專利名稱：黑液氣化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及流化床氣化系統(tǒng)，尤其涉及一種用于氣化殘留廢液(例如黑液)的新型的及有用的獨(dú)立系統(tǒng)。
在紙漿和紙的制造工業(yè)中，常用回收處理過程來產(chǎn)生蒸汽并回收某些用于紙漿加工的化學(xué)物質(zhì)。
一種普通的用于“牛皮紙漿加工”的化學(xué)物質(zhì)回收方法是從濃縮所謂的黑液開始的。黑液是用蒸煮液煮解木材后洗滌紙漿產(chǎn)生的液流。該液流富含有用的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)可回收產(chǎn)生一些堿性蒸煮液用在蒸煮器中。這些液體也含有在蒸煮處理制成的木材中回收的有機(jī)物質(zhì)。在一臺化學(xué)物質(zhì)回收爐中黑液(濃縮至約含百分之60-80重量的固體)被噴射或?qū)胫翣t子的底部，在該處生成熔融物。該沉積在爐子底部的熔融物可能是危險(xiǎn)的。如果在水管中出現(xiàn)滲漏，由于水和熔融物的接觸導(dǎo)致爆炸的可能性是很大的。通常將流動的熔融物排出并經(jīng)處理使之重新成為用于蒸煮處理的蒸煮液。
氣化黑液的其它方法包括高溫(＞T熔融)傳輸床氣化器和低溫流化床氣化器。一些氣化器直接將熱輸入至床體材料本身，而其它的氣化器間接供熱。低溫氣化器典型的供熱方法是通過使用位于床體材料中的傳熱表面例如熱交換管將熱供給流化床。
含硫燃料的氣化(尤其是黑液的氣化)的完整過程為熱的回收和從燃料(產(chǎn)品)氣體中去除硫。
黑液的氣化是通過將低于化學(xué)計(jì)量的氧和黑液固體一起加熱而進(jìn)行的。氣化產(chǎn)物為富含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫的產(chǎn)物氣流以及鈉鹽流。這些鈉鹽主要為帶有少量鈉-硫化合物和鉀化合物的碳酸鈉。在低溫氣化器中黑液中的大部分硫以硫化氫的形式釋放至氣相。
用一臺廢熱鍋爐或其它的熱收集器進(jìn)行調(diào)溫后，氣化器產(chǎn)生的氣體典型溫度為149-204℃(300F-400F)。典型的產(chǎn)物氣體洗滌的溫度范圍為38-82℃(100F-180F)。這樣，大量的顯熱仍然存在于產(chǎn)物氣體中。而且，產(chǎn)物氣體流會含有大量的水蒸汽。當(dāng)冷卻至所需的洗滌溫度時(shí)，會有大量的潛熱釋放出來。
必須從氣化器產(chǎn)生的氣體中除去硫化氫(H2S)以得到清潔的燃料氣體，該燃料氣體適宜于在一個(gè)輔助鍋爐或一臺燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒。H2S可吸收在碳酸鈉溶液中，該溶液是通過溶解來自氣化器的固體產(chǎn)物而生成的。在洗滌處理中產(chǎn)生的溶液為“綠液”，類似于常規(guī)的牛皮紙回收處理的綠液，該綠液能重復(fù)用于紙漿處理中。
人們相信紙漿廠現(xiàn)有的化學(xué)溶液可用作H2S吸收液。含有H2S和CO2的氣體將與鈉鹽溶液反應(yīng)。CO2吸收是不希望發(fā)生的，因?yàn)闀商妓釟溻c，那樣會增加苛性化學(xué)物質(zhì)的用量和石灰窯的容量。反應(yīng)速率數(shù)據(jù)只限于H2S/CO2/鈉鹽溶液洗滌系統(tǒng)。在1984年2月14日授權(quán)的美國專利4,431,617和1969年10月7日授權(quán)的美國專利3,471,249中討論了限制CO2吸收的問題。H2S優(yōu)先于CO2的選擇吸收是氣體速率，洗滌溫度，傳質(zhì)裝置，溶液保留時(shí)間和洗滌溶液化學(xué)性質(zhì)的函數(shù)。
目前，人們需要一個(gè)系統(tǒng)及方法用于氣化殘余廢液以產(chǎn)生具有低的至中等的熱值的氣體產(chǎn)物，并得到高的碳轉(zhuǎn)化率和使用少量的外熱輸入。另外也需要一種裝置及方法用于從氣體產(chǎn)物中去除顯熱和潛熱以及控制吸收過程以便選擇性地吸收H2S。該裝置和方法應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行操作使之不產(chǎn)生熔融物。較好的情況下，該系統(tǒng)應(yīng)是獨(dú)立的并作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)用于處理殘余廢液及產(chǎn)生產(chǎn)物氣體用于鍋爐，窯，柴油發(fā)電機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。另外，它應(yīng)該是有利于環(huán)境保護(hù)的。
