專利名稱：氣化過程中產(chǎn)生的煙灰水漿的脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到部分氧化烴氣體或液體的方法，包含部分氧化步驟和通過形成含有水、碳和任選的灰分(optionally ash)的漿液來去除煙灰的步驟，以及從漿液中分離出部分水以獲得含有極少量水的煙灰混合物的步驟。
烴類原料的部分氧化方法在本世紀(jì)50年代就得以發(fā)展并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。最著名的方法，例如殼牌(Shell)氣化方法和德士古(Texaco)氣化方法仍然應(yīng)用在一定數(shù)量的商業(yè)設(shè)備上。
這種利用烴原料的部分氧化方法或氣化方法通常包括三個(gè)主要步驟(a)實(shí)際的部分氧化或氣化步驟，其中在有氧氣和蒸汽存在的情況下，上述原料被轉(zhuǎn)化成原合成氣體；(b)冷卻離開反應(yīng)器的熱氣體；和(c)去除碳和灰分，其中，殘留在反應(yīng)器流出氣體中的碳和灰分通過水洗去除，這樣便獲得了含有碳和灰分的含水漿液。這種碳和任選的灰分的混合物也被稱之為煙灰。漿液中灰分和碳的量取決于原料、操作條件和所用氣化反應(yīng)器的類型。隨后，漿液中水的含量通過脫水處理步驟得以降低。
一種脫水方法被美國(guó)專利US-A-5628911公開。該專利公開了煙灰漿液的脫水過程，在漿液中加入絮凝劑，借助一個(gè)可移動(dòng)的過濾器過濾，上述過濾器具有一個(gè)可水平移動(dòng)的過濾帶，后面有兩個(gè)垂直移動(dòng)的過濾帶，借助于輥?zhàn)邮惯@些過濾帶擠壓在一起，從而產(chǎn)生一個(gè)恒定的壓力，直到煙灰濾餅中的水分含量小于80％。然后，濾餅以平均厚度大約為2mm的干燥的片或板的形式被放置在一個(gè)可移動(dòng)的傳送帶上。
美國(guó)專利US-A-4255278公開了含有14.9wt％(重量百分比)固體物質(zhì)的漿液的脫水方法，上述漿液由煤的氣化過程獲得，其中使用了由South Walpole Mass的Bird Machine公司制造的LB224型連續(xù)離心機(jī)。該方法產(chǎn)生了含有66wt％固體的塊狀物(cake)和含有12wt％固體的水。該方法中得到的水被認(rèn)為是不干凈的。而且，煤氣化產(chǎn)生的煙灰顆粒的性質(zhì)也與本發(fā)明中以氣態(tài)或液態(tài)烴為原料進(jìn)行氣化產(chǎn)生的煙灰顆粒的性質(zhì)有著實(shí)質(zhì)上的不同。眾所周知，煤氣化產(chǎn)生的漿液中的固體顆粒比從礦物油氣化產(chǎn)生的漿液中獲得的固體具有更大的顆粒尺寸，即，前者的沙得平均直徑(Sauter-mean diameter)(d50)大約為20μm，而后者的d50大約為2-8μm。此外，干燥的煙灰“煤”顆粒的干燥體積密度大約為400kg/m3，而本方法中煙灰顆粒的干燥體積密度介于5-15kg/m3之間。
美國(guó)專利US-A-5628911的缺點(diǎn)在于將過濾帶擠壓在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生含有大量煙灰(soot)和灰分(ash)的水。而且，在清洗過濾帶時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的清洗水。這些水流在被排放到外界環(huán)境之前必須被加以處理。
本發(fā)明的目的在于提供一種涉及烴氣體或液體的氣化過程中產(chǎn)生的煙灰/水漿液的脫水方法，該方法同現(xiàn)有技術(shù)相比可提供更干凈的水。
上述目的通過下述方法達(dá)到。部分氧化烴氣體或液體的方法，包含部分氧化步驟和通過形成含有水和碳的漿液從氣態(tài)氧化產(chǎn)物中去除煙灰的步驟，以及從漿液中分離部分水以獲得含有較少量水的煙灰混合物的步驟，其中，所述分離步驟通過沉降式離心機(jī)進(jìn)行。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)使用沉降式離心機(jī)在將漿液脫水形成干凈水和脫水煙灰混合物時(shí)是有利的。沉降式離心機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是同現(xiàn)有技術(shù)中帶有過濾帶的裝置相比，它是一個(gè)小得多的裝置。在人們想要把沉降式離心機(jī)放置在煙灰在其中被作進(jìn)一步處理的裝置上方時(shí)，這一點(diǎn)是有利的。