专利名称：由碳质原料的气化回收焦油的制作方法
技术领域：
本发明涉及由碳质原料的气化回收焦油。特别地，本发明涉及从碳质原料的气化回收焦油的方法。
背景技术：
在碳质原料如煤的气化期间，制得可能包含夹带的固体如煤和灰分的热合成气体或粗煤气。取决于用于气化煤的技术，因此必须将离开气化器的粗煤气激冷以洗净固体。通常，主要含水的液体料流用作激冷液体，产生与气体分离的液体料流，所述液体料流在高温和高压下并且包含之前包含在气体中的大部分固体。该料流在现有技术中通常称为“含尘煤气水”。进一步冷却粗煤气将导致具有相对较低固体负荷的更冷凝的液体。该冷凝物料流(经常称作“焦油煤气水”)也仍在相对高的温度和压力下。 已知的是将含尘煤气水与焦油煤气水在将它们进一步冷却之后合并，然后在一系列处理步骤中处理合并的料流，所述处理步骤至少包括压力膨胀、重力沉降、所得稠化的含固体焦油料流的再加热、离心倾析和固体过滤。有时向再加热的稠化含固体焦油料流中加入稀释油以辅助过滤。制得焦油液体产物，其包含有价值的具有低的固体含量的化学品和燃料组分。但是，从焦油料流中除去的固体仍然包含显著量的粘附的焦油，该粘附的焦油将与固体一起被废弃，由此作为有价值的产物损失了。由于冷却的焦油料流的相对高的粘度，将固体从焦油料流分离复杂化。希望的是，由碳质原料的气化回收焦油的更有效的且允许更容易的固体分离的方法。根据本发明，提供由碳质原料的气化回收焦油的方法，该方法包括气化所述碳质原料以制备粗煤气，所述粗煤气至少包含CO、H2、焦油和夹带的固体，所述粗煤气在至少250°C的温度和至少15巴(表压)的压力下；用激冷液体激冷并洗涤所述粗煤气，制备包含焦油的含固体的液体料流，所述含固体的液体料流在至少150°C的温度和至少15巴(表压)的压力下；在至少150°C的所述温度和至少15巴(表压)的压力下使固体从含固体的液体料流分离以提供焦油回收料流；以及在将固体从含固体的液体料流分离之后，至少通过焦油回收料流的冷却和压力膨胀来处理所述焦油回收料流以制备焦油料流。激冷液体可以为含水液体，从而含固体的液体料流为在含固体的液体料流的温度和压力下具有与水类似的密度和粘度特性的焦油水乳液。该料流在现有技术中通常称为含尘煤气水料流。将固体从含固体的液体料流分离可以包括从含固体的液体料流过滤固体以提供固体产物和所述焦油回收料流，该固体产物通常为干燥固体产物。有利地，与其中由于含固体的液体料流的冷却而导致含固体的液体料流的粘度增加的条件相比，含固体的液体料流的高温和高压条件使得更容易除去固体颗粒物质如灰分。通过避免对如在现有技术方法中那样在下游进行过滤时的再加热和再加压的需要，由此，在本发明方法的高温和高压条件下将固体从含固体的液体料流分离降低了分离所要求的能量，并预期制备包含较少焦油的固体产物。该方法可以使用一个或多个烛式过滤器和/或一个或多个板框式过滤器以从含固体的液体料流中过滤固体。通常，处理所述焦油回收料流包括除了对所述焦油回收料流进行冷却和压力膨胀夕卜，还对所述焦油回收 料流进行随后的密度分离以制备所述焦油料流和至少一种另外的料流。所述至少一种另外的料流可以为含水料流。焦油料流可以包括油。通常，密度分离包括重力分离步骤。碳质原料可以为或者可以包括煤。作为替代，或者除此之外，碳质原料可以为或者可以包括含碳废物或生物质。在氧气和蒸汽的存在下，对碳质原料的气化可在固定床气化器，特别是固定床干底气化器中完成。优选地，粗煤气在至少300°C，更优选至少450°C，例如约530°C的温度下。优选地，粗煤气在至少20巴(表压)，更优选至少25巴(表压)，例如29巴(表压)的压力下。优选地，含固体的液体料流在至少160°C，更优选至少180°C，例如约200°C的温度下。