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和其它的問題以及針對紙漿和造紙工業(yè)中殘余廢液的氣化問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種黑液氣化器，它使用一個(gè)流化床，黑液噴射在流化床的頂上。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種裝置和方法用于從產(chǎn)物氣體中去除顯熱和潛熱并控制吸收過程使之選擇性地吸收H2S。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種產(chǎn)生產(chǎn)物氣體的黑液氣化器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種黑液氣化器，它具有高的碳轉(zhuǎn)化率和只需要很少量的外熱輸入(如果有任何外熱輸入的話)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以帶有二個(gè)流化床的黑液氣化器，它在空氣/蒸汽加熱的流化床中燃燒未氣化的碳以補(bǔ)充間接的熱輸入并提高反應(yīng)器的總的熱效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種黑液氣化器以處理造紙廠產(chǎn)生的廢液。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可靠的且經(jīng)濟(jì)的黑液氣化器。
表征本發(fā)明的各種新穎特征在所附的成為本文一部分的權(quán)利要求書中有詳細(xì)敘述。為了更好地理解本發(fā)明，其操作上的優(yōu)點(diǎn)以及通過其使用達(dá)到的特定的目的，可參閱附圖和敘述性內(nèi)容，其中對本發(fā)明的較好的具體實(shí)例作了說明。
在這些圖中

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例中反應(yīng)器的剖面圖；圖3是本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)例中反應(yīng)器的剖面圖；圖4是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例的低溫?zé)峄厥蘸拖礈觳糠值钠拭鎴D；圖5是類似于圖1的說明加壓裝置(105)的示意圖。
總的來說，黑液氣化是用一個(gè)氣化器將低于化學(xué)計(jì)量的氧與黑液固體一起加熱而進(jìn)行的。氣化產(chǎn)物是富含氫氣和一氧化碳的燃料氣流和鈉鹽流。由于眾所周知的熔融物—水劇烈反應(yīng)的可能性，因此氣化器最好在低溫下運(yùn)行使之不產(chǎn)生熔融物。
當(dāng)氣化是在低于鈉鹽熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)器中的鹽以固態(tài)形式存在。鈉鹽主要包括帶有少量鈉—硫化合物的碳酸鈉。可以預(yù)計(jì)存在其它堿金屬鹽包括鉀鹽例如碳酸鉀。在低溫氣化器中黑液中的大多數(shù)硫以硫化氫的形式進(jìn)入氣相。其中的床體材料最好是以粒狀碳酸鈉或碳酸鈣作為啟動固體的流化床反應(yīng)器是很適宜于進(jìn)行低溫氣化反應(yīng)的。
如果在黑液的固體和水相中所含的氧之外沒有氧氣供給反應(yīng)區(qū)，該過程稱為熱解。然而，平衡計(jì)算顯示了在熱解條件下大量未反應(yīng)的碳?xì)埩粼诋a(chǎn)物碳酸鈉流中并且吸熱反應(yīng)需要輸入大量的熱。
為了氣化該殘余的碳需要一個(gè)另外的氧氣源。該氧氣可由大氣中的空氣、水蒸汽、純氧、惡臭氣體、二氧化碳或這些氣體的混合物提供。最好是用氧氣(O2)氣化黑液固體，然而，由于經(jīng)濟(jì)上的制約通常只能使用空氣和水蒸汽的混合物。將空氣直接加至該床會使產(chǎn)物氣體被氮?dú)庀♂?，但它通過一部分黑液固體的部分燃燒也提供了部分所需的熱。