它可以不使用傳送帶或者鏈條輸送器及類似的抬高煙灰的裝置。同過濾帶裝置相比，下一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是沉降式離心機(jī)是一個(gè)封閉系統(tǒng)。因?yàn)闈{液可能含有硫化氫，氨和/或氰化氫氣體，所以在使用開放式過濾帶系統(tǒng)時(shí)，必須采取諸如通風(fēng)氣體柜(ventilated gas boxes)這樣的安全措施。而對(duì)于封閉式的沉降式離心機(jī)而言則無此必要。使用沉降式離心機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不必為了進(jìn)行氣象防護(hù)而將之放置在建筑物中，因此大大減少了安裝費(fèi)用。下一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不必使用絮凝劑也能使?jié){液脫水充分，盡管在有些情況下使用絮凝劑是有利的。最后，根據(jù)本發(fā)明的方法所得到的煙灰混合物具有粒狀的組成，使得上述混合物通過泵，例如可泵送塊狀物的泵(cake pump)即可輸送。
鑒于美國(guó)專利US-A-4255278，使用沉降式離心機(jī)分離由氣態(tài)的或礦物油氣化得到的、含有更小尺寸和密度的固體的漿液具有很好的分離結(jié)果是令人驚訝的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在沉降式離心機(jī)里可獲得含有少于50ppm(百萬分之50)，甚至少于10ppm(百萬分之10)(按重量計(jì)算)固體的水。根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的煙灰混合物中固體含量更好的介于5-15wt％之間。同通過美國(guó)專利US-A-5628911中的方法獲得的煙灰混合物相比，除了在所得煙灰混合物中具有更低的固體含量以外，本發(fā)明的方法還可獲得很好的、可用泵抽送的組分。良好的可用泵抽送的煙灰混合物中干燥煙灰的含量更好地介于5-15wt％之間?？梢韵嘈潘脽熁一旌衔锸强捎帽贸樗偷?，因?yàn)檫@些煙灰混合物并未象現(xiàn)有技術(shù)中的方法那樣被擠壓/脫水。結(jié)果導(dǎo)致了粘性更大的、因此可用泵抽送的組成。因?yàn)檫@個(gè)特性，上述煙灰混合物可很便利的通過可泵送塊狀物的泵(cake-pump)被傳送到下一個(gè)處理步驟。以這種方式可獲得一個(gè)封閉的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)已在前面討論過。一個(gè)適宜的可泵送塊狀物的泵(cake pump)的例子是一臺(tái)Putzmeister塊狀物泵送泵(cake pump)。
上述漿液包含一種碳的水溶液。在大多數(shù)情況下還含有適量的灰分。碳和任選的灰分被總稱為煙灰。
作為進(jìn)料被送入沉降式離心機(jī)中的煙灰漿液通常含有0.5-1.5wt％的煙灰水(soot on water)。煙灰中可能含有可測(cè)量量的Ni，F(xiàn)e和V。如果煙灰混合物被期望具有更高的固體含量，可向漿液中添加絮凝劑以強(qiáng)化脫水處理。絮凝劑可被添加在沉降式離心機(jī)的進(jìn)料中或被直接添加在沉降式離心機(jī)中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不使用絮凝劑來接受較低的固體含量在有些時(shí)候是有利的。這是因?yàn)榕c額外干燥有關(guān)的花費(fèi)要比絮凝劑的花費(fèi)低的多。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使不用絮凝劑也可獲得可用泵抽送的煙灰混合物。不過，如果使用絮凝劑，較好是在煙灰中灰分和碳的重量比率低于0.05，更好是在比率低于0.02時(shí)使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在更高比率的時(shí)候，需要極少或者不需要絮凝劑。如在美國(guó)專利US-A-5628911中公開的那樣，可聯(lián)合使用陰離子型和離子型的絮凝劑。使用高分子量的聚合體作為絮凝劑可獲得好的結(jié)果，這些聚合體可以是陰離子型的、陽離子型的或者甚至為非離子型的。適用的絮凝劑的例子為FENNOPOL N200，F(xiàn)ENNOPOL A305(FENNOPOL是KemiraChemicals OY的商標(biāo))，ZETAG7898，ZETAG34(ZETAG是Ciba的商標(biāo))，MAGNAFLOC 919(MAGNAFLOC是Ciba的商標(biāo))，SEDIPURCF305和SEDIPUR AF404(SEDIPUR是BASF的商標(biāo))。絮凝劑更好地以15-20kg/公噸干煙灰的濃度使用。