优选地，含固体的液体料流在至少20巴(表压)，更优选至少25巴(表压)，例如约28巴(表压)的压力下。该方法可以包括在激冷和洗涤粗煤气之后，进一步冷却粗煤气以从粗煤气中冷凝可冷凝组分，制得冷凝的液体料流。该冷凝的液体料流具有比含固体的液体料流低的固体负荷，且在现有技术中经常称作焦油煤气水料流。通常，冷凝的液体料流在至少15巴(表压)，优选至少20巴(表压)，更优选至少25巴(表压)，例如27. 5巴(表压)的压力下。通常，冷凝的液体料流在至少120°C，更优选至少140°C，例如162°C的温度下。该方法可以包括将至少一部分冷凝的液体料流与含固体的液体料流合并，然后将固体从由此产生的合并的含固体的液体料流分离以提供所述焦油回收料流。作为替代，或者除此之外，本发明可以包括在焦油回收料流的处理期间在所选的点将至少一部分冷凝的液体料流与焦油回收料流合并。在本发明的一个实施方案中，冷凝的液体料流因而与焦油回收料流在焦油回收料流的冷却的下游但在焦油回收料流的压力膨胀的上游合并。有利地，本发明的方法可以避免，在将固体从含固体的液体料流分离或从合并的含固体的液体料流分离以提供所述焦油回收料流之前，对向含固体的液体料流中或者向合并的含固体的液体料流中加入油或稀释剂的需要。换言之，未稀释的含固体的液体料流或未稀释的合并的料流可以进行分离步骤以从中分离固体从而提供所述焦油回收料流。本发明还涉及烃类合成方法，该方法包括处理由含碳材料的气化得到的粗煤气，以制备适用于烃合成的合成气；以及
由合成气合成烃或化学品；该方法进一步包括根据前述方法从粗煤气回收焦油。所述烃可以在一个或多个费-托烃合成阶段合成，这可以是完全常规的。处理由含碳材料的气化获得的粗煤气可以包括用于清洁和/或调整由含碳材料如煤的气化获得的粗煤气的组成的典型或常规处理步骤，例如脱硫、甲醇洗涤或Rectisol (商标名)、CO-CO2转换或加氢。烃合成方法因而包括气化碳质原料或材料例如煤以制备所述粗煤气。通常，烃合成方法由此使用至少一个气化器以气化含碳材料。该方法可以包括将从含固体的液体料流分离的所述固体再循环到用于气化含碳材料的所述至少一个气化器。在制备碳质原料期间，固体产物可以与碳质原料混合或者以另一方式与碳质原料合并，并以此方式再循环至气化器。
本发明将参照所附示意图以举例的方式进行描述，在附图中图I显示了由碳质原料的气化回收焦油的常规方法；以及图2显示了根据本发明由碳质原料的气化回收焦油的方法的一个实施方案。
具体实施例方式参照附图中的图1，附图标记10通常指由碳质原料特别是煤的气化回收焦油的常规或现有技术方法。该方法10包括气化阶段12，其中煤原料管线14、蒸汽管线16和氧气管线18通向气化阶段12。来自气化阶段12的热粗煤气管线20通向激冷阶段22，激冷液体管线24向激冷阶段22供料。激冷的粗煤气管线26由激冷阶段22通往冷却阶段28，经冷却的粗煤气管线30由冷却阶段28离开。含尘煤气水管线32从激冷阶段22通向冷却阶段34，并从冷却阶段34通向压力膨胀阶段36。在进入压力膨胀阶段36之前，含尘煤气水管线32与从冷却阶段28引出的焦油煤气水管线38汇合。在压力膨胀阶段36之后依次为重力分离阶段40、固体去除阶段41 (使用具有输送器型刮泥机(conveyor type scraper)的废料箱以从焦油除去固体)、再加热阶段42、离心倾析阶段44、强制进料蒸发阶段45和过滤阶段46。焦油回收管线48从压力膨胀阶段36通向重力分离阶段40，并从那里通向固体除去阶段41、再加热阶段42、离心倾析阶段44、强制进料蒸发阶段45和过滤阶段46。该方法10所要求的其他工艺管线为离开重力分离阶段40的含水液体管线50、离开离心倾析阶段44的固体管线52、在焦油回收管线48进入强制进料蒸发阶段45之前与焦油回收管线48汇合的稀释油管线54、离开强制进料蒸发阶段45的水管线55和离开过滤阶段46的干燥固体管线56和焦油管线58。 