使用水蒸汽需要消耗更多的外熱，但可使產(chǎn)物氣體的熱值更高。如何以最佳比例混合空氣和水蒸汽，以便用最少的外熱輸入來使得到的產(chǎn)物氣體具有的熱值為62.3至267卡/DS(cm3)(70至300Btu/DSCF(干標(biāo)準(zhǔn)立方英尺))，是隨特定的黑液而定的。
沒有空氣或氧氣，總的氣化反應(yīng)是吸熱的，必須向氣化區(qū)加入另外的熱。在氧氣的化學(xué)計(jì)量比例足夠高的情況下，反應(yīng)器中一些氣化產(chǎn)品的燃燒將產(chǎn)生足夠的熱來維持該過程，但這將導(dǎo)致產(chǎn)物氣體具有低的熱值?？偀崃恐械拇蟛糠帜芡ㄟ^氣化介質(zhì)(即外部加熱的空氣或蒸汽)加入至氣化床，但空氣/蒸汽溫度不能超過一個(gè)上限以避免熔化鈉鹽。其余的熱通過一個(gè)安裝在床內(nèi)的熱交換器以間接方法加入。
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括一個(gè)黑液氣化反應(yīng)器，它包括一個(gè)反應(yīng)器(概括地表示為10)，接受向其噴射或注入的黑液?？諝?水蒸氣加熱器(14)向氣化器(10)供熱，用于氣化黑液。在此所用的術(shù)語黑液是指各種殘余廢液，包括(但不限于)來自木料和非木料(稻草、竹、蔗渣)的液體。任何含碳的或含纖維素的液體都可用于本發(fā)明的系統(tǒng)。
來自氣化液體的產(chǎn)物氣體通過管道(16)離開反應(yīng)器(10)進(jìn)入多管式旋流除塵器(18)，氣流中的灰塵在該處被除去并通過管道(20)回到反應(yīng)器中，在管道(20)中有一個(gè)回轉(zhuǎn)軸封。
熱的氣體產(chǎn)物通過管道(22)進(jìn)入廢熱鍋爐(24)，它從熱的產(chǎn)物氣流中回收熱產(chǎn)生低壓飽和蒸汽。冷凝熱交換器(26)(將在下文中作更詳細(xì)的敘述)是一個(gè)間接的逆流冷凝型的熱交換器，用來從產(chǎn)物氣流中提取顯熱和潛熱，用作二級灰塵/顆粒收集器，并從產(chǎn)物氣體中除去一些硫化氫。
在一個(gè)任選的滌氣塔(28)中除去所有的殘余硫化氫。塔(28)裝有高表面填料或其它質(zhì)量傳遞裝置及現(xiàn)有技術(shù)中已知的相關(guān)設(shè)備。塔(28)的底部是一個(gè)為循環(huán)綠液(30)設(shè)置的內(nèi)池。
當(dāng)產(chǎn)物氣體離開塔(28)時(shí)，在產(chǎn)物氣體再熱器(32)中再加熱，然后送至幾個(gè)方位中的一個(gè)。清潔的產(chǎn)物氣體可輸出用于燃燒(34)，在放空煙囪(36)閃燃，和/或用于向系統(tǒng)供熱(38)。
清潔的產(chǎn)物氣體(38)與由蒸汽旋管空氣加熱器(SCAH)(40)提供的加熱過的燃燒空氣混合。鼓風(fēng)機(jī)(42)用于為空氣/蒸汽加熱器(14)中的燃燒提供空氣。氣化器空氣由鼓風(fēng)機(jī)(44)輸入，在SCAH(46)中加熱并與蒸汽混合，然后在空氣/蒸汽加熱器(14)中進(jìn)一步加熱。廢熱鍋爐(48)從該燃燒過程回收熱，產(chǎn)生系統(tǒng)所用蒸汽。煙道氣從煙囪(50)排出。
參閱圖2，黑液(52)從反應(yīng)器10近頂部的供料裝置(12)加入至低溫氣化床(54)，在該處發(fā)生氣化反應(yīng)。當(dāng)供料裝置(12)為一個(gè)噴嘴噴射器時(shí)，任何加入黑液的方式均是適宜的，無論是液體或無水形式。較好的情況是噴射在床的上方，但也可直接噴至床內(nèi)。氣化器床(54)包括鈉鹽，較好是由黑液(52)生成的碳酸鈉，運(yùn)行溫度為482℃-760℃，較好在溫度為649℃左右。該溫度可避免形成熔融物。
黑液(52)的濃度為40至80％(重量固體)，較好為65％至75％(重量固體)，它被噴射或注入至流化床(54)上方的位置(56)，在該處黑液(52)與離開床(54)的熱產(chǎn)物氣體(58)接觸，發(fā)生氣化反應(yīng)。如可得到粉末形式(干燥的黑液)的黑液，它可以由壓縮空氣直接射至氣化器床(54)。當(dāng)冷卻氣體(58)時(shí)，黑液(52)被進(jìn)一步濃縮。這樣提高了處理效率，因?yàn)橛糜谡舭l(fā)水的熱是在較低溫度下供給的，該溫度低于通過帶有泡罩的孔板(60)加入的熱，或通過任意安置在床(54)內(nèi)的熱交換器供給的熱。產(chǎn)物氣體(58)離開反應(yīng)器10之后，用前面圖1中所述的方法進(jìn)行處理。
