净化和冷却合成气的方法和装置的制作方法

专利名称：净化和冷却合成气的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种净化和冷却合成气的方法和装置，具体地说，涉及一种使用颗粒物料的方法和装置，该颗粒物料被喷入一个罐中并在其中重复循环。
用于驱动气轮机等的合成气可用几种熟知的技术来生产。但是，这样生产的合成气通常含有相当高数量的硫，这些硫必须被除去以符合联邦政府或州政府的排放标准。
从合成气中除去硫组分的一种最常用的技术是一种湿洗气工艺，该工艺成本比较高。另一种比较经济的除硫工艺包括将吸附剂，如石灰石，与合成气在合适的温度下接触，使该吸附剂吸附或吸收硫。然而，按照传统的技术生产的合成气通常具有相当高的温度(例如，2000°F以上)，该温度超过了实现这种吸附的必要的温度。
另外，这样生产的合成气还含有腐蚀性气体如HCl、CO、和NH3，以及不希望的碱性微粒，在合成气进入涡轮机之前也应除去这些杂质。
因此，本发明的第一个目的是提供一种合成气的处理方法和装置，其利用吸附剂从该合成气中吸附硫和/或其它腐蚀性组分。
本发明的第二个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中该合成气的温度被降低至符合硫的吸附所需要的水平。
本发明的第三个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其利用在一个罐中形成颗粒物料的喷射床，被夹带的颗粒再循环回该罐中。
本发明的第四个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中合成气从该罐中排出并与被夹带的颗粒分离，该分离的颗粒在热交换器中冷却并返回该罐中。
本发明的第五个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中被分离的合成气用于驱动涡轮机，涡轮机中排出的废气被通到上述热交换器。
本发明的第六个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中吸附剂在被导入罐中之前先与从涡轮机中排出的废气混合。
本发明的第七个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中在罐的入口和分离器的出口之间加压密封，以防止分离物料从该入口向该出口回流。
本发明的第八个目的是提供上述类型的一种方法和装置，其中从涡轮机排出的废气也通到该加压密封区以向其鼓风。
为了达到这些目的和其他目的，本发明的方法和装置的特点是冷却和净化具有相对较高温度的含有硫和其他有害组分的合成气。根据本发明，将合成气以这样的方式通入含有颗粒物料的罐中颗粒物料的温度低于合成气的温度使得合成气的温度降低，并且至少部分颗粒物料被合成气夹带。然后将被夹带的物料与合成气分离并通到热交换器中以冷却该物料，而分离的合成气通到涡轮机并驱动它。至少一部分从涡轮机中排出的废气以这样的方式通到该热交换器中，使得其能流化该热交换器中的物料，被冷却和分离的物料再返回到罐中。
上述对本发明的简单描述和进一步的目的，以及本发明的特征和优点，结合对本发明的装置作概略描述的附图
，通过下述对按照本发明的优选的和说明性的具体装置的详细描述，将会有更充分的理解。
参照附图，标号10一般是指上部为圆柱体10a，中间为圆锥体10b，下部为圆柱体10c的罐，圆柱体10c的直径比上部圆柱体10a小，并与端部圆锥体10d相接。水平伸展的入口导管12与圆柱体10c壁上的一个相应大小的开孔对接用于向罐10中通入合成气。垂直伸展的出口导管14与圆锥体10d的底部开口对接，通过安装在该出口导管中的阀门16的控制可以对罐进行放料。
