专利名称：生产合成气的气化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上位概念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构成燃料计量、气化反应、部分骤冷、回收余热、洗气和部分冷凝，这样通过在高温和加压下用含游离氧的气化剂部分氧化粉尘状、含灰燃料而制备含CO和H2的气体。
为了使工作时间长，必须有效地防止气化反应器的压力罩受到粗制气的影响，并且避免达到1200-1900℃的高气化温度。这可以通过用一个挂在压力罩中的冷却管罩来界定反应区或气化区而实现。冲洗管罩和压力罩之间的环隙。
将粉尘状的燃料通过反应器顶部的燃烧器输入，在此使用遵照自流输送原理的气动体系。一种或多种燃料或者煤类能够同时被气化。粗制气与反应器底部的流化废料一起离开气化区，接着通过用水喷淋而部分冷却到700℃-1100℃，回收余热后清除夹带的细小粉尘。接着将洗过的粗制气通入进一步的处理阶段。
在气体生产技术中，对固态、液态和气态燃料进行自热飞流气化(Flugstromvergasung)是多年来公知的。但是，对燃料与含氧气化剂的比例的选择要出于对合成气质量的考虑而使较高级碳化物被完全裂解为合成气组分如CO和H2，并且使无机成分以熔融流体废料形式排出，参见J.Carl，P.Fritz，NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN，能源与环境技术EF-出版有限公司，1996，第33和73页。
根据引入技术中的不同体系，可将气化气体和熔融流体废料分离或者一起从气化设备的反应区排出，如DE 197131A1所述。对于气化体系的反应区结构的内部边界，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界定气化区。该方法有一个缺点，即气化时产生的流体废料会使耐火墙体脱落，这导致很快损耗并且修理费用高昂。随着灰分含量增加，该损耗过程也增加。由此，这种气化体系的运行时间有限，直到更新衬里。另外，气化温度和燃料的灰分含量受到限制。将燃料以煤-水浆料(Kohle-Wasser-Slurry)形式供给会产生显著的效率损失，参见C.Higman和M.van der Burgt，“Gasification(气化)”，ELSEVIER出版社，美国，2003。还描述了一种骤冷体系或冷却体系，其中热的气化气体和流体废料一起通过从反应区下部开始的导管排出，并且导向水浴中。气化气体和废料一起排出会使导管堵塞，因而限制了其可利用性。
DE 3534015 A1描述了一种方法，该方法中将气化介质细煤和含氧氧化剂经过多个燃烧器对称地引入反应区，使得火焰相互偏离。同时，在废料冷却体系中，载有细小粉尘的气化气体向上流动，而废料向下流动。在一般情况下，在气化区上方设置一设备，用以利用余热进行间接冷却。然而，由于夹带的流体废料颗粒，存在着在热交换器表面发生沉积和涂层的危险，这妨碍了热传导并可能堵塞管道体系或者造成腐蚀。通过将热的粗制气与循环输送的冷却气一起引离的方式，来抵制堵塞的危险。
在Ch.Higmann和M.van der Burgt的“Gasification”，第124页，Elsevier出版社，2003中介绍了一种方法，在该方法中，热的气化气体与流体废料一起离开气化器，并直接进入其下方垂直安装的余热釜中，在余热釜中冷却粗制气和废料，利用余热产生蒸汽。废料在水浴中聚集，冷却了的粗制气从旁路离开余热釜。与余热回收的优点相比，也存在一系列的缺点。这里要特别提到的是在换热管道上形成沉积物，这妨碍了热传导并产生侵蚀和腐蚀，因而导致缺乏可应用性。
CN 20042002007.1描述了一种“固体粉状燃料气化器”，其中将煤粉尘以气动方式输入，而将气化气体和流化的废料通过中心管道引入水浴中以进一步冷却。在所述中心管道中进行中心引离容易防止堵塞，所述堵塞扰乱了整个运转，并且使整个设备的可应用性降低。
从这些现有技术出发，本发明的目的是提供一种方法，其以有效的运行方式适用于不同的燃料灰分含量，并且具有高的可应用性。
通过按照权利要求1的特征的气化方法和按照权利要求15的设备实现了该目的。
从属权利要求进一步给出了本发明有利的实施方案。
