专利名称：用来通过泥浆的部分氧化产生合成煤气的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的气化方法和实施这种方法的装置。这种方法由泥浆制造、燃料输入、气化反应、部分水冷、气体洗涤和部分冷凝这些工序组成，其中煤气洗涤和部分冷凝可以用机械式粉尘分离代替，以通过灰粉形含灰燃料与含游离氧的气化剂在高温高压下的部分氧化产生含CO和H2的气体。
背景技术：
为了达到长的运行时间，气化反应器的耐压外壳必须对粗煤气的作用和1200-1900℃的高的气化温度加以可靠的防护。这通过用一悬挂在耐压外壳内的冷却的屏蔽管限制反应腔和气化室进行。屏蔽管和耐压外壳之间的环形缝隙被冲淋。
燃料作为泥浆通过泵输送提高到气化压力，并在反应器顶部通过燃烧器输入。可以同时使一种或多种燃料或煤气化。粗煤气和液化的熔渣一起在反应器下端离开气化室，接着通过喷射水部分冷却到700-1100℃，并在回收废热后去除夹带的细灰粒，随后洗涤过的粗煤气输送给后续处理工序。
多年以来在气体发生技术方面已知由固体、液体和气体燃料的自热(autotherme)飞流气化。这里燃料和含氧气化剂之比这样选择，使得由于合成气体质量的原因使较多的碳化合物完全分裂成合成气体成分，如CO和H2，而无机组成部分作为熔液状熔渣排出，见J.Carl，P.Fritz的“NOELLKONVERSIONSVERFAHREN”，能量和环保技术，EF出版社股份有限公司出版，1996年，第33和73页。
按照现有技术资料中不同的系统，这里气化气体和熔液状的熔渣单独或共同地从气化装置的反应腔中排出，如DE 197 131 A1中所示。对于气化系统的反应腔结构的内部边界既可以引入配备耐火内衬的也可以引入冷却的系统，见DE 4446 803 A1。
EP 0677 567 B1和WO 96/17904表示一种方法，其中气化室由耐火砖层围成。它有这样的缺点，即由于在气化时形成的液态熔渣使耐火砖墙熔解，这导致迅速磨损和高的修理费用。随着含灰量的加大这个磨损过程也加快。因此这种气化系统只经有限的运行时间便需要更新内衬。此外气化温度和燃料的含灰量受到限制。作为碳—水泥浆的燃料的输入带来显著的效率损失，见C.Higman和M.Van der Burgt的“气化”，美国ELSEVIER出版社，2003年出版，它们可以通过采用油作为载体介质或通过碳—水泥浆的预热防止或避免。此外还介绍了一种水冷或冷却系统，其中高温气化气体和液态熔渣可以一起通过一从反应腔下端开始的导管输出并引入一水池内。气化气体和熔渣的共同输出可能导致导管堵塞，从而造成使用性的限制。
DE 353 4015 A1表示一种方法，其中气化介质细煤粉和含氧氧化剂通过多个燃烧器输入反应腔，使得火焰相互偏转。其中气化气体装载细煤粉地向上流动，熔渣向下流入一熔渣冷却系统。通常在气化室上方设置一具有废热利用的间接冷却装置。但是由于被撕裂的液态熔渣颗粒使换热器表面存在沉积和被覆盖的危险，这造成热传递障碍，有时造成管路的堵塞和锈蚀。人们通过用在循环回路中导引的冷却气体冷却热煤气的方法克服堵塞的危险。
Ch.Higman和M.van der Burgt在2003年Elsevier出版社出版的“气化”第24页中介绍一种方法，其中高温气化气体和液态熔渣一起离开气化器，并直接进入一垂直地设置在它下面的废热锅炉，在此锅炉内粗煤气和熔渣在利用废热以发生蒸汽的情况下冷却。熔渣汇集在一水池内，冷却的粗煤气从侧面离开废热锅炉。按这种系统回收废热的优点同时带来一系列的缺点。这里特别是应该提到在换热器管上形成沉积物，它造成热传递的障碍以及锈蚀和腐蚀，从而导致可用性下降。
