[发明专利]处理气化产生的流体流的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中所述类型的处理在含有碳及灰分的燃料气化时产生的流体流的方法并且涉及一种用于实施这种方法的设备。

背景技术

要从含碳燃料产生含氢及一氧化碳的粗煤气，通常含碳燃料利用含氧的气体在高温下的气化实现。气化的过程是使得燃料与气体在适当的反应器中反应，其中除了产生粗煤气之外，还会得到固体或液化的副产物。这些副产物通常是由飞灰、液化残渣、以及未气化的燃料所构成。除了一氧化碳及氢气这两种主要成分之外，粗煤气还含有其它的气体及蒸汽，例如二氧化碳、水蒸汽、硫化合物、氮化合物以及氯化合物等等通常必须从粗煤气中被移除的成分。

粗煤气的去除灰分及净化通常是在远低于气化的温度下进行。因此首先需经由间接热交换或是与一种冷煤混合以降低粗煤气的温度。一种常见的作法是将粗煤气与水混合，水在这个过程中会全部或部分蒸发，因此粗煤气的含水量会提高。如果通入粗煤气的水量大于蒸发量，则未蒸发的水会与粗煤气中的部分固体物一起分离出来，并以悬浮液的方式单独从混合容器被排出。固体悬浮液还含有溶解的气体及水溶性成分，这些成分在气化过程所形成(例如HCl、NH₃)或用碱将酸中和所形成(例如NaCl)。

冷却的粗煤气仍含有少量的灰分，为了粗煤气的后续应用，通常必须将这些灰分去除。可以利用洗涤及过滤等方式去除灰分。然后再以酸性气体清洗粗煤气，以便将酸性气体从系统中排出。如果要用粗煤气制造氢或一种不含氢的气体，通常需要将一氧化碳转换成二氧化碳，然后再将二氧化碳分离出来。

由未蒸发的水及粗煤气中被洗出的固体物所构成并在混合容器被分离出的悬浮液在达到一定的固体物浓度(例如5％重量百分比浓度)时，就必须从混合容器中被排出，以避免固体物沉积。

从被排出的悬浮液中必须将固体物分离出来。但是悬浮液的温度很高，例如200℃，而且压力很大，例如3MPa。在这样的条件下很难从悬浮液将固体物分离出来，因此通常会先将悬浮液降压及冷却，然后再将固体物分离出来。为了将悬浮微粒分离出来，通常是将水引到澄清槽或沉降槽，以便在较低的温度(例如50℃)下进行高效率且低成本的分离。

在冷却悬浮液时，绝大部分的热能及压力能都没有被利用到。分离后获得的低固体物浓度的水通常是回流至混合容器重新与粗煤气混合。一种有利的作法是在回流水流入混合容器之前，先利用悬浮液冷却时释出的热能将水加热。但是在热交换器中将水加热会在热交换表面产生大量的沉积，原因是悬浮液及回流水含有许多从粗煤气及飞灰中被洗出的成分。

EP 0 648 828 B(＝DE 694 05 841-T2)提出的方法是将合成气体或粗煤气引到清洗槽，以进行进一步的处理步骤，而悬浮液则是被送到骤沸罐(flash drum)中。专利US 4 074 981或US 5 345 756提出将含碳燃料气化的方法及设备，但是并未提及如何处理从混合容器排出的因气化形成的悬浮液。

DE 41 09 231C提出一种如何回收利用受卤化物二氧化碳的固体物的方法，其作法是先将处于可流动状态的固体物流入反应器。然后通入碱性的水，以便将反应产生的气体冷却，以及洗出炭黑及碱。DE698 31 867T提出一种以真空骤沸处理合成气体洗涤装置排出的废水及回收蒸汽的方法及装置。但由于这种方法所使用的温度较低，因此几乎无法降压及回收热能，因此也无法利用回收的热将冷却形成的凝液预加热。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法及设备，此种方法及设备能够充分利用系统中的热能，并能够循环利用冷却及冷凝所需的水量。

采用开头描述的方法即可达到上述目的，这种方法是使混合容器排出的悬浮液在接下来的至少一个阶段中在至少蒸发一部分的水且温度下降的情况下降压，并且使产生的蒸汽与水直接接触冷却，且至少凝结一部分。

本发明提出的这种处理由气化产生的灰分及炭黑以及例如来自水冷却的水构成的悬浮液的方法可以应用在干燥的煤、煤浆、液态燃料(例如炼油残渣或类似物)的气化。

使降压时产生的蒸汽与水直接接触可以使蒸汽直接降温并凝结，以供重复使用。

本发明的一种有利的实施方式是将第一降压阶段产生的凝液回流至混合容器与来自反应室的气体及残渣混合，而且可以有多个降压阶段，也就是使一个降压阶段产生的悬浮液流入下游的降压阶段，然后将下游的降压阶段产生的凝液回流至上游的降压阶段。