在图I所示的常规方法10中，煤在蒸汽和氧气的存在下在气化阶段12中在固定床干底气化器中气化，制得灰分(未示出)和热粗煤气，该热粗煤气通过热粗煤气管线20离开。所述热粗煤气通常在约550°C的温度和约29巴(表压)的压力下，并包含夹杂的固体如煤和灰分。热粗煤 气的主要组分为CO、CO2, CH4和H2,且热粗煤气还包含焦油。在激冷阶段22，通过由激冷液体管线24供入的大部分含水液体使得热粗煤气激冷，然后冷却至约180°C的温度。在激冷阶段22，热粗煤气由此冷却，从粗煤气洗涤固体和一些焦油，制得含尘煤气水。在约200°C的温度下将含尘煤气水利用含尘煤气水管线32供入冷却阶段34，在那里将含尘煤气水进一步冷却至约71°C的温度。激冷的粗煤气利用激冷粗煤气管线26离开激冷阶段22，并在冷却阶段28中进一步冷却，制得在约40°C的温度下经冷却的粗煤气，该粗煤气利用冷却粗煤气管线30离开。经冷却的粗煤气，在进一步处理(例如脱硫和CO-CO2调节)后，为适合在如费-托烃合成的方法中使用的合成气。在冷却阶段34，粗煤气的可冷凝的组分在约160°C的温度下冷凝得到焦油煤气水，该焦油煤气水利用焦油煤气水管线38离开。将来自冷却阶段34的含尘煤气水和来自冷却阶段28的焦油煤气水合并形成焦油回收料流，将该焦油回收料流供入压力膨胀阶段36。在压力膨胀阶段36，例如使用压力膨胀鼓使得焦油回收料流的压力膨胀至约大气压，然后利用焦油回收管线48将焦油回收料流供给重力分离阶段40。通常，尽管未示出，一些水和其他轻组分在压力膨胀阶段36闪蒸出来并被除去。在重力分离阶段40 (通常包括初级重力焦油分离器和次级重力焦油分离器)，常规重力分离技术用于制备含水液体料流和稠化焦油料流，所述含水液体料流利用含水液体管线50离开，所述稠化焦油料流利用焦油回收管线48离开。重力分离阶段40还可以制得油料流(未示出)，将油料流除去。将稠化焦油料流传送至固体除去阶段41，在这里输送器型刮泥机经由管线49从稠化焦油料流除去一些(大约1/3)的固体，然后在再加热阶段42中将稠化焦油料流再加热至约80°C的温度，并在离心倾析阶段44中使其进行离心倾析以制得固体料流，该固体料流利用管线52离开。接着将焦油料流的残余物泵送至强制进料蒸发阶段45以通过管线55除去任何残余水，然后将焦油料流利用焦油回收管线48传送至过滤阶段46。在进入强制进料蒸发阶段45之前，将稀释油通过稀释油管线54加入焦油料流以辅助过滤。在过滤阶段46，过滤焦油料流以制得干燥固体产物和焦油产物，所述干燥固体产物利用干燥固体管线56离开，所述焦油产物利用焦油管线58离开。但是，遗憾的是，干燥固体产物仍包含显著量的粘附的焦油，该粘附的焦油将与固体一起被废弃，导致有价值产物的损失。参照附图中的图2，附图标记100通常指由碳质原料例如煤的气化回收焦油的根据本发明的改进的方法。在方法100中，除非另外指出，对应于方法10的方法特征的方法特征由相同的附图标记表示。将注意到，方法100的主要区别特征在于过滤阶段46位于激冷阶段22与冷却阶段34之间，即在冷却阶段34、压力膨胀阶段36和重力分离阶段40的上游。因此，焦油回收管线102从过滤阶段46通向冷却阶段34，从冷却阶段34通向压力膨胀阶段36，并从压力膨胀阶段36通向重力分离阶段40。在方法100中，在约200°C的温度和约26巴(表压)的压力下离开激冷阶段22的含尘煤气水在过滤阶段46中进行过滤，以制得焦油回收料流和干燥固体产物料流。与方法10的情况相同，干燥固体产物利用干燥固体管线56离开。例如，如ZA2002/3809中所述的双过滤器(交替操作)配置可用于过滤含尘煤气水。