储存/输送料斗18安装在邻近罐10的位置，用于储存并向罐10a中输送较粗糙且惰性的物料，例如粗砂，该输送是通过连接料斗18的出口穿过圆锥体10b壁上的入口开孔的导管20进行。导管22与圆柱体10a上部的开孔对接并使罐10与安装在罐附近的旋风分离器24连接。浸入管26将旋风分离器24的底部与加压密封的J型阀28连接，而J型阀28通过导管30与热交换器32连接。导管34将热交换器32底部的出口孔和下部圆柱体10c壁上的开孔连接，导管36将热交换器32顶部的开孔与上部圆柱体10a壁上的开孔连接。
导管40从分离器24内延伸到用于去除较细颗粒的装置42，装置42有一个气体出口并通过导管44与气轮机46的入口相连。导管48从气轮机46的出口延伸到压缩机50，导管52从压缩机50的出口延伸。导管52分成两根支管52a和52b，相应与J型阀28和热交换器32的合适的入口孔连接。导管53从外部氮气或蒸汽源(未画出)延伸并与导管52连接。
导管54从装置42底部的固体出口延伸出来并分成两个支管54a和54b。支管54a延伸到储存/输送料斗56，储存/输送料斗56的出口通过导管58与J型阀28的一个入口相连。支管54b延伸到位于装置42外面的一个储存区(未画出)，应该理解的是，在支管54a和54b之间安装了一个阀或其类似物(未画出)作为两根支管的切换开关。
在分离器旁边安装了一个硫吸附材料(如石灰石)的储存/输送料斗60，其出口通过导管62与J型阀30连接。
在操作中，先将砂子或其它比较粗糙的惰性材料于室温下从料斗18装入罐10中，并堆积在下部罐体10c和中部罐体10b部位。从上游生产设备来的具有较高温度(通常超过2000°F)且含有硫和腐蚀性气体及碱性微粒的合成气通过入口管12也通入罐10中。相对较细的吸附剂材料(例如石灰石)也通过J型阀28和热交换器32按照下面将要描述的方式通入罐10中。
通入罐中的合成气的速度应控制到使床层物料，包括惰性材料和吸附剂材料，表现为一种“喷射”床的形式，即合成气与相对较细的物料混合并夹带它们，其中主要是吸附剂，而相对较粗的惰性材料喷射并在罐内充分运动以促进上述混合。其结果是，合成气夹带一部分相对较细的吸附剂材料通到罐10的上部并从罐体上部的开孔排出而进入导管22中。分离器24从导管22接收带有吸附剂颗粒的合成气，并按传统方式通过旋风分离将吸附剂颗粒和合成气分离。被分离的吸附剂颗粒从分离器通过浸入管26进入J型阀，J型阀按传统方式在罐10和分离器24之间进行加压密封，以防止罐中的物料回流到分离器中。
新提供的吸附剂颗粒从料斗60进入J型阀28的出口部分并与上述分离的吸附剂颗粒在阀内混合，然后一起进入热交换器32。热交换器32按传统方式设计，其中包括通有冷却流体的热交换表面，冷却流体通过该热交换表面，从上述颗粒混合物中移走热量后将这些颗粒物料通入罐10中。
从分离器24中分出的气体通入到颗粒去除装置42中，装置42按传统方式操作以除去气体中其余的很细的吸附剂颗粒，然后将气体通到涡轮机46并驱动它。从涡轮机46排出的膨胀废气通过压缩机50并进入导管52，通过其两根支管52a和52b分别通入到J型阀28和热交换器32中。这些废气能流化热交换器32中的固体颗粒以促进其热交换过程，并向J型阀中的颗粒鼓风以促进该颗粒向热交换器流动。可以根据需要将氮气或蒸汽从导管53通入导管52，以降低通入到热交换器32和J型阀28的气体中的氧含量。热交换器32通过导管36将其中多余的气体排空通入到罐10中。
上述操作的结果是，合成气被从热交换器返回到罐10中的冷却的吸附剂材料冷却到吸附剂与合成气中的硫反应所需要的温度，在使用石灰石的情况下，合成气被冷却到接近1600°F。循环的吸附剂也通到J型阀28中，在此其被从涡轮机46中排出的废气所流化。该废气也促进了吸附剂向热交换器32流动，吸附剂在进入罐10之前在热交换器中得到冷却，从而促进了对腐蚀性气体和污染物的吸附。另外，喷射床和再循环床物料的优点是促进混合，促进温度的降低和促进吸附。而且，循环的吸附剂颗粒和新加入的吸附剂颗粒在进入罐10之前都在热交换器32中得到冷却，而从涡轮机中排出的废气用于流化热交换器32并向J型阀鼓风。