CN 200 4200 200 7.1介绍一种“固体粉末燃料气化器”，其中煤粉气动输入，气化气体和液态熔渣通过一中心管引入水池，以进一步冷却。这种在所述中心管内的中心冷却容易堵塞，它干扰整个运行并降低整个设备的可用性。
发明内容
从这种现有技术出发本发明的目的是，创造一种可能性，它在可靠地运行的情况下考虑燃料不同的含灰量，并具有高的可用性。
这个目的通过按权利要求1特征的气化方法和按权利要求13的装置实现。从属权利要求表示本发明优良的实施形式。
用来用含氧氧化剂在一做成飞流反应器的气化室内在大气压力和100bar之间的压力下使固体含灰燃料气化的气化方法的特征如下，其中反应腔轮廓由一冷却系统围成，其中冷却系统内的压力始终高于反应腔内的压力。
燃料，例如煤，石煤和褐煤焦碳以及生物物质焦碳和/或石油焦碳或其混合物，粉碎到＜500μm，尤其是＜200μm的粒度，在添加液体如水或油的情况下混合成燃料—水或燃料—油悬浮液，所谓的泥浆。在用水作为载体介质时在添加表面活性剂的情况下达到最高70％质量百分比的稳定的固体物质浓度。它们借助于合适的泵提高到最大100bar的所希望的气化压力，并通过装在气化反应器顶部的合适的燃烧器输送给气化反应。通过测量、调节和监控装置来监控、测量和调节泥浆内的燃料浓度以及泥浆流量。同时给燃烧器输入包含游离氧的氧化剂，燃料泥浆通过部分氧化变成粗合成煤气。气化在1200至1900℃的温度最高100bar的压力下进行。反应器配备一冷却屏，它由气密性焊接和水冷却的管子组成。
高温粗合成煤气和由燃料灰构成的液态熔渣一起离开气化反应器，到达一设置在它正下方的腔室，在该腔室内通过喷射水或通过输入冷气体进行部分水冷，亦即冷却到700℃至1100℃之间的温度。在这个温度下，夹带的液态溶渣冷却到不再能附着在金属表面上。冷却到700℃至1100℃的温度的粗煤气在此后与同样冷却的固体熔渣一起到达一废热锅炉，以利用可以感觉到的热量来产生蒸汽。通过这种预先的部分水冷或部分冷却防止或大大限制残渣烧结在废热冷却管上的危险。水冷所需要的水或回输的气体冷凝物通过喷嘴输入，喷嘴直接位于外壳上。冷却的残渣汇集在一水池内，水池设置在废热锅炉的下端。冷却到约200℃-300℃的粗煤气从侧面离开废热锅炉，并到达一适宜于做成文杜里洗涤器的粗煤气洗涤器。在这里去除最大约20μm粒度的夹带的灰尘。对于接着的催化过程例如进行粗煤气转换，这个纯度还不够。这里还要进一步考虑，在气化期间从燃烧灰中游离出去的和粗煤气一起输出的在粗煤气中夹带的附加的盐雾。为了既去除＜20μm的细灰又去除盐雾，洗涤后的粗煤气输送给一冷凝工序，在它里面粗煤气直接冷却5℃至10℃。这时从含饱和水蒸汽的粗煤气冷凝出水，它容纳所述细灰和盐颗粒。在接着的分离器中分离包含灰粒和盐颗粒的冷凝水。然后这样净化的粗煤气可以直接输送给粗煤气转换装置或脱硫装置。
代替洗涤和冷凝工序可以设置一在200℃至300℃下工作的机械式灰尘分离装置，这里可以采用离心力分离器或过滤系统。
下面用三个附图和一个实施例详细说明本发明。附图表示图1工艺方块图；图2带部分水冷装置和垂直设置的废热锅炉的气化反应器；图3带部分水冷和设置在旁边的废热锅炉的气化反应器。
具体实施例方式