床體材料(54)的熔點(diǎn)約為760℃(1400°F)至816℃(1500°F)，根據(jù)黑液(52)中硫、鉀和氯化物雜質(zhì)的含量而定。這樣，如果使用床內(nèi)熱交換器(62)，在其表面應(yīng)保持低于該溫度范圍，以避免在加熱器表面微粒熔化并形成熔融物。這是因?yàn)樵跓峤粨Q器(62)定位的熔化會導(dǎo)致顆粒粘附在熱交換器(62)的表面，因此降低傳熱面的效率，這會導(dǎo)致該床(54)流態(tài)化完全停滯。
如圖3所示，當(dāng)使用熱交換器(62)時(shí)，它間接地加熱床體材料(54)，應(yīng)在盡可能接近最低熔化極限的表面溫度下運(yùn)行以使加熱表面(62)和床體材料(54)之間的溫差達(dá)到最大。
通過將黑液(52)噴射在床(54)的上方，該液體沖洗掉產(chǎn)物氣體(58)的一部分灰塵以幫助清潔氣體(58)。然而，大多數(shù)從床(54)洗脫并包含在產(chǎn)物氣體中的灰塵顆粒被收集在一個(gè)顆粒分離器例如多管旋風(fēng)分離器(18)中并循環(huán)回至床(54)。
鈉鹽(即黑液(52)的反應(yīng)產(chǎn)物)主要以碳酸鈉(帶有一些硫化鈉和硫酸鈉)的形式從溢流管(64)排出并溶解在容器(66)中(參見圖2)。殘余的未反應(yīng)的碳也從床(54)排出。
可以用一個(gè)與容器(66)連接的管道(68)內(nèi)的濾器收集來自反應(yīng)產(chǎn)物中的碳。該碳隨后被循環(huán)至床(54)。
圖2所示為氣化器反應(yīng)器(10)的較好的實(shí)例，它帶有鼓泡流化床，并且較好的情況下它由一個(gè)外部帶肋的、不銹鋼焊接的、大體上圓柱形的容器構(gòu)成。反應(yīng)器(10)包括一個(gè)進(jìn)料貯氣箱(11)，帶有泡罩的分配器板(60)和用于排放固體反應(yīng)產(chǎn)物的床排出口(64)。反應(yīng)區(qū)(13)包括床(54)和至少一個(gè)循環(huán)口(20)。另外還可以有觀察口(70)和排出口(72)。反應(yīng)器(10)也包括直徑較大的干燥區(qū)(15)，它帶有黑液噴射裝置(12)、裝料噴口(74)和產(chǎn)物氣體出口(16)。
如前所述，在較好的實(shí)例中，熱的流化劑(19)在壓力0.42至0.84kg/cm2(6至12psig)(較好為約0.56kg/cm2(8psig))及溫度為約427℃至677℃(800至1250°F)時(shí)進(jìn)入貯氣箱(11)。流化劑在較佳的溫度范圍538℃-677℃(1000°F-1250°F)加熱和流化床(54)。流化速度為91.4至244cm/sec(3至8ft/sec)，較好為182.9cm/sec(6ft/sec)。流化劑(19)包括氧氣、空氣、水蒸汽、二氧化碳、惡臭氣體或其混合物。
圖3是氣化器反應(yīng)器(10)的另一種實(shí)例，其中有二個(gè)流化床(54)、(76)對氣流依次操作。在所有的附圖中，相同的數(shù)字表示相同或類似的裝置。流化床(76)提供流化劑(19)并可與空氣/蒸汽加熱器(14)一起使用或作為其替代物。
用于氣化反應(yīng)的流化氣體在下面的流化床(76)中作為相對冷流進(jìn)入該過程。空氣(2)在約121℃(250°F)下作為流化氣體供給床(76)。在使用50PSI蒸汽的蒸汽旋管預(yù)熱器(46)中得到該溫度的空氣。經(jīng)處理的蒸汽(3)也供給反應(yīng)器(10)用于床(76)。經(jīng)處理的蒸汽(3)是用煙道氣廢熱鍋爐(48)產(chǎn)生的?？諝饬?2)和蒸汽流(3)由于太冷，不能直接加入至氣化床(54)。需要用輸入總熱量中的很大一部分來將其溫度提高至床溫。這樣，最好在床(76)中使用一個(gè)熱交換器(78)。也可以使用任何其它合適的外部加熱方法。
空氣流(2)和蒸汽流(3)被加熱至床(76)的運(yùn)行溫度，該溫度約為538℃至760℃(1000°F至1400°F)，但在某些情況下，通過使用由熱交換器(78)提供的間接熱量排放，可以低至427℃(800°F)。流體(19)將非常快速地冷卻或加熱至上層流化床(54)的實(shí)際運(yùn)行溫度但不會把上層床(54)加熱到溫度高于顆粒熔點(diǎn)。
下層流化床(76)使用惰性床體材料，例如硫酸鈣、砂子或鋁的氧化物，它們具有高的熔化溫度。由于不存在熔化床體材料的危險(xiǎn)，下層熱交換器(78)的表面溫度可以遠(yuǎn)高于上層熱交換器(62)的溫度。如果需要的話，輸入下層外部熱交換器(78)的熱可通過在該熱交換器(78)中燃燒部分產(chǎn)物氣體(58)而供給，或者可以使用任何已知的燃燒源，如天然氣燃燒器。
