专利名称：通过部分氧化由含灰分的燃料制备的淤浆以及完全骤冷粗制气而生产合成气的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相应于权利要求1前序部分的气化方法以及一种实施该方法的设备。该方法由以下方法步骤组成淤浆制备、淤浆输送、气化反应、完全骤冷、气体洗涤和部分冷凝，其中气体洗涤和部分冷凝可由机械粉尘分离代替，该方法用于通过在高温和升高的压力下用含游离氧的气化剂进行部分氧化而制备含CO和H2的气体。
为了实现长的运行时间，必须可靠地保护气化反应器的压力护套免受粗制气的影响，并且避免达到1200-1900℃的高气化温度。这通过由一个挂入压力护套中的冷却管式罩来限定反应区或气化区而实现。冲洗管式罩和压力护套之间的环形缝隙。
使作为淤浆形式的燃料通过泵抽输送而达到气化压力，并使其经由燃烧器输送到反应器的顶部。可同时气化作为淤浆形式的一种或多种燃料或者煤类型。粗制气与反应器底部的液态废料一起离开气化区，接着通过水的喷淋入而部分冷却至依赖于工艺压力的饱和温度，180-260℃，经湿式或干式粉尘分离后被送入其他处理级，如粗制气转化或脱硫级。
在气体产生技术中，对固态、液态和气态燃料进行自热飞流气化(Flugstromvergasung)是多年来就已知的。在此，对燃料与含氧气化剂的比例的选择使得从合成气的质量考虑，将较高级碳化合物完全裂解为合成气组分如CO和H2，而无机成分则作为熔融液态废料被排出，参见J.Carl，P.Fritz，NOELLKONVERSIONSVERFAHREN(NOELL转化方法)，能源与环境技术EF-出版有限公司，1996，第33和73页。
根据输入该工艺技术中的不同体系，可将气化气体和熔融液态废料分离开，或者将它们一起从气化设备的反应区排出，如DE 197131 A1所示。对于气化体系的反应区结构的内部界限，既可以设置耐火衬里，也可以引入冷却体系，参见DE 4446803A1。
EP 0677567B1和WO 96/17904描述了一种方法，其中通过耐火衬壁来限定气化区。该方法有一个缺点，即气化中形成的液态废料会使耐火墙体脱落，这导致快速损耗并且修理费用高昂。随着灰分含量增长，该损耗过程也增强。由此，这种气化体系的运行时间有限，直到更新衬里。另外，限制了气化温度和燃料的灰分含量。将燃料以煤-水淤浆形式的输送会引起显著的效率损失，参见C.Higman和M.van der Burgt，“Gasification(气化)”，ELSEVIER出版社，美国，2003，其可通过加入油作为载体介质或通过预热煤-水淤浆而减少或避免。输送体系的简易性是有利的。还描述了一种骤冷体系或冷却体系，其中热的气化气体和液态废料一起经过在反应区底部开始的导管排出，并且导入水浴中。气化气体和废料一起排出可能导致导管堵塞，并且由此导致限制了可利用性。
DE 3534015 A1描述了一种方法，其中使气化介质细煤和含氧的氧化剂经过多个燃烧器这样输入到反应区中，使得火焰相互偏转。在此，载有细小粉尘的气化气体向上流动，而废料向下流入废料冷却体系中。在一般情况下，在气化区上部设置一设备，用以利用废热进行间接冷却。然而，由于夹带的液态废料颗粒，存在在换热器表面上沉积和覆盖的危险，这妨碍了传热并可能导致堵塞管道体系或者导致侵蚀。通过使热的粗制气与循环输送的冷却气一起输出，克服了堵塞的危险。
Ch.Higman和M.van der Burgt在“Gasification”，第124页，Elsevier出版社，2003中介绍了一种方法，在该方法中，热的气化气体与液态的废料一起离开气化器并直接进入其下方垂直布置的废热釜中，在该废热釜中冷却粗制气和废料，利用废热产生蒸汽。废料在水浴中聚集，冷却了的粗制气从旁路离开废热釜。与按照该体系回收废热的优点相对，存在一系列的缺点。这里要特别提到的是在换热管道上形成沉积物，这妨碍了传热并造成腐蚀和侵蚀，而且由此导致差的可利用性。