在作为飞流反应器形成的气化区中，在环境压力至80巴的压力下，用含氧的氧化剂使固体含灰燃料进行气化的气化方法，其中反应区外围(Kontur)由冷却体系限定，保持冷却体系中的压力总是高于反应区中的压力，该方法以以下特征为特征干燥燃料例如石煤或褐煤或者不同煤的混合物，将其粉碎至粒度＜200μm，并装入压力排出装置(Druckschleuse)的生产贮槽，在此通过引入非冷凝性的气体如N2或CO2而使粉尘状燃料达到所希望的气化压力。此外，可以同时使用不同的燃料。通过布置，能够将多个这种压力排出装置轮流注满，并以压力进汽冲击。处于压力下的粉尘接着到达计量容器中，在此，在底部同样通过引入非冷凝性的气体而产生十分致密的涡流层，有一个或多个输送管道浸入其中，并且连通到气化反应器的燃烧器中。在此，可以使用一个或多个燃烧器。通过施加一个压差，使流化的粉尘通过所述管道从计量容器流到燃烧器。用测量设备和监控设备来测量、调节和监控流动的粉尘状燃料的量。此外，也可以使粉尘状燃料与水或油混合，并且将其作为浆料通入气化反应器的燃烧器。同时将含有游离氧的氧化剂通入燃烧器，并且粉尘状燃料通过部分氧化被转化为粗制合成气。在1200-1900℃的温度下以及直至80巴的压力下发生气化。该反应器配备有冷却罩，其由不透气焊接的且水冷却的管道构成。
热的粗制气与由燃料灰形成的流体废料一起离开气化反应器并到达其下方垂直安装的区域中，在此通过喷淋水或者通过通入冷却气进行部分骤冷，即冷却至700-1100℃的温度。在此温度下，夹带的流体废料被冷却到不再能粘附于表面的程度。冷却至700-1100℃温度的粗制气然后和同时被冷却的固体废料一起到达余热釜，以利用显热产生蒸汽。通过这样的部分骤冷或者部分冷却，消除或者大大限制了废料粘附于余热冷却管的危险。经由喷嘴通入部分骤冷所必需的水或被送回的气体冷凝物，喷嘴直接位于罩上。冷却的废料在位于余热釜下部的水浴中聚集。冷却至约200-300℃的粗制气从旁路离开余热釜并到达粗制气洗涤，其适当地设计成文丘里洗涤。
在此，除去夹带的粉尘，直至其颗粒大小约为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和粗制气一起排出。为了既要除去＜20μm的细小粉尘又要除去盐雾，将洗涤后的粗制气通入冷凝段，在此将粗制气间接冷却大约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。在一个紧接着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，可将这样纯化过的粗制气直接送入例如脱硫装置。
下面参照4幅附图和实施例更详细地说明本发明。附图表示的是
图1工艺方框图。
图2粉尘状燃料的计量体系。
图3具有部分骤冷和垂直安装的余热釜的气化反应器。
图4具有部分骤冷和并列安装的余热釜的气化反应器。
石煤的量为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％Cl 0.03质量％灰含量为11.5质量％，和湿度为7.8质量％，所述石煤应在40巴的压力下进行气化。煤的热值为25600kJ/Kg。在1450℃下进行气化。气化所需的氧气量为215000m3i.H./h。首先将煤送入与现有技术相应的干燥和磨碎设备，在此将水含量降低到＜2质量％。磨碎后由煤制得的粉尘状燃料的粒化范围为0-200μm，干燥和磨碎过的粉尘状燃料量为300t/h。之后，按照图1，磨碎过的粉尘状燃料被送入计量体系(如图2所示)。之后，粉尘状燃料经由运输管道1.5到达贮槽1.1，然后被交替地送入压力排出装置1.2。用惰性气体例如氮气进行缓冲，氮气经由管道1.6通入。缓冲之后，将处于压力下的粉尘状燃料送入计量容器1.3。压力排出装置1.2经过管道1.7卸压，并且可以重新装满粉尘状燃料。安装了三个压力排出装置，将其交替装满并卸压。对于300t/h的粉尘状燃料量的气化，按照图3安装三个气化反应器，每个都具有一个计量体系。通过经由管道1.8通入其量为40000m3i.H./h的用作运输气体的干燥惰性气体(例如同样是氮气)，在计量容器1.3底部形成致密的涡流层，有一个或多个粉尘运输管道1.4伸入其中。在该实施例中，各自设计三个输送管道1.4。在体系1.9中监控、测量和调节在运输管道1.4中流动的粉尘状燃料的量，并将其送入气化反应器2的燃烧器(见图1)。装载物的密度为250-420kg/m3。在图3中更详细地说明了气化反应器。在气化区2.3中，经由运输管道1.4流入气化反应器的300t/h的粉尘状燃料与经由管道2.1流入的215000m3i.H./h的氧一起在1450℃下进行部分氧化反应，在此生成组成如下的596000m3i.H./h的粗制气H220.8体积％CO 71.0体积％CO25.6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用冷却罩2.4来限定，冷却罩由不透气焊接的、水冷却的管道体系构成。