沉降式離心機(jī)中漿液的溫度不是關(guān)鍵的，可介于15-99℃之間。當(dāng)進(jìn)行加壓處理時(shí)可具有更高的溫度。
本發(fā)明將根據(jù)

圖1得以說明。圖1是適用于本發(fā)明方法的沉降式離心機(jī)。
用于本發(fā)明的沉降式離心機(jī)是眾所周知的分離裝置，可以從諸如Alfa Laval，Bird-Humbold和Westfalia這樣的公司購得。在沉降式離心機(jī)中固體可從較輕的液相被分離。如圖1所示的沉降式離心機(jī)(1)，典型地具有可旋轉(zhuǎn)的鼓(2)和一個(gè)位于鼓中可旋轉(zhuǎn)的煙灰-餅(soot-cake)輸送器(3)。在離心力的作用下由于密度差異而發(fā)生分離。將要被分離的漿液經(jīng)由進(jìn)口(12)被適宜地加入到位于干凈液體出口(5)和固體出口(6)之間的位置(4)。進(jìn)口(4)更好地是位于中空的旋轉(zhuǎn)輸送器(3)上的開口(7)?？尚D(zhuǎn)的鼓(2)更好地在設(shè)有固體出口(6)的末端具有更小的直徑。上述較小直徑的區(qū)域被適宜地設(shè)計(jì)成圓錐形部分(12)，由于較小的直徑導(dǎo)致局部壓力的增大從而強(qiáng)化了從煙灰混合物中的脫水。在本方法中，較重的煙灰和灰分顆粒徑向地沉積在鼓壁(8)上，并沿著壁通過煙灰-餅輸送器(3)被縱向地輸送到固體出口(6)。較好的輸送裝置包括一個(gè)或多個(gè)同軸旋轉(zhuǎn)的、螺旋狀的傳送器(9)，并以相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鼓(2)不同的速度旋轉(zhuǎn)。沉降式離心機(jī)的縱向軸線被適宜地水平設(shè)置。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)當(dāng)可旋轉(zhuǎn)的鼓(2)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)和可旋轉(zhuǎn)的煙灰-餅(soot-cake)輸送器(3)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)之間差額低于10轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選地低于3轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，可以達(dá)到最理想的脫水狀態(tài)。為了在實(shí)際操作中達(dá)到上述鼓和煙灰-餅(soot-cake)輸送器之間的轉(zhuǎn)數(shù)差額，優(yōu)選地，可以采用適宜的過程控制。過程控制可以基于實(shí)際測(cè)量到的、所說的鼓和輸送器之間的轉(zhuǎn)數(shù)差額，或者更好的基于最大被允許的或可達(dá)到的、離開沉降式離心機(jī)的固體的背壓力。
沉降式離心機(jī)中相對(duì)于重力的離心力較好的多于1200，更好的多于2500。通過改變鼓(2)的轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)到上述離心力。所達(dá)到的離心力也依賴于鼓的直徑?？尚D(zhuǎn)的鼓(2)的長(zhǎng)度(10)同直徑(11)之間較好的比率為大于3.5。
已脫水的煙灰混合物可被再循環(huán)作為氣化過程的進(jìn)料。然而，為了避免灰分和金屬在上述再循環(huán)部分堆積，所有的煙灰混合物最好被干燥，之后再進(jìn)行減少碳含量的處理，從而得到例如可被出售或者以其它方式處理的剩余產(chǎn)物。例如，有價(jià)值的金屬如釩隨后可從得到的灰分中去除。干燥可在流化床干燥器中進(jìn)行。流化床干燥器的一個(gè)例子已在美國(guó)專利US-A-5670061中公開。優(yōu)選地，干燥在外部具有受熱覆蓋物的旋轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行。同流化床干燥器相比，旋轉(zhuǎn)干燥器的優(yōu)點(diǎn)在于耗費(fèi)和產(chǎn)生較少的干燥氣體。從而，隨后只有少量的被污染氣體必須被處理。