CN 20042002007.1描述了一种“固体粉化燃料气化器”，其中将煤粉以气动方式输入，而将气化气体和液态的废料通过中央管道引入水浴中以进一步冷却。在所述中央管道中的这种中央引离容易引起堵塞，其干扰了整个运转，并且降低整个设备的可利用性。
从这些现有技术出发，本发明的任务是提供一种可能的方案，其在可靠的运行方式下适用于不同灰分含量的燃料并且具有高可利用性。
通过按照权利要求1的特征的气化方法和按照权利要求13的设备解决了该任务。从属权利要求进一步描述了本发明的有利实施方案。
本发明提供一种在作为飞流反应器形式构成的气化区中，在环境压力至100巴之间的压力下，用含氧的氧化剂气化固体含灰分燃料的气化方法，其中反应区外围(Kontur)由冷却体系限定，在此冷却体系中的压力总是保持高于反应区中的压力，其具有如下特征将燃料例如石煤、石煤焦炭、褐煤焦炭、生物质焦炭和/或石油焦炭或其混合物粉碎至粒度＜500μm，优选＜200μm，并在加入液体如水或油的条件下混合得到燃料-水悬浮液或燃料-油悬浮液，即所谓的淤浆。在使用水作为载体介质时，添加表面活性剂下获得稳定的直至70质量％的固体浓度。借助于合适的泵使其达到所希望的气化压力，直至最高100巴，并经由安装在气化反应器顶部的合适燃烧器输入气化反应。通过测量、调节和监控设备来监控、测量并调节淤浆中的燃料浓度以及流动的淤浆量。同时将含游离氧的氧化剂输入燃烧器，并且通过部分氧化将燃料淤浆转变为粗制合成气。在1200-1900℃的温度下，在直至100巴的压力下进行气化。反应器配备有冷却罩，其由气密性焊接的且水冷却的管道构成。
热的粗制合成气与由燃料灰分形成的液态废料一起离开气化反应器并到达其下方垂直布置的骤冷区中，在此通过喷淋入水而冷却气体直至露点，即达到用水蒸汽饱和。该饱和温度取决于压力地为180-260℃。同时，废料转变为粒化状态。骤冷区建造为敞开区，不设任何内部配件，以避免废料或由粗制气夹带的粉尘发生沉积。将骤冷水通过喷嘴引入骤冷区，喷嘴的位置紧靠所述护套处。粒化的废料与过量的水一起经过一个废料排出管道从骤冷区排出并卸压。在此，可布置一个或多个废料引离管线。水蒸汽饱和的粗制气，其以温度为180-260℃从侧面离开骤冷区，接着被除去夹带的粉尘。可配置一个或多个气体出口。为此，粗制气首先到达在工艺压力下运行的粗制气洗涤中，该洗涤适当地设计成文丘里洗涤形式。在此，除去夹带的粉尘，直至颗粒大小约为20μm。该纯度还不足以进行接下来的催化工艺，例如粗制气转化。在此还要考虑，粗制气中夹带有额外的盐雾，其在气化过程中从粉尘状燃料中除去并且与粗制气一起引离。为了既要除去＜20μm的细小粉尘又要除去盐雾，将洗涤后的粗制气输入冷凝段，在此将粗制气间接冷却5-10℃。在此，水从水蒸汽饱和的粗制气中冷凝出来，其吸收所述细小的粉尘颗粒和盐颗粒。在一个随后的分离器中将含粉尘颗粒和盐颗粒的冷凝水分离出来。之后，可将这种纯化过的粗制气直接输入例如粗制气转化装置或脱硫设备中。
下面参照2幅附图和实施例更详细地说明本发明。附图表示的是
图1所提出的方法的方框图。
图2具有骤冷器的气化反应器。
石煤量为320t/h，其组成为C 71.5质量％H 4.2质量％O 9.1质量％N 0.7质量％S 1.5质量％Cl0.03质量％灰分含量为11.5质量％，湿度为7.8质量％，所述石煤在40巴的压力下进行气化。煤的热值为25600kJ/Kg。在1450℃下进行气化。为进行气化所需的氧气量为245000m3i.N./h。首先将煤输入与现有技术相应的研磨设备，在此设备中进行粉碎至0-200μm的粒度范围，以随后在一个专门的方法步骤中(图1)通过加入表面活性剂而与水混合得到稳定的煤粉-水悬浮液，即所谓的淤浆。该淤浆中的固体浓度为63质量％，淤浆量为465t/h。借助于适用于输送固-液悬浮液的泵使该淤浆达到所希望的气化压力，直至100巴，并将其经由输送管道1.1输入气化反应器2的燃烧器，在此监控、测量并调节数量。为了节省氧气，可将淤浆在输入气化反应器2之前进行预热，取决于气化压力而预热直至400℃。图2示出了气化反应器。经由输送管道1.1流入气化反应器2的465t/h的淤浆与经由管道2.1流入的245000m3i.N./h的氧量一起在气化区2.3中进行在1450℃下的部分氧化，在此565000m3i.N./h的粗制气由如下组成构成H218.5体积％CO70.5体积％CO26.1体积％N22.3体积％NH30.003体积％HCN 0.002体积％