通過溶解容器(66)上的濾器排出的所有未反應(yīng)的碳可循環(huán)回至系統(tǒng)。通過碳的循環(huán)，反應(yīng)器(10)的過程總氣化效率得到了提高。該循環(huán)不僅解決了廢物處理的問題，而且使反應(yīng)器(10)保持了高的熱效率。
本發(fā)明作為一個(gè)簡單的空氣和/或蒸汽鼓氣氣化器(它需要通過空氣和蒸汽的混合直接輸入流化床的熱量最少)時(shí)，使反應(yīng)器(10)產(chǎn)生的產(chǎn)物氣流(58)保持良好的熱值。
另一個(gè)提高產(chǎn)物燃料氣(58)熱值的方法是使用純氧(4)(如果能得到的話)作為氣化介質(zhì)而取代空氣(2)。氧氣的使用可提高產(chǎn)物氣體的熱值。無論如何，用純氧(4)作為空氣流(2)的補(bǔ)充能產(chǎn)生富氧空氣并可在保持反應(yīng)器(10)充分流化的同時(shí)提高產(chǎn)物氣體(58)的熱值。
在氣化空氣流(2)中加入純氧(4)在許多造紙廠中是可行的。在這些工廠中也廣泛地使用氧氣漂白以替代氯氣漂白。在廢水充氣系統(tǒng)中使用氧氣并不少見；并且對于造紙廠來說使用一個(gè)現(xiàn)場空氣分離裝置可以降低氧氣的總成本。
氣化器(10)的空氣的另一個(gè)來源是惡臭氣體源(5)，例如一種高容積低濃度(HVLC)廢氣，它是來源于該廠許多地方的通氣孔和通風(fēng)罩的一種氣流。該廢氣流(5)含有低濃度的多種惡臭氣體例如硫醇，它通常是水蒸汽飽和的。這些氣體通常通過煅燒除去或作為空氣供給石灰窯，但由于其高的含水量通常為一種熱排放。因蒸汽和空氣均用于本發(fā)明，惡臭氣體5提供了一種解決造紙廠面臨的廢物處理難題的方法。
另外，一種低容積高濃度(LVHC)蒸汽源也可用作反應(yīng)器(10)的氧氣源。這具有收集額外的硫和減少工廠內(nèi)硫的補(bǔ)充數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明將間接輸入的外部熱量供低溫氣化器床(54)和高溫空氣/蒸汽加熱器(14)或下層流化床(76)分用。本發(fā)明采用空氣(2)、蒸汽(3)和氧氣(4)的摻和物以得到能發(fā)出更多熱量的產(chǎn)物氣體(58)。碳過濾和循環(huán)提供了有效的碳轉(zhuǎn)化并導(dǎo)致低的外熱輸入。
通過在下層流化床(76)燃燒未氣化的碳(80)，間接熱輸入得到補(bǔ)充并提高了反應(yīng)器(10)的總的熱效率。另外，本發(fā)明提供了一種更有效的造紙廠工藝，使用氣化器(10)以處理由該廠產(chǎn)生的HVLC廢氣5。
重新參閱圖1，產(chǎn)物氣體(58)離開氣化器反應(yīng)器(10)并最后進(jìn)入冷凝熱交換器(26)。
本發(fā)明的一種形式是使用一個(gè)冷凝熱交換器(CHX)(26)作為熱回收裝置和H2S洗滌系統(tǒng)，用于由含有硫的燃料尤其是來自紙漿和紙的生產(chǎn)中的黑液氣化得到的產(chǎn)物氣體。在較好的實(shí)例中，所有曝露在產(chǎn)物氣體中的表面均用惰性物質(zhì)或涂層覆蓋，例如聚四氟乙烯(PTEF)或其它氟塑料如氟化乙烯丙烯(FEP)或四氟乙烯(TEF)。也可使用其它的惰性材料例如玻璃、石墨、合金、金屬或其它惰性涂層。這提供了一種環(huán)境在其中可以進(jìn)行低溫?zé)峄厥斩槐負(fù)?dān)心氣體腐蝕。因此，可以回收顯熱和潛熱并重新加到系統(tǒng)中以提高循環(huán)效率。在冷凝區(qū)的涂層也能阻止結(jié)垢。
參閱圖4，產(chǎn)物氣體(58)依次流經(jīng)二個(gè)熱交換器(82，84)，然后進(jìn)入使最終的H2S去除的精處理區(qū)(28)以及一個(gè)水/反應(yīng)劑分離器(96)。結(jié)果得到一種清潔干燥的產(chǎn)物氣體。
產(chǎn)物氣體在約260℃(500°F)或更低的溫度下進(jìn)入第一個(gè)熱交換器(82)并冷卻至約93-149℃(200°F-300°F)。鍋爐給水(83)或生產(chǎn)用水可用作冷卻液。被加熱的給水可用在其它地方以產(chǎn)生所需的處理蒸汽。生產(chǎn)用水可用于系統(tǒng)的其它地方，或在再熱器(32)中用于再加熱產(chǎn)物氣體。