粗制气和流体废料一起经由出口2.5流入区域3.1，以部分骤冷/部分冷却粗制气至700-1100℃的温度。在此温度下，除了粗制气，废料也被冷却，使得其不能沉积到接着的余热釜(见图1)的管道4.1上。在余热釜4中产生的蒸汽在预热含氧氧化剂的工艺中用作气化缓和剂或其他。废料在位于余热釜下部的水浴4.2中聚集，并经由4.3排出。粗制气经由4.4离开余热釜并到达粗制气洗涤5(见图1)。余热釜4可以紧接在气化反应器2和部分骤冷3之下(见图3)，但是也可如图4所示并列安装。在这种情况下，废料出口4.3不仅位于部分骤冷3以下，而且处于余热釜4.6下部。经由出口4.4离开余热釜4的粗制气接着到达粗制气洗涤5(见图1)，其被设计成可调节的文丘里洗涤，并且使用约100m3/h的洗涤水进汽冲击。通常从洗涤水中除去吸收的固体物质，并且再次加入文丘里洗涤。洗涤水可以被预热，以在洗涤的同时进一步湿润粗制气。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6(如图1所示)，在此将粗制气从220℃间接冷却至210℃。用冷却时冷凝的水蒸汽吸收最细小的粉尘颗粒和盐颗粒，由此将其从粗制气中除去。之后，去除了固体物质的纯化粗制气具有以下组成H29.5体积％CO 31.2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％纯化的湿的粗制气的量为1320000Nm3/h。可以将其直接加入粗制气转化或其他的处理阶段。
所用标记的列表1.用于粉尘状燃料的气动计量体系1.1贮槽1.2压力排出装置1.3计量容器1.4运输管道1.5用于粉尘状燃料的运输管道1.6将惰性气体送入1.2的管道1.7卸压管道1.8将惰性气体送入1.3的管道1.9监控体系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3.1骤冷区3.2进入3的喷嘴
3.3离开3.1的出口4.余热釜4.1冷却管4.2废料4.3离开3的出口4.4离开4通向粗制气洗涤器5的出口4.5在4中的废料4.6在4中的废料出口5.粗制气洗涤，粗制气洗涤器6.冷凝器，部分冷凝
权利要求
1.用含游离氧的氧化剂通过部分氧化使飞流中的固体燃料如石煤、褐煤和石油焦炭气化的方法，压力为环境压力至80巴，温度为1200-1900度，该方法的方法步骤包括用于粉尘状燃料的气动计量、在具有冷却的反应器区外围的反应器中进行的气化反应、部分骤冷、冷却、粗制气洗涤和部分冷凝，其中-将含水量＜10质量％，优选＜2质量％，并且粒径＜200μm，优选100μm的粉尘状燃料送入气动计量体系，其中粉尘状燃料经由贮槽(1.1)到达至少一个压力排出装置(1.2)，并且以环境压力至80巴的压力、用不含冷凝物的气体进汽冲击而送入计量容器(1.3)，在该计量容器下部引入惰性气体(1.8)，以致形成密度为350-420kg/m3的涡流层，其通过运输管道(1.4)到达反应器(2)的燃烧器(2.2)，-使经由运输管道(1.4)送入反应器(2)的粉尘状燃料与含游离氧的氧化剂一起在具有冷却罩(2.4)的反应区(2.3)中进行部分氧化，其中燃料的灰分在此熔融，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)，并进行部分骤冷，-部分骤冷在700-1100℃的温度下进行，-在余热釜(4)中冷却经部分骤冷过的粗制气，之后-进行粗制气洗涤(5)以纯化除去夹带的细小粉尘，接着-进行粗制气保存或脱硫。
2.权利要求1的方法，其特征在于，在25-45巴的压力下将气体引入粉尘状燃料。
3.权利要求1和2的方法，其特征在于，通入惰性气体氮气作为不含冷凝物的气体。
4.权利要求1-3的方法，其特征在于，将粗制气洗涤(5)设计成一段或多段的文丘里洗涤。
5.权利要求4的方法，其特征在于，向文丘里洗涤供给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。
6.权利要求1-5的方法，其特征在于，余热釜(4)在700-1100℃的温度下运行。
7.权利要求1-6的方法，其特征在于，粗制气洗涤(5)在200-300℃的温度下进行。
8.权利要求1-7的方法，其特征在于，向文丘里洗涤器供给循环水或返回的冷凝物。
