓柱形部分直徑的0.8倍之間。
20. 如申請專利範圍第18或第19項之裝置，其中：該漸窄部的錐形的錐形角相對於水平線成45°。
21. 如申請專利範圍第18項之裝置，其特徵為該上方圓柱形區段之頭部裝備有用於液體排出之裝置。
22. 如申請專利範圍第21項之裝置，其特徵為該用於液體流排出之裝置包含一用於壓力減少之設施。
23. 如申請專利範圍第18項之裝置，其特徵為該閘型轉移容器具備准許該液體流在該閘型轉移容器內進行一反向的反向裝置。
24. 如申請專利範圍第18項之裝置，其特徵為該閘型轉移容器亦包括一具有一泵之環管，以使得可在該閘型轉移容器與用於煤炭氣化之反應容器之間產生一環流。
25. 如申請專利範圍第18項之裝置，其特徵為該裝置包括一較佳經由一管道系統與該閘型轉移容器連接的容器。
26. 如申請專利範圍第24項之裝置，其特徵為該獨立容器或通往該閘型轉移容器之該管道系統包含准許進行該容器與該閘型轉移容器之一切斷的裝置。
27. 如申請專利範圍第17項之裝置，其特徵為該閘型轉移容器含有一來自熔渣容器且伸進該閘型轉移容器中的管，因此將該熔渣用管輸送至該閘型轉移容器。
28. 如申請專利範圍第26項之裝置，其特徵為兩個或兩個以上之閘型轉移容器經提供以用於熔渣收集，且裝備有一諸如一平坦底部、一半球形球體或一水平圓柱體的分配元件，該元件係藉助於閥門、管及/或膨脹接頭連接至氣化器之出口且與各別其他構件聯結；該等容器之固定元件在該熔渣收集容器之圓柱形區段及圓錐形區段中用作懸吊或支撐組件，托架或外殼支撐環及/或恆定彈簧元件係由鋼鐵或混凝土構造構件製成。
29. 如申請專利範圍第26項之裝置，其特徵為兩個或兩個以上之閘型轉移容器經提供以用於熔渣收集，且連接至該氣化器的兩個或兩個以上之出口噴嘴，亦即，藉助於閥門、管及/或膨脹接頭而連接，該等容器之固定元件在該熔渣收集容器之圓柱形區段及圓錐形區段中用作懸吊或支撐組件，托架或外殼支撐環及/或恆定彈簧元件係由鋼鐵或混凝土構造構件製成。