然后產(chǎn)物氣體沿著管道進(jìn)入以冷凝方式運(yùn)行的第二個(gè)熱交換器(84)。產(chǎn)物氣體冷卻至低于絕熱飽和溫度。在該部分去除顆粒狀物和H2S。在氣體內(nèi)的顆粒狀物質(zhì)周圍形成液滴并冷凝在冷卻的涂有氟塑料的管上。典型綠液形式的反應(yīng)劑(88)以例如噴射的方法(90)導(dǎo)入至精處理區(qū)(28)，并按需要在第二個(gè)熱交換器部分(84)的入口處(92)和出口處(91)加入。其它合適的反應(yīng)劑包括蘇打灰，茍性蘇打，胺類，堿金屬的鹽類，水溶性堿金屬鹽類或其混合物。在該冷凝部分去除H2S。用一個(gè)池(98)接收冷凝的液體和溶液并通過管道(102)將它供給容器(100)，在該容器中用泵(104)使它循環(huán)。
在第二級熱交換器(84)中最好用小于或等于27℃(80°F)的水或空氣(85)作為冷凝介質(zhì)。水溫和用水量可變化以控制產(chǎn)物氣體的溫度使去除H2S效果最佳和不希望的CO2吸收最小。
冷凝區(qū)之后可以有精處理區(qū)(28)，在其中進(jìn)行逆流氣體—液體接觸以及最終去除H2S。該區(qū)可使用填充塔、塔盤或其它傳質(zhì)裝置，或者如前所述的惰性熱交換器以提供適量的傳質(zhì)表面。新補(bǔ)充的化學(xué)試劑(94)加至上層噴射區(qū)(90)以優(yōu)化化學(xué)試劑的使用并使H2S去除效率達(dá)到最高。
在精處理區(qū)之后是一個(gè)分離器(96)例如旋風(fēng)分離器或脫濕器用以去除離開該區(qū)的產(chǎn)物氣體(58)中的濕氣或流體，該產(chǎn)物氣體(58)以前面圖1中所述的方法進(jìn)行處理。
本發(fā)明的系統(tǒng)容易擴(kuò)展至加壓操作。加壓系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成具有更高的處理能力/體積。整個(gè)系統(tǒng)可用下面二種方法中的一種方法進(jìn)行加壓。第一種方法是對由每一個(gè)子系統(tǒng)或部件的各高壓容器構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)加壓。第二種方法如圖5所示使用由一個(gè)大的高壓容器(105)包圍的低壓部件或子系統(tǒng)以提供高壓環(huán)境。高壓操作是吸引人的并且在使用燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)常常需要高壓操作。當(dāng)然，排出的產(chǎn)物氣體可以在緊接于使用在燃?xì)廨啓C(jī)之前加壓。
本發(fā)明還包括如下但不限于所列的其它優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的系統(tǒng)是獨(dú)立的，即穩(wěn)態(tài)運(yùn)行(而不是啟動/關(guān)閉)的。該系統(tǒng)接受黑液、空氣和用于風(fēng)扇/鼓風(fēng)機(jī)的電，并排出綠液和產(chǎn)物氣體。供水輸入和蒸汽產(chǎn)生確實(shí)是最少量的。該系統(tǒng)適用于多種溶液(來自木材、蔗渣、草等等)并能產(chǎn)生不同質(zhì)量的產(chǎn)物氣體。在圖2的實(shí)例中正常操作期間沒有任何加熱表面與鼓泡流化反應(yīng)床接觸。一些加熱器可用于啟動。低溫設(shè)計(jì)排除了熔融物的形成以及熔融物-水反應(yīng)的可能性，減少了結(jié)垢的可能性，減少了冷卻氣化器容器的需求。不存在可動部件，也不存在機(jī)械裝置(除了風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和回轉(zhuǎn)軸封)。本發(fā)明包括產(chǎn)物氣體的再加熱以便于運(yùn)輸。再加熱的氣體也便于低BTU的氣體在鍋爐中燃燒。
本發(fā)明中的CHX洗滌系統(tǒng)包括(但不限于)如下優(yōu)點(diǎn)。它將熱回收與H2S的去除相結(jié)合。顯熱和潛熱被回收以提高循環(huán)效率。它可除去細(xì)顆粒。通過控制洗滌條件例如溫度和化學(xué)試劑進(jìn)行選擇性H2S吸收。通過控制化學(xué)試劑的補(bǔ)充位置進(jìn)行選擇性H2S吸收。該系統(tǒng)在氣體側(cè)的傳熱和傳質(zhì)表面是防腐蝕的。它使鍋爐供水加熱而提高效率。