9.权利要求1-8的方法，其特征在于，将燃料作为燃料-水浆料或者燃料-油浆料送入反应器(2)。
10.权利要求1-8的方法，其特征在于，将燃料经由一个或多个燃烧器送入气化反应器(2)。
11.权利要求1-10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。
12.权利要求1-11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)。
13.权利要求1-12的方法，其特征在于，同时使一种或多种煤进行气化。
14.权利要求1-13的方法，其特征在于，测量、监控并调节运输管道(1.4)中粉尘状燃料流的体积。
15.用于实施权利要求1-14的方法的设备，其特征在于依次连接的一个用于粉尘状燃料的气动计量体系(1)、一个具有冷却的反应区外围的气化反应器(2)、一个骤冷器(3)、一个余热釜(4)、一个粗制气洗涤器(5)和一个部分冷凝器(6)，其中经由管道(1.5)将粉尘状燃料输入贮槽(1.1)，该贮槽的出口通向至少一个压力排出装置(1.2)，有一个用于惰性气体的管道(1.6)和一个用于卸压气体的管道(1.7)通向该压力排出装置中，在此压力排出装置(1.2)的出口通向计量容器(1.3)，在该计量容器的下部安装了一个用于惰性气体的管道(1.8)，并且在其上部有至少一个载有流化的燃料的运输管道(1.4)通向反应器(2)，-反应器(2)，用于用含游离氧的氧化剂使送入的粉尘状燃料(1)气化，是由一个用于流化的燃料的运输管道(1.4)和一个用于氧化剂的管道(2.1)构成，所述管道经由燃烧器(2.2)通向反应区(2.3)，所述反应区由冷却罩(2.4)和朝向骤冷器(3)的排出装置(2.5)构成，冷却罩(2.4)由不透气焊接的、水冷却的管道构成，-没有配件的骤冷器(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部分骤冷所需的水，其中喷嘴(3.2)末端与内部的罩齐平，-在骤冷器(3)处安装的余热釜(4)，-粗制气洗涤器(5)，和-在粗制气洗涤(5)后面排列的部分冷凝设备(6)。
16.权利要求15的设备，其特征在于，骤冷器(3)的区域(3.1)直接通向余热釜(4)，向该余热釜安装有管道(4.1)用于生产蒸汽，在其下部安装了用于粗制气的出口(4.4)和带有水浴的废料出口(4.3)。
17.权利要求15的设备，其特征在于，在骤冷器(3)中安装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)，其中从用于粗制气的出口(3.4)安装了到带有冷却管道(4.1)的余热釜(4)的管道，安装了到粗制气洗涤器(5)的出口(4.4)，并且安装了带有水浴的用于废料(4.5)的出口(4.6)。
18.权利要求15的设备，其特征在于，将两个压力排出装置(1.2)彼此平行安装。
19.权利要求15和18的设备，其特征在于，三个运输管道(1.4)将流化的粉尘状燃料运输到反应器(2)的燃烧器(2.2)。
20.权利要求15-19的设备，其特征在于，使用压力测量设备和/或体积流量测量设备(1.9)来监控、测量和调节运输管道(1.4)中的粉尘状燃料流。
21.权利要求15-20的设备，其特征在于，对于粗制气洗涤(5)，安装一个单段或多段的文丘里洗涤器。
22.权利要求15-21的设备，其特征在于，粗制气洗涤器引起粗制气转化，或者随后接到脱硫设备上。
全文摘要
本发明涉及一种用含游离氧的氧化剂通过部分氧化使飞流中的固体燃料如石煤、褐煤和石油焦炭气化的方法，压力为环境压力至80巴，温度为1200－1900度，该方法的方法步骤包括对粉尘状燃料进行气动计量、在具有冷却的反应区外围的反应器中进行的气化反应、部分骤冷、冷却、粗制气洗涤和部分冷凝，其中将含水量＜10质量％，优选＜2质量％，和粒径＜200μm，优选 100μm的粉尘状燃料送入气动计量体系，其中粉尘状烯料经由贮槽(1.1)到达至少一个压力排出装置(1.2)，并且以环境压力至80巴的压力、用不含冷凝物的气体进汽冲击而送入计量容器(1.3)，在该计量容器下部引入惰性气体(1.8)，以致形成密度为350－420kg/m
文档编号C10J1/207GK1923975SQ20051012837
公开日2007年3月7日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年9月3日
发明者贝恩德·霍勒, 诺贝特·菲舍尔, 曼弗雷德·申格尼茨 申请人:未来能源有限公司, 曼弗雷德·申格尼茨