[发明专利]流化床气化装置中的底部产物的冷却

说明书

技术领域

本发明涉及一种对在流化床气化具有高灰分含量的生物质、褐煤、硬煤过程中产生的底部产物进行冷却及降压的方法。

背景技术

由起初在环境压力下进行的Winkler流化床气化法进一步开发出来的高温-Winkler-煤气化法不仅要在复合式发电厂以高效且低廉的方式发电，而且也需要能够被应用在铁直接还原及制造化学产物的合成气体，以及用来气化具有高灰分含量的生物质和硬煤。由于气化过程中会出现高于1500℃的灰分熔化温度，因此这些燃料不再能够应用于气流气化器。操作温度低于灰分熔化温度的流化床气化则适合应该这些燃料(例如US4790251中所披露)，但其缺点是会产生大量的底部产物，必须将这些底部产物排出气化器并进行冷却，也就是说，必须将承受高压和高温的底部产物冷却，例如以底部产物螺旋冷却管进行冷却。

使用已知的方法在气化床进行气化时，富含固态碳的气化物质与气态氧化剂——氧气或空气、蒸汽及二氧化碳之间的热自动补偿气化反应可在最高温度为1200℃和最高压力为30巴的条件下进行。气化物质是通过进料叶轮(cellular wheel)闸门(控制速度)送往气化器，再通过螺旋进料器送入气化器。富含氢气和富含一氧化碳的原料气体从底部离开该气化器。原料气体同时将灰尘带走，这些灰尘除了含有气化物质的灰分外，还含有为转换的碳(约为40％)。大约95％的灰分会沉降在再循环旋风分离器中，并且经由再循环管道被送回到气化器的流化床。

含有细小灰尘的原料气体朝着原料气体冷却器的方向离开该再循环旋风分离器。几乎不含碳的灰分会沉降到气化器的底部，这种灰分被称为底部产物，随后经由底部产物螺旋冷却管送至灰分排出口。底部产物进行螺旋冷却管时的温度高达900℃，经冷却水冷却至60℃后再从压力室被束流引出。灰分含量较低时(最高不超过15％)，这种装置或许还能够应对，但若是使用灰分含量高达50％的燃料，则该装置就无法应付了。例如煤的用量为160t/h时，所产生的灰分含量为80t/h。

在具有高灰分含量的煤的情形中，基于高物质流的原因，US5522160提出的技术也无法被应用其中。

如果使用已知的阶梯状设置的螺旋冷却管和分离器，则不论在技术上还是经济上都是不可行的。

发明内容

本发明的目的是对沉降的底部产物冷却及降压提出经济可行的解决方案。

借助于在本文开头描述的方法，该目的得以实现。根据本发明，其提供的方案将在最高温度1500℃和高达40巴的压力下离开气化床的底部产物送至中间存储区，然后从该中间存储区送到配备有冷却系统的压力容器中，并且随后再送入到降压系统。

使用根据本发明的方法，采用紧凑的构造对底部产物达到足够的降温和降压效果，以便进入后续的处理步骤或底部产物的清除是可能的。

基本上独立进行降压和冷却的处理方式是已知的。例如WO2010/123477A1提出了一种连续的灰分降压系统，以及US2011/0193018A1提出了一种在环境压力中运行的冷却系统。

从属权利要求的内容为根据本发明的方法的各种实施例。从气化器到中间存储区，从该中间存储区到冷却系统，以及从该冷却系统到降压系统的是由螺旋冷却管、冷却叶轮或者二者组合来进行的。

根据本发明的另一实施方式，底部产物冷却系统是由被压力容器环绕的流化床和位于该压力容器内的热交换器和/或由流化床/热交换器的组合所构成的。

根据本发明，压力容器的流化床中的热交换器的种类可以有许多不同的选择，尤其是可以根据底部产物的种类来确定使用哪一种热交换器。因此，可以提供管式或者板式热交换器，可以利用重力以及在阶梯状的流化床中输送底部产物使其通过热交换器表面。

根据本发明的另一实施方式，在压力容器内产生流化床的冷却气体经由沉降灰尘的旋风分离器通过外部的热交换器循环流动，其中，以一种已知的闸门系统进行降压，该闸门系统也可以与其它的系统部件相连接。

为实现本发明的目的，本发明还提出了一种工厂，其特点在于具有加压的流化床气化器，该流化床气化器具有底部产区排出口，中间存储区或者缓冲罐、具有用于底部产物的冷却系统的压力容器，以及设置在后的降压用的闸门系统。

与该工厂有关的进一步的从属权利要求的内容为该工厂的各种实施方式。压力容器可以具有为底部产物产生流化床的装置，而且该压力容器具有热交换器和产生流化床的气体的循环管道。

附图说明

以下参照附图进一步地描述了本发明的各个特征、细节和优点。其中：

图1示出了根据本发明的工厂的简化的系统示意图；