以干燥灰分為基礎(chǔ)，釩可能以20-50wt％的含量在灰分混合物中存在，而在釩未被轉(zhuǎn)化或者僅僅部分被轉(zhuǎn)化成五氧化二釩并保持低于任何低共熔體(eutectica)(可和灰分中存有的釩及其它金屬形成)熔點(diǎn)的情況下，可以更好地進(jìn)行降低碳含量步驟。避免產(chǎn)生液態(tài)五氧化二釩，因?yàn)樗鼘?duì)于如金屬和耐火材料這樣的結(jié)構(gòu)材料具有侵蝕性。在高溫和短停留時(shí)間或者在低溫和較長(zhǎng)停留時(shí)間時(shí)可避免形成任何形式的低共熔體。一種減少碳含量的方法是利用助燃空氣，在部分氧化條件下，通過燃燒干燥的煙灰混合物從而避免五氧化二釩的形成。較好地，可燃燒掉95-99％的碳，從而經(jīng)燃燒后在灰分中仍存有1-5％重量的碳。
一種適宜的高溫/低停留時(shí)間的燃燒過程在氣旋爐中進(jìn)行，其中，煙灰混合物通過狹縫在例如兩個(gè)水平面上被引入，上述狹縫相對(duì)于圓柱形燃燒室成切線地被定向，該燃燒室的溫度在600℃-1000℃之間，更好地在700-850℃之間。此外，設(shè)置有一定數(shù)量的相切的助燃空氣狹縫，從而在燃燒的灰分和壁之間建立氣墊。利用氣體燃燒器啟動(dòng)燃燒。壁溫可被維持在300℃以下。燃燒的形態(tài)呈螺旋形。助燃?xì)怏w以800-850℃的溫度離開爐膛。這個(gè)過程在例如美國(guó)專利US-A-5670061中被更詳盡的描述。
一種適宜的低溫-高停留時(shí)間的燃燒過程在爐中進(jìn)行，其中，在碳氧化的位置達(dá)到氧的擴(kuò)散極限。在如英國(guó)專利GB-A-1331932中公開的旋轉(zhuǎn)的平底爐中可達(dá)到上述條件。適宜地聯(lián)合使用旋轉(zhuǎn)的平底爐和旋轉(zhuǎn)干燥器，其中，在管狀反應(yīng)器的第一區(qū)域進(jìn)行干燥步驟，在第二區(qū)域進(jìn)行實(shí)際的碳還原步驟。如在歐洲專利EP-A-606957和EP-A-542322中公開的那樣，在一個(gè)復(fù)合平底爐中可實(shí)現(xiàn)干燥和碳還原的類似聯(lián)合。
本發(fā)明將以下述非限制性的實(shí)施例進(jìn)行說明，其中，從3個(gè)不同氣化工廠獲得的煙灰-灰分漿液根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行脫水。
實(shí)施例1以4m3/h的速度向Bird Humboldt公司制造的Centripress沉降式離心機(jī)供給具有表1中A欄特性的煙灰-灰分漿液。Centripress的長(zhǎng)同外徑的比率是3.6。鼓每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)目是4450rpm。煙灰-餅輸送器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的差別數(shù)目是1.5-2.3rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)。未使用任何絮凝劑便獲得含有10-30ppm(按重量計(jì)算)固體的干凈水和含有7-9％重量固體的煙灰-餅混合物。
表1
實(shí)施例2以9m3/h的速度向Bird Humboldt公司制造的較大容量的Centripress沉降式離心機(jī)供給具有表1中B欄特性的煙灰-灰分漿液。上述Centripress具有同樣的長(zhǎng)與外徑比率3.6。鼓每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)目是3400rpm。煙灰-餅輸送器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的差別數(shù)目低于2rpm。絮凝劑在Centripress中被逆流添加進(jìn)漿液中，并且添加比例為每噸干燥煙灰添加相當(dāng)于70kg的活性絮凝劑。從而產(chǎn)生含有5-8ppm(按重量計(jì)算)固體的干凈水和含有13.4-13.7％重量固體的煙灰-餅混合物。