在上述描述中，还可以进行改进、改变和替代，在某些情况下，本发明的某些特征在没有其他特征共同采用时便可应用。因此，合适的是从较宽的范围来理解所附的权利要求。
权利要求
1.一种处理气体的方法，包括如下步骤将所述的气体以这样的方式通入到含有颗粒物料的罐中该颗粒物料的温度低于所说气体的温度，使得该物料能降低气体的温度；所说气体夹带至少一部分该物料；将所说夹带的物料与所说气体分离；将所说分离的物料通到热交换器中冷却该物料；将所说分离的气体通到涡轮机并驱动它；将至少一部分从所说涡轮机中排出的废气通到所说热交换器中以流化该热交换器中的物料；将所说冷却的分离物料返回到所说罐中。
2.按照权利要求1的方法，其中所说物料是惰性的。
3.按照权利要求1的方法，其中所说分离步骤在位于所说罐之外的分离器中进行。
4.按照权利要求3的方法，其中将所说分离的物料通到热交换器的所述步骤中，包括在所说罐和所说分离器之间建立加压密封，并将一部分所说废气通到该加压密封区以向所说分离的物料鼓风。
5.按照权利要求4的方法，其中所说气体含有硫和/或腐蚀性气体化合物，该方法进一步包括将一种用于吸附硫的吸附剂加入到所说加压密封区中并与所说废气和所说分离物料混合的步骤。
6.按照权利要求5的方法，该方法还包括将所说混合物从所说加压密封区通过所说热交换器并通到所说罐中的步骤。
7.按照权利要求1的方法，其中将所说分离的气体通到涡轮机的所说步骤中，在所说气体通到涡轮机之前还包括将该分离的气体通到一个辅助分离器中分离掉其他的被夹带的物料的步骤。
8.按照权利要求1的方法，该方法还包括在将所说废气通到所说热交换器之前对该废气进行压缩的步骤。
9.按照权利要求1的方法，该方法进一步包括在将所说分离出的气体通到所说热交换器之前向该分离出的气体中添加氮气或蒸汽的步骤。
10.按照权利要求1的方法，其中所说物料由较粗的物料和较细的物料所组成，而且其中第一个步骤中，向所说物料中通入的所说气体的速度足以使所说较粗的物料产生的运动能使所说气体与所说较细的物料混合。
11.一种处理气体的方法，包括以下步骤将所说气体以这样的方式通入到含有一种惰性颗粒物料的罐中该惰性颗粒物料由较粗的颗粒和较细的颗粒组成，其温度低于所说气体的温度使得该物料能冷却该气体，并且所说较粗的颗粒能使所说较细的颗粒与所说气体混合；从所说气体中分离出所说混合的细颗粒；将所说分离出的细颗粒通到热交换器中将其冷却；将所说冷却的分离的细颗粒返回到所说罐中。
12.按照权利要求11的方法，该方法进一步包括将所说分离的气体通到涡轮机并驱动它，并将从所说涡轮机中排出的废气通到所说热交换器中以流化该热交换器中的颗粒的步骤。
13.按照权利要求12的方法，其中将所说分离的气体通到所说涡轮机的所说步骤中，在所说气体通到该涡轮机之前还包括将所说气体通到辅助分离器中分离掉其中另外的被夹带的物料的步骤。
14.按照权利要求12的方法，该方法进一步包括在将所说废气通到所说热交换器之前对该废气进行压缩的步骤。
15.按照权利要求12的方法，该方法进一步包括在将所说分离出的气体通到所说热交换器之前向该分离出的气体中添加氮气或蒸气的步骤。
16.按照权利要求13的方法，其中所说分离步骤在一个位于所说罐的外面的分离器中进行。
17.按照权利要求16的方法，其中所说的将分离的物料通到热交换器的步骤中，包括在所说罐和所说分离器之间建立加压密封，并将一部分所说废气通到所说加压密封区以向其鼓风的步骤。
18.按照权利要求17的方法，其中所说气体含有硫，该方法进一步包括将一种用于吸附这种硫的吸附剂加入到所说加压密封区中并与所说废气和所说分离物料混合的步骤。
19.按照权利要求18的方法，该方法进一步包括将所说混合物从所说加压密封区通过所说热交换器通到所说罐中的步骤。