有利地，在约200°C和约26巴(表压)下，含尘煤气水，其实质上为包含悬浮的微粒材料的水焦油的乳液，具有与在相同温度和压力下的水类似的密度和粘度特性。与在方法10中的冷却、稠化焦油相的情况相比，这使得在可接受的过滤速率下除去悬浮的微粒材料要容易得多。由于使用了包含在含尘煤气水中的能量，因此降低了将固体从焦油回收料流分离的能量需求，由此避免了如方法10中那样后来进行过滤步骤46时对再加热和再加压的需要。在方法100中，将来自过滤阶段46的焦油回收料流利用焦油回收管线102供至冷却阶段34，在那里将焦油回收料流冷却至约71°C的温度。其后，焦油回收料流在压力膨胀阶段36中膨胀至接近大气压，并在重力分离阶段40中以常规方式进行重力分离。如在方法10中那样，方法100也制备冷凝的焦油煤气水，该焦油煤气水利用焦油煤气水管线38离开冷却阶段28。如果需要，焦油煤气水可以与含尘煤气水合并，并在过滤 阶段46中进行过滤，如由任选的物流管线104所示。可替代地，为了在重力分离阶段40中回收焦油，可以将焦油煤气水或其一部分与来自冷却阶段34的冷却的焦油回收料流合并。如所示，由于在焦油回收料流中不存在固体，方法100相比于方法10具有更低的能量消耗，并提供更有效的焦油、油和水相分离。这有可能突破目前的装置的瓶颈，或者降低用于新工厂设计的资金。有利地，通过方法100制得的干燥微细固体产物适于与粉煤混合作为例如蒸汽锅炉装置的进料，或者甚至用于气化装置的煤原料制备。由于干燥固体产物基本不含焦油，因此可很容易地通过与传送带系统完全不同的市售气动装置进行运输(常规方法例如方法10要求传送带系统)。进一步预期，由于在焦油回收料流中不存在摩损性固体，因而将减少对下游装置的维护，而且预期，有可能利用方法100，而无需使用稀释油或溶剂以辅助固体材料与焦油回收料流的分离。此外，有利地，方法100不要求固体除去阶段41、再加热阶段42或离心倾析阶段44，尽管可能要求在重力分离阶段40的下游的强制进料蒸发阶段，以制备基本上不含水的焦油产物。实施例通过说明性实施例，进行计算机过程模拟以显示本发明的方法100相对于常规现有技术的方法10的预期的泵负荷(pump duty)的益处。异喹啉(isoquinalin)和愈创木酚用于模拟焦油组分，水用于模拟水相。还评估溶解的合成气组分。对于本领域技术人员而言显然的是在计算时存在一些不精确度，因为这些料流是包含很多组分的高度复杂的料流，因而难以建立模型。下表显示了如所述的根据常规现有技术的方法10的基础方案结构，和根据本发明的方法100的两个实施方案(方案A和方案B)之间的比较。方案A具有与基础方案类似的过滤器构造，即，使包含焦油的料流泵送通过叶片过滤器以克服与叶片过滤器相关的压降。在基础方案中，必须使含焦油的料流由低压泵送经过叶片过滤器，但是在方案A中，叶片过滤器设置在高温/高压含焦油的料流上，因此与基础方案相比，需要相对较小的泵负荷以克服经过叶片过滤器的压降。参考所述表，显然的是，通过将叶片过滤器定位在高温/高压料流上(方案A)，经过叶片过滤器的压降相比于基础方案实现了 45%的降低(即相比于3. 9巴dP的I. 8巴dP)。伴随着节约了泵负荷。
权利要求
1.一种由碳质原料的气化回收焦油的方法，所述方法包括 气化所述碳质原料以制备粗煤气，所述粗煤气至少包含CO、H2、焦油和夹带的固体，所述粗煤气在至少250°C的温度和至少15巴(表压)的压力下； 用激冷液体激冷并洗涤所述粗煤气，制备包含焦油的含固体的液体料流，所述含固体的液体料流在至少150°C的温度和至少15巴(表压)的压力下； 在至少150°C的所述温度和至少15巴(表压)的所述压力下使固体从含固体的液体料流分离以提供焦油回收料流；以及 在将固体从含固体的液体料流分离之后，至少通过所述焦油回收料流的冷却和压力膨胀来处理所述焦油回收料流以制备焦油料流。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述激冷液体为含水液体，从而所述含固体的液体料流为焦油水乳液，且其中，将固体从所述含固体的液体料流分离包括从所述含固体液体料流过滤所述固体以提供固体产物和所述焦油回收料流。