H2S 0.5体积％COS 0.07体积％。
气化区2.3由冷却罩2.4限定，该冷却罩由气密性焊接的、水冷却的管道体系构成。粗制气和液态废料一起经由出口2.5流入骤冷器3。图2中示出了与气化反应器2牢固结合的骤冷器3。它由一个未设内部配件而设计成敞开区形式的骤冷区3.1构成，向该区中经由一个或多个喷嘴系列3.2和3.3喷入水，以冷却热的粗制气。为了节省新鲜水，为此大多数使用冷凝物，它是在冷却粗制气时在下游的设备部件中产生的。骤冷水的量为约500m3/h。在217℃下饱和的粗制气在骤冷区的出口3.4处具有水蒸汽含量为57体积％。废料聚集在骤冷容器下部内的水浴3.5中，并且经由流出口3.6定期排放。为了保护压力护套不受侵蚀和腐蚀，设置了磨损护套3.7。
经由出口3.4离开骤冷区3.1的粗制气随后到达粗制气洗涤4，该洗涤以可调节的文丘里洗涤形式构成，并且使用约100m3/h的洗涤水进汽冲击。通常将洗涤水除去容纳的固体，并且再次输入文丘里洗涤。为了除去＜20μm的细小粉尘以及在文丘里洗涤中没有分离出的盐雾，对水洗过的粗制气进行部分冷凝5，在此将粗制气从217℃间接冷却至211℃。通过冷却时冷凝的水蒸汽，接收最细小的粉尘颗粒和盐颗粒，并由此从粗制气中除去。用于去除粉尘的粗制气洗涤4以及部分冷凝5可用一个湿式或干式操作的分离级来替代，其方式是将离开骤冷区3.1的粗制气输入一个机械方式的纯化级中，例如离心分离器。之后，去除了固体的纯化粗制气具有以下组成H29.5体积％CO31.2体积％CO22.6体积％N21.1体积％NH30.001体积％HCN 0.001体积％H2S 0.200体积％COS 0.03体积％H2O 54.60体积％纯化的湿粗制气的量为1320000Nm3/h。它可直接被输入粗制气转化或其他处理级。
所用参考标记的列表1.淤浆制备和输送1.1淤浆输入2.反应器2.1用于氧的管道2.2燃烧器2.3气化区2.4冷却罩2.5出口3.骤冷器或冷却系统3.1骤冷区3.2进入3的喷嘴3.3进入3的喷嘴3.4离开3.1的出口3.5水浴3.6流出口3.7磨损护套4.粗制气洗涤5.部分冷凝
权利要求
1.用含游离氧的氧化剂通过部分氧化将固体燃料如石煤和焦炭，如石煤焦炭、褐煤焦炭、生物质焦炭和石油焦炭在飞流中气化的方法，其中压力为环境压力至100巴，温度为1200-1900℃，该方法由以下方法步骤组成制备和输送淤浆，在具有冷却的反应区外围的反应器中通过部分氧化而进行气化，骤冷，粗制气洗涤和部分冷凝，在此可用在高于露点下进行操作的干式机械粉尘分离来代替粗制气洗涤和部分冷凝，其中-和粒子尺寸＜200μm，优选100μm的粉尘状燃料在加入表面活性剂的情况下，用水糊化得到固体浓度为40-70质量％的燃料-水淤浆，并且通过泵抽输送使其达到环境压力至100巴的气化压力，-将经由输送管道(1.1)输入反应器(2)的淤浆与含游离氧的氧化剂一起在具有冷却罩(2.4)的反应器(2)的反应区(2.3)中进行部分氧化，在此燃料的灰分熔融，并且与热的气化气体一起经由排出装置(2.5)被转送入骤冷器(3)的骤冷区(3.1)，-通过喷淋入过量的水将粗制气骤冷直至180-260℃的温度，-将骤冷过的水蒸汽饱和的粗制气进行粗制气洗涤(4)，以纯化除去夹带的细小粉尘，和-将水洗后的粗制气进行部分冷凝(5)，以分离除去细小粉尘，并间接冷却5-15℃。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将粗制气洗涤器(4)设计成一个一级或多级的文丘里洗涤。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，向文丘里洗涤中供应新鲜水或返回的冷凝物，所述冷凝物是在冷却气体时产生的。