20.一种处理气体的方法，包括以下步骤将所说气体以这样方式通入到含有一种温度低于所说气体的颗粒物料的罐中，使得所说气体夹带至少一部分所说物料；将夹带有物料的所说气体通到分离器中以将该夹带的物料与所说气体分离；将所说分离出的物料返回到所说罐中，返回的方式是在所说罐和所说分离器之间建立加压密封以防止所说物料向所说分离器回流；将所说分离出的气体通到涡轮机并驱动之；将从涡轮机中排出的废气通到所说加压密封区以向所说分离的物料鼓风。
21.按照权利要求20的方法，在将所说分离的物料返回所说罐中的步骤之前，该方法进一步包括将所说分离的物料通到热交换器以冷却该物料的步骤。
22.按照权利要求21的方法，该方法进一步包括将一部分所说废气通到所说热交换器中以流化该热交换器中的物料的步骤。
23.按照权利要求20或22的方法，其中所说气体含有硫，该方法进一步包括将一种用于吸附硫的吸附剂加入到所说加压密封区中并在通到所说罐中之前将其与所说废气和所说分离物料混合的步骤。
24.按照权利要求20的方法，其中将分离出的气体通到所说涡轮机的步骤中，在所说气体通到该涡轮机之前还包括将所说气体通到一个辅助分离器中分离掉其中另外的被夹带的物料的步骤。
25.按照权利要求20的方法，该方法进一步包括在将所说分离出的气体通到所说加压密封区之前对该分离出的气体进行压缩的步骤。
26.按照权利要求20的方法，该方法进一步包括在将所说分离出的气体通到所说加压密封区之前向该分离出的气体中添加氮气或蒸汽的步骤。
27.按照权利要求20的方法，其中所说物料由较粗的物料和较细的物料所组成，而且其中第一个步骤中所说气体通入所说物料的方式是使较粗物料的运动能使所说气体与较细物料混合。
28.一种处理气体的方法，包括如下步骤将所说气体通入到含有一种温度低于所说气体的颗粒物料的罐中，使得所说气体被冷却并夹带至少一部分所说物料；将夹带有物料的所说气体通到分离器中将该夹带的物料与所说气体分离；将所说分离出的物料通到热交换器中，其方式是在所说罐和所说分离器之间建立加压密封以防止该分离出的物料向所说分离器回流；将所说分离出的物料从所说热交换器返回到所说罐中；将所说分离出的气体通到涡轮机并驱动它；将从所说涡轮机中排出的一部分废气通到所说热交换器中以流化该热交换器中的所说分离出的物料；将一部分所说废气通到所说加压密封区以向其鼓风。
29.按照权利要求28的方法，其中所说物料从所说分离器通过所说加压密封区，然后通过所说热交换器，最后通到所说罐中。
30.按照权利要求28的方法，其中将分离出的气体通到所说涡轮机的步骤中，在所说气体通到该涡轮机之前还包括将所说气体通到一个辅助分离器中分离掉其中另外的被夹带的物料的步骤。
31.按照权利要求28的方法，该方法还包括在将所说废气通到所说热交换器和所说加压密封区之前对该废气进行压缩的步骤。
32.按照权利要求28的方法，该方法还包括在将所说废气通到所说热交换器和所说加压密封区之前向该废气中添加氮气或蒸汽的步骤。
33.按照权利要求28的方法，其中所说物料由较粗物料和较细物料所组成，而且其中所说第一个步骤中，通入所说物料中的所说气体的速度能使较粗物料运动到足以使所说气体与所说较细物料混合。
34.按照权利要求29的方法，其中所说气体含有硫，该方法还包括将一种用于吸附这种硫的吸附剂加入到所说加压密封区中与所说废气混合的步骤。
35.按照权利要求34的方法，该方法还包括将一种冷却用流体通过所说热交换器以冷却所说分离的循环物料的步骤。
全文摘要
一种处理气体的方法和装置，包括将该气体以一定方式通入到含有一种温度低于该气体的颗粒物料的罐中，使得所说物料能降低该气体的温度，并且该气体能夹带至少一部分该颗粒物料。然后将被夹带的物料与该气体分离，将分离出的物料通到热交换器中冷却，而分离出的气体则通到涡轮机中并驱动它。将至少一部分从该涡轮机中排出的废气以一定方式通到该热交换器中以流化其中的物料，被冷却的分离出的物料返回到该罐中。
文档编号C10K1/04GK1126630SQ95101520
公开日1996年7月17日 申请日期1995年2月17日 优先权日1994年2月18日
发明者唐遵义 申请人:福斯特惠勒能源公司