3.根据权利要求I所述的方法，其中处理所述焦油回收料流包括除了对所述焦油回收料流进行冷却和压力膨胀以外，还对所述焦油回收料流进行随后的密度分离以制备所述焦油料流和至少一种另外的料流。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述碳质原料为或包括煤、含碳废物或生物质。
5.根据权利要求I所述的方法，其中在氧气和蒸汽的存在下，在固定床气化器中实现对所述碳质原料的气化。
6.根据权利要求I所述的方法，其包括在对所述粗煤气进行激冷和洗涤之后，进一步冷却所述粗煤气以从所述粗煤气中冷凝可冷凝组分，制备冷凝的液体料流，并将所述冷凝的液体料流的至少一部分与所述含固体的液体料流合并，然后将固体从由此制得的合并的含固体的液体料流分离，以提供所述焦油回收料流。
7.根据权利要求I所述的方法，其包括在对所述粗煤气进行激冷和洗涤之后，进一步冷却所述粗煤气以从所述粗煤气中冷凝可冷凝组分，制备冷凝的液体料流，并在处理所述焦油回收料流期间在所选的点将所述冷凝的液体料流的至少一部分与所述焦油回收料流
8.根据权利要求I所述的方法，其中在将固体从含固体的液体料流分离以提供所述焦油回收料流之前，不向含固体的液体料流中加入油或稀释剂。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在将固体从合并的含固体的液体料流分离以提供所述焦油回收料流之前不向合并的含固体的液体料流中加入油或稀释剂。
10.根据权利要求I所述的方法，其中所述含固体的液体料流在至少160°C的温度和至少20巴(表压)的压力下。
11.一种烃合成方法，所述方法包括 处理由含碳材料的气化得到的粗煤气，以制备适用于烃合成的合成气；以及 由所述合成气合成烃或化学品； 所述方法进一步包括根据权利要求I至10中任一项从所述粗煤气中回收焦油。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述烃在一个或多个费-托烃合成阶段中合成。
13.根据权利要求11所述的方法，其包括通过使用至少一个气化器气化碳质原料或材料以制备所述粗煤气，并且将从含固体的液体料流分离的所述固体再循环至用于气化所述含碳材 料的所述至少一个气化器。
全文摘要
一种由碳质原料的气化回收焦油的方法(100)，该方法包括气化(12)所述碳质原料(14)以制备粗煤气(20)，所述粗煤气(20)至少包含CO、H2、焦油和夹带的固体，所述粗煤气(20)在至少250℃的温度和至少15巴(表压)的压力下。用激冷液体(24)激冷并洗涤(22)所述粗煤气(20)，制备包含焦油的含固体的液体料流(32)，所述含固体的液体料流在至少150℃的温度和至少15巴(表压)的压力下。将固体(56)从含固体的液体料流(32)分离(46)以提供焦油回收料流(102)。通过至少冷却(34)和压力膨胀(36)处理焦油回收料流(102)以制备焦油料流(58)。
文档编号C10K1/10GK102627984SQ20121002198
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者G·G·施米特, J·W·范吉尔, P·S·鲍曼 申请人:沙索技术有限公司