[发明专利]含碳材料的气化

说明书

技术领域

本发明涉及含碳材料的气化。具体而言，本发明涉及加压气化器的操作方法、使用水蒸汽和氧气的加压气化器的改进方法、根据本发明改进的气化器的操作方法以及加压气化器。

背景技术

本领域已知多种加压气化器，并且认识到对于加压气化器，较高的操作气化压力一般会增加气化器的产能。加压气化器通常使用气化剂，包括氧气和高压水蒸汽(往往是来自蒸气汇集器的高压水蒸汽和气化器本身的夹套内产生的水蒸汽)的混合物。通常，高压水蒸汽在高于氧气压力的水蒸汽压力下可利用，因此气化剂压力的限值是在气化界区(battery limit)可利用的氧气压力。对于某些种类的气化器如固定床干底气化器，水蒸汽的质量流量显著高于气化器的氧气质量流量。

常规地，通过控制水蒸汽和氧气至共同混合处的流动来混合氧气和水蒸汽。当如通常情况那样水蒸汽在明显高于氧气压力的压力下可利用时，必须通过阀使水蒸汽高压降下，并且水蒸汽中的多余能量并不用于作功。

在现代空气分离装置中，氧气作为液体在工艺流程的某处产生，在此该液态氧被泵送以实现期望的压力增加。高压液态氧与相对热的工艺或实用水蒸汽热交换，以使液态氧蒸发并送至空气分离装置的界区作为高压气态产物。从空气中分离氧和将高压氧供应到气化工艺都需要大的压缩和泵送功率。如果所需的氧气输送压力可以降低，则因此能够实现空气分离单元或装置的节能。

简言之，在许多集成的煤至液的设施中，水蒸汽和氧气压力不匹配，其中水蒸汽压力明显高于氧气压力，导致能效不高的操作。降低或减少这种能效不高令人期望。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种加压气化器的操作方法，该方法包括：

将含碳材料进料到所述加压气化器的加压气化容器中，在此气化容器处于压力P1；

将水蒸汽作为温度调节和气化剂通过水蒸汽喷射器进料到气化容器内，水蒸汽在压力P2下进入所述喷射器并充当水蒸汽喷射器的推动流体；

将氧气通过所述水蒸汽喷射器进料到气化容器内，氧气在压力P3下进入所述水蒸汽喷射器，其中P2＞P1≥P3；

在所述水蒸汽和氧气存在下使含碳材料在所述压力P1下气化以产生灰分和至少包括CO和H₂的合成气；和

从气化容器移出所述灰分和合成气。

通常，气化器是固定床干底气化器，也称作移动床干灰气化器，使得从气化容器移出干灰分。如将认识到的，本发明的操作方法非常适合具有高水蒸汽要求以调节气化温度的气化器如固定床气化器，并因此不可能应用在具有低水蒸汽要求的气化器如夹带床气化器的操作中。但是，本发明的操作方法可以用在具有中等水蒸汽要求的气化器如流化床气化器中。

理论上，含碳材料可以是适用于在加压气化器尤其是固定床或流化床气化器中气化的任何含碳材料，例如废料、生物质、焦炭(petcoke)或煤。但是，通常含碳材料是煤如褐煤、烟煤或无烟煤。

优选地，P1为至少约20巴(表)，更优选约25巴(表)至约100巴(表)，例如约29巴(表)。

优选地，P2为至少约35巴(表)，更优选约45巴(表)至约170巴(表)，例如约60巴(表)。

P3通常为至少约25巴(表)，更通常约28巴(表)至约110巴(表)，例如约29巴(表)。

通常本发明的方法包括由通过在气化器中将含碳材料气化提供的热产生水蒸汽。水蒸汽可以例如在气化器的气化容器的夹套中产生。气化器产生的水蒸汽的压力可以为P4，并且P4＞P1。通常P4≤P2。

气化器产生的水蒸汽可以在气化容器中用作温度调节剂和气化剂。通常因此将气化器产生的水蒸汽与来自水蒸汽喷射器的水蒸汽和氧气的混合物在进料到气化容器之前混合。

本发明可以包括允许一些不是由气化器产生的水蒸汽旁路通过水蒸汽喷射器。通常将旁路通过水蒸汽喷射器的水蒸汽与由通过在气化器中将含碳材料气化提供的热产生的水蒸汽混合，并还与来自水蒸汽喷射器的水蒸汽和氧气的混合物在进料到气化容器之前混合。

如果送入喷射器的水蒸汽在高于P2的供应压力下可得，则本方法可以包括例如通过阀降低水蒸汽压力以将水蒸汽压力减少到P2。但是如将认识到的，对于相同水蒸汽供应压力和相同操作压力P1，对于本发明的方法水蒸汽压力必须降低的量低于对于其中没有利用水蒸汽喷射器将氧气进料到气化器的现有技术的气化工艺所必须降低的量。