以上展示和詳細(xì)敘述了本發(fā)明的一些具體實(shí)例以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但應(yīng)理解本發(fā)明可以有不脫離這些原理的其它實(shí)例。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)，包括一個(gè)氣化器反應(yīng)器具有至少一個(gè)安裝在其中的帶有一個(gè)入口和一個(gè)出口的流化床；在所述氣化器反應(yīng)器中的加熱至少一個(gè)流化床的裝置，它使反應(yīng)器達(dá)到所選擇的溫度，所述加熱裝置通過所述氣化器反應(yīng)器的入口為流化該床提供熱的液流；用于將殘余廢液導(dǎo)入所述氣化器反應(yīng)器以產(chǎn)生產(chǎn)物氣流的裝置；安置在所述氣化器反應(yīng)器下游的集塵器裝置用于從產(chǎn)物氣流中除塵；以及冷凝熱交換裝置用于從產(chǎn)物氣體中回收熱并從其中除去酸氣及顆粒以清潔產(chǎn)物氣體和從該裝置循環(huán)化學(xué)試劑。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的加熱裝置包括一個(gè)加熱器用以向所述氣化器反應(yīng)器的儲氣箱供給加熱的流體。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的加熱器還包括一個(gè)用清潔的產(chǎn)物氣體燃燒的空氣/蒸汽加熱器，所述空氣/蒸汽加熱器被供入預(yù)熱的空氣用于燃燒及與蒸汽一起流化。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括用于從所述空氣/蒸汽加熱器的燃燒氣體中回收熱的廢熱回收裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的加熱裝置包括位于所述氣化器反應(yīng)器內(nèi)第一個(gè)硫化床下面的第二個(gè)流化床用于向反應(yīng)器中提供加熱的流化介質(zhì)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括位于第二個(gè)流化床內(nèi)的至少一個(gè)熱交換裝置用于間接加熱該流化床。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括位于第一個(gè)流化床內(nèi)的至少一個(gè)熱交換裝置用于間接加熱該流化床。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該流化床的運(yùn)行溫度為427至760℃(800°F到1400°F)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該流化床的運(yùn)行溫度較好為537至677℃(1000°F至1250°F)。
10.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于選擇氧氣源、惡臭氣體源、空氣、蒸汽及其混合物中的一種供給第二個(gè)流化床。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括把系統(tǒng)加壓至選定的高于一個(gè)大氣壓的壓力的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的加壓裝置包括一個(gè)包圍該系統(tǒng)的高壓容器。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于對清潔產(chǎn)物氣體加壓的裝置，使這些產(chǎn)物氣體用于在汽輪機(jī)中直接燃燒。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該流化床包括一種選自鈉鹽、碳酸鈉、鉀鹽、碳酸鉀、鈣鹽、碳酸鈣及其混和物的材料。
15.一種用于產(chǎn)生產(chǎn)物氣體的方法，包括以下步驟將殘余廢液導(dǎo)入氣化器反應(yīng)器的流化床；流化床在427至760℃(800°F至1400°F)的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，以從殘余廢液產(chǎn)生產(chǎn)物氣流而不生成熔融物；從產(chǎn)物氣流中除塵；用熱回收裝置從產(chǎn)物氣體中回收熱；以及使產(chǎn)物氣體通過冷凝熱交換裝置用于從產(chǎn)物氣體中進(jìn)一步回收熱并從中除去酸氣以及顆粒。