具有下列成分C 71.5％质量百分比H 4.2％质量百分比O 9.1％质量百分比N 0.7％质量百分比S 1.5％质量百分比Cl 0.03％质量百分比含灰量为11.5％质量百分比和含湿量为7.8％质量百分比的320t/h的煤量要在40bar的压力下气化。煤的热值为25600KJ/kg。气化在1450℃时进行。为了气化需要245000m3i.N./h的氧气量。煤首先输送给一相应于现有技术的碾磨装置，在它里面粉碎成0到200μm之间的粒度范围，以便接着在添加表面活性剂(Tenside)的情况下在一按图1的专用设备中与水混合成稳定的煤粉—水悬浮液，所谓的泥浆。在这个泥浆中固体物质浓度为63％质量百分比，泥浆流量为465t/h。泥浆借助于一适合于输送固体—液体悬浮液的泵提高到希望的100bar的气化压力，并通过输送管1.1按图1输送给气化反应器2的燃烧器，这时监控、测量和调节流量。为了节省氧气，泥浆在输送给气化反应器2之前根据气化压力预热到400℃。
在图2和3中表示气化反应器。通过输送管1.1流入气化反应器的465t/h的泥浆与通过管道2.1流入的245000m3i.N./h的氧气量一起在气化室2.3内在1450℃下进行部分氧化，这时形成以下成分的565000m3i.N./h的粗煤气H218.5％体积百分比CO70.5％体积百分比CO26.1％体积百分比N22.3％体积百分比NH30.003％体积百分比HCN 0.002％体积百分比H2S 0.5％体积百分比COS 0.07％体积百分比气化室2.3由冷却屏2.4围成，它由一气密性焊接的、水冷的管系组成。粗煤气和液态熔渣一起经过输出口2.5流入用来使粗煤气部分水冷/部分冷却到700℃-1100℃的温度的腔室3.1内。在这个温度下除粗煤气外熔渣也冷却到使其不会沉积在按图1连接在后面的废热锅炉的管子4.1内。在废热锅炉4内产生的蒸汽在过程中用来预热含氧的氧化剂或用作预热泥浆的气化减速器。熔渣汇集在一水池4.2内，它位于废热锅炉的下端，并通过4.3排出，粗煤气通过4.4离开废热锅炉，并到达按图1的粗煤气洗涤器5中。废热锅炉4可以按图3直接设置在气化反应器2和部分水冷装置3下方，但是也可以如图4所示并排设置。在这种情况下既在部分水冷装置3下面又在废热锅炉4.6下方设一熔渣排出装置4.3。接着通过开口4.4离开废热锅炉4的粗煤气按图1到达粗煤气洗涤器5，它做成可调节的文杜里洗涤器，并通入约100m3/h的洗涤水。通常洗涤水去除夹带的固体物质并重新输入文杜里洗涤器。洗涤水可以预热，以便在清洗时同时给粗煤气加湿。为了去除＜20μm的细粉尘以及在文杜里洗涤器中未分离的盐雾，水洗涤过的粗煤气按图1经受部分冷凝6，在这里粗煤气间接地冷却5-10℃。通过在冷却时凝结的水蒸汽接收最细的灰尘和盐颗粒，从而从粗煤气中去除，此后清洗掉固体物质的粗煤气具有以下成分H213.4％体积百分比CO 51.4％体积百分比CO24.5％体积百分比N21.5％体积百分比NH30.0022％体积百分比HCN 0.0012％体积百分比H2S 0.36％体积百分比COS 0.05％体积百分比H2O 37.30％体积百分比洗涤过的湿的粗煤气产量为775000Nm3/h。它可以直接输送给粗煤气转换装置或其他处理级。
图形标记表1泥浆制造和输入1.1 泥浆管道2反应器2.1 氧气管2.2 燃烧器2.3 气化室2.4 冷却屏2.5 输出口3水冷冷却器3.1 水冷室3.2 3中的喷嘴3.4 从3到4的输送管4废热锅炉4.1 废热锅炉4中的冷却管4.2 4中的带熔渣的水池4.3 4的熔渣排出装置4.4 从4到粗煤气洗涤器5的开口4.5 带熔渣的水池4.6 4的熔渣排出装置5粗煤气洗涤器6部分冷凝器