實(shí)施例3以12m3/h的速度向與實(shí)施例2中相同的Centripress供給具有表1中C欄特性的煙灰-灰分漿液。鼓每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)目相對(duì)較低，為2430rpm。煙灰-餅輸送器每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的差別數(shù)目為1.5rpm。絮凝劑在Centripress的上游被添加進(jìn)漿液中，并且添加比例被較好地維持在每噸干燥煙灰添加18.4kg的活性絮凝劑。從而產(chǎn)生含有5.2-6.7ppm(按重量計(jì)算)固體的干凈水和含有10.6-11.1％重量固體的煙灰-餅混合物。
實(shí)施例4實(shí)施例2中所有自Centripress中產(chǎn)生的煙灰-餅被送入Putzmeister可泵送塊狀物的泵(cake pump)的進(jìn)口槽，KOS1030型，其泵送上述煙灰-餅經(jīng)由15m的長(zhǎng)度而未出現(xiàn)任何問題。
權(quán)利要求
1.一種部分氧化烴氣體或液體的方法，包括部分氧化步驟和通過從氣態(tài)氧化產(chǎn)物中形成含有水和碳的漿液來去除煙灰的步驟以及從漿液中分離出部分水以獲得含有較少量水的煙灰混合物的步驟，其中，所述分離步驟通過沉降式離心機(jī)進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的沉降式離心機(jī)具有可旋轉(zhuǎn)的鼓和可旋轉(zhuǎn)的煙灰-餅輸送器，以可旋轉(zhuǎn)的鼓和可旋轉(zhuǎn)的煙灰-餅輸送器之間每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)差值低于10轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述差值低于3轉(zhuǎn)/分鐘。
4.如權(quán)利要求1-3中任一所述的方法，其中所述沉降式離心機(jī)中相對(duì)于重力的離心力大于1200。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其中沉降式離心機(jī)中旋轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度同直徑的比率多于3.5。
6.如權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其中漿液包含絮凝劑。
7.如權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其中漿液不包含絮凝劑。
8.如權(quán)利要求1-7中任一所述的方法，其中產(chǎn)生一種干燥固體含量在5-15wt％之間，可用泵抽送的煙灰混合物。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中煙灰混合物通過可泵送塊狀物的泵被輸送至進(jìn)一步的處理步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述方法得到的可用泵抽送的煙灰混合物。
11.權(quán)利要求10中或者根據(jù)步驟1-9中任一所述方法所得的煙灰混合物的干燥和減少其碳含量的方法，其中煙灰混合物在減少碳含量之前首先被干燥，減少碳含量通過在部分氧化條件下，借助助燃空氣燃燒碳進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中干燥步驟在流化床干燥器中進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中干燥步驟在具有外部受熱覆蓋物的旋轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中干燥和燃燒在一個(gè)復(fù)合平底爐中進(jìn)行。
全文摘要
部分氧化烴氣體或液體的方法，包含部分氧化步驟和通過從氣態(tài)氧化產(chǎn)物中形成含有水和碳的漿液來去除煙灰的步驟，以及從漿液中分離出部分水以獲得含有極少量水的煙灰混合物的步驟，其中，所述分離步驟通過沉降式離心機(jī)進(jìn)行。
文檔編號(hào)C01B31/02GK1500136SQ02807565
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者杰拉德·赫羅特維爾德, 杰拉德 赫羅特維爾德, 弗朗西斯克斯·J·A·馬滕斯, 斯克斯 J A 馬滕斯 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司