16.一種用于從過程中回收熱并從中除去酸氣的裝置，包括用于接收氣流的入口；第一個(gè)冷凝熱交換器裝置，所述第一個(gè)冷凝熱交換器裝置具有惰性表面，它被冷卻并曝露于氣流；第二個(gè)冷凝熱交換器裝置，它與第一個(gè)冷凝熱交換器裝置串聯(lián)，所述第二個(gè)冷凝熱交換器裝置具有惰性表面，它被冷卻并曝露于氣流，所述第二個(gè)冷凝熱交換器裝置與所述第一個(gè)冷凝熱交換器裝置通過管道相連接；在第二個(gè)冷凝熱交換器裝置中將反應(yīng)劑分散在氣流中由此洗去酸氣的裝置；以及用于從氣流中分離液體的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，還包括位于所述第二個(gè)冷凝熱交換器裝置和分離裝置之間的精處理裝置，所述精處理裝置提供逆流氣體—液體接觸及進(jìn)一步洗滌。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于所述分散裝置用于在所述第二個(gè)冷凝熱交換器裝置的入口及出口處噴射反應(yīng)劑。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述分散裝置用于將反應(yīng)劑噴射進(jìn)所述精處理裝置的出口。
20.如權(quán)利要求16所述的裝置，還包括位于所述第二個(gè)冷凝熱交換器裝置前的一個(gè)池用于接收冷凝液體和從氣流中分離出的液體。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括用于使冷凝液體和從氣流中分離出的液體循環(huán)以生成反應(yīng)劑的裝置。
22.一種用于提供如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)，還包括位于所述集塵器裝置下游的熱回收裝置用于從產(chǎn)物氣體中回收熱。
23.一種用于產(chǎn)生如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)，還包括位于所述氣化器反應(yīng)器下游和所述集塵器裝置上游的熱回收裝置用于從產(chǎn)物氣體中回收熱。
24.一種用于產(chǎn)生如權(quán)利要求15所述的產(chǎn)物氣體的方法，其特征在于其中的導(dǎo)入步驟包括以下步驟將殘余廢液噴射至氣化器反應(yīng)器的頂部；與產(chǎn)物氣體一起加熱殘余廢液；通過與產(chǎn)物氣體一起蒸發(fā)而濃縮殘余廢液；以及冷卻產(chǎn)物氣體。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于使產(chǎn)物氣體再加熱以便于運(yùn)輸和燃燒的裝置。
26.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括使產(chǎn)物氣體再加熱以便于運(yùn)輸和燃燒的步驟。
27.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)劑選自綠液、蘇打灰、茍性蘇打、胺類、堿金屬鹽類、水溶性堿金屬鹽類及其混合物。
全文摘要
本文敘述了用其中帶有流化床的氣化器反應(yīng)器由黑液產(chǎn)生產(chǎn)物氣體的系統(tǒng)和方法。用一臺外部加熱器或位于第一個(gè)硫化床下面的第二個(gè)流化床將氣化器反應(yīng)器加熱至預(yù)定溫度范圍。熱交換器可以安置在第一個(gè)硫化床內(nèi)和/或第二個(gè)流化床內(nèi)用于間接加熱相應(yīng)的流化床。用冷凝熱交換器裝置從產(chǎn)物氣體中回收熱并冷凝酸氣用于循環(huán)化學(xué)試劑。將反應(yīng)劑噴射在冷凝熱交換器裝置中以清潔產(chǎn)物氣體。加壓可使清潔的產(chǎn)物氣體在汽輪機(jī)中直接燃燒。
文檔編號D21C11/00GK1120098SQ9510081
公開日1996年4月10日 申請日期1995年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月24日
發(fā)明者R·A·麥基爾羅伊, R·A·庫奇納, J·E·莫納塞利, D·W·約翰遜 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司