权利要求
1.一种用来使固体燃料如煤和焦炭例如石煤、褐煤、生物物质和石油焦炭在飞流中与一种含有游离氧的氧化剂通过在环境压力和100bar之间的压力下以及在1200至1900℃之间的温度下部分氧化而气化的方法，它由泥浆制造和输入、在具有冷却的反应腔轮廓的反应器内通过部分氧化进行气化、部分水冷、粗煤气洗涤和部分冷凝这些工序组成，其中粗煤气洗涤和部分冷凝可以通过一在露点以上工作的干式机械除尘代替，其中—一种粒度＜200μm尤其是＜100μm的燃料粉在一专用设备中在添加表面活性剂的情况下与水混合成一种具有40-70％质量百分比的固体物质浓度的燃料—水泥浆，并通过泵输送达到100bar的气化压力，其中泥浆可以预热直到400℃的温度，—通过一输送管(1.1)输送给反应器(2)的泥浆与一种含有游离氧的氧化剂一起在其轮廓由一冷却屏(2.4)围成的反应腔(2.3)内进行部分氧化，这时燃料灰熔化并与高温气化气体一起通过输出装置(2.5)输入到水冷冷却器(3)的水冷室(3.1)中，—进行部分水冷，将粗煤气冷却到700至1100℃之间的温度，—部分水冷的粗煤气在一废热锅炉(4)内在发生蒸汽的情况下冷却到150至400℃之间的温度，—此后，冷却的粗煤气进行粗煤气洗涤(5)和部分冷凝(6)或借助于离心力或过滤器进行干式机械除尘，以分离夹带的灰尘，—接着，将经冷却和除尘的粗煤气输送给后续处理工序，如粗煤气转换或脱硫。
2.按权利要求1的方法，其特征为粗煤气洗涤(5)设计成一种单级或多级的文杜里洗涤。
3.按权利要求1和2的方法，其特征为文杜里洗涤被供以新鲜水或回输的冷凝水，冷凝水在煤气冷却时附带产生。
4.按权利要求1至3之任一项的方法，其特征为废热锅炉(4)在700至1100℃的温度下工作。
5.按权利要求1至4之任一项的方法，其特征为粗煤气洗涤(5)在150至300℃的温度下进行。
6.按权利要求1至5之任一项的方法，其特征为文杜里洗涤器由循环水或回输的冷凝水供水。
7.按权利要求1至6之任一项的方法，其特征为燃料作为燃料—水—泥浆输送给反应器(2)。
8.按权利要求1至7之任一项的方法，其特征为燃料通过一个或多个燃烧器输送给气化反应器(2)。
9.按权利要求1至8之任一项的方法，其特征为颗粒化的残渣通过水冷室(3.5)的一个或多个出口(3.6)排出。
10.按权利要求1至9之任一项的方法，其特征为部分水冷的粗煤气通过一个或多个煤气输出通道(3.4)离开水冷室(3.5)。
11.按权利要求1至10之任一项的方法，其特征为一种或多种煤碳同时气化。
12.按权利要求1至11之任一项的方法，其特征为测量、监控和调节输送管(1.4)内的泥浆量。
13.一种用来实施按权利要求1至12之任一项所述方法的设备，其特征为一用来制造和输送泥浆(1)的装置、一带有冷却的反应腔轮廓的气化反应器(2)、一用来部分冷却粗煤气的水冷冷却器(3)、一废热锅炉(4)、一粗煤气洗涤器(5)和一部分冷凝器(6)，其中粗煤气洗涤器(5)和部分冷凝器(6)可通过一用于干式除尘的装置代替或补充，上述装置相互串联，其中—一用来使输入的燃料粉用含游离氧的氧化剂气化的反应器(2)，它包括用于燃料泥浆的输送管(1.1)和一用于氧化剂(2.1)的管道，泥浆和氧化剂借助于燃烧器(2.2)输入反应腔(2.3)中，反应腔包括一由气密性焊接的水冷却的管子组成的冷却屏(2.4)和一进入一水冷冷却器(3)内的排出装置(2.5)，—一不带内装件的水冷冷却器(3)，在该冷却器里面在一个或多个喷嘴环内设置喷嘴(3.2)，通过这些喷嘴喷入部分水冷所需要的水，其中各喷嘴(3.2)齐平地设置在一内部的外壳上，—一设置在水冷冷却器(3)后面的废热锅炉(4)，—在后面连接用来净化煤气的装置。