4.根据权利要求1-3的方法，其特征在于，为了分离细小的粉尘和夹带的盐雾，将水洗过的粗制气随后用间接冷却进行部分冷凝(5)，其中将粗制气冷却5-15℃的小温差。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，将在部分冷凝(5)中排出的小水滴通过离析与粗制气分离开。
6.根据权利要求1-5的方法，其特征在于，直接用水冷却液态的废料，在骤冷区(3.5)的下部收集其颗粒，并且经由流出口(3.6)排出。
7.根据权利要求1-6的方法，其特征在于，将燃料以燃料-水淤浆或燃料-油淤浆的形式输入反应器(2)。
8.根据权利要求1-7的方法，其特征在于，将燃料经由一个或多个燃烧器输入气化反应器(2)。
9.根据权利要求1-8的方法，其特征在于，将粒化的废料经由骤冷区(3.5)的一个或多个流出口(3.6)排出。
10.根据权利要求1-9的方法，其特征在于，骤冷过的粗制气经由一个或多个气体出口(3.4)离开骤冷区(3.5)。
11.根据权利要求1-10的方法，其特征在于，同时将一种或多种类型的煤气化。
12.根据权利要求1-11的方法，其特征在于，测量、监控并调节输送管道(1.1)中的淤浆量。
13.用于实施根据权利要求1-12的方法的设备，其特征在于依次连接的一个用于制备和输送淤浆的设备(1)、一个具有冷却的反应区外围的气化反应器(2)、一个用于将粗制气冷却至180-260℃的饱和温度的骤冷器(3)、一个粗制气洗涤器(4)和一个部分冷凝器(5)，其中可用干式粉尘分离用设备来代替或补充粗制气洗涤器(4)和部分冷凝器(5)，其中将淤浆经由管道(1.1)输入反应器(2)的燃烧器(2.2)，-用含游离氧的氧化剂将输入的粉尘状燃料(1)气化的反应器(2)，其由一个用于燃料淤浆的输送管道(1.1)和一个用于氧化剂的管道(2.1)构成，所述管道借助燃烧器(2.2)通向反应区(2.3)中，所述反应区由冷却罩(2.4)和朝向骤冷器(3)的排放装置(2.5)构成，该冷却罩(2.4)由气密性焊接的、水冷却的管道构成，-未设内部配件的骤冷器(3)，其中在一个或多个喷嘴环中安装了喷嘴(3.2)，经由这些喷嘴喷入用于骤冷所需的水，其中喷嘴(3.2)以与内部护套齐平的方式布置，-气体纯化装置。
14.根据权利要求15的设备，其特征在于，骤冷器(3)中布置了用于粗制气的出口(3.4)和带有水浴的用于废料(4.2)的出口(4.3)。
15.根据权利要求13-14的设备，其特征在于，布置粗制气洗涤器(5)和部分冷凝(5)作为气体纯化装置。
16.根据权利要求15的设备，其特征在于，布置一个一级或多级的文丘里洗涤器作为粗制气洗涤器(5)。
17.根据权利要求13和14的设备，其特征在于，为了纯化气体，布置一个机械方式的干式粉尘分离器。
18.根据权利要求13的设备，其特征在于，气体纯化下游连接其他的气体处理级，如粗制气转化或脱硫设备。
全文摘要
本发明涉及一种将固体燃料如石煤和焦炭如源自石煤、褐煤和生物质的那些以及石油焦炭加以气化的方法和设备，所述燃料被研磨细并且与水或油一起混合得到燃料－液体悬浮液，即所谓的淤浆，并且它们与含游离氧的氧化剂一起通过部分氧化而在飞流反应器中进行气化，气化压力为环境压力至100巴，温度为1200－1900℃，该方法由以下方法步骤组成制备淤浆并输送淤浆至反应器，在带有冷却的反应区外围的飞流反应器中进行气化，将粗制气完全骤冷直至饱和温度，该温度取决于气化压力地为180－260℃，以及湿式或干式粉尘分离，其中这样预处理粗制气，使得可将其引导入其他技术级，如粗制气转化，H
文档编号C10J3/46GK1928027SQ200510003450
公开日2007年3月14日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年9月9日
发明者曼弗雷德·申格尼茨, 贝恩德·霍勒, 诺贝特·菲舍尔 申请人:未来能源有限公司, 曼弗雷德·申格尼茨