14.按权利要求13的设备，其特征为水冷冷却器(3)的反应腔(3.2)直接与废热锅炉(4)连接，其中通过管子(4.1)利用粗煤气的可感觉到的热量，用以产生蒸汽，并且在废热锅炉下部设有用于粗煤气(4.4)和用于带一水池(4.2)的残渣排出装置(4.3)的排出口。
15.按权利要求13和14的设备，其特征为为了净化，设置一粗煤气洗涤器(5)和一设置在粗煤气洗涤器(5)后面的部分冷凝装置(6)。
16.按权利要求15的设备，其特征为设一单级或多级文杜里洗涤器作为粗煤气洗涤器(5)。
17.按权利要求13和14的设备，其特征为为了净化煤气设一干式机械除尘器。
18.按权利要求13至17之任一项的设备，其特征为在水洗涤器(5)和部分冷凝器或干式机械除尘器后面连接另一些煤气处理级，如粗煤气转换器或脱硫装置。
19.一种用来实施按权利要求1至12之任一项所述方法的设备，其特征为具有一用来制造和输入泥浆的装置(1)、一带有冷却的反应腔轮廓的气化反应器(2)、一用于部分冷却粗煤气的水冷冷却器(3)、一废热锅炉(4)、一粗煤气洗涤器(5)和一部分冷凝器(6)，其中粗煤气洗涤器(5)和部分冷凝器(6)可通过一用于干式除尘的装置代替或补充，上述装置相互串联，—一用来使输入的燃料粉(1)用含游离氧的氧化剂气化的反应器(2)，它包括用于燃料泥浆的输送管(1.1)和一用于氧化剂(2.1)的管道，燃料泥浆和氧化剂借助于燃烧器(2.2)输入反应腔(2.3)中，反应腔包括一由气密性焊接的水冷却的管子组成的冷却屏(2.4)和一进入一水冷冷却器(3)内的排出装置(2.5)，—一水冷冷却器(3)，在水冷室(3.1)内部分冷却的粗煤气通过输送管(3.4)从该冷却器流向废热锅炉(4)，—一废热锅炉(4)，它配备蒸汽管(4.1)并利用粗煤气的可感觉到的热量来产生蒸汽，—一粗煤气洗涤器(5)，和—一设置在粗煤气洗涤器(5)后面的部分冷凝装置(6)，它们可用一机械过滤除尘装置代替。
20.按权利要求19的设备，其特征为不仅在水冷器(3)而且在废热锅炉(4)内都设有水池(4.2)、(4.5)，冷却的熔渣汇集在这些水池内。
21.按权利要求19和20的设备，其特征为不仅在水冷器(3)上而且在废热锅炉(4)上都设有用来排出熔渣的装置(4.3，4.6)。
全文摘要
本发明涉及一种用来使固体燃料如煤和焦炭例如由石煤、褐煤和生物物质制成的焦炭及石油焦炭气化的方法和装置，固体燃料被碾成细粉并用水或油混和成燃料—液体—悬浮液，即所谓的泥浆，它们与含游离氧的氧化剂一起在环境压力和100bar之间的压力以及1200至1900℃之间的温度下在飞流反应器内通过部分氧化进行气化，此方法由泥浆制造和输入反应器、在一带有冷却的反应腔轮廓的飞流反应器中气化、部分水冷、废热回收以及湿式或干式除尘等工序组成，其中粗煤气这样进行预处理，使它可输送给后续级，如粗煤气转换或脱硫。
文档编号C10J3/48GK1928028SQ20051011415
公开日2007年3月14日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年9月7日
发明者曼弗雷德·申格尼茨, 弗里德曼·梅尔霍泽, 托尔斯滕·贝尔格特 申请人:未来能源有限公司, 曼